• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Ljus (optik): Definition, enheter och källor (w /spektrum)

    Att förstå ljus gör att vi kan förstå hur vi ser, uppfattar färg och till och med korrigerar vår vision med linser. Fältet optik och refererar till studiet av ljus.
    Vad är ljus?

    I vardagligt tal betyder ordet "ljus" ofta verkligen synligt ljus
    , som är den typ som uppfattas av det mänskliga ögat. Men ljus kommer i många andra former, av vilka de flesta människor inte kan se.

    Källan till allt ljus är elektromagnetism, samspelet mellan elektriska och magnetiska fält som genomsyrar rymden. Ljusvågor
    är en form av elektromagnetisk strålning
    ; villkoren är utbytbara. Specifikt är elektromagnetiska vågor självförökande svängningar i elektriska och magnetiska fält.

    Med andra ord är ljus en vibration i ett elektromagnetiskt fält. Den passerar genom rymden som en våg.


    Tips

  • Ljushastigheten i ett vakuum är 3 × 10 8 m /s, universumets snabbaste hastighet!


    Det är ett unikt och bisarrt drag i vår existens att ingenting reser snabbare än ljus. Och även om allt ljus, oavsett om det är synligt eller inte, reser med samma hastighet, när det möter materia
    , bromsar det ner. Eftersom ljus interagerar med materien (som inte existerar i ett vakuum), desto tätare är det, desto långsammare reser det.

    Ljus interaktion med materia antyder en annan av dess viktiga egenskaper: dess partikelkaraktär. Ett av de konstigaste fenomenen i universum, ljus är faktiskt två saker på en gång: en våg och en partikel. Denna vågpartikeldualitet gör studiet av ljus något beroende av kontext.

    Ibland tycker fysiker att det är mest användbart att tänka på ljus som en våg och tillämpar det mycket av samma matematik och egenskaper som beskriver ljudvågor och andra mekaniska vågor. I andra fall är modellering av ljus som en partikel lämpligare, till exempel när man överväger dess förhållande till atomenerginivåer eller vägen det kommer att ta när det reflekteras från en spegel.
    Det elektromagnetiska spektrumet <<> Om allt ljus, synlig eller inte, är tekniskt samma sak - elektromagnetisk strålning - vad skiljer en typ från en annan? Dess vågegenskaper.

    Elektromagnetiska vågor finns i ett spektrum av olika våglängder och frekvenser. Som en våg följer ljusets hastighet ekvationsekvationsekvationen, där hastigheten är lika med produkten med våglängd och frekvens:

    v \u003d λ × f

    I denna ekvation, v
    är våghastighet i meter per sekund (m /s), λ
    är våglängd i meter (m) och f
    är frekvens i hertz (Hz).

    I fallet med ljus kan detta skrivas om med variabeln c
    för ljusets hastighet i ett vakuum:

    c \u003d λ × f


    Tips

  • c
    är en speciell variabel som representerar ljusets hastighet i ett vakuum. I andra media (material) kan ljusets hastighet uttryckas som en bråkdel av c.



    Detta förhållande innebär att ljus kan ha valfri kombination av våglängd eller frekvens, så länge värdena är omvänt proportionella och deras produkt är lika med c
    . Med andra ord kan ljus ha en stor frekvens och en liten våglängd, eller vice versa.

    Vid olika våglängder och frekvenser har ljus olika egenskaper. Så forskare har delat upp det elektromagnetiska spektrumet i segment som representerar dessa egenskaper. Till exempel är mycket höga frekvenser av elektromagnetisk strålning, som ultravioletta strålar, röntgenstrålar eller gammastrålar, mycket energiska - tillräckligt för att penetrera och skada kroppsvävnader. Andra, som radiovågor, har mycket låga frekvenser men höga våglängder, och de passerar genom kroppar som är obehindrade hela tiden. (Ja, radiosignalen som transporterar din favorit DJ: s spår genom luften till din enhet är en form av elektromagnetisk strålning - ljus!)

    Formerna av elektromagnetisk strålning från längre våglängder /lägre frekvenser /låg energi till kortare våglängder /högre frekvenser /hög energi är:

  • Radiovågor
  • Mikrovågor
  • Infraröda vågor
  • Synligt ljus
  • Ultraviolett ljus
  • Röntgenstrålar
  • Gamma-strålar

    [infoga diagram över EM-spektrum]
    Det synliga spektrumet

    Det synliga ljusspektrumet sträcker sig våglängder från 380-750 nanometer (1 nanometer är lika med 10 <-9 meter - en miljarddels meter, eller ungefär diametern för en väteatom). Denna del av det elektromagnetiska spektrumet inkluderar alla regnbågens färger - röd, orange, gul, grön, blå, indigo och violet - som är synliga för ögat.

    [Inkludera ett diagram med en utblåsning av synligt spektrum]

    Eftersom rött har den längsta våglängden för de synliga färgerna, har den också den minsta frekvensen och därmed den lägsta energin. Det motsatta är sant för blues och violer. Eftersom färgernas energi inte är densamma är inte heller deras temperatur. I själva verket ledde mätningen av dessa temperaturskillnader i synligt ljus till upptäckten av att det finns andra ljus osynliga och människor.

    År 1800 planerade Sir Frederick William Herschel ett experiment för att mäta skillnaden i temperaturer för olika färger i solljus som han separerade med ett prisma. Medan han faktiskt hittade olika temperaturer i olika färgregioner, blev han förvånad över att se den hetaste temperaturen för alla inspelade på termometern strax bortom det röda, där det inte verkade vara något ljus alls. Detta var det första beviset på att mer ljus fanns än människor kunde se. Han namngav ljuset i det här området infraröd
    , som översätter direkt till "nedan rött."

    Vitt ljus, vanligtvis vad en standard glödlampa ger av, är en kombination av alla färger. Svart, däremot, är frånvaron av ljus - inte riktigt en färg alls!
    Wave Fronts and Rays |

    Optikingenjörer och forskare betraktar ljus på två olika sätt när de bestämmer hur det kommer att studsa, kombinera och fokusera. Båda beskrivningarna behövs för att förutsäga den slutliga intensiteten och platsen för ljus när det fokuserar genom linser eller speglar.

    I ett fall ser optiker på ljus som serier av tvärgående vågfronter, som är upprepa sinusformade eller S-formade vågor med vapen och dalar. Detta är den fysiska optiken och metoden, eftersom den använder ljusets vågkaraktär för att förstå hur ljus interagerar med sig själv och leder till interferensmönster, på samma sätt som vågor i vatten kan intensifiera eller avbryta varandra.

    Fysisk optik började efter 1801 när Thomas Young upptäckte ljusets vågegenskaper. Det hjälper till att förklara funktionerna hos sådana optiska instrument som diffraktionsgaller, som separerar ljusspektrumet i dess komponentvåglängder, och polarisationslinser, som blockerar vissa våglängder.

    Det andra sättet att tänka på ljus är som en stråle
    en stråle som följer en rak linje. En stråle dras som en rak linje som kommer från en ljuskälla och indikerar i vilken riktning ljuset rör sig. Att uttrycka ljus som en stråle är användbart i geometrisk optik
    , som avser mer ljusets partikelkaraktär.

    Ritningsdiagram som visar ljusets väg är avgörande för att utforma sådana ljusfokuseringsverktyg. som linser, prismor, mikroskop, teleskop och kameror. Geometrisk optik har funnits i längre tid än fysisk optik - år 1600, Sir Isaac Newtons era, var korrigerande linser för synen vanliga.

  • © Vetenskap http://sv.scienceaq.com