光的本质
电磁能量发生在不可分割的单元称为量子或光子。因此,一束阳光空气由持续的光子流3 x 108 ms_1旅行。广达电脑的实际数字
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- 图1.1水文光学和光学的其他分支之间的关系(Preisendorfer之后,1976)。
都是非常大的。在夏天的阳光。例如,1平方米的水平表面接收每秒约1021广达的可见光。尽管其颗粒性质,电磁辐射表现在某些情况下,好像有一个波的本性。每一个光子都有波长,频率,n。这些依照有关
其中c是光速。因为c是不变的在一个给定的媒介,越大波长频率越低。如果c是表示在周期s_1 ms_1和n,然后波长,1,在米表示。为了方便,然而,波长通常表现在纳米,纳米(纳米)等于10 9米。在光子能量e随频率,因此反向波长,e =高压的关系= hc / 1 (1.2)
h是普朗克常数,值6.63 x 10 34 J s。因此,一个光子的波长700 nm光合光谱的红端只包含57%能量的光子波长400纳米光谱的蓝端。的实际能量光子波长1纳米是由关系e = (1988/1) x 10”19 J (1.3)
一个单色辐射通量在广达年代表示“1可以很容易被转换成Js”1,即瓦(W)。相反,辐射通量,F, W表示,可以转换为澳洲航空公司“1使用量子年代的关系“1 = 5.03 F1 x 1015 (1.4)
对于辐射覆盖广泛的光谱带,例如光合作用等波段,一个简单的转换从澳洲航空公司“1 W,反之亦然,无法进行准确的自整个光谱带l的值不同。如果量子或能量的分布整个频谱,然后转换为可进行一系列的相对狭窄波段覆盖感兴趣的光谱范围和结果总结整个波段。或者,一个近似转换因子,考虑可能发生的光谱能量分布,可以使用。太阳辐射的400到700纳米带在水面之上,龙葵和史密斯(1974)发现所需的因子(Q / W) W转换为澳洲航空公司“1是2.77 x 1018”广达s ^ W 1一个正负百分之几的准确性,不管气象条件。
正如我们将在后面一节中详细讨论(§6.2)光谱太阳辐射的分布在水中随深度变化明显。然而,龙葵和史密斯发现,广泛的海洋水域的价值问:W变化不超过±10%从平均的2.5 x广达1018年代“1 W”1。从eqn 1.4,预期的比例就越大长波光(红色),更大的价值,问:W。与更多的黄色内陆水域水下光在550到700纳米的地区(见§6.2),通过推断数据龙葵和史密斯我们到达一个值约为2.9×1018广达s的值“1 W”1问:W。
在任何介质,光传播速度比在真空中。光在介质的速度等于光速在真空中,除以介质的折射率。的空气折射率是1.00028,这对我们来说不是明显不同于真空(精确到1.0,根据定义),所以我们需要空气中的光速等于,在真空中。水的折射率,尽管它有些不同与温度、盐浓度和波长的光,可能具有足够精度他视为等于1.33为所有自然水域。假设光速在真空3 x 108 ms-1,因此速度在水中约2.25×108 ms-1辐射的频率在水中保持不变,但波长减少比例的下降速度。波长指单色辐射时,我们应当属性是它在真空中。因为c和l改变并行,方程式1.2,1.3和1.4是真正的在水在真空中:此外,当使用方程式1.3和1.4。它的值是适用的波长在真空中,即使计算进行水下光。
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