Za światło uważa się każdy rodzaj promieniowania optycznego. Innymi słowy są to fale elektromagnetyczne, których długość mieści się w zakresie jednostek nanometrów.
Definicje ogólne
Z punktu widzenia optyki światło jest promieniowaniem elektromagnetycznym, które jest odbierane przez ludzkie oko. Zwyczajowo przyjmuje się obszar w próżni 750 THz jako jednostkę zmiany. To jest krótkofalowa krawędź widma. Jego długość to 400 nm. Jeśli chodzi o granicę fal szerokich, za jednostkę miary przyjmuje się odcinek 760 nm, czyli 390 THz.
W fizyce światło jest uważane za zbiór kierunkowych cząstek zwanych fotonami. Prędkość rozchodzenia się fal w próżni jest stała. Fotony mają określony pęd, energię, zerową masę. W szerszym sensie światło jest widzialnym promieniowaniem ultrafioletowym. Fale mogą być również podczerwone.
Z punktu widzenia ontologii światło jest początkiem bytu. Tak mówią filozofowie i uczeni religijni. W geografii termin ten jest używany w odniesieniu do pewnych obszarów planety. Samo światło jest pojęciem społecznym. Niemniej jednak w nauce ma określone właściwości, cechy i prawa.
Przyroda i źródła światła
Promieniowanie elektromagnetyczne powstaje w wyniku oddziaływania naładowanych cząstek. Optymalnym warunkiem do tego będzie ciepło, które ma ciągłe widmo. Maksymalne promieniowanie zależy od temperatury źródła. Świetnym przykładem procesu jest słońce. Jego promieniowanie jest zbliżone do promieniowania ciała całkowicie czarnego. Charakter światła na Słońcu determinowany jest temperaturą nagrzewania do 6000 K. Jednocześnie około 40% promieniowania znajduje się w zasięgu widzialności. Maksymalne widmo mocy znajduje się w pobliżu 550 nm.
Źródła światła mogą być również:
- Elektroniczne powłoki molekuł i atomów podczas przechodzenia z jednego poziomu na drugi. Takie procesy umożliwiają uzyskanie widma liniowego. Przykładami są diody LED i lampy wyładowcze.
- Promieniowanie Czerenkowa, które powstaje, gdy naładowane cząstki poruszają się z prędkością fazową światła.
- Procesy spowalniania fotonów. W rezultacie wytwarzane jest promieniowanie synchro- lub cyklotronowe.
Natura światła może być również związana z luminescencją. Dotyczy to zarówno źródeł sztucznych, jak i organicznych. Przykład: chemiluminescencja, scyntylacja, fosforescencja itp.
Z kolei źródła światła podzielone są na grupy według wskaźników temperatury: A, B, C, D65. Najbardziej złożone widmo obserwuje się w całkowicie czarnym ciele.
Charakterystyka światła
Ludzkie oko subiektywnie odbiera promieniowanie elektromagnetyczne jako kolor. Tak więc światło może wydzielać białe, żółte, czerwone, zielone odcienie. To tylkowrażenia wizualne, które są związane z częstotliwością promieniowania, niezależnie od tego, czy ma ono skład spektralny, czy monochromatyczny. Udowodniono, że fotony rozprzestrzeniają się nawet w próżni. W przypadku braku materii prędkość przepływu wynosi 300 000 km/s. Odkrycia tego dokonano na początku lat 70.
Na granicy mediów strumień światła ulega odbiciu lub załamaniu. Podczas propagacji rozprasza się przez materię. Można powiedzieć, że wskaźniki optyczne ośrodka charakteryzują się wartością załamania równą stosunkowi prędkości w próżni i absorpcji. W substancjach izotropowych propagacja przepływu nie zależy od kierunku. Tutaj współczynnik załamania światła jest reprezentowany przez wielkość skalarną określoną przez współrzędne i czas. W ośrodku anizotropowym fotony pojawiają się jako tensor.
Poza tym światło może być spolaryzowane, a nie. W pierwszym przypadku główną wielkością definicji będzie wektor falowy. Jeśli przepływ nie jest spolaryzowany, to składa się z zestawu cząstek skierowanych w losowych kierunkach.
Najważniejszą cechą światła jest jego intensywność. Określają ją takie wielkości fotometryczne jak moc i energia.
