Lumina este considerată orice fel de radiație optică. Cu alte cuvinte, acestea sunt unde electromagnetice, a căror lungime este în intervalul de unități de nanometri.
Definiții generale
Din punct de vedere al opticii, lumina este o radiație electromagnetică care este percepută de ochiul uman. Se obișnuiește să se ia o zonă într-un vid de 750 THz ca unitate de schimbare. Aceasta este marginea cu lungimea de undă scurtă a spectrului. Lungimea sa este de 400 nm. În ceea ce privește limita undelor largi, o secțiune de 760 nm, adică 390 THz, este luată ca unitate de măsură.
În fizică, lumina este considerată ca un set de particule direcționale numite fotoni. Viteza de distribuție a undelor în vid este constantă. Fotonii au un anumit impuls, energie, masă zero. Într-un sens mai larg, lumina este radiație ultravioletă vizibilă. Undele pot fi și în infraroșu.
Din punctul de vedere al ontologiei, lumina este începutul ființei. Aceasta este ceea ce spun filozofii și savanții religioși. În geografie, acest termen este folosit pentru a se referi la anumite zone ale planetei. Lumina în sine este un concept social. Cu toate acestea, în știință are proprietăți, trăsături și legi specifice.
Natura și surse de lumină
Radiația electromagnetică este creată în procesul de interacțiune a particulelor încărcate. Condiția optimă pentru aceasta va fi căldura, care are un spectru continuu. Radiația maximă depinde de temperatura sursei. Un exemplu excelent de proces este soarele. Radiația sa este apropiată de cea a unui corp complet negru. Natura luminii de pe Soare este determinată de temperatura de încălzire până la 6000 K. În același timp, aproximativ 40% din radiație se află în vizibilitate. Spectrul de putere maximă este situat lângă 550 nm.
Sursele de lumină pot fi, de asemenea:
- Învelișuri electronice de molecule și atomi în timpul tranziției de la un nivel la altul. Astfel de procese fac posibilă realizarea unui spectru liniar. Exemple sunt LED-urile și lămpile cu descărcare în gaz.
- Radiția Cherenkov, care se formează atunci când particulele încărcate se mișcă cu viteza de fază a luminii.
- Procese de decelerare a fotonilor. Ca rezultat, se produc radiații sincronizate sau ciclotron.
Natura luminii poate fi asociată și cu luminiscența. Acest lucru se aplică atât surselor artificiale, cât și celor organice. Exemplu: chemiluminiscență, scintilație, fosforescență etc.
La rândul lor, sursele de lumină sunt împărțite în grupuri în funcție de indicatorii de temperatură: A, B, C, D65. Cel mai complex spectru este observat într-un corp complet negru.
Caracteristicile luminii
Ochiul uman percepe subiectiv radiația electromagnetică ca o culoare. Deci, lumina poate emite nuanțe de alb, galben, roșu, verde. Este doarsenzație vizuală, care este asociată cu frecvența radiației, indiferent dacă este spectrală sau monocromatică în compoziție. S-a dovedit că fotonii se propagă chiar și în vid. În absența materiei, viteza curgerii este de 300.000 km/s. Această descoperire a fost făcută la începutul anilor 1970.
La limita media, un flux de lumină experimentează fie reflexia, fie refracția. În timpul propagării, se risipește prin materie. Se poate spune că indicii optici ai mediului sunt caracterizați printr-o valoare de refracție egală cu raportul dintre vitezele în vid și absorbția. În substanțele izotrope, propagarea curgerii nu depinde de direcție. Aici, indicele de refracție este reprezentat de o mărime scalară determinată de coordonate și timp. Într-un mediu anizotrop, fotonii apar ca un tensor.
În plus, lumina poate fi polarizată și nu. În primul caz, mărimea principală a definiției va fi vectorul de undă. Dacă fluxul nu este polarizat, atunci acesta constă dintr-un set de particule îndreptate în direcții aleatorii.
Cea mai importantă caracteristică a luminii este intensitatea acesteia. Este determinată de cantități fotometrice precum puterea și energia.
