Chi ha dimostrato che la luce è un'onda elettromagnetica. Boom dell'informazione. Come viene percepita la luce dall'occhio
Se vuoi una prova più dettagliata di quanto sia soggettiva la nostra percezione del colore, pensa all'arcobaleno. La maggior parte delle persone sa che lo spettro della luce contiene sette colori primari: rosso, arancione, giallo, verde, ciano, blu e viola. Abbiamo anche proverbi e detti utili sui cacciatori che vogliono sapere dove si trova un fagiano. Guarda un bel arcobaleno e prova a vederli tutti e sette. Neppure Newton ci riuscì. Gli scienziati sospettano che lo scienziato abbia diviso l'arcobaleno in sette colori, poiché il numero "sette" era molto importante per il mondo antico: sette note, sette giorni della settimana, ecc.
Il lavoro di Maxwell sull'elettromagnetismo ci ha portato oltre e ha mostrato che la luce visibile faceva parte di un ampio spettro di radiazioni. Anche la vera natura della luce divenne chiara. Per secoli, gli scienziati hanno cercato di capire quale forma assume effettivamente la luce su una scala fondamentale mentre viaggia dalla sorgente luminosa ai nostri occhi.
Alcuni credevano che la luce si muovesse sotto forma di onde o increspature, attraverso l'aria o il misterioso "etere". Altri pensavano che questo modello d'onda fosse difettoso e consideravano la luce un flusso di minuscole particelle. Newton era propenso a quest'ultima opinione, soprattutto dopo una serie di esperimenti da lui condotti con la luce e gli specchi. 
Si rese conto che i raggi di luce obbediscono a rigide regole geometriche. Un raggio di luce riflesso in uno specchio si comporta come una palla lanciata direttamente in uno specchio. Le onde non seguiranno necessariamente queste linee rette prevedibili, suggerì Newton, quindi la luce deve essere trasportata da qualche forma di minuscole particelle senza massa.
Il problema è che ci sono state prove altrettanto convincenti che la luce è un'onda. Una delle dimostrazioni più evidenti di ciò fu nel 1801. Thomas Jung, in linea di principio, può essere fatto in modo indipendente a casa.
Prendi un foglio di cartone spesso e fai con cura due tagli verticali sottili. Quindi prendi una sorgente luminosa "coerente" che emetta solo luce di una certa lunghezza d'onda: un laser andrà benissimo. Quindi dirigere la luce verso due fessure in modo che, passando attraverso, cada sull'altra superficie.
Ci si aspetterebbe di vedere due linee verticali luminose sulla seconda superficie dove la luce è passata attraverso le fessure. Ma quando Jung ha fatto l'esperimento, ha visto una sequenza di linee chiare e scure come un codice a barre. 
Quando la luce passa attraverso sottili fessure, si comporta come onde d'acqua che passano attraverso una stretta apertura: si disperdono e si diffondono sotto forma di increspature emisferiche.
Quando questa luce passa attraverso due fenditure, ciascuna onda estingue l'altra, formando macchie scure. Quando le increspature convergono, si completano, formando linee verticali luminose. L'esperimento di Young confermò letteralmente il modello ondulatorio, quindi Maxwell trasformò l'idea in una solida forma matematica. La luce è un'onda. 
Ma poi c'è stata una rivoluzione quantistica.
Nella seconda metà del XIX secolo, i fisici hanno cercato di capire come e perché alcuni materiali assorbono ed emettono radiazioni elettromagnetiche meglio di altri. Vale la pena notare che l'industria della luce elettrica si stava sviluppando solo allora, quindi i materiali che possono emettere luce erano una cosa seria.
Alla fine del diciannovesimo secolo, gli scienziati avevano scoperto che la quantità di radiazione elettromagnetica emessa da un oggetto cambiava con la sua temperatura e misuravano questi cambiamenti. Ma nessuno sapeva perché stava succedendo. Nel 1900 Max Planck risolse questo problema. Ha scoperto che i calcoli possono spiegare questi cambiamenti, ma solo se assumiamo che la radiazione elettromagnetica sia trasmessa in minuscole porzioni discrete. Planck li chiamò "quanta", il plurale del latino "quantum". Alcuni anni dopo, Einstein prese le sue idee come base e spiegò un altro sorprendente esperimento.
