Світло - це ... Природа світла. Закони світла

Світлом прийнято вважати будь-який вид оптичного випромінювання. Іншими словами, це електромагнітні хвилі, довжина яких знаходиться в діапазоні одиниць нанометрів.

Загальні визначення

З точки зору оптики, світло - це електромагнітне випромінювання, яке сприймається оком людини. За одиницю зміни прийнято брати ділянку у вакуумі 750 ТГц. Це короткохвильова межа спектра. Її довжина дорівнює 400 нм. Що стосується кордону широких хвиль, то за одиницю виміру береться ділянку в 760 нм, тобто 390 ТГц.

У фізиці світло розглядається як сукупність спрямованих частинок, які називаються фотонами. Швидкість розподілу хвиль у вакуумі постійна. Фотони володіють певним імпульсом, енергією, нульовою масою. У більш широкому сенсі слова, світло - це видиме ультрафіолетове випромінювання. Також хвилі можуть бути і інфрачервоними.З точки зору онтології, світло - це початок буття. Про це твердять і філософи, і релігієзнавці. У географії цим терміном прийнято називати окремі області планети. Сам по собі світло - це поняття соціальне. Проте в науці воно має конкретні властивості, риси і закони.

Природа і джерела світла

Електромагнітне випромінювання створюється в процесі взаємодії заряджених частинок. Оптимальною умовою для цього буде тепло, яке має безперервний спектр. Максимум випромінювання залежить від температури джерела. Чудовим прикладом процесу є Сонце. Його випромінювання близько до аналогічних показників абсолютно чорного тіла. Природа світла на Сонці обумовлюється температурою нагрівання до 6000 К. При цьому близько 40% випромінювання знаходиться в межах видимості. Максимум спектра по потужності розташовується поблизу 550 нм.

Джерелами світла також можуть бути:

1. Електронні оболонки молекул і атомів під час переходу з одного рівня на інший. Такі процеси дозволяють досягти лінійний спектр. Прикладом можуть служити світлодіоди і газорозрядні лампи.
2. Черенковське випромінювання, яке утворюється при русі заряджених частинок з фазовою швидкістю світла.
3. Процеси гальмування фотонів. В результаті утворюється сінхро- або циклотронне випромінювання.

Природа світла може бути пов`язана і з люмінесценцією. Це стосується і штучних джерел, і органічних. Приклад: хемілюмінесценція, сцинтилляция, фосфоресценція та ін.

У свою чергу, джерела світла поділяються на групи щодо температурних показників: А, В, С, D65. Найскладніший спектр спостерігається у абсолютно чорного тіла.

Характеристики світла

Людське око суб`єктивно сприймає електромагнітне випромінювання як колір. Так, світло може віддавати білими, жовтими, червоними, зеленими переливами. Це лише зорове відчуття, яке пов`язане з частотою випромінювання, будь воно за складом спектральним або монохроматичним. Доведено, що фотони здатні поширюватися навіть у вакуумі. При відсутності речовини швидкість потоку дорівнює 300.000 км / с. Це відкриття було зроблено ще на початку 1970-х років.

На кордоні середовищ потік світла відчуває або відображення, або переломлення. Під час поширення він розсіюється через речовину. Можна сказати, що оптичні показники середовища характеризуються значенням заломлення, рівним відношенню швидкостей у вакуумі та поглинання. В ізотропних речовинах поширення потоку не залежить від напрямку. Тут показник заломлення представлений скалярною величиною, що визначається координатами і часом. В анізотропному середовищі фотони проявляється у вигляді тензора.

Крім того, світло буває поляризованим і немає. У першому випадку головною величиною визначення буде вектор хвилі. Якщо ж потік не поляризоване, то він складається з набору часток, спрямованих у випадкові сторони.

Найважливішою характеристикою світла є і його інтенсивність. Вона визначається такими фотометричними величинами, як потужність і енергія.

Основні властивості світла

Фотони можуть не тільки взаємодіяти між собою, а й мати напрямок. В результаті зіткнення з сторонньої середовищем потік відчуває віддзеркалення і заломлення. Це два основоположних властивості світла. З відображенням все більш-менш ясно: воно залежить від щільності матерії і кута падіння променів. Однак з заломленням справа йде куди складніше.

Для початку можна розглянути простий приклад: якщо опустити соломинку у воду, то з боку вона здасться зігнутої і укороченою. Це і є заломлення світла, яке настає на кордоні рідкого середовища і повітря. Цей процес визначається напрямом розподілу променів під час проходження через кордон матерії. Коли потік світла стосується межі між середовищами, довжина його хвилі істотно змінюється. Проте частота поширення залишається колишньою. Якщо промінь не ортогональний по відношенню до кордону, то зміни піддасться і довжина хвилі, і її напрямок.

Штучне заломлення світла часто використовується в дослідницьких цілях (мікроскопи, лінзи, лупи). Також до таких джерелам зміни характеристик хвилі відносяться окуляри.

Класифікація світла

В даний час розрізняють штучний і природний світло. Кожен з цих видів визначається характерним джерелом випромінювання.

Природне світло являє собою набір заряджених частинок з хаотичним і швидко мінливих напрямком. Таке електромагнітне поле обумовлюється змінним коливанням напруженостей. До природних джерел належать розпечені тіла, сонце, поляризовані гази.

Штучне світло буває наступних видів:

1. Місцевий. Його використовують на робочому місці, на ділянці кухні, стіни і т.д. Таке освітлення відіграє важливу роль в дизайні інтер`єру.
2. Загальний. Це рівномірне освітлення всієї площі. Джерелами є люстри, торшери.
3. Комбінований. Суміш першого і другого видів для досягнення ідеальної освітленості приміщення.
4. Аварійний. Він украй корисний при відключеннях світла. Харчування здійснюється найчастіше від акумуляторів.

Сонячне світло

На сьогоднішній день це головне джерело енергії на Землі. Не буде перебільшенням сказати, що сонячне світло впливає на всі важливі матерії. Це кількісна постійна, яка визначає енергію.

У верхніх шарах земної атмосфери міститься близько 50% випромінювання інфрачервоного та 10% ультрафіолетового. Тому кількісна складова видимого світла дорівнює всього 40%.

Сонячна енергія використовується в синтетичних і природних процесах. Це і фотосинтез, і перетворення хімічних форм, і опалення, і багато іншого. Завдяки сонцю людство може користуватися електроенергією. У свою чергу, потоки світла можуть бути прямими і розсіяними, якщо вони проходять через хмари.

Три головних закону

З давніх часів вчені займалися вивченням геометричної оптики. На сьогоднішній день основними є наступні закони світла:

1. Закон розповсюдження. Він говорить, що в однорідної оптичному середовищі світло буде розподілятися прямолінійно.
2. Закон заломлення. Промінь світла, що падає на межу двох середовищ, і його проекція з точки перетину лежать на одній площині. Також це стосується і опущеного до місця торкання перпендикуляра. При цьому відношення синусів кутів падіння і заломлення буде величиною постійною.
3. Закон відображення. Опускається на кордон середовищ промінь світла і його проекція лежать на одній площині. При цьому кути відбиття і падіння рівні.

Сприйняття світла

Навколишній світ людині видно завдяки здатності його очей взаємодіяти з електромагнітним випромінюванням. Світло сприймається рецепторами сітківки, які можуть вловити і відреагувати на спектральний діапазон заряджених частинок.

У людини є 2 типу чутливих клітин ока: колбочки і палички. Перші обумовлюють механізм зору в денний час при високому рівні освітлення. Палички ж є більш чутливими до випромінювання. Вони дозволяють людині бачити в нічний час.

Зорові відтінки світла обумовлюються довжиною хвилі і її спрямованістю.