Valoa pidetään kaikenlaisena optisena säteilynä. Toisin sanoen nämä ovat sähkömagneettisia a altoja, joiden pituus on nanometrien yksiköissä.
Yleiset määritelmät
Optiikan näkökulmasta valo on sähkömagneettista säteilyä, jonka ihmissilmä havaitsee. Muutosyksiköksi on tapana ottaa 750 THz:n tyhjiössä oleva alue. Tämä on spektrin lyhyen aallonpituuden reuna. Sen pituus on 400 nm. Mitä tulee leveiden a altojen rajaan, mittayksikkönä otetaan 760 nm:n, eli 390 THz:n leikkaus.
Fysiikassa valoa pidetään sarjana suunnattuja hiukkasia, joita kutsutaan fotoneiksi. A altojen jakautumisnopeus tyhjiössä on vakio. Fotoneilla on tietty liikemäärä, energia, nollamassa. Laajemmassa merkityksessä valo on näkyvää ultraviolettisäteilyä. Aallot voivat olla myös infrapunaa.
Ontologian näkökulmasta valo on olemisen alku. Näin väittävät filosofit ja uskonnontutkijat. Maantieteessä tätä termiä käytetään viittaamaan planeetan tiettyihin alueisiin. Valo itsessään on sosiaalinen käsite. Siitä huolimatta tieteessä sillä on erityisiä ominaisuuksia, piirteitä ja lakeja.
Luonto ja valonlähteet
Sähkömagneettista säteilyä syntyy varautuneiden hiukkasten vuorovaikutuksessa. Optimaalinen ehto tälle on lämpö, jolla on jatkuva spektri. Suurin säteily riippuu lähteen lämpötilasta. Hyvä esimerkki prosessista on aurinko. Sen säteily on lähellä täysin mustan kappaleen säteilyä. Auringon valon luonne määräytyy 6000 K:n lämpenemislämpötilan mukaan. Samaan aikaan noin 40 % säteilystä on näkyvillä. Suurin tehospektri sijaitsee lähellä 550 nm.
Valonlähteitä voivat olla myös:
- Molekyylien ja atomien elektroniset kuoret siirtymisen aikana tasolta toiselle. Tällaiset prosessit mahdollistavat lineaarisen spektrin saavuttamisen. Esimerkkejä ovat LEDit ja kaasupurkauslamput.
- Cherenkov-säteilyä, joka muodostuu varautuneiden hiukkasten liikkuessa valon vaihenopeudella.
- Fotonien hidastusprosessit. Tämän seurauksena syntyy synkro- tai syklotronisäteilyä.
Valon luonne voidaan yhdistää myös luminesenssiin. Tämä koskee sekä keinotekoisia että orgaanisia lähteitä. Esimerkki: kemiluminesenssi, tuike, fosforesenssi jne.
Valonlähteet puolestaan jaetaan ryhmiin lämpötila-indikaattoreiden mukaan: A, B, C, D65. Monimutkaisin spektri havaitaan täysin mustassa kappaleessa.
Valon ominaisuudet
Ihmissilmä havaitsee sähkömagneettisen säteilyn subjektiivisesti värinä. Joten valo voi antaa valkoisia, keltaisia, punaisia, vihreitä sävyjä. Se on vainvisuaalinen tunne, joka liittyy säteilyn taajuuteen, olipa se koostumukseltaan spektraalinen tai monokromaattinen. Fotonien on todistettu leviävän jopa tyhjiössä. Aineen puuttuessa virtausnopeus on 300 000 km/s. Tämä löytö tehtiin jo 1970-luvun alussa.
Median rajalla valovirta kokee joko heijastuksen tai taittumisen. Etenemisen aikana se haihtuu aineen läpi. Voidaan sanoa, että väliaineen optisille indekseille on tunnusomaista taitearvo, joka on yhtä suuri kuin tyhjiön ja absorption nopeuksien suhde. Isotrooppisissa aineissa virtauksen eteneminen ei riipu suunnasta. Tässä taitekerrointa edustaa koordinaattien ja ajan määrittämä skalaarisuure. Anisotrooppisessa väliaineessa fotonit näkyvät tensoreina.
Lisäksi valo voi olla polarisoitua, mutta ei. Ensimmäisessä tapauksessa määritelmän pääsuure on a altovektori. Jos virtaus ei ole polarisoitu, se koostuu joukosta hiukkasia, jotka on suunnattu satunnaisiin suuntiin.
Valon tärkein ominaisuus on sen intensiteetti. Sen määräävät sellaiset fotometriset suureet kuin teho ja energia.
Valon perusominaisuudet
Fotonit eivät voi vain olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, vaan niillä on myös suunta. Vieraan aineen kanssa kosketuksen seurauksena virtaus kokee heijastuksen ja taittumisen. Nämä ovat kaksi valon perusominaisuutta. Heijastuksen kanssa kaikki on enemmän tai vähemmän selvää: se riippuu aineen tiheydestä ja säteiden tulokulmasta. Taittumalla tilanne on kuitenkin kaukanavaikeampaa.
Aluksi voimme harkita yksinkertaista esimerkkiä: jos lasket oljen veteen, se näyttää sivulta katsottuna kaarev alta ja lyhentyneeltä. Tämä on valon taittuminen, joka tapahtuu nestemäisen väliaineen ja ilman rajalla. Tämä prosessi määräytyy säteiden jakautumissuunnan mukaan niiden kulkiessa aineen rajan läpi.
Kun valovirta koskettaa välineiden välistä rajaa, sen aallonpituus muuttuu merkittävästi. Etenemistaajuus pysyy kuitenkin samana. Jos säde ei ole kohtisuorassa rajaan nähden, niin sekä aallonpituus että sen suunta muuttuvat.
Keinotekoista valon taittumista käytetään usein tutkimustarkoituksiin (mikroskoopit, linssit, suurennuslaitteet). Pisteet kuuluvat myös sellaisiin a altoominaisuuksien muutosten lähteisiin.
Valon luokitus
Tällä hetkellä erotetaan keinotekoinen ja luonnonvalo. Jokaiselle näistä lajeista on ominaista säteilylähde.
Luonnollinen valo on joukko varautuneita hiukkasia, joiden suunta on kaoottinen ja nopeasti muuttuva. Tällaisen sähkömagneettisen kentän aiheuttaa intensiteettien vaihteleva vaihtelu. Luonnonlähteitä ovat kuumat kappaleet, aurinko, polarisoidut kaasut.
Keinovaloa on seuraavan tyyppisiä:
- Paikallinen. Sitä käytetään työpaikalla, keittiössä, seinissä jne. Tällaisella valaistuksella on tärkeä rooli sisustussuunnittelussa.
- Yleinen. Tämä valaisee tasaisesti koko alueen. Lähteitä ovat kattokruunut, lattiavalaisimet.
- Yhdistetty. Ensimmäisen ja toisen tyypin sekoitus huoneen ihanteellisen valaistuksen saavuttamiseksi.
- Hätä. Se on erittäin hyödyllinen sähkökatkojen aikana. Virta saadaan useimmiten paristoista.
Auringonpaiste
Tänään se on tärkein energianlähde maan päällä. Ei olisi liioittelua sanoa, että auringonvalo vaikuttaa kaikkiin tärkeisiin asioihin. Tämä on määrävakio, joka määrittää energian.
Maan ilmakehän ylemmät kerrokset sisältävät noin 50 % infrapuna- ja 10 % ultraviolettisäteilyä. Siksi näkyvän valon määrä on vain 40%.
Aurinkoenergiaa käytetään synteettisissä ja luonnollisissa prosesseissa. Tämä on fotosynteesi ja kemiallisten muotojen muutos, kuumennus ja paljon muuta. Auringon ansiosta ihmiskunta voi käyttää sähköä. Valovirrat voivat puolestaan olla suoria ja hajaantuneita, jos ne kulkevat pilvien läpi.
Kolme päälakia
Muinaisista ajoista lähtien tiedemiehet ovat tutkineet geometrista optiikkaa. Nykyään seuraavat valon lait ovat perustavanlaatuisia:
- Jakautumislaki. Siinä todetaan, että homogeenisessa optisessa väliaineessa valo jakautuu suorassa linjassa.
- Taittumislaki. Kahden väliaineen rajalle osuva valonsäde ja sen projektio leikkauspisteestä ovat samalla tasolla. Tämä koskee myös kohtisuoraa, joka on laskettu kosketuskohtaan. Tässä tapauksessa tulo- ja taittumiskulmien sinien suhde on arvovakio.
- Heijastuksen laki. Median rajalle laskeutuva valonsäde ja sen projektio ovat samalla tasolla. Tässä tapauksessa heijastus- ja tulokulmat ovat yhtä suuret.
Valon havaitseminen
Ympäröivä maailma näkyy ihmiselle, koska hänen silmänsä voivat olla vuorovaikutuksessa sähkömagneettisen säteilyn kanssa. Verkkokalvon reseptorit havaitsevat valon, ja ne voivat havaita varautuneiden hiukkasten spektrialueen ja reagoida siihen.
Ihmisellä on kahdenlaisia herkkiä soluja silmässä: käpyjä ja sauvoja. Ensimmäinen määrittää näkömekanismin päiväsaikaan korkealla valaistustasolla. Tangot ovat herkempiä säteilylle. Niiden avulla ihminen näkee yöllä.
Valon visuaaliset sävyt määräytyvät aallonpituuden ja sen suunnan mukaan.
