Podstawy
| Przeczytasz w 10 min
Czym jest światło?
Światło to forma energii
Jak powstaje światło?
Światło powstaje dzięki ruchowi elementarnych cząstek zwanych fotonami. Fotony to cząstki które nie posiadają masy, ładunku elektrycznego czy momentu magnetycznego,a w próżni poruszają się… z prędkością światła. Będąc w ruchu są nośnikami energii, a ilość niesionej energii wpływa na charakter wynikowego promieniowania. Pojedynczy foton to kwant, czyli najmniejsza porcja energii, jaką jesteśmy w stanie wyrazić zmianę danej wielkości fizycznej. Jest to też zarazem najmniejszy komponent mechanizmu kształtującego zjawisko światła, któremu jesteśmy w stanie się przyjrzeć.
Wytwornice dymu używane są w warunkach estradowych żeby poprawić widoczność laserów [1]
Światło to promieniowanie elektromagnetyczne
Strumienie fotonów nazywamy falami elektromagnetycznymi, a zjawisko ich rozchodzenia się w przestrzeni to promieniowanie elektromagnetyczne. W tej szerokiej kategorii wyróżniamy wiele rodzajów promieniowania, gdyż wraz ze zmianą długości fal zmieniają się ich fizyczne właściwości. Prawdopodobnie najważniejszym i wartym zapamiętania następstwem tego zjawiska jest, że im krótsza jest fala, tym większa jej częstotliwość, a w konsekwencji ilość niesionej energii.
Nawigując pomiędzy śmiercionośnym promieniowaniem Gamma a falami radiowymi dotrzemy w końcu do celu – zakresu długości fal od 380 nm do 780 nm, który określamy mianem zakresu widzialnego.
Model światła
Z czego skada się światło?
Każda długość fali światła jest w stanie pobudzać nasz narząd wzroku wywołując wrażenie pewnej barwy. Dość rzadko mamy jednak do czynienia ze światłem złożonym wyłącznie z energii niesionej jedną falą o określonej długości. Takie monochromatyczne (łac. mono – pojedynczy, chroma – kolor) promieniowanie rzadko było obserwowane w naturze przed wynalezieniem sztucznych źródeł światła. W większości przypadków, otaczające nas światło złożone jest z promieniowania, którego energia niesiona jest za pośrednictwem fal o różnych długościach, zaś efektem powstania takiego kompozytu są różne barwy światła.
Jest to możliwe dzięki jednemu z fundamentalnych w kontekście analizy właściwości promieniowania optyczego zjawisk, związanego z możliwością dodawania do siebie kolejnych składników i mieszania ich aż do momentu, gdy nasz narząd wzroku odpowie wywołaniem wrażenia światła białego. Nazywamy to mieszaniem addytywnym.
Trzy barwy podstawowe: czerwona, zielona i niebieska dodane do siebie tworzą barwę białą
Rozkład widmowy światła
Widmo światła, znane także jako spektrum, to nic innego jak zapis rozkładu energii promieniowania na komponenty poszczególnych długości fali. Najpopularniejsza forma prezentacji widma to wykres, którego oś pionowa ukazuje ilość energii, zaś oś pozioma długość fali. Długość fali najcześciej wyrażana jest w nanometrach [nm], zaś wielkość związana z energią może przyjmować postać względną (0-100%) lub bezwględną, np. strumienia energetycznego wyrażanego w watach [W].
Widmo promieniowania (spektrum) mówi o tym ile energii niesione jest przez poszczególne długości fal składających się na badane promieniowanie optyczne
Definicja światła
Dodatkiem do definicji zaproponowanych przez CIE jest krótki komentarz, który określa dolną granicę długości fal promieniowania widzalnego jako zakres pomiędzy 360 nm a 400 nm, górną zaś pomiędzy 760 nm a 830 nm. Zdolność promieniowania do pobudzania narządu wzroku uzależniona jest w dużej mierze od warunków obserwacji, natężenia napromienienia na powierzchni oka, a także cech obserwatora. Jednym z często omawianych czynników jest postępujący z wiekiem spadek wydolności wzrokowej. Widowiskowym przykładem jest eksperyment [3], który ukazał, że w warunkach laboratoryjnych, osoba w wieku 24 lat była w stanie zarejestrować promieniowanie o długości fali równej 310 nm. Ta sama osoba w wieku 74 lat widziała już tylko 400 nm.
To tylko początek
Część 2 wkrótce
- – Światło jest formą wypromieniowanej energii, nie należy traktować go jak substancję
- – Fotony to elementarne cząstki, będące kwantami promieniowania elektromagnetycznego, w tym światła
- – Nie jesteśmy w stanie zobaczyć przepływu fotonów, dostrzegamy jedynie to jak oddziałuje on na obiekty
- – Światło należy do tej samej kategorii promieniowania, co fale radiowe, mikrofale czy promieniowanie gamma
- – Sposób, w jaki widzimy światło zależy od właściwości jego samego, medium w którym jest dystrybuowane oraz obiektów, z którymi wchodzi w interakcje.
- Już wkrótce
[1] zdjęcie autorstwa Alexander Popov na Unsplash
[2] https://cie.co.at/e-ilv ; tłum. z j. ang.
[3] D H Sliney (2016): What is light? The visible spectrum and beyond, Eye 2016 Luty; 30(2): 222–229.
Borys Skrzypiński
Inżynier, absolwent studiów magisterskich na Politechnice Poznańskiej, entuzjasta wszystkiego, co związane ze światłem, autor Luminforum