Podstawowe właściwości światła
Fotony mogą nie tylko wchodzić ze sobą w interakcje, ale także mieć kierunek. W wyniku kontaktu z obcym medium przepływ ulega odbiciu i załamaniu. To są dwie podstawowe właściwości światła. Z odbiciem wszystko jest mniej więcej jasne: zależy to od gęstości materii i kąta padania promieni. Jednak z refrakcji sytuacja jest dalekotrudniej.
Zacznijmy od prostego przykładu: jeśli zanurzysz słomkę do wody, to z boku będzie się wydawać zakrzywiona i skrócona. Jest to załamanie światła, które zachodzi na granicy cieczy i powietrza. Proces ten jest determinowany kierunkiem rozkładu promieni podczas przechodzenia przez granicę materii.
Kiedy strumień światła dotyka granicy między mediami, jego długość fali znacznie się zmienia. Jednak częstotliwość propagacji pozostaje taka sama. Jeśli wiązka nie jest prostopadła do granicy, zmieni się zarówno długość fali, jak i jej kierunek.
Sztuczne załamanie światła jest często wykorzystywane do celów badawczych (mikroskopy, soczewki, lupy). Do takich źródeł zmian w charakterystyce falowej należą również punkty.
Klasyfikacja światła
Obecnie rozróżnia się światło sztuczne i naturalne. Każdy z tych gatunków jest określony przez charakterystyczne źródło promieniowania.
Światło naturalne to zestaw naładowanych cząstek o chaotycznym i szybko zmieniającym się kierunku. Takie pole elektromagnetyczne jest spowodowane zmienną fluktuacją intensywności. Źródła naturalne obejmują gorące ciała, słońce, spolaryzowane gazy.
Sztuczne światło jest następujących typów:
- Lokalne. Znajduje zastosowanie w miejscu pracy, w kuchni, ścianach itp. Takie oświetlenie odgrywa ważną rolę w aranżacji wnętrz.
- Ogólne. To równomierne oświetlenie całego obszaru. Źródłem są żyrandole, lampy podłogowe.
- Połączone. Mieszanka pierwszego i drugiego typu w celu uzyskania idealnego oświetlenia pomieszczenia.
- Awaryjne. Jest niezwykle przydatny podczas przerw w dostawie prądu. Zasilanie najczęściej dostarczane jest z baterii.
Słońce
Dzisiaj jest głównym źródłem energii na Ziemi. Nie będzie przesadą stwierdzenie, że światło słoneczne wpływa na wszystkie ważne sprawy. Jest to stała ilościowa, która definiuje energię.
Górne warstwy atmosfery ziemskiej zawierają około 50% promieniowania podczerwonego i 10% promieniowania ultrafioletowego. Dlatego ilość światła widzialnego wynosi tylko 40%.
Energia słoneczna jest wykorzystywana w procesach syntetycznych i naturalnych. To fotosynteza, transformacja form chemicznych, ogrzewanie i wiele więcej. Dzięki słońcu ludzkość może korzystać z elektryczności. Z kolei strumienie światła mogą być bezpośrednie i rozproszone, jeśli przechodzą przez chmury.
Trzy główne prawa
Od czasów starożytnych naukowcy badali optykę geometryczną. Dzisiaj fundamentalne są następujące prawa światła:
- Prawo dystrybucji. Stwierdza, że w jednorodnym medium optycznym światło będzie rozprowadzane w linii prostej.
- Prawo załamania. Promień światła padający na granicę dwóch mediów i jego rzut z punktu przecięcia leżą na tej samej płaszczyźnie. Dotyczy to również prostopadłego opuszczonego do punktu styku. W tym przypadku stosunek sinusów kątów padania i załamania będzie wartościąstała.
- Prawo refleksji. Promień światła schodzący na granicę mediów i jego projekcja leżą na tej samej płaszczyźnie. W tym przypadku kąty odbicia i padania są równe.
Percepcja światła
Otaczający świat jest widoczny dla człowieka dzięki zdolności jego oczu do interakcji z promieniowaniem elektromagnetycznym. Światło jest odbierane przez receptory siatkówkowe, które mogą wykrywać i reagować na zakres widmowy naładowanych cząstek.
Osoba ma 2 rodzaje wrażliwych komórek w oku: czopki i pręciki. Pierwsze określają mechanizm widzenia w ciągu dnia przy wysokim poziomie oświetlenia. Pręty są bardziej wrażliwe na promieniowanie. Pozwalają widzieć w nocy.
Odcienie wizualne światła są określane przez długość fali i jej kierunkowość.
