问题

阳光透过玻璃后,随距离增加光会衰减吗?

回答
当然,阳光透过玻璃后,其强度确实会随着距离的增加而衰减。这背后涉及几个物理现象,我们来一点点拆解开来聊聊。

首先,得明确一点,即使是理想状态下,光本身就遵循一个基本的自然规律:平方反比定律。想象一下,一束光线从一个点发散出去,就像水波从投入池中的石子荡开一样。这束光能量并没有消失,而是分散到了越来越大的空间里。当你在离光源更远的地方测量它的强度时,同样的能量就被摊在了更大的面积上。简单来说,距离翻倍,光在单位面积上的能量(也就是光强)就变成了原来的四分之一。

但我们这里讨论的是“透过玻璃”后的阳光,玻璃这个中间环节,又给光强衰减添了点“额外戏码”。

1. 玻璃本身的“吸收”和“反射”

吸收(Absorption): 玻璃虽然看起来透明,但它并非一个完美的光的“通道”。玻璃的材质,比如它的成分、厚度,都会影响它对光的吸收能力。更重要的是,光线在穿过玻璃时,玻璃内部的一些分子会吸收一部分光的能量,将它们转化为热能。这种吸收能力并不是均匀的,某些波长的光(比如紫外线)比可见光更容易被吸收。所以,即便你不改变距离,光线穿过玻璃本身就会损失一部分强度。
反射(Reflection): 当光线从一种介质(空气)进入另一种介质(玻璃)时,总会有部分光线在界面发生反射。就像你对着镜子照,大部分光被反射回来。玻璃也是一样,即使是普通玻璃,在空气玻璃接触面和玻璃空气接触面,都会有一定比例的光被反射掉。玻璃越厚,或者说光线需要穿过的玻璃层越多,这种反射损失累积起来也越明显。

2. 散射(Scattering)

除了吸收和反射,玻璃内部或表面可能存在的微小瑕疵、杂质、或者不均匀的结构,都会引起光的散射。散射意味着光线不再是笔直地向前传播,而是向四面八方散开。这种现象在日常生活中也常见,比如雾气中的光线会变得模糊不清,就是因为空气中的小水滴散射了光。玻璃的散射会使得原本集中的光线变得“发散”,从而降低在特定方向上的光强。

3. 距离增加的叠加效应

现在,我们把这些因素结合起来看。

初始衰减: 阳光首先穿过玻璃。在这个过程中,如上所述,一部分光被吸收、反射和散射了。所以,刚穿过玻璃的那一束光,就已经比它在玻璃外时的强度要弱了。
平方反比定律的继续作用: 经过玻璃“处理”过的这束光,在空气中继续传播。这时,它依然遵循平方反比定律。也就是说,即使这束光在穿过玻璃时没有损失,仅仅是因为它在空气中传播得越来越远,其强度也会因为平方反比关系而减弱。
累积效应: 最终,我们测量到的光强是“阳光进入玻璃前的强度”乘以“玻璃的透光率”(这个透光率包含了吸收、反射、散射等损耗)再除以“距离的平方”。

所以,阳光透过玻璃后,随距离增加光会衰减,这主要是 玻璃本身的损耗(吸收、反射、散射) 和 光在空气中传播固有的平方反比衰减 这两方面共同作用的结果。距离越远,后者带来的衰减就越显著;而玻璃本身的特性,则决定了“起点”的光强就已经打了折扣。

打个比方,你想把水从一个花园的入口送到花园的最里面。
玻璃 就像是你得通过一个有点漏水、有沉淀物(吸收)的管道。管道本身就会让一部分水流失(吸收、散射),而且在进出管道时,你还得克服一些阻力(反射)。
距离 就像是花园的长度。即使管道完美无漏,你送水送到花园最里面,你单位时间能接到的水流也会比花园门口少,因为同样的水量被摊到了更长的距离上。

这两者叠加,自然会导致距离越远,你收到的“水”(光)就越少。

网友意见

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我这几年在做畜牧业,用到了太阳能板,我们实测的数据大体是这样的,精确的数据不对外提供了。

大体上,太阳能板主要转换的光能部分就是紫外。

我在武汉,隔着双层玻璃给设备充电,电压只能到3.7伏左右.

拿到外面直接暴晒,可以达到4.21伏。

在拉萨最新的测试数据是可以直接达到4.31伏。

不仅仅是玻璃板,大气层的垂直厚度,也有影响。

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