Licht ist jede Art von optischer Strahlung. Mit anderen Worten handelt es sich um elektromagnetische Wellen, deren Länge im Einheitenbereich von Nanometern liegt.
Allgemeine Definitionen
Aus Sicht der Optik ist Licht elektromagnetische Strahlung, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Es ist üblich, eine Fläche in einem Vakuum von 750 THz als Änderungseinheit zu nehmen. Dies ist der kurzwellige Rand des Spektrums. Seine Länge beträgt 400 nm. Für die Grenze breiter Wellen wird ein Abschnitt von 760 nm, also 390 THz, als Maßeinheit genommen.
In der Physik wird Licht als eine Menge gerichteter Teilchen betrachtet, die Photonen genannt werden. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen im Vakuum ist konstant. Photonen haben einen bestimmten Impuls, Energie, Nullmasse. Im weiteren Sinne ist Licht sichtbare ultraviolette Strahlung. Wellen können auch infrarot sein.
Aus Sicht der Ontologie ist Licht der Anfang des Seins. Das sagen Philosophen und Religionswissenschaftler. In der Geographie wird dieser Begriff verwendet, um sich auf bestimmte Gebiete des Planeten zu beziehen. Licht selbst ist ein soziales Konzept. Dennoch hat es in der Wissenschaft spezifische Eigenschaften, Merkmale und Gesetzmäßigkeiten.
Natur und Lichtquellen
Elektromagnetische Strahlung entsteht bei der Wechselwirkung geladener Teilchen. Die optimale Bedingung dafür ist Wärme, die ein kontinuierliches Spektrum hat. Die maximale Strahlung hängt von der Temperatur der Quelle ab. Ein gutes Beispiel für einen Prozess ist die Sonne. Seine Strahlung kommt der eines vollständig schwarzen Körpers nahe. Die Art des Lichts auf der Sonne wird durch die Erwärmungstemperatur auf bis zu 6000 K bestimmt. Gleichzeitig sind etwa 40% der Strahlung im Sichtbereich. Das maximale Leistungsspektrum liegt bei 550 nm.
Lichtquellen können auch sein:
- Elektronische Hüllen von Molekülen und Atomen beim Übergang von einer Ebene zur anderen. Solche Prozesse ermöglichen es, ein lineares Spektrum zu erreichen. Beispiele sind LEDs und Gasentladungslampen.
- Cherenkov-Strahlung, die entsteht, wenn geladene Teilchen sich mit Lichtphasengeschwindigkeit bewegen.
- Prozesse der Photonenverzögerung. Dadurch entsteht Synchro- oder Zyklotronstrahlung.
Die Natur des Lichts kann auch mit Lumineszenz in Verbindung gebracht werden. Dies gilt sowohl für künstliche Quellen als auch für organische. Beispiel: Chemilumineszenz, Szintillation, Phosphoreszenz etc.
Lichtquellen wiederum werden nach Temperaturindikatoren in Gruppen eingeteilt: A, B, C, D65. Das komplexeste Spektrum wird in einem vollständig schwarzen Körper beobachtet.
Lichtcharakteristik
Das menschliche Auge nimmt elektromagnetische Strahlung subjektiv als Farbe wahr. Das Licht kann also weiße, gelbe, rote und grüne Farbtöne abgeben. Es ist nurvisuelle Empfindung, die mit der Frequenz der Strahlung verbunden ist, unabhängig davon, ob sie spektral oder monochromatisch zusammengesetzt ist. Photonen können sich sogar im Vakuum ausbreiten. In Abwesenheit von Materie beträgt die Strömungsgeschwindigkeit 300.000 km/s. Diese Entdeckung wurde bereits in den frühen 1970er Jahren gemacht.
An der Grenze der Medien erfährt ein Lichtstrahl entweder Reflexion oder Brechung. Bei der Ausbreitung zerstreut es sich durch Materie. Man kann sagen, dass die optischen Indizes des Mediums durch einen Brechungswert gekennzeichnet sind, der gleich dem Verhältnis der Geschwindigkeiten im Vakuum und der Absorption ist. Bei isotropen Stoffen ist die Ausbreitung der Strömung richtungsunabhängig. Hier wird der Brechungsindex durch eine durch Koordinaten und Zeit bestimmte skalare Größe dargestellt. In einem anisotropen Medium erscheinen Photonen als Tensor.
Außerdem kann Licht polarisiert sein und nicht. Im ersten Fall wird die Hauptgröße der Definition der Wellenvektor sein. Wenn die Strömung nicht polarisiert ist, besteht sie aus einer Reihe von Teilchen, die in zufällige Richtungen gerichtet sind.
Die wichtigste Eigenschaft von Licht ist seine Intensität. Sie wird durch photometrische Größen wie Leistung und Energie bestimmt.