I fisici hanno scoperto che un pezzo di metallo si carica positivamente quando viene irradiato con luce visibile o ultravioletta. Questo effetto è stato chiamato fotovoltaico.
Gli atomi nel metallo hanno perso elettroni caricati negativamente. Apparentemente, la luce ha fornito energia sufficiente al metallo per rilasciare alcuni degli elettroni. Ma perché gli elettroni lo facessero non era chiaro. Potrebbero trasportare più energia semplicemente cambiando il colore della luce. In particolare, gli elettroni rilasciati da un metallo irradiato con luce viola trasportavano più energia degli elettroni rilasciati da un metallo irradiato con luce rossa.
Se la luce fosse solo un'onda, sarebbe ridicolo. 
Di solito, cambi la quantità di energia nell'onda, rendendola più alta - immagina un alto tsunami di potere distruttivo - e non più lunga o più corta. Più in generale, il modo migliore per aumentare l'energia che la luce trasferisce agli elettroni è rendere l'onda luminosa più alta: cioè rendere la luce più brillante. Cambiare la lunghezza d'onda, e quindi la luce, non avrebbe dovuto fare molta differenza.
Einstein si rese conto che l'effetto fotoelettrico è più facile da capire se si pensa alla luce in termini di quanti di Planck.
Ha suggerito che la luce è trasportata da minuscoli pezzi quantici. Ogni quanto trasporta una porzione di energia discreta associata a una lunghezza d'onda: più corta è la lunghezza d'onda, più densa è l'energia. Questo potrebbe spiegare perché le porzioni di lunghezza d'onda relativamente corte della luce viola trasportano più energia delle porzioni relativamente lunghe di luce rossa.
Spiegherebbe anche perché il semplice aumento della luminosità della luce non influisce sul risultato.
La luce più brillante fornisce più porzioni di luce al metallo, ma ciò non cambia la quantità di energia trasportata da ciascuna porzione. In parole povere, una porzione di luce viola può trasferire più energia a un elettrone rispetto a molte porzioni di luce rossa.
Einstein chiamò queste porzioni di energia fotoni e ora sono riconosciute come particelle fondamentali. La luce visibile viene trasportata dai fotoni e vengono trasportate anche altre forme di radiazione elettromagnetica come raggi X, microonde e onde radio. In altre parole, la luce è una particella. 
Con questo, i fisici hanno deciso di porre fine al dibattito su cosa sia fatta la luce. Entrambi i modelli erano così convincenti che era inutile abbandonarne uno. Con sorpresa di molti non fisici, gli scienziati hanno deciso che la luce si comporta come una particella e un'onda allo stesso tempo. In altre parole, la luce è un paradosso.
Allo stesso tempo, i fisici non avevano problemi con la doppia personalità della luce. Questo, in una certa misura, rendeva la luce doppiamente utile. Oggi, facendo affidamento sul lavoro dei luminari nel senso letterale della parola - Maxwell ed Einstein - spremiamo tutto dalla luce.
Risulta che le equazioni usate per descrivere l'onda luminosa e la particella luminosa funzionano ugualmente bene, ma in alcuni casi una è più facile da usare dell'altra. Pertanto, i fisici passano da una all'altra, proprio come usiamo i metri per descrivere la nostra altezza, e andiamo in chilometri, descrivendo un giro in bicicletta.
Alcuni fisici stanno cercando di utilizzare la luce per creare canali di comunicazione crittografati, ad esempio per i trasferimenti di denaro. Ha senso per loro pensare alla luce come a particelle. La colpa è della strana natura fisica quantistica... Due particelle fondamentali, come una coppia di fotoni, possono essere entangled. Ciò significa che avranno proprietà comuni indipendentemente dalla distanza l'uno dall'altro, quindi possono essere utilizzati per trasferire informazioni tra due punti sulla Terra.
