Světlo je považováno za jakýkoli druh optického záření. Jinými slovy, jedná se o elektromagnetické vlny, jejichž délka se pohybuje v řádu jednotek nanometrů.
Obecné definice
Světlo je z pohledu optiky elektromagnetické záření, které vnímá lidské oko. Je obvyklé brát jako jednotku změny oblast ve vakuu 750 THz. Toto je okraj krátkovlnného spektra. Jeho délka je 400 nm. Pokud jde o hranici širokých vln, za jednotku měření se považuje úsek 760 nm, tedy 390 THz.
Ve fyzice je světlo považováno za soubor směrových částic zvaných fotony. Rychlost šíření vln ve vakuu je konstantní. Fotony mají určitou hybnost, energii, nulovou hmotnost. V širším slova smyslu je světlo viditelné ultrafialové záření. Vlny mohou být také infračervené.
Z hlediska ontologie je světlo počátkem bytí. To říkají filozofové a náboženští učenci. V geografii se tento termín používá k označení určitých oblastí planety. Světlo samo o sobě je sociální pojem. Nicméně ve vědě má specifické vlastnosti, rysy a zákony.
Příroda a zdroje světla
Elektromagnetické záření vzniká v procesu interakce nabitých částic. Optimální podmínkou pro to bude teplo, které má spojité spektrum. Maximální radiace závisí na teplotě zdroje. Skvělým příkladem procesu je slunce. Jeho záření se blíží záření zcela černého tělesa. Povaha světla na Slunci je dána teplotou ohřevu do 6000 K. Přitom asi 40 % záření je ve viditelnosti. Maximální výkonové spektrum se nachází blízko 550 nm.
Zdroje světla mohou být také:
- Elektronické obaly molekul a atomů během přechodu z jedné úrovně do druhé. Takové procesy umožňují dosáhnout lineárního spektra. Příkladem jsou LED a plynové výbojky.
- Čerenkovovo záření, které vzniká, když se nabité částice pohybují fázovou rychlostí světla.
- Procesy zpomalování fotonů. Výsledkem je synchro- nebo cyklotronové záření.
Povaha světla může být také spojena s luminiscencí. To platí jak pro umělé zdroje, tak pro ty organické. Příklad: chemiluminiscence, scintilace, fosforescence atd.
Světelné zdroje jsou zase rozděleny do skupin podle indikátorů teploty: A, B, C, D65. Nejsložitější spektrum je pozorováno ve zcela černém tělese.
Světlé vlastnosti
Lidské oko subjektivně vnímá elektromagnetické záření jako barvu. Světlo tedy může vydávat bílé, žluté, červené, zelené odstíny. Je to jenzrakový vjem, který je spojen s frekvencí záření, ať už má spektrální nebo monochromatické složení. Bylo prokázáno, že se fotony šíří i ve vakuu. V nepřítomnosti hmoty je rychlost proudění 300 000 km/s. Tento objev byl učiněn již na počátku 70. let.
Na hranici média dochází k odrazu nebo lomu proudu světla. Během šíření se rozptyluje hmotou. Dá se říci, že optické indexy prostředí se vyznačují hodnotou lomu rovnou poměru rychlostí ve vakuu a absorpci. U izotropních látek není šíření toku závislé na směru. Index lomu je zde reprezentován skalární veličinou určenou souřadnicemi a časem. V anizotropním médiu se fotony jeví jako tenzor.
Kromě toho světlo může být polarizováno a ne. V prvním případě bude hlavní veličinou definice vlnový vektor. Pokud tok není polarizován, pak se skládá ze sady částic nasměrovaných v náhodných směrech.
Nejdůležitější charakteristikou světla je jeho intenzita. Je určeno takovými fotometrickými veličinami, jako je výkon a energie.
Základní vlastnosti světla
Fotony se mohou nejen vzájemně ovlivňovat, ale také mít směr. V důsledku kontaktu s cizím médiem dochází k odrazu a lomu proudu. To jsou dvě základní vlastnosti světla. S odrazem je vše víceméně jasné: záleží na hustotě hmoty a úhlu dopadu paprsků. S refrakcí je však situace dalekotěžší.
Pro začátek můžeme uvažovat o jednoduchém příkladu: pokud spustíte brčko do vody, ze strany se vám bude zdát zakřivené a zkrácené. Jedná se o lom světla, ke kterému dochází na rozhraní kapalného prostředí a vzduchu. Tento proces je určen směrem distribuce paprsků při průchodu hranicí hmoty.
Když se proud světla dotkne hranice mezi médii, jeho vlnová délka se výrazně změní. Frekvence šíření však zůstává stejná. Pokud paprsek není ortogonální k hranici, změní se jak vlnová délka, tak jeho směr.
Umělý lom světla se často používá pro výzkumné účely (mikroskopy, čočky, lupy). K takovým zdrojům změn vlnových charakteristik patří také body.
Klasifikace světla
V současné době se rozlišuje umělé a přirozené světlo. Každý z těchto druhů je definován charakteristickým zdrojem záření.
Přirozené světlo je soubor nabitých částic s chaotickým a rychle se měnícím směrem. Takové elektromagnetické pole je způsobeno proměnlivým kolísáním intenzit. Přírodní zdroje zahrnují horká těla, slunce, polarizované plyny.
Umělé světlo je následujících typů:
- Místní. Používá se na pracovišti, v kuchyni, na stěnách atd. Takové osvětlení hraje důležitou roli v designu interiéru.
- Obecné. Jedná se o rovnoměrné osvětlení celého prostoru. Zdroje jsou lustry, stojací lampy.
- Kombinované. Směs prvního a druhého typu pro dosažení ideálního osvětlení místnosti.
- Nouzový stav. Je to velmi užitečné při výpadku proudu. Energie je nejčastěji dodávána z baterií.
Sunshine
Dnes je hlavním zdrojem energie na Zemi. Nebylo by přehnané říci, že sluneční světlo ovlivňuje všechny důležité záležitosti. Toto je kvantitativní konstanta, která definuje energii.
Horní vrstvy zemské atmosféry obsahují asi 50 % infračerveného a 10 % ultrafialového záření. Proto je množství viditelného světla pouze 40 %.
Solární energie se využívá v syntetických a přírodních procesech. To je fotosyntéza a přeměna chemických forem, zahřívání a mnoho dalšího. Díky slunci může lidstvo využívat elektřinu. Proudy světla mohou být přímé a rozptýlené, pokud procházejí mraky.
Tři hlavní zákony
Od pradávna vědci studovali geometrickou optiku. Dnes jsou základní tyto zákony světla:
- Zákon distribuce. Uvádí, že v homogenním optickém médiu bude světlo distribuováno v přímce.
- Zákon lomu. Paprsek světla dopadající na rozhraní dvou prostředí a jeho průmět z průsečíku leží ve stejné rovině. To platí i pro kolmici spuštěnou k bodu dotyku. V tomto případě bude hodnotou poměr sinů úhlů dopadu a lomukonstantní.
- Zákon odrazu. Paprsek světla sestupující na hranici média a jeho projekce leží ve stejné rovině. V tomto případě jsou úhly odrazu a dopadu stejné.
Vnímání světla
Okolní svět je pro člověka viditelný díky schopnosti jeho očí interagovat s elektromagnetickým zářením. Světlo je vnímáno retinálními receptory, které mohou detekovat a reagovat na spektrální rozsah nabitých částic.
Člověk má v oku 2 typy citlivých buněk: čípky a tyčinky. První určuje mechanismus vidění ve dne s vysokou úrovní osvětlení. Tyčinky jsou citlivější na záření. Umožňují člověku vidět v noci.
Vizuální odstíny světla jsou určeny vlnovou délkou a její směrovostí.