Grundlegende Eigenschaften des Lichts
Photonen können nicht nur miteinander interagieren, sondern auch eine Richtung haben. Durch den Kontakt mit einem fremden Medium erfährt die Strömung Reflexion und Brechung. Dies sind die beiden grundlegenden Eigenschaften des Lichts. Bei der Reflexion ist alles mehr oder weniger klar: es kommt auf die Materiedichte und den Einfallswinkel der Strahlen an. Mit der Refraktion ist die Situation jedoch weit entfernthärter.
Zunächst können wir ein einfaches Beispiel betrachten: Wenn Sie einen Strohhalm ins Wasser tauchen, erscheint er von der Seite gekrümmt und verkürzt. Dies ist die Lichtbrechung, die an der Grenze zwischen flüssigem Medium und Luft auftritt. Dieser Vorgang wird durch die Ausbreitungsrichtung der Strahlen beim Durchgang durch die Materiegrenze bestimmt.
Wenn ein Lichtstrahl die Grenze zwischen Medien berührt, ändert sich seine Wellenlänge erheblich. Die Ausbreitungsfrequenz bleibt jedoch gleich. Wenn der Strahl nicht orthogonal zur Grenze ist, ändern sich sowohl die Wellenlänge als auch seine Richtung.
Zu Forschungszwecken wird häufig künstliche Lichtbrechung eingesetzt (Mikroskope, Linsen, Lupen). Auch Punkte gehören zu solchen Quellen von Veränderungen der Welleneigenschaften.
Klassifizierung des Lichts
Aktuell wird zwischen künstlichem und natürlichem Licht unterschieden. Jede dieser Arten wird durch eine charakteristische Strahlungsquelle definiert.
Natürliches Licht ist ein Satz geladener Teilchen mit einer chaotischen und sich schnell ändernden Richtung. Ein solches elektromagnetisches Feld wird durch eine variable Intensitätsschwankung verursacht. Zu den natürlichen Quellen zählen heiße Körper, die Sonne und polarisierte Gase.
Künstliche Beleuchtung hat folgende Arten:
- Lokal. Es wird am Arbeitsplatz, im Küchenbereich, an Wänden usw. verwendet. Eine solche Beleuchtung spielt in der Innenarchitektur eine wichtige Rolle.
- Allgemein. Dies ist eine gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten Bereichs. Quellen sind Kronleuchter, Stehlampen.
- Kombiniert. Eine Mischung aus dem ersten und zweiten Typ, um die ideale Ausleuchtung des Raumes zu erreichen.
- Notfall. Es ist äußerst nützlich bei Stromausfällen. Die Stromversorgung erfolgt meistens über Batterien.
Sonnenschein
Heute ist es die Hauptenergiequelle der Erde. Es wäre nicht übertrieben zu sagen, dass das Sonnenlicht alle wichtigen Dinge beeinflusst. Dies ist eine Mengenkonstante, die Energie definiert.
Die oberen Schichten der Erdatmosphäre enth alten etwa 50 % infrarote und 10 % ultraviolette Strahlung. Daher beträgt der sichtbare Lichtanteil nur 40 %.
Solarenergie wird in synthetischen und natürlichen Prozessen genutzt. Dies ist Photosynthese und die Umwandlung chemischer Formen und Erhitzen und vieles mehr. Dank der Sonne kann die Menschheit Strom nutzen. Lichtstrahlen wiederum können direkt und diffus sein, wenn sie Wolken passieren.
Drei Hauptgesetze
Seit der Antike beschäftigen sich Wissenschaftler mit der geometrischen Optik. Heute sind folgende Lichtgesetze grundlegend:
- Das Verteilungsgesetz. Sie besagt, dass sich Licht in einem homogenen optischen Medium geradlinig verteilt.
- Das Brechungsgesetz. Ein auf die Grenze zweier Medien einfallender Lichtstrahl und seine Projektion vom Schnittpunkt liegen auf derselben Ebene. Dies gilt auch für die zum Kontaktpunkt abgesenkte Senkrechte. In diesem Fall ist das Verhältnis der Sinus der Einfalls- und Brechungswinkel der Wertkonstant.
- Das Reflexionsgesetz. Ein auf die Grenze des Mediums fallender Lichtstrahl und seine Projektion liegen auf derselben Ebene. In diesem Fall sind Reflexions- und Einfallswinkel gleich.
Lichtwahrnehmung
Die umgebende Welt ist für eine Person aufgrund der Fähigkeit ihrer Augen sichtbar, mit elektromagnetischer Strahlung zu interagieren. Licht wird von Netzhautrezeptoren wahrgenommen, die den Spektralbereich geladener Teilchen erkennen und darauf reagieren können.
Ein Mensch hat 2 Arten von empfindlichen Zellen im Auge: Zapfen und Stäbchen. Die ersten bestimmen den Sehmechanismus tagsüber mit einem hohen Beleuchtungsniveau. Stäbchen sind empfindlicher gegenüber Strahlung. Sie ermöglichen es einer Person, nachts zu sehen.
Visuelle Lichtschattierungen werden durch die Wellenlänge und ihre Richtung bestimmt.