Un'altra caratteristica di questo entanglement è che lo stato quantistico dei fotoni cambia quando vengono letti. Ciò significa che se qualcuno cerca di origliare su un canale criptato, in teoria, tradirà immediatamente la sua presenza.
Altri, come Gulilmakis, usano la luce nell'elettronica. Trovano più utile rappresentare la luce come una serie di onde che possono essere domate e controllate. I dispositivi moderni chiamati "sintetizzatori di campo luminoso" possono combinare le onde luminose in perfetta sincronizzazione tra loro. Di conseguenza, creano impulsi di luce più intensi, di breve durata e più direzionali rispetto alla luce di una lampada convenzionale.
Negli ultimi 15 anni, questi dispositivi hanno imparato ad essere utilizzati per domare la luce in misura estrema. Nel 2004, Gulilmakis e i suoi colleghi hanno imparato a produrre impulsi di raggi X incredibilmente brevi. Ogni impulso è durato solo 250 attosecondi, o 250 quintilioni di secondi.
Usando questi minuscoli impulsi come un flash della fotocamera, sono stati in grado di catturare immagini di singole onde di luce visibile che oscillano molto più lentamente. Hanno letteralmente fotografato la luce in movimento.
"Sin dai tempi di Maxwell, sapevamo che la luce è un campo elettromagnetico oscillante, ma nessuno pensava nemmeno che potessimo fotografare la luce oscillante", afferma Gulilmakis.
Osservare queste singole onde di luce è stato il primo passo verso la manipolazione e la modifica della luce, dice, proprio come alteriamo le onde radio per trasportare segnali radiofonici e televisivi.
Un secolo fa, l'effetto fotoelettrico ha mostrato che la luce visibile colpisce gli elettroni in un metallo. Gulilmakis afferma che dovrebbe essere possibile controllare con precisione questi elettroni utilizzando onde luminose visibili modificate per interagire con il metallo in un modo ben definito. "Possiamo manipolare la luce e usarla per manipolare la materia", dice.
Questo potrebbe rivoluzionare l'elettronica, portare a una nuova generazione di computer ottici che saranno più piccoli e più veloci dei nostri. “Possiamo spostare gli elettroni a nostro piacimento, creando correnti elettriche all'interno dei solidi con l'aiuto della luce, e non come nell'elettronica convenzionale."
Ecco un altro modo per descrivere la luce: è uno strumento.
Tuttavia, niente di nuovo. La vita usa la luce sin da quando i primi organismi primitivi svilupparono tessuti sensibili alla luce. Gli occhi delle persone catturano i fotoni della luce visibile, li usiamo per studiare il mondo che ci circonda. La tecnologia moderna porta questa idea ancora oltre. Nel 2014, la chimica è stata assegnata ai ricercatori che hanno costruito un microscopio ottico così potente da essere considerato fisicamente impossibile. Si è scoperto che se ci proviamo, la luce può mostrarci cose che pensavamo non avremmo mai visto.
Cosa racconta la luce di Suvorov Sergei Georgievich
Proprietà ondulatorie della luce. L'esperienza di Jung
L'ipotesi corpuscolare newtoniana della luce ha prevalso per molto tempo - più di un anno e mezzo. Ma all'inizio del XIX secolo fisico inglese Thomas Jung (1773-1829) e il fisico francese Augustin Fresnel (1788-1827) hanno condotto tali esperimenti che hanno convinto i fisici che la luce non sono corpuscoli (particelle), ma onde.
Riso. 11. Esperimento di Young, o diffrazione della luce da due fenditure (schema)
Jung era convinto che gli anelli newtoniani fossero il risultato dell'interferenza delle onde luminose. Per dimostrare che la luce è onde, ha inventato una tale esperienza. Jung prese una lastra opaca e vi fece due strette fessure parallele. Da una parte illuminò queste fenditure con un fascio di raggi paralleli monocromatici, dall'altra pose uno schermo (Fig. 11). Lo scienziato ha ragionato così. Onde piane di luce viaggiano lungo i raggi (nella foto a sinistra). Cadono nelle crepe. Se la luce è onde, allora dietro le crepe un 1 e un 2 si verificherà la diffrazione della luce. Slot un 1 e un 2 possono essere visti come sorgenti di luce monocromatica. Da loro a destra, le onde luminose andranno sotto forma di cilindri (e nella sezione - circolari). Una serie di onde luminose provenienti dalla fessura un 1 si intersecano con una serie di onde dal divario un 2... Pertanto, tutti i fenomeni di interferenza dovrebbero essere osservati anche a destra. Nei luoghi in cui la "cresta" di una serie di onde incontra il "trogolo" di un'altra serie, ci sarà l'oscuramento. E dove due "creste" (e poi due "valli") coincidono, la luce si intensificherà. Sullo schermo a destra dovrebbero apparire strisce chiare (monocromatiche) e scure di "interferenza".
Jung aveva ragione. Eseguì l'esperimento previsto e ottenne frange di interferenza. Questo esperimento si basa sul fenomeno della diffrazione della luce. Pertanto, l'esperimento di Young è anche chiamato diffrazione da due fenditure.
Poco dopo, Fresnel fece un nuovo esperimento confermando la natura ondulatoria della luce. Fece rimbalzare la sorgente luminosa su due specchi inclinati; da entrambi gli specchi partivano due identici treni di onde luminose riflesse, che cominciarono ad intersecarsi. E in questo caso si sono ottenute frange di interferenza.
Quindi è stato dimostrato che la luce ha proprietà ondulatorie.
Ma che tipo di onde, all'inizio del 19° secolo, nessuno lo sapeva. Naturalmente, queste onde non sembrano onde d'acqua. Non ci sono creste o depressioni lungo il fascio di luce. I fisici credevano che si trattasse di una sorta di onde elastiche nell'ambiente mondiale: l'etere.
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Ci è voluto un po' di tempo dalla scoperta delle oscillazioni elettromagnetiche per capire che la luce è anche un insieme di oscillazioni elettromagnetiche, solo ad altissima frequenza. Non è un caso che la velocità della luce sia pari alla velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche ed è caratterizzata da una costante c = 300.000 km/s.
L'occhio è il principale organo umano che percepisce la luce. In questo caso, la lunghezza d'onda delle vibrazioni luminose viene percepita dall'occhio come il colore dei raggi luminosi. Il corso di fisica della scuola descrive il classico esperimento di decomposizione luce bianca- è necessario dirigere un fascio di luce bianca piuttosto stretto (ad esempio luce solare) su un prisma di vetro a sezione triangolare, poiché si stratifica immediatamente in tanti fasci luminosi di colore diverso che passano dolcemente l'uno nell'altro. Questo fenomeno è dovuto al diverso grado di rifrazione delle onde luminose di diversa lunghezza.
Oltre alla lunghezza d'onda (o frequenza), le vibrazioni luminose sono caratterizzate dall'intensità. Di una serie di misure dell'intensità della radiazione luminosa (luminosità, flusso luminoso, illuminazione, ecc.) nella descrizione dei dispositivi video, la più importante è l'illuminazione. Senza entrare nella complessità della determinazione delle caratteristiche della luce, notiamo che l'illuminazione è misurata in lux ed è una misura usuale per noi per valutare visivamente la visibilità degli oggetti. Di seguito sono riportati i livelli di luce tipici:
- Illuminazione a 20 cm da una candela accesa 10-15 lux
- Illuminazione ambiente con lampade ad incandescenza accese 100 lux
- Illuminazione uffici con lampade fluorescenti 300-500 lux
- Illuminazione da lampade alogene da 750 lux
- Illuminazione in pieno sole 20.000 lux e oltre
La luce è ampiamente utilizzata nella tecnologia delle comunicazioni. Basti notare applicazioni della luce come la trasmissione di informazioni tramite linee di comunicazione in fibra ottica, l'uso dell'uscita ottica per segnali sonori digitalizzati nei moderni dispositivi elettroacustici, l'uso di telecomandi tramite un raggio di luce infrarossa, ecc.
