Термодинамічний аналіз явища зорового сприйняття електромагнітного випромінювання

Abstract

У статті розглядаються термодинамічні процеси впливу світла на речовини, які складають структуру ока, внаслідок чого виникає зорове відчуття. За цього під світлом розуміється не лише видиме світло, а й прилягаючі до нього широкі області спектра електромагнітного випромінювання – інфрачервона та ультрафіолетова. Аналізується будова сітківки ока з колбочок і паличок: їх роль, кількість, геометричні розміри та розташування в оці. Наводяться характеристики світлочутливих речовин родопсину і йодопсину, які слугують рецепторами на подразнення квантами електромагнітного випромінювання. На основі фотофізичного і фотохімічного підходів пояснено реакцію сітківки (паличок і колбочок) на зміну інтенсивності світлового потоку, що потрапляє до ока; залежність від цього фактору «поведінки» (чутливості) паличок і колбочок за умов сутінкового і денного освітлення; їх роль у формуванні кольорового бачення; залежність характеру зорового сприйняття оточуючих предметів хребетними тваринами, плазунами, птахами тощо від природи і кількості тих чи тих рецепторів у їх очах. Око людини розглядається як відкрита термодинамічна система, яка обмінюється з оточуючим середовищем (яким для нього є тіло людини) енергією і масою. Оскільки око в складі людського організму має рівну з ним температуру (~37°С ), то воно, поряд з поглинанням із зовні енергії електромагнітного випромінювання (червоного – «теплого»), здатне випромінювати у власну задню камеру теж певну кількість теплової енергії. Чисельне співставлення цих енергій дало змогу пояснити, чому око не бачить оточуючі предмети в інфрачервоному випромінюванні. Застосувавши до таких процесів закон збереження енергії, який, як відомо, є фундаментальним законом природи і виконується за будь-яких явищ і перетворень енергії, та аналітичний вираз об’єднаного закону термодинаміки, складено два диференціальних рівняння: балансу енергетичних потоків електромагнітного випромінювання, що зрештою й визначають перебіг зорового процесу, і балансу потоків ентропії, які супроводжують відповідні енергетичні потоки. Розв’язок системи цих рівнянь дозволив отримати зв’язок фотофізичних і фотохімічних процесів з ентропійними характеристиками, температурою системи зору і потужністю енергії, яка викликає відповідні перетворення у такій системі, тобто з’ясувати термодинаміку цих процесів.