Proprietăți de bază ale luminii
Fotonii nu numai că pot interacționa între ei, dar au și o direcție. Ca urmare a contactului cu un mediu străin, fluxul experimentează reflexie și refracție. Acestea sunt cele două proprietăți fundamentale ale luminii. Cu reflexie totul este mai mult sau mai puțin clar: depinde de densitatea materiei și de unghiul de incidență al razelor. Cu toate acestea, cu refracția, situația este departemai greu.
Pentru început, putem lua în considerare un exemplu simplu: dacă cobori un pai în apă, atunci din lateral va părea curbat și scurtat. Aceasta este refracția luminii, care are loc la limita dintre mediul lichid și aer. Acest proces este determinat de direcția de distribuție a razelor în timpul trecerii prin limita materiei.
Când un flux de lumină atinge limita dintre medii, lungimea de undă se schimbă semnificativ. Cu toate acestea, frecvența de propagare rămâne aceeași. Dacă fasciculul nu este ortogonal la graniță, atunci atât lungimea de undă, cât și direcția sa se vor schimba.
Refracția artificială a luminii este adesea folosită în scopuri de cercetare (microscoape, lentile, lupe). De asemenea, punctele aparțin unor astfel de surse de modificări ale caracteristicilor undelor.
Clasificarea luminii
În prezent, se face o distincție între lumina artificială și cea naturală. Fiecare dintre aceste specii este definită de o sursă de radiație caracteristică.
Lumina naturală este un set de particule încărcate cu o direcție haotică și care se schimbă rapid. Un astfel de câmp electromagnetic este cauzat de o fluctuație variabilă a intensităților. Sursele naturale includ corpurile fierbinți, soarele, gazele polarizate.
Lumina artificială este de următoarele tipuri:
- Local. Se foloseste la locul de munca, in zona de bucatarie, pereti etc. Un astfel de iluminat joacă un rol important în designul interior.
- General. Aceasta este iluminarea uniformă a întregii zone. Sursele sunt candelabrele, lămpile de podea.
- Combinat. Un amestec de primul și al doilea tip pentru a obține iluminarea ideală a încăperii.
- Urgență. Este extrem de util în timpul întreruperilor de curent. Energia este furnizată cel mai adesea de la baterii.
Sunshine
Astăzi este principala sursă de energie de pe Pământ. Nu ar fi exagerat să spunem că lumina soarelui afectează toate chestiunile importante. Aceasta este o constantă de cantitate care definește energia.
Straturile superioare ale atmosferei pământului conțin aproximativ 50% radiații infraroșii și 10% radiații ultraviolete. Prin urmare, cantitatea de lumină vizibilă este de numai 40%.
Energia solară este folosită în procese sintetice și naturale. Aceasta este fotosinteza și transformarea formelor chimice, încălzirea și multe altele. Datorită soarelui, omenirea poate folosi electricitatea. La rândul lor, fluxurile de lumină pot fi directe și difuze dacă trec prin nori.
Trei legi principale
Din cele mai vechi timpuri, oamenii de știință au studiat optica geometrică. Astăzi, următoarele legi ale luminii sunt fundamentale:
- Legea distribuției. Afirmă că într-un mediu optic omogen, lumina va fi distribuită în linie dreaptă.
- Legea refracției. O rază de lumină incidentă la limita a două medii și proiecția ei din punctul de intersecție se află pe același plan. Acest lucru este valabil și pentru perpendiculara coborâtă până la punctul de contact. În acest caz, raportul dintre sinusurile unghiurilor de incidență și refracție va fi valoareaconstantă.
- Legea reflexiei. O rază de lumină care coboară la limita media și proiecția ei se află pe același plan. În acest caz, unghiurile de reflexie și de incidență sunt egale.
Percepția luminii
Lumea înconjurătoare este vizibilă pentru o persoană datorită capacității ochilor săi de a interacționa cu radiația electromagnetică. Lumina este percepută de receptorii retinieni, care pot detecta și răspunde la gama spectrală a particulelor încărcate.
O persoană are 2 tipuri de celule sensibile în ochi: conuri și bastonașe. Primul determină mecanismul vederii în timpul zilei cu un nivel ridicat de iluminare. Tijele sunt mai sensibile la radiații. Acestea permit unei persoane să vadă noaptea.
Nuanțele vizuale de lumină sunt determinate de lungimea de undă și de direcționalitatea acesteia.