La natura elettromagnetica della luce La luce ha sia proprietà ondulatorie che proprietà corpuscolari. Questa proprietà della luce è chiamata dualismo particella-onda. Ma scienziati e fisici dell'antichità non lo sapevano e inizialmente consideravano la luce un'onda elastica.
Luce - onde nell'aria Ma poiché è necessario un mezzo per la propagazione delle onde elastiche, è sorta una legittima domanda, in quale mezzo si propaga la luce? Che tipo di ambiente è sulla strada dal Sole alla Terra? I sostenitori della teoria ondulatoria della luce presumevano che tutto lo spazio nell'universo fosse riempito da un mezzo elastico invisibile. Hanno anche inventato un nome per questo: etere luminifero. A quel tempo, gli scienziati non erano ancora a conoscenza dell'esistenza di onde diverse da quelle meccaniche. Tali opinioni sulla natura della luce furono espresse intorno al XVII secolo. Si credeva che la luce si diffondesse proprio in questo etere luminifero.
Luce - onda di taglio Ma questa ipotesi ha sollevato una serie di questioni controverse. Alla fine del XVIII secolo, si dimostrò che la luce era un'onda di taglio. E le onde trasversali elastiche possono sorgere solo in corpi solidi, quindi l'etere luminifero è un corpo solido. Ciò causò un forte mal di testa agli scienziati dell'epoca. Come i corpi celesti possono muoversi attraverso l'etere luminifero solido, e allo stesso tempo non incontrare alcuna resistenza.
La luce è un'onda elettromagnetica Nella seconda metà del XIX secolo Maxwell dimostrò teoricamente l'esistenza di onde elettromagnetiche che possono propagarsi anche nel vuoto. E ha suggerito che anche la luce è un'onda elettromagnetica. Quindi questa ipotesi è stata confermata. Ma era anche rilevante l'idea che in alcuni casi la luce si comportasse come un flusso di particelle. La teoria di Maxwell contraddiceva alcuni fatti sperimentali. Ma, nel 1990, il fisico Max Planck ipotizzò che gli atomi emettano energia elettromagnetica in porzioni separate - quanti. E nel 1905, Albert Einstein avanzò l'idea che le onde elettromagnetiche con una certa frequenza possano essere considerate come un flusso di quanti di radiazione con energia E = p * ν. Attualmente, un quanto di radiazione elettromagnetica è chiamato fotone. Il fotone non ha né massa né carica e si propaga sempre alla velocità della luce. Cioè, quando emessa e assorbita, la luce mostra proprietà corpuscolari e quando si muove nello spazio, mostra proprietà ondulatorie.
Un team internazionale di fisici dell'Università di Guangzhou in Cina e dell'Istituto Weizmann in Israele, guidati da Ulf Leonhardt, hanno dimostrato per la prima volta la pressione di spinta della luce su un liquido. I risultati dello studio e le conclusioni del loro lavoro, gli scienziati hanno delineato in un articolo pubblicato sul New Journal of Physics.
La discussione sulla natura della pressione, o, come viene anche chiamata dai fisici, l'impulso di luce, risale al 1908. Quindi il famoso scienziato tedesco Hermann Minkowski ha avanzato l'ipotesi che la luce agisca su liquidi come olio o acqua, attirandoli a sé. Tuttavia, nel 1909, il fisico Max Abraham confutò questa ipotesi e dimostrò teoricamente che la luce esercita una pressione di spinta sui liquidi.
"Gli scienziati hanno discusso per un secolo sulla natura dell'impulso di luce e sui suoi effetti sull'ambiente. Abbiamo scoperto che l'impulso di luce non è una quantità fisica di base, ma si manifesta nell'interazione tra luce e materia e dipende da la capacità della luce di deformare la materia.
