A fény mindenfajta optikai sugárzásnak minősül. Más szóval, ezek elektromágneses hullámok, amelyek hossza nanométeres egységekben van.
Általános meghatározások
Az optika szempontjából a fény elektromágneses sugárzás, amelyet az emberi szem érzékel. Egy 750 THz-es vákuumban lévő területet szokás változás mértékegységének venni. Ez a spektrum rövid hullámhosszú széle. A hossza 400 nm. Ami a széles hullámok határát illeti, egy 760 nm-es, azaz 390 THz-es szakaszt veszünk mértékegységnek.
A fizikában a fényt irányított részecskék halmazának tekintik, amelyeket fotonoknak neveznek. A hullámok eloszlási sebessége vákuumban állandó. A fotonok bizonyos lendülettel, energiával, nulla tömeggel rendelkeznek. Tágabb értelemben a fény látható ultraibolya sugárzás. A hullámok infravörösek is lehetnek.
Az ontológia szempontjából a fény a lét kezdete. Ezt mondják filozófusok és vallástudósok. A földrajzban ezt a kifejezést a bolygó bizonyos területeire használják. Maga a fény társadalmi fogalom. Ennek ellenére a tudományban sajátos tulajdonságai, vonásai és törvényei vannak.
Természet és fényforrások
Elektromágneses sugárzás keletkezik a töltött részecskék kölcsönhatása során. Ennek optimális feltétele a hő lesz, aminek folyamatos a spektruma. A maximális sugárzás a forrás hőmérsékletétől függ. Egy folyamat nagyszerű példája a nap. Kisugárzása közel áll a teljesen fekete testéhez. A Nap fényének természetét a felmelegedés 6000 K-ig határozza meg. Ugyanakkor a sugárzás mintegy 40%-a láthatóságon belül van. A maximális teljesítményspektrum 550 nm közelében található.
Fényforrások lehetnek:
- Molekulák és atomok elektronikus héjai az egyik szintről a másikra való átmenet során. Az ilyen eljárások lehetővé teszik a lineáris spektrum elérését. Ilyenek például a LED-ek és a gázkisüléses lámpák.
- Cserenkov-sugárzás, amely akkor keletkezik, amikor a töltött részecskék a fény fázissebességgel mozognak.
- Fotonlassulási folyamatok. Ennek eredményeként szinkro- vagy ciklotron sugárzás keletkezik.
A fény természete a lumineszcenciával is összefüggésbe hozható. Ez vonatkozik mind a mesterséges, mind a szerves forrásokra. Példa: kemilumineszcencia, szcintilláció, foszforeszcencia stb.
A fényforrásokat a hőmérsékleti mutatók szerint csoportokra osztják: A, B, C, D65. A legösszetettebb spektrum egy teljesen fekete testben figyelhető meg.
Fényjellemzők
Az emberi szem az elektromágneses sugárzást szubjektíven színként érzékeli. Tehát a fény fehér, sárga, piros, zöld árnyalatokat adhat. Csakvizuális érzékelés, amely a sugárzás frekvenciájához kapcsolódik, akár spektrális, akár monokromatikus összetételű. Bebizonyosodott, hogy a fotonok még vákuumban is terjednek. Anyag hiányában az áramlási sebesség 300 000 km/s. Ezt a felfedezést az 1970-es évek elején tették.
A média határán a fényfolyam vagy visszaverődést vagy fénytörést tapasztal. A szaporodás során az anyagon keresztül eloszlik. Elmondható, hogy a közeg optikai mutatóit a vákuumban és az abszorpciós sebességek arányával megegyező törésérték jellemzi. Izotróp anyagokban az áramlás terjedése nem függ az iránytól. Itt a törésmutatót egy koordinátákkal és idővel meghatározott skaláris mennyiség képviseli. Anizotróp közegben a fotonok tenzorként jelennek meg.
Emellett a fény polarizálható is, de nem is. Az első esetben a definíció fő mennyisége a hullámvektor lesz. Ha az áramlás nem polarizált, akkor véletlenszerű irányokba irányított részecskék halmazából áll.
A fény legfontosabb jellemzője az intenzitása. Olyan fotometriai mennyiségek határozzák meg, mint a teljesítmény és az energia.
A fény alapvető tulajdonságai
A fotonok nemcsak kölcsönhatásba léphetnek egymással, hanem irányuk is van. Az idegen közeggel való érintkezés következtében az áramlás visszaverődést és fénytörést tapasztal. Ez a fény két alapvető tulajdonsága. A visszaverődéssel többé-kevésbé minden világos: az anyag sűrűségétől és a sugarak beesési szögétől függ. A fénytöréssel azonban a helyzet messze vannehezebb.
Először is megfontolhatunk egy egyszerű példát: ha vízbe engedünk egy szívószálat, akkor oldalról íveltnek és megrövidültnek fog tűnni. Ez a fény törése, amely a folyékony közeg és a levegő határán következik be. Ezt a folyamatot a sugarak eloszlásának iránya határozza meg az anyag határán való áthaladás során.
Amikor egy fénysugár megérinti a közegek közötti határt, a hullámhossza jelentősen megváltozik. A terjedési frekvencia azonban változatlan marad. Ha a nyaláb nem merőleges a határra, akkor mind a hullámhossz, mind az iránya megváltozik.
A mesterséges fénytörést gyakran használják kutatási célokra (mikroszkópok, lencsék, nagyítók). A pontok is a hullámjellemzők változásának ilyen forrásaihoz tartoznak.
A fény osztályozása
Jelenleg különbséget tesznek a mesterséges és a természetes fény között. Ezen fajok mindegyikét egy jellegzetes sugárforrás határozza meg.
A természetes fény kaotikus és gyorsan változó irányú töltött részecskék halmaza. Az ilyen elektromágneses teret az intenzitások változó ingadozása okozza. A természetes források közé tartoznak a forró testek, a nap, a polarizált gázok.
A mesterséges fény a következő típusú:
- Helyi. Használják a munkahelyen, a konyhában, a falakon stb. Az ilyen világítás fontos szerepet játszik a belsőépítészetben.
- Általános. Ez az egész terület egyenletes megvilágítása. A források csillárok, állólámpák.
- Kombinált. Az első és a második típus keveréke a helyiség ideális megvilágításának eléréséhez.
- Vészhelyzet. Áramszünet esetén rendkívül hasznos. Az áramellátást leggyakrabban akkumulátorok biztosítják.
Sunshine
Ma ez a fő energiaforrás a Földön. Nem túlzás azt állítani, hogy a napfény minden fontos dologra hatással van. Ez egy mennyiségi állandó, amely meghatározza az energiát.
A Föld légkörének felső rétegei körülbelül 50%-ban infravörös és 10%-ban ultraibolya sugárzást tartalmaznak. Ezért a látható fény mennyisége csak 40%.
A napenergiát szintetikus és természetes folyamatokban használják fel. Ez a fotoszintézis, és a kémiai formák átalakulása, és a fűtés, és még sok más. A napnak köszönhetően az emberiség használhatja az elektromosságot. A fénysugár viszont lehet közvetlen és diffúz, ha áthalad a felhőkön.
Három fő törvény
A tudósok ősidők óta tanulmányozzák a geometriai optikát. Ma a következő fénytörvények alapvetőek:
- Az eloszlás törvénye. Azt állítja, hogy egy homogén optikai közegben a fény egyenes vonalban oszlik el.
- A fénytörés törvénye. A két közeg határára beeső fénysugár és a metszéspontból vetülete ugyanazon a síkon fekszik. Ez vonatkozik az érintkezési pontra süllyesztett merőlegesre is. Ebben az esetben a beesési és törési szögek szinuszainak aránya lesz az értékállandó.
- A visszaverődés törvénye. A közeg határára leszálló fénysugár és vetülete ugyanazon a síkon fekszik. Ebben az esetben a visszaverődés és a beesési szög egyenlő.
Fényérzékelés
A környező világ látható az ember számára, mivel szeme képes kölcsönhatásba lépni az elektromágneses sugárzással. A fényt a retina receptorai érzékelik, amelyek képesek érzékelni a töltött részecskék spektrális tartományát és reagálni rá.
Egy ember szemében kétféle érzékeny sejt található: kúpok és rudak. Az első meghatározza a nappali látás mechanizmusát, magas megvilágítás mellett. A rudak érzékenyebbek a sugárzásra. Lehetővé teszik az emberek számára, hogy éjszaka lássanak.
A fény vizuális árnyalatait a hullámhossz és annak irányultsága határozza meg.
