Φως θεωρείται κάθε είδους οπτική ακτινοβολία. Με άλλα λόγια, πρόκειται για ηλεκτρομαγνητικά κύματα, το μήκος των οποίων είναι στην περιοχή των μονάδων των νανόμετρων.
Γενικοί ορισμοί
Από την άποψη της οπτικής, το φως είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι. Συνηθίζεται να λαμβάνεται μια περιοχή σε κενό 750 THz ως μονάδα μεταβολής. Αυτή είναι η άκρη μικρού μήκους κύματος του φάσματος. Το μήκος του είναι 400 nm. Ως προς το όριο των ευρειών κυμάτων, ως μονάδα μέτρησης λαμβάνεται ένα τμήμα 760 nm, δηλαδή 390 THz.
Στη φυσική, το φως θεωρείται ως ένα σύνολο κατευθυντικών σωματιδίων που ονομάζονται φωτόνια. Η ταχύτητα κατανομής των κυμάτων στο κενό είναι σταθερή. Τα φωτόνια έχουν μια ορισμένη ορμή, ενέργεια, μηδενική μάζα. Με μια ευρύτερη έννοια, το φως είναι ορατή υπεριώδης ακτινοβολία. Τα κύματα μπορούν επίσης να είναι υπέρυθρα.
Από την άποψη της οντολογίας, το φως είναι η αρχή της ύπαρξης. Αυτό λένε οι φιλόσοφοι και οι θρησκευτικοί μελετητές. Στη γεωγραφία, αυτός ο όρος χρησιμοποιείται για να αναφέρεται σε ορισμένες περιοχές του πλανήτη. Το ίδιο το φως είναι μια κοινωνική έννοια. Ωστόσο, στην επιστήμη έχει συγκεκριμένες ιδιότητες, χαρακτηριστικά και νόμους.
Φύση και πηγές φωτός
Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία δημιουργείται κατά τη διαδικασία αλληλεπίδρασης φορτισμένων σωματιδίων. Η βέλτιστη συνθήκη για αυτό θα είναι η θερμότητα, η οποία έχει συνεχές φάσμα. Η μέγιστη ακτινοβολία εξαρτάται από τη θερμοκρασία της πηγής. Ένα εξαιρετικό παράδειγμα μιας διαδικασίας είναι ο ήλιος. Η ακτινοβολία του είναι κοντά σε αυτή ενός εντελώς μαύρου σώματος. Η φύση του φωτός στον Ήλιο καθορίζεται από τη θερμοκρασία θέρμανσης έως τους 6000 Κ. Ταυτόχρονα, περίπου το 40% της ακτινοβολίας είναι εντός ορατότητας. Το φάσμα μέγιστης ισχύος βρίσκεται κοντά στα 550 nm.
Οι πηγές φωτός μπορεί επίσης να είναι:
- Ηλεκτρονικά κελύφη μορίων και ατόμων κατά τη μετάβαση από το ένα επίπεδο στο άλλο. Τέτοιες διαδικασίες καθιστούν δυνατή την επίτευξη ενός γραμμικού φάσματος. Παραδείγματα είναι οι λυχνίες LED και οι λαμπτήρες εκκένωσης αερίου.
- Ακτινοβολία Cherenkov, η οποία σχηματίζεται όταν τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται με την ταχύτητα φάσης του φωτός.
- Διαδικασίες επιβράδυνσης φωτονίων. Ως αποτέλεσμα, παράγεται ακτινοβολία συγχρονισμού ή κυκλοτρονίων.
Η φύση του φωτός μπορεί επίσης να συσχετιστεί με τη φωταύγεια. Αυτό ισχύει τόσο για τις τεχνητές πηγές όσο και για τις οργανικές. Παράδειγμα: χημειοφωταύγεια, σπινθηρισμός, φωσφορισμός, κ.λπ.
Με τη σειρά τους, οι πηγές φωτός χωρίζονται σε ομάδες ανάλογα με τους δείκτες θερμοκρασίας: A, B, C, D65. Το πιο περίπλοκο φάσμα παρατηρείται σε ένα εντελώς μαύρο σώμα.