Se il mezzo si muove sotto l'influenza di un raggio di radiazione, allora Minkowski ha ragione e la luce esercita una pressione di trazione. Se il mezzo è fermo, allora Abraham ha ragione e la luce esercita una pressione di spinta sul liquido", afferma Leonhardt.
Sperimentalmente si possono identificare due diversi tipi di pressione illuminando la superficie del liquido con un fascio di luce. È solo necessario seguire come si comporta il liquido: sale o scende. Nel primo caso, si scopre che la luce attira il mezzo liquido verso di sé e nel secondo - viceversa. Aggiungiamo che entrambe le teorie concordano nello spazio vuoto (quando l'indice di rifrazione del mezzo è equivalente all'unità), ma divergono se l'indice di rifrazione è maggiore di 1.
Nel loro esperimento, Leonhardt e i suoi colleghi hanno dimostrato che la superficie di un liquido può essere forzata a piegarsi verso l'interno, in corrispondenza della pressione di spinta della luce, utilizzando un raggio di radiazione relativamente ampio in un contenitore relativamente grande. Questi due fattori fanno sì che la luce formi uno schema di flusso in un liquido.
I ricercatori hanno dimostrato che la pressione di spinta della luce appare sia nell'acqua che nell'olio, che hanno indici di rifrazione diversi. Così, furono in grado di confermare la teoria di Abramo.
Gli autori del nuovo studio notano che in esperimenti precedenti, i loro colleghi hanno dimostrato solo la correttezza di Minkowski, dimostrando la pressione di trazione della luce. Tuttavia, secondo loro, gli scienziati hanno precedentemente utilizzato fasci di luce più stretti e piccoli contenitori di liquido.
Leonhardt e il suo team hanno deciso di ripetere il loro esperimento e non appena hanno usato un raggio stretto e un piccolo contenitore, si è manifestata la pressione di attrazione della luce. Ciò significa che la natura della pressione dipende non solo dalla luce, ma anche dal liquido stesso, spiegano i ricercatori.
Per comprendere la natura dell'impulso della luce, Leonhardt suggerisce di tracciare un'analogia con un gioco di biliardo. Secondo lui, l'impulso di luce differisce in qualche modo da esso in energia, e questa differenza ha aspetti importanti.
"Immaginate una partita a biliardo. Il giocatore prende una stecca e colpisce la pallina bianca, che a sua volta deve spingere la pallina colorata, e può spingere qualche biglia in più. In tutta questa catena di movimenti di spinta, l'impulso impartito originariamente dal giocatore alla stecca viene trasmessa.
La luce può anche spingere la materia, anche se queste spinte saranno microscopiche, quasi impercettibili. In alcuni casi, tuttavia, gli impulsi luminosi possono essere molto significativi per l'ambiente. Prendi le code delle comete, per esempio.
Il grande astronomo Johannes Kepler ha suggerito centinaia di anni fa che la coda di una cometa è materia spinta fuori dalla superficie del suo nucleo dalla luce, poiché guarda sempre nella direzione opposta rispetto al Sole. Oggi sappiamo che Keplero aveva in parte ragione, in quanto la materia viene investita dal vento solare dal nucleo della cometa e si forma la coda.
Quindi, chiamiamo l'impulso la capacità della luce di mettere in movimento la materia, e questo concetto è davvero strettamente correlato all'energia della luce, sebbene differisca da essa ", spiega Leonhardt.
I risultati di questo studio sono di importanza fondamentale e pratica per la scienza. In termini di teorie fondamentali, i fisici avranno ora una migliore comprensione della natura della luce. Leonhardt e i suoi colleghi hanno risposto alla domanda se l'impulso di luce aumenta o diminuisce con un aumento dell'indice di rifrazione del mezzo: il risultato dipende dalla capacità della luce di portare movimento meccanico liquido, e se il raggio di luce è in grado di farlo, la quantità di moto diminuisce e, in caso contrario, aumenta.
