Светлината се счита за всякакъв вид оптично излъчване. С други думи, това са електромагнитни вълни, чиято дължина е в диапазона от нанометри.
Общи дефиниции
От гледна точка на оптиката, светлината е електромагнитно излъчване, което се възприема от човешкото око. Обичайно е да се вземе площ във вакуум от 750 THz като единица за промяна. Това е късовълновият край на спектъра. Дължината му е 400 nm. Що се отнася до границата на широките вълни, за мерна единица се приема участък от 760 nm, тоест 390 THz.
Във физиката светлината се разглежда като набор от насочени частици, наречени фотони. Скоростта на разпространение на вълните във вакуум е постоянна. Фотоните имат определен импулс, енергия, нулева маса. В по-широк смисъл светлината е видимо ултравиолетово лъчение. Вълните могат да бъдат и инфрачервени.
От гледна точка на онтологията, светлината е началото на битието. Това казват философи и религиозни учени. В географията този термин се използва за обозначаване на определени области на планетата. Самата светлина е социално понятие. Въпреки това в науката той има специфични свойства, черти и закони.
Природа и източници на светлина
Електромагнитното излъчване се създава в процеса на взаимодействие на заредени частици. Оптималното условие за това ще бъде топлината, която има непрекъснат спектър. Максималната радиация зависи от температурата на източника. Чудесен пример за процес е слънцето. Излъчването му е близко до това на напълно черно тяло. Природата на светлината на Слънцето се определя от температурата на нагряване до 6000 К. В същото време около 40% от радиацията е в рамките на видимостта. Максималният спектър на мощност е разположен близо до 550 nm.
Източниците на светлина също могат да бъдат:
- Електронни обвивки от молекули и атоми по време на прехода от едно ниво на друго. Такива процеси позволяват да се постигне линеен спектър. Примери са светодиоди и газоразрядни лампи.
- Черенковско лъчение, което се образува, когато заредените частици се движат с фазовата скорост на светлината.
- Процеси на фотонно забавяне. В резултат на това се произвежда синхро- или циклотронно лъчение.
Естеството на светлината може също да бъде свързано с луминесценция. Това се отнася както за изкуствени източници, така и за органични. Пример: хемилуминесценция, сцинтилация, фосфоресценция и др.
От своя страна източниците на светлина са разделени на групи според температурните индикатори: A, B, C, D65. Най-сложният спектър се наблюдава в напълно черно тяло.
Леки характеристики
Човешкото око субективно възприема електромагнитното лъчение като цвят. Така че светлината може да излъчва бели, жълти, червени, зелени нюанси. Е самозрително усещане, което е свързано с честотата на излъчване, независимо дали е спектрално или монохроматично по състав. Доказано е, че фотоните се разпространяват дори във вакуум. При отсъствие на материя скоростта на потока е 300 000 km/s. Това откритие е направено още в началото на 70-те години.
На границата на средата поток от светлина изпитва или отражение, или пречупване. По време на разпространението се разсейва чрез материята. Може да се каже, че оптичните показатели на средата се характеризират със стойност на пречупване, равна на съотношението на скоростите във вакуум и абсорбция. При изотропните вещества разпространението на потока не зависи от посоката. Тук показателят на пречупване е представен от скаларна величина, определена от координати и време. В анизотропна среда фотоните се появяват като тензор.
Освен това светлината може да бъде поляризирана и не. В първия случай основната величина на дефиницията ще бъде вълновият вектор. Ако потокът не е поляризиран, тогава той се състои от набор от частици, насочени в произволни посоки.
Най-важната характеристика на светлината е нейният интензитет. Определя се от такива фотометрични величини като мощност и енергия.
Основни свойства на светлината
Фотоните могат не само да взаимодействат един с друг, но и да имат посока. В резултат на контакт с чужда среда потокът изпитва отражение и пречупване. Това са двете основни свойства на светлината. С отражението всичко е повече или по-малко ясно: зависи от плътността на материята и ъгъла на падане на лъчите. С пречупването обаче положението е далечепо-трудно.
За начало можем да разгледаме един прост пример: ако спуснете сламка във вода, тогава отстрани тя ще изглежда извита и скъсена. Това е пречупването на светлината, което се случва на границата на течната среда и въздуха. Този процес се определя от посоката на разпределение на лъчите по време на преминаването през границата на материята.
Когато поток светлина докосне границата между медиите, дължината на вълната му се променя значително. Честотата на разпространение обаче остава същата. Ако лъчът не е ортогонален на границата, тогава и дължината на вълната, и посоката му ще се променят.
Изкуственото пречупване на светлината често се използва за изследователски цели (микроскопи, лещи, лупи). Точките също принадлежат към такива източници на промени в характеристиките на вълната.
Класификация на светлината
В момента се прави разлика между изкуствена и естествена светлина. Всеки от тези видове се определя от характерен източник на радиация.
Естествената светлина е набор от заредени частици с хаотична и бързо променяща се посока. Такова електромагнитно поле се причинява от променливи флуктуации на интензитети. Естествените източници включват горещи тела, слънце, поляризирани газове.
Изкуствената светлина е от следните видове:
- Местно. Използва се на работното място, в кухнята, стените и др. Такова осветление играе важна роля в интериорния дизайн.
- Общо. Това е равномерно осветяване на цялата площ. Източници са полилеи, подови лампи.
- Комбинирано. Смес от първия и втория тип за постигане на идеално осветление на стаята.
- Спешен случай. Той е изключително полезен при прекъсване на тока. Захранването най-често се захранва от батерии.
Съншайн
Днес той е основният източник на енергия на Земята. Няма да е преувеличено да се каже, че слънчевата светлина засяга всички важни въпроси. Това е количествена константа, която определя енергията.
Горните слоеве на земната атмосфера съдържат около 50% инфрачервена и 10% ултравиолетова радиация. Следователно количеството видима светлина е само 40%.
Слънчевата енергия се използва в синтетични и естествени процеси. Това е и фотосинтеза, и трансформация на химични форми, и нагряване, и много повече. Благодарение на слънцето човечеството може да използва електричество. От своя страна потоците светлина могат да бъдат директни и дифузни, ако преминават през облаци.
Три основни закона
От древни времена учените изучават геометричната оптика. Днес следните закони на светлината са основни:
- Законът за разпределението. Той гласи, че в хомогенна оптична среда светлината ще бъде разпределена по права линия.
- Законът за пречупването. Светлинен лъч, падащ върху границата на две среди, и неговата проекция от пресечната точка лежат в една и съща равнина. Това важи и за перпендикуляра, спуснат към точката на контакт. В този случай съотношението на синусите на ъглите на падане и пречупване ще бъде стойносттаконстанта.
- Законът за отражението. Лъч светлина, спускащ се върху границата на средата и неговата проекция лежат в една и съща равнина. В този случай ъглите на отражение и падане са равни.
Възприятие за светлина
Околният свят е видим за човек поради способността на очите му да взаимодействат с електромагнитното лъчение. Светлината се възприема от рецепторите на ретината, които могат да откриват и реагират на спектралния диапазон на заредените частици.
Човек има 2 вида чувствителни клетки в окото: колбички и пръчици. Първите определят механизма на зрението през деня с високо ниво на осветеност. Пръчките са по-чувствителни към радиация. Те позволяват на човек да вижда през нощта.
Визуалните нюанси на светлината се определят от дължината на вълната и нейната насоченост.