Χαρακτηριστικά φωτός
Το ανθρώπινο μάτι αντιλαμβάνεται υποκειμενικά την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ως χρώμα. Έτσι, το φως μπορεί να δώσει λευκές, κίτρινες, κόκκινες, πράσινες αποχρώσεις. Είναι μόνοοπτική αίσθηση, η οποία σχετίζεται με τη συχνότητα της ακτινοβολίας, είτε είναι φασματική είτε μονόχρωμη σε σύσταση. Τα φωτόνια έχει αποδειχθεί ότι διαδίδονται ακόμη και στο κενό. Ελλείψει ύλης, η ταχύτητα ροής είναι 300.000 km/s. Αυτή η ανακάλυψη έγινε στις αρχές της δεκαετίας του 1970.
Στα όρια των μέσων, ένα ρεύμα φωτός βιώνει είτε ανάκλαση είτε διάθλαση. Κατά τη διάδοση, διαχέεται μέσω της ύλης. Μπορεί να ειπωθεί ότι οι οπτικοί δείκτες του μέσου χαρακτηρίζονται από τιμή διάθλασης ίση με την αναλογία των ταχυτήτων στο κενό και την απορρόφηση. Στις ισοτροπικές ουσίες, η διάδοση της ροής δεν εξαρτάται από την κατεύθυνση. Εδώ, ο δείκτης διάθλασης αντιπροσωπεύεται από μια κλιμακωτή ποσότητα που καθορίζεται από συντεταγμένες και χρόνο. Σε ένα ανισότροπο μέσο, τα φωτόνια εμφανίζονται ως τανυστής.
Εξάλλου, το φως μπορεί να πολωθεί και όχι. Στην πρώτη περίπτωση, η κύρια ποσότητα του ορισμού θα είναι το διάνυσμα κύματος. Εάν η ροή δεν είναι πολωμένη, τότε αποτελείται από ένα σύνολο σωματιδίων που κατευθύνονται σε τυχαίες κατευθύνσεις.
Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό του φωτός είναι η έντασή του. Καθορίζεται από φωτομετρικά μεγέθη όπως η ισχύς και η ενέργεια.
Βασικές ιδιότητες του φωτός
Τα φωτόνια όχι μόνο μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους, αλλά και να έχουν κατεύθυνση. Ως αποτέλεσμα της επαφής με ένα ξένο μέσο, η ροή βιώνει ανάκλαση και διάθλαση. Αυτές είναι οι δύο θεμελιώδεις ιδιότητες του φωτός. Με την αντανάκλαση, όλα είναι λίγο πολύ ξεκάθαρα: εξαρτάται από την πυκνότητα της ύλης και τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων. Ωστόσο, με τη διάθλαση, η κατάσταση είναι μακριάπιο δύσκολο.
Για αρχή, μπορούμε να εξετάσουμε ένα απλό παράδειγμα: αν χαμηλώσετε ένα καλαμάκι στο νερό, τότε από την πλευρά θα φαίνεται κυρτό και κοντό. Αυτή είναι η διάθλαση του φωτός, η οποία συμβαίνει στα όρια του υγρού μέσου και του αέρα. Αυτή η διαδικασία καθορίζεται από την κατεύθυνση κατανομής των ακτίνων κατά τη διέλευση από τα όρια της ύλης.
Όταν ένα ρεύμα φωτός αγγίζει το όριο μεταξύ των μέσων, το μήκος κύματός του αλλάζει σημαντικά. Ωστόσο, η συχνότητα διάδοσης παραμένει η ίδια. Εάν η δέσμη δεν είναι ορθογώνια ως προς το όριο, τότε τόσο το μήκος κύματος όσο και η κατεύθυνσή της θα αλλάξουν.
Η τεχνητή διάθλαση του φωτός χρησιμοποιείται συχνά για ερευνητικούς σκοπούς (μικροσκόπια, φακοί, μεγεθυντικοί φακοί). Τα σημεία ανήκουν επίσης σε τέτοιες πηγές αλλαγών στα χαρακτηριστικά των κυμάτων.
Ταξινόμηση φωτός
Προς το παρόν, γίνεται διάκριση μεταξύ τεχνητού και φυσικού φωτός. Κάθε ένα από αυτά τα είδη ορίζεται από μια χαρακτηριστική πηγή ακτινοβολίας.
Το φυσικό φως είναι ένα σύνολο φορτισμένων σωματιδίων με χαοτική και ταχέως μεταβαλλόμενη κατεύθυνση. Ένα τέτοιο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο προκαλείται από μια μεταβλητή διακύμανση των εντάσεων. Οι φυσικές πηγές περιλαμβάνουν θερμά σώματα, τον ήλιο, πολωμένα αέρια.
Το τεχνητό φως είναι των ακόλουθων τύπων:
- Τοπική. Χρησιμοποιείται στο χώρο εργασίας, στον χώρο της κουζίνας, στους τοίχους κ.λπ. Τέτοιος φωτισμός παίζει σημαντικό ρόλο στην εσωτερική διακόσμηση.
- Στρατηγός. Πρόκειται για ομοιόμορφο φωτισμό ολόκληρης της περιοχής. Πηγές είναι πολυέλαιοι, φωτιστικά δαπέδου.
- Συνδυασμένο. Ένα μείγμα πρώτου και δεύτερου τύπου για να πετύχετε τον ιδανικό φωτισμό του δωματίου.
- Επείγουσα ανάγκη. Είναι εξαιρετικά χρήσιμο σε διακοπές ρεύματος. Η ισχύς τροφοδοτείται συχνότερα από μπαταρίες.
Sunshine
Σήμερα είναι η κύρια πηγή ενέργειας στη Γη. Δεν θα ήταν υπερβολή να πούμε ότι το φως του ήλιου επηρεάζει όλα τα σημαντικά θέματα. Αυτή είναι μια σταθερά ποσότητας που ορίζει την ενέργεια.
Τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της γης περιέχουν περίπου 50% υπέρυθρη και 10% υπεριώδη ακτινοβολία. Επομένως, η ποσότητα του ορατού φωτός είναι μόνο 40%.
Η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται σε συνθετικές και φυσικές διεργασίες. Αυτή είναι η φωτοσύνθεση και ο μετασχηματισμός των χημικών μορφών, η θέρμανση και πολλά άλλα. Χάρη στον ήλιο, η ανθρωπότητα μπορεί να χρησιμοποιήσει ηλεκτρισμό. Με τη σειρά τους, τα ρεύματα φωτός μπορεί να είναι άμεσα και διάχυτα εάν περνούν μέσα από σύννεφα.
Τρεις βασικοί νόμοι
Από την αρχαιότητα, οι επιστήμονες μελετούσαν τη γεωμετρική οπτική. Σήμερα, οι ακόλουθοι νόμοι του φωτός είναι θεμελιώδεις:
- Ο νόμος της κατανομής. Δηλώνει ότι σε ένα ομοιογενές οπτικό μέσο, το φως θα κατανέμεται ευθύγραμμα.
- Ο νόμος της διάθλασης. Μια ακτίνα φωτός που προσπίπτει στο όριο δύο μέσων και η προβολή της από το σημείο τομής βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο. Αυτό ισχύει και για την κάθετη χαμηλωμένη στο σημείο επαφής. Σε αυτή την περίπτωση, ο λόγος των ημιτόνων των γωνιών πρόσπτωσης και διάθλασης θα είναι η τιμήσταθερά.
- Ο νόμος της αντανάκλασης. Μια ακτίνα φωτός που κατεβαίνει στο όριο των μέσων και η προβολή της βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο. Σε αυτήν την περίπτωση, οι γωνίες ανάκλασης και πρόσπτωσης είναι ίσες.
Αντίληψη φωτός
Ο γύρω κόσμος είναι ορατός σε ένα άτομο λόγω της ικανότητας των ματιών του να αλληλεπιδρούν με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Το φως γίνεται αντιληπτό από τους υποδοχείς του αμφιβληστροειδούς, οι οποίοι μπορούν να ανιχνεύσουν και να ανταποκριθούν στο φασματικό εύρος των φορτισμένων σωματιδίων.
Ένα άτομο έχει 2 τύπους ευαίσθητων κυττάρων στο μάτι: κώνους και ράβδους. Τα πρώτα καθορίζουν τον μηχανισμό όρασης κατά τη διάρκεια της ημέρας με υψηλό επίπεδο φωτισμού. Οι ράβδοι είναι πιο ευαίσθητες στην ακτινοβολία. Επιτρέπουν σε ένα άτομο να βλέπει τη νύχτα.
Οι οπτικές αποχρώσεις του φωτός καθορίζονται από το μήκος κύματος και την κατευθυντικότητά του.