Per quanto riguarda il significato pratico della nuova ricerca, può essere utile nello sviluppo di una tecnologia innovativa di fusione termonucleare confinata inerziale, che implica l'uso della potenza di un impulso luminoso per avviare la fusione nucleare.
Quest'ultimo lavoro riguarderà anche la tecnologia ottica in generale, compreso lo sviluppo di e.
Definizioni generali
Dal punto di vista dell'ottica, la luce è una radiazione elettromagnetica che viene percepita dall'occhio umano. È consuetudine prendere una sezione nel vuoto di 750 THz come unità di cambiamento. Questo è il bordo delle onde corte dello spettro. La sua lunghezza è di 400 nm. Per quanto riguarda il confine delle onde larghe, l'unità di misura è presa come una sezione di 760 nm, cioè 390 THz.
In fisica, la luce è vista come un insieme di particelle dirette chiamate fotoni. La velocità di distribuzione delle onde nel vuoto è costante. I fotoni hanno un certo momento, energia, massa zero. In un senso più ampio della parola, la luce è visibile e le onde possono essere infrarosse.
Dal punto di vista dell'ontologia, la luce è l'inizio dell'essere. Lo ripetono sia i filosofi che gli studiosi di religione. In geografia, questo termine è usato per riferirsi a singole aree del pianeta. La luce stessa è un concetto sociale. Tuttavia, nella scienza, ha proprietà, caratteristiche e leggi specifiche.
Natura e sorgenti luminose
La radiazione elettromagnetica è generata dall'interazione di particelle cariche. La condizione ottimale per questo sarà il calore, che ha uno spettro continuo. La radiazione massima dipende dalla temperatura della sorgente. Il sole è un eccellente esempio di questo processo. La sua radiazione è vicina a quella di un corpo nero. La natura della luce sul Sole è determinata dalla temperatura di riscaldamento fino a 6000 K. Allo stesso tempo, circa il 40% della radiazione è in vista. Il massimo dello spettro in termini di potenza si trova vicino a 550 nm.
Le sorgenti luminose possono essere anche:
- Gusci elettronici di molecole e atomi durante il passaggio da un livello all'altro. Tali processi consentono di ottenere uno spettro lineare. Esempi includono LED e lampade a scarica.
- che si forma quando le particelle cariche si muovono con la velocità di fase della luce.
- I processi di decelerazione dei fotoni. Di conseguenza, si forma la radiazione di sincro o ciclotrone.
La natura della luce può anche essere associata alla luminescenza. Questo vale sia per le fonti artificiali che per quelle organiche. Esempio: chemiluminescenza, scintillazione, fosforescenza, ecc.
A loro volta, le sorgenti luminose sono divise in gruppi rispetto agli indicatori di temperatura: A, B, C, D65. Lo spettro più complesso si osserva in un corpo nero.
Caratteristiche della luce
L'occhio umano percepisce soggettivamente la radiazione elettromagnetica come un colore. Quindi, la luce può emanare tinte bianche, gialle, rosse, verdi. Questa è solo una sensazione visiva, che è associata alla frequenza della radiazione, sia essa spettrale o monocromatica nella composizione. È stato dimostrato che i fotoni possono propagarsi anche nel vuoto. In assenza di materia, la velocità del flusso è pari a 300.000 km/s. Questa scoperta risale all'inizio degli anni '70.
All'interfaccia tra i media, il flusso luminoso subisce riflessione o rifrazione. Durante la propagazione, si dissipa attraverso la sostanza. Possiamo dire che gli indicatori ottici di un mezzo sono caratterizzati da un valore di rifrazione pari al rapporto tra le velocità nel vuoto e l'assorbimento. Nelle sostanze isotrope, la propagazione del flusso non dipende dalla direzione. È rappresentato qui da uno scalare determinato da coordinate e tempo. In un mezzo anisotropo, i fotoni appaiono come un tensore.
Inoltre, la luce è polarizzata e non. Nel primo caso, la definizione principale sarà il vettore d'onda. Se il flusso non è polarizzato, è costituito da un insieme di particelle dirette in direzioni casuali.
