Svjetlost se smatra bilo kojom vrstom optičkog zračenja. Drugim riječima, radi se o elektromagnetnim valovima čija je dužina u opsegu jedinica nanometara.
Opšte definicije
Sa stanovišta optike, svjetlost je elektromagnetno zračenje koje percipira ljudsko oko. Uobičajeno je da se za jedinicu promjene uzme područje u vakuumu od 750 THz. Ovo je kratkotalasna ivica spektra. Njegova dužina je 400 nm. Što se tiče granice širokih talasa, kao jedinica mere se uzima deo od 760 nm, odnosno 390 THz.
U fizici, svjetlost se smatra skupom usmjerenih čestica koje se nazivaju fotoni. Brzina distribucije talasa u vakuumu je konstantna. Fotoni imaju određeni zamah, energiju, nultu masu. U širem smislu, svjetlost je vidljivo ultraljubičasto zračenje. Talasi također mogu biti infracrveni.
Sa stanovišta ontologije, svjetlost je početak bića. To kažu filozofi i religiozni učenjaci. U geografiji se ovaj izraz koristi za označavanje određenih područja planete. Svetlost je sama po sebi društveni koncept. Ipak, u nauci ima specifična svojstva, osobine i zakonitosti.
Priroda i izvori svjetlosti
Elektromagnetno zračenje nastaje u procesu interakcije naelektrisanih čestica. Optimalni uvjet za to će biti toplina, koja ima kontinuirani spektar. Maksimalno zračenje zavisi od temperature izvora. Odličan primjer procesa je sunce. Njegovo zračenje je blisko zračenju potpuno crnog tijela. Priroda svjetlosti na Suncu određena je temperaturom zagrijavanja do 6000 K. Istovremeno, oko 40% zračenja je unutar vidljivosti. Spektar maksimalne snage nalazi se blizu 550 nm.
Izvori svjetlosti također mogu biti:
- Elektronske školjke molekula i atoma tokom prelaska sa jednog nivoa na drugi. Takvi procesi omogućavaju postizanje linearnog spektra. Primjeri su LED diode i lampe na plin.
- Zračenje Čerenkova, koje nastaje kada se naelektrisane čestice kreću faznom brzinom svetlosti.
- Procesi usporavanja fotona. Kao rezultat, nastaje sinhro- ili ciklotronsko zračenje.
Priroda svjetlosti se također može povezati sa luminiscencijom. Ovo se odnosi i na vještačke izvore i na organske. Primjer: hemiluminiscencija, scintilacija, fosforescencija, itd.
Zauzvrat, izvori svjetlosti su podijeljeni u grupe prema indikatorima temperature: A, B, C, D65. Najsloženiji spektar se posmatra u potpuno crnom tijelu.
Lake karakteristike
Ljudsko oko subjektivno percipira elektromagnetno zračenje kao boju. Dakle, svjetlost može dati bijele, žute, crvene, zelene nijanse. To je samovizualni osjećaj, koji je povezan s frekvencijom zračenja, bilo da je spektralnog ili monokromatskog sastava. Dokazano je da se fotoni šire čak i u vakuumu. U odsustvu materije, brzina protoka je 300.000 km/s. Ovo otkriće je napravljeno još ranih 1970-ih.
Na granici medija, tok svjetlosti doživljava ili refleksiju ili prelamanje. Tokom širenja, raspršuje se kroz materiju. Može se reći da optičke indekse medija karakteriše vrijednost prelamanja jednaka omjeru brzina u vakuumu i apsorpcije. U izotropnim supstancama, širenje strujanja ne ovisi o smjeru. Ovdje je indeks loma predstavljen skalarnom veličinom određenom koordinatama i vremenom. U anizotropnom mediju, fotoni se pojavljuju kao tenzor.
Osim toga, svjetlost može biti polarizirana i ne. U prvom slučaju, glavna veličina definicije će biti talasni vektor. Ako tok nije polariziran, tada se sastoji od skupa čestica usmjerenih u nasumičnim smjerovima.
Najvažnija karakteristika svjetlosti je njen intenzitet. Određuje se fotometrijskim veličinama kao što su snaga i energija.
Osnovna svojstva svjetla
Fotoni ne mogu samo da komuniciraju jedni s drugima, već imaju i pravac. Kao rezultat kontakta sa stranim medijem, tok doživljava refleksiju i prelamanje. Ovo su dva osnovna svojstva svjetlosti. Sa refleksijom, sve je manje-više jasno: ovisi o gustoći materije i kutu upada zraka. Međutim, sa prelamanjem, situacija je dalekoteže.
Za početak možemo uzeti u obzir jednostavan primjer: ako slamku spustite u vodu, onda će sa strane izgledati zakrivljeno i skraćeno. To je lom svjetlosti, koji se javlja na granici tečnog medija i zraka. Ovaj proces je određen pravcem distribucije zraka tokom prolaska kroz granicu materije.
Kada tok svjetlosti dodirne granicu između medija, njegova talasna dužina se značajno mijenja. Međutim, frekvencija širenja ostaje ista. Ako snop nije ortogonan na granicu, tada će se promijeniti i talasna dužina i njegov smjer.
Vještačko prelamanje svjetlosti se često koristi u istraživačke svrhe (mikroskopi, sočiva, povećala). Takvim izvorima promjena karakteristika talasa pripadaju i bodovi.
Klasifikacija svjetla
Trenutno se pravi razlika između vještačkog i prirodnog svjetla. Svaka od ovih vrsta je definisana karakterističnim izvorom zračenja.
Prirodna svjetlost je skup nabijenih čestica sa haotičnim i brzo promjenjivim smjerom. Takvo elektromagnetno polje je uzrokovano promjenjivom fluktuacijom intenziteta. Prirodni izvori uključuju vruća tijela, sunce, polarizirane plinove.
Vještačko svjetlo je sljedećih tipova:
- Lokalno. Koristi se na radnom mjestu, u kuhinjskom prostoru, zidovima itd. Takva rasvjeta igra važnu ulogu u dizajnu interijera.
- General. Ovo je ravnomjerno osvjetljenje cijelog prostora. Izvori su lusteri, podne lampe.
- Kombinirano. Mješavina prve i druge vrste za postizanje idealnog osvjetljenja prostorije.
- Emergency. Izuzetno je koristan prilikom nestanka struje. Snaga se najčešće napaja iz baterija.
Sunshine
Danas je to glavni izvor energije na Zemlji. Ne bi bilo preterano reći da sunčeva svetlost utiče na sve važne stvari. Ovo je konstanta količine koja definira energiju.
Gornji slojevi Zemljine atmosfere sadrže oko 50% infracrvenog i 10% ultraljubičastog zračenja. Stoga je količina vidljive svjetlosti samo 40%.
Sunčeva energija se koristi u sintetičkim i prirodnim procesima. Ovo je i fotosinteza, i transformacija hemijskih oblika, i zagrijavanje, i još mnogo toga. Zahvaljujući suncu, čovječanstvo može koristiti električnu energiju. Zauzvrat, tokovi svjetlosti mogu biti direktni i difuzni ako prolaze kroz oblake.
Tri glavna zakona
Naučnici su od davnina proučavali geometrijsku optiku. Danas su sljedeći zakoni svjetlosti fundamentalni:
- Zakon distribucije. On kaže da će u homogenom optičkom mediju, svjetlost biti raspoređena pravolinijski.
- Zakon refrakcije. Zraka svjetlosti koja pada na granicu dva medija i njegova projekcija iz točke presjeka leže u istoj ravni. To vrijedi i za okomicu spuštenu na dodirnu tačku. U ovom slučaju, omjer sinusa upadnih uglova i loma će biti vrijednostkonstanta.
- Zakon refleksije. Zraka svjetlosti koja se spušta na granicu medija i njegova projekcija leže u istoj ravni. U ovom slučaju, uglovi refleksije i upada su jednaki.
Percepcija svjetla
Okružni svijet je vidljiv čovjeku zbog sposobnosti njegovih očiju da komuniciraju sa elektromagnetnim zračenjem. Svjetlost percipiraju receptori mrežnice, koji mogu otkriti i odgovoriti na spektralni raspon nabijenih čestica.
Osoba ima 2 vrste osjetljivih ćelija u oku: čunjiće i štapiće. Prvi određuju mehanizam vida danju uz visok nivo osvjetljenja. Štapovi su osjetljiviji na zračenje. Oni dozvoljavaju osobi da vidi noću.
Vizuelne nijanse svjetlosti određene su talasnom dužinom i njegovom usmjerenošću.
