Svetlo sa považuje za akýkoľvek druh optického žiarenia. Inými slovami, ide o elektromagnetické vlny, ktorých dĺžka sa pohybuje v jednotkách nanometrov.
Všeobecné definície
Svetlo je z pohľadu optiky elektromagnetické žiarenie, ktoré vníma ľudské oko. Je zvykom brať ako jednotku zmeny oblasť vo vákuu 750 THz. Toto je okraj krátkovlnnej dĺžky spektra. Jeho dĺžka je 400 nm. Pokiaľ ide o hranicu širokých vĺn, za mernú jednotku sa považuje úsek 760 nm, teda 390 THz.
Vo fyzike sa svetlo považuje za súbor smerových častíc nazývaných fotóny. Rýchlosť distribúcie vĺn vo vákuu je konštantná. Fotóny majú určitú hybnosť, energiu, nulovú hmotnosť. V širšom zmysle je svetlo viditeľné ultrafialové žiarenie. Vlny môžu byť tiež infračervené.
Z pohľadu ontológie je svetlo počiatkom bytia. Toto hovoria filozofi a náboženskí učenci. V geografii sa tento výraz používa na označenie určitých oblastí planéty. Svetlo samo o sebe je spoločenský pojem. Napriek tomu má vo vede špecifické vlastnosti, črty a zákony.
Príroda a zdroje svetla
Elektromagnetické žiarenie vzniká v procese interakcie nabitých častíc. Optimálnou podmienkou na to bude teplo, ktoré má spojité spektrum. Maximálne vyžarovanie závisí od teploty zdroja. Skvelým príkladom procesu je slnko. Jeho vyžarovanie je blízke vyžarovaniu úplne čierneho telesa. Charakter svetla na Slnku je určený teplotou ohrevu do 6000 K. Zároveň je asi 40% žiarenia vo viditeľnosti. Maximálne výkonové spektrum sa nachádza blízko 550 nm.
Zdroje svetla môžu byť aj:
- Elektronické obaly molekúl a atómov počas prechodu z jednej úrovne do druhej. Takéto procesy umožňujú dosiahnuť lineárne spektrum. Príkladom sú LED a plynové výbojky.
- Čerenkovovo žiarenie, ktoré vzniká, keď sa nabité častice pohybujú fázovou rýchlosťou svetla.
- Procesy spomaľovania fotónov. Výsledkom je synchro- alebo cyklotrónové žiarenie.
Povaha svetla môže súvisieť aj s luminiscenciou. Platí to pre umelé zdroje aj pre organické. Príklad: chemiluminiscencia, scintilácia, fosforescencia atď.
Svetelné zdroje sú zase rozdelené do skupín podľa indikátorov teploty: A, B, C, D65. Najkomplexnejšie spektrum je pozorované v úplne čiernom telese.
Svetlé charakteristiky
Ľudské oko subjektívne vníma elektromagnetické žiarenie ako farbu. Takže svetlo môže vydávať biele, žlté, červené, zelené odtiene. Je to lenzrakový vnem, ktorý je spojený s frekvenciou žiarenia, či už má spektrálne alebo monochromatické zloženie. Bolo dokázané, že fotóny sa šíria aj vo vákuu. Pri absencii hmoty je rýchlosť prúdenia 300 000 km/s. Tento objav sa objavil na začiatku 70. rokov 20. storočia.
Na hranici médií dochádza k odrazu alebo lomu prúdu svetla. Počas šírenia sa rozptyľuje hmotou. Dá sa povedať, že optické indexy prostredia sú charakterizované hodnotou lomu rovnajúcou sa pomeru rýchlostí vo vákuu a absorpcie. V izotropných látkach šírenie toku nezávisí od smeru. Index lomu je tu reprezentovaný skalárnou veličinou určenou súradnicami a časom. V anizotropnom médiu sa fotóny javia ako tenzor.
Okrem toho svetlo môže byť polarizované a nie. V prvom prípade bude hlavnou veličinou definície vlnový vektor. Ak tok nie je polarizovaný, potom pozostáva zo sady častíc nasmerovaných v náhodných smeroch.
Najdôležitejšou charakteristikou svetla je jeho intenzita. Je určená takými fotometrickými veličinami, ako je výkon a energia.
Základné vlastnosti svetla
Fotóny môžu nielen vzájomne interagovať, ale môžu mať aj smer. V dôsledku kontaktu s cudzím médiom prúdenie zažíva odraz a lom. Toto sú dve základné vlastnosti svetla. S odrazom je všetko viac-menej jasné: závisí to od hustoty hmoty a uhla dopadu lúčov. S refrakciou je však situácia ďalekoťažšie.
Na začiatok môžeme zvážiť jednoduchý príklad: ak slamku spustíte do vody, zboku sa vám bude zdať zakrivená a skrátená. Ide o lom svetla, ku ktorému dochádza na rozhraní kvapalného média a vzduchu. Tento proces je určený smerom distribúcie lúčov pri prechode cez hranicu hmoty.
Keď sa prúd svetla dotkne hranice medzi médiami, jeho vlnová dĺžka sa výrazne zmení. Frekvencia šírenia však zostáva rovnaká. Ak lúč nie je kolmý na hranicu, zmení sa vlnová dĺžka aj jeho smer.
Umelý lom svetla sa často používa na výskumné účely (mikroskopy, šošovky, lupy). K takýmto zdrojom zmien charakteristík vĺn patria aj body.
Klasifikácia svetla
V súčasnosti sa rozlišuje medzi umelým a prirodzeným svetlom. Každý z týchto druhov je definovaný charakteristickým zdrojom žiarenia.
Prirodzené svetlo je súbor nabitých častíc s chaotickým a rýchlo sa meniacim smerom. Takéto elektromagnetické pole je spôsobené premenlivým kolísaním intenzít. Prírodné zdroje zahŕňajú horúce telesá, slnko, polarizované plyny.
Umelé svetlo je nasledujúcich typov:
- Miestne. Používa sa na pracovisku, v kuchyni, stenách atď. Takéto osvetlenie hrá dôležitú úlohu v interiérovom dizajne.
- Všeobecné. Ide o rovnomerné osvetlenie celej plochy. Zdrojmi sú lustre, stojacie lampy.
- Kombinované. Zmes prvého a druhého typu na dosiahnutie ideálneho osvetlenia miestnosti.
- Núdzový stav. Je to veľmi užitočné pri výpadku prúdu. Napájanie sa najčastejšie dodáva z batérií.
Slnko
Dnes je hlavným zdrojom energie na Zemi. Nebolo by prehnané povedať, že slnečné svetlo ovplyvňuje všetky dôležité záležitosti. Toto je množstevná konštanta, ktorá definuje energiu.
Horné vrstvy zemskej atmosféry obsahujú asi 50 % infračerveného a 10 % ultrafialového žiarenia. Preto je množstvo viditeľného svetla iba 40 %.
Slnečná energia sa využíva v syntetických a prírodných procesoch. Toto je fotosyntéza a transformácia chemických foriem a zahrievanie a oveľa viac. Vďaka slnku môže ľudstvo využívať elektrickú energiu. Prúdy svetla môžu byť priame a rozptýlené, ak prechádzajú cez oblaky.
Tri hlavné zákony
Od staroveku vedci skúmali geometrickú optiku. Dnes sú základné tieto zákony svetla:
- Zákon distribúcie. Uvádza, že v homogénnom optickom médiu bude svetlo distribuované v priamke.
- Zákon lomu. Lúč svetla dopadajúci na rozhranie dvoch prostredí a jeho priemet z priesečníka leží v rovnakej rovine. To platí aj pre kolmicu spustenú do bodu dotyku. V tomto prípade bude hodnotou pomer sínusov uhlov dopadu a lomukonštanta.
- Zákon odrazu. Lúč svetla zostupujúci na hranicu média a jeho projekcia ležia v rovnakej rovine. V tomto prípade sú uhly odrazu a dopadu rovnaké.
Vnímanie svetla
Okolitý svet je pre človeka viditeľný vďaka schopnosti jeho očí interagovať s elektromagnetickým žiarením. Svetlo je vnímané sietnicovými receptormi, ktoré dokážu detekovať a reagovať na spektrálny rozsah nabitých častíc.
Človek má v oku 2 typy citlivých buniek: čapíky a tyčinky. Prvý určuje mechanizmus videnia počas dňa s vysokou úrovňou osvetlenia. Tyčinky sú citlivejšie na žiarenie. Umožňujú človeku vidieť v noci.
Vizuálne odtiene svetla sú určené vlnovou dĺžkou a jej smerovosťou.