La caratteristica più importante della luce è la sua intensità. È determinato da grandezze fotometriche come potenza ed energia.
Proprietà fondamentali della luce
I fotoni non solo possono interagire tra loro, ma hanno anche una direzione. Come risultato del contatto con un mezzo estraneo, il flusso sperimenta riflessione e rifrazione. Queste sono due proprietà fondamentali della luce. Con la riflessione tutto è più o meno chiaro: dipende dalla densità della materia e dall'angolo di incidenza dei raggi. Tuttavia, la situazione con la rifrazione è molto più complicata.
Per cominciare, puoi considerare un semplice esempio: se abbassi una cannuccia nell'acqua, dal lato sembrerà curvo e accorciato. Questa è la rifrazione della luce, che si verifica al confine tra il mezzo liquido e l'aria. Questo processo è determinato dalla direzione di distribuzione dei raggi durante il passaggio attraverso il confine della materia.
Quando un flusso di luce tocca il confine tra i media, la sua lunghezza d'onda cambia in modo significativo. Tuttavia, la frequenza di distribuzione rimane la stessa. Se il raggio non è ortogonale rispetto al confine, allora sia la lunghezza d'onda che la sua direzione subiranno un cambiamento.
L'artificiale è spesso utilizzato per scopi di ricerca (microscopi, lenti, lenti di ingrandimento). Inoltre, gli occhiali sono tra queste fonti di cambiamenti nelle caratteristiche dell'onda.
Classificazione della luce
Attualmente si distingue tra luce artificiale e luce naturale. Ciascuno di questi tipi è determinato da una caratteristica sorgente di radiazioni.
La luce naturale è un insieme di particelle cariche con una direzione caotica e in rapido cambiamento. Tale campo elettromagnetico è causato da fluttuazioni variabili di intensità. Le fonti naturali includono corpi incandescenti, sole e gas polarizzati.
La luce artificiale è dei seguenti tipi:
- Locale. Viene utilizzato sul posto di lavoro, nella zona cucina, pareti, ecc. Tale illuminazione svolge un ruolo importante nell'interior design.
- Generale. Si tratta di un'illuminazione uniforme dell'intera area. Le fonti sono lampadari, lampade da terra.
- Combinato. Una miscela del primo e del secondo tipo per ottenere un'illuminazione ideale della stanza.
- Emergenza. È estremamente utile per i blackout. Molto spesso, l'alimentazione viene fornita dalle batterie.
luce del sole
Oggi è la principale fonte di energia sulla Terra. Non è esagerato dirlo luce del sole riguarda tutte le questioni importanti. È una costante quantitativa che determina l'energia.
Gli strati superiori dell'atmosfera terrestre contengono circa il 50% di radiazioni infrarosse e il 10% di radiazioni ultraviolette. Pertanto, la componente quantitativa della luce visibile è solo del 40%.
L'energia solare viene utilizzata nei processi sintetici e naturali. Questa è la fotosintesi, la trasformazione delle forme chimiche, il riscaldamento e molto altro. Grazie al sole, l'umanità può utilizzare l'elettricità. A loro volta, i flussi di luce possono essere diretti e diffusi se passano attraverso le nuvole.
Tre leggi principali
Sin dai tempi antichi, gli scienziati hanno studiato l'ottica geometrica. Oggi sono fondamentali le seguenti leggi della luce:
Percezione della luce
Il mondo intorno a una persona è visibile grazie alla capacità dei suoi occhi di interagire con le radiazioni elettromagnetiche. La luce è percepita dai recettori nella retina, che possono captare e rispondere alla gamma spettrale delle particelle cariche.
Nell'uomo, ci sono 2 tipi di cellule sensibili nell'occhio: coni e bastoncelli. I primi determinano il meccanismo della visione diurna ad alti livelli di luce. I bastoncelli, d'altra parte, sono più sensibili alle radiazioni. Consentono a una persona di vedere di notte.
Le sfumature visive della luce sono determinate dalla lunghezza d'onda e dalla sua direzionalità.