Světlo

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Světlo je elektromagnetické záření o vlnové délce viditelné okem, obecněji elektromagnetické vlnění v rozmezí od infračerveného po ultrafialové. V některých oblastech vědy a techniky může být světlem chápáno i elektromagnetické záření libovolné vlnové délky. Tři základní vlastnosti světla (a elektromagnetického vlnění vůbec) jsou svítivost (amplituda), barva (frekvence) a polarizace (úhel vlnění). Kvůli dualitě částice a vlnění má světlo vlastnosti jak vlnění, tak částice. Studiem světla a jeho interakcemi s hmotou se zabývá optika.

Obsah 1 Viditelné světlo 2 Šíření světla 2.1 Zakřivení 2.2 Rychlost světla 2.2.1 Rychlost světla ve vakuu 2.2.2 Rychlost šíření v jiných prostředích 3 Absorpce světla 4 Interference 5 Barva a vlnová délka 6 Měření světla 7 Zdroje světla 8 Externí odkazy

[editovat] Viditelné světlo

Viditelné světlo je část elektromagnetického spektra o frekvenci 3.8×10¹⁴ Hz (hertz) až 7.5×10¹⁴ Hz, kde rychlost (c), frekvence (f nebo ν), a vlnová délka (λ) zachovávají vztah:

a rychlost světla ve vakuu c je konstanta. V optice se také používá kruhová frekvence ω, která je spojena s frekvencí f vztahem ω = 2πf. Vlnová délka viditelného světla ve vakuu tedy je 400 nm až 800 nm.

Přesněji řečeno, tento rozsah je viditelným světlem pro člověka. Některé druhy živočichů vnímají rozsah jiný - například včely jej mají posunut směrem ke kratším vlnovým délkám (ultrafialové záření), naopak někteří plazi vnímají i infračervené záření.

Rozsah vnímaných vlnových délek je dán především tím, že v oblasti viditelného světla je maximum elektromagnetického záření ze Slunce dopadajícího na zemský povrch, a tudíž je v tomto rozsahu nejlépe vidět.

[editovat] Šíření světla

Dříve většina vědců věřila, že se světlo pohybuje spíše v krátkých vlnách, než jako částice letící jako střely. Dnes je rozšířena ta domněnka, že to může být oběma způsoby a že o světlu je pravděpodobně nejvhodnější přemýšlet jako o kmitajících dávkách energie.

[editovat] Zakřivení

Paprsky světla se při přechodu z jednoho prostředí do jiného lámou, například když světlo dopadá šikmo na průhledný materiál, jako je sklo nebo voda. Různé materiály zpomalují světlo rozdílně, takže lom nastává vždy pod jiným úhlem.

[editovat] Rychlost světla

[editovat] Rychlost světla ve vakuu

Podrobnější informace naleznete v článku Rychlost světlanaleznete v článcích [[{{{2}}}]] a [[{{{3}}}]]naleznete v článcích [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] a [[{{{6}}}]]naleznete v článcích [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] a [[{{{10}}}]].

Rychlost světla v dokonalém vakuu c byla měřena mnohokrát v historii. První přesné měření provedl Dán Ole Rømer roku 1676. Pozoroval pohyb planety Jupiter a jejího měsíce Io teleskopem a zpozoroval odchylku ve zdánlivé oběžné době Io. Rømer vypočetl rychlost světla na 227 000 km/s.

První úspěšné měření pozemskými prostředky provedl Hippolyte Fizeau v roce 1849. Fizeau poslal svazek světla na zrcadlo, kterému do cesty vložil točící se ozubené kolo. Při známé rychlosti otáčení kola vypočetl rychlost světla na 313 000 km/s.

Vzhledem k tomu, že rychlost světla ve vakuu je univerzální konstantou, jejíž velikost je určena hodnotou c=299 792 458 m/s, a čas lze měřit v současné době s vysokou přesností, je jednotka délky metr definována právě pomocí rychlostí světla ve vakuu.

[editovat] Rychlost šíření v jiných prostředích

V jiném prostředí se světlo šíří rychlostí v, která je vždy nižší než c. Podíl těchto rychlostí je roven indexu lomu daného prostředí n, tj. n = c/v. V důsledku toho dochází na rozhraní látek s různými hodnotami n k lomu světla.

Přesněji řečeno, toto se týká prostředí bez disperze, tj. případů, kdy index lomu nezávisí na vlnové délce. V prostředí s disperzí je třeba rozlišovat fázovou a grupovou rychlost: fázová rychlost popisuje rychlost šíření ploch se stejnou fází, zatímco grupová rychlost se vztahuje k obálce amplitudy, neboli k rychlosti šíření signálu (informace).

Je-li závislost indexu lomu na kruhové frekvenci n(ω), pak fázová rychlost má hodnotu:

a grupová rychlost je rovna:

.

Grupová rychlost nemůže přesáhnout hodnotu c ve shodě s teorií relativity. Naproti tomu fázová rychlost, která není spojena s přenosem informace, může nabývat téměř libovolných hodnot, vyšších než c nebo dokonce záporných (viz též index lomu).

[editovat] Absorpce světla

Hlavní článek: Absorpce světla

Když světlo narazí na povrch, část je pohlcena atomy povrchu daného předmětu, přičemž povrch se velmi slabě zahřeje. Každý druh atomu absorbuje určité vlnové délky (barvy) světla. Barva povrchu záleží na tom, které vlnové délky vstřebává a které odráží. List tedy je viděn jako zelený, protože absorbuje všechny barvy, kromě zelené, a my vidíme jen odrážené zelené světlo.

[editovat] Interference

K interferenci dochází, když se střetnou dvě vlny světla. Pokud se sejdou, pak se navzájem posílí. Tomu se říká pozitivní (též konstruktivní) interference a viděna je jako světlo jasné. Pokud nejsou shodné, pak mohou jedna druhou zrušit. To je negativní (destruktivní) interference a ta je vidět jako stín. Interferenční proužky (Fizeauovy proužky) jsou pruhy světla a stínu vytvořené střídavým zesílením a zeslabením skládajících se světelných svazků.

Pro interferenční maxima (konstrukt. interfer.) platí: 2 × n × d = (m − 1) × λ
Pro interferenční minima (destrukt. interfer.) platí: 2 × n × d = (2 × m − 1) × (λ / 2)

kde d je nejkratší strana trojúhelníku, m je počet maxim (minim) – m = {1, 2, 3, …}, n index lomu prostředí a λ symbolizuje vlnovou délku dopadajícího záření.

[editovat] Barva a vlnová délka

Různé frekvence světla vidíme jako barvy, od červeného světla s nejnižší frekvencí a nejdelší vlnovou délkou po fialové s nejvyšší frekvencí a nejkratší vlnovou délkou.

Hned vedle viditelného světla se nachází ultrafialové (UV), směrem do kratších vlnových délek, a infračervené záření (IR), směrem do delších délek. Přestože lidé nevidí IR, mohou blízké IR cítit jako teplo svými receptory v pokožce. Ultrafialové světlo se zase na člověku projeví zvýšením pigmentace pokožky, známým opálením.

[editovat] Měření světla

Následujícími veličinami popisujeme světlo:

• jas (nebo teplota)
• osvětlení (jednotka SI: lux)
• světelný tok (jednotka SI: lumen)
• svítivost (jednotka SI: kandela)

světlo můžeme také popsat pomocí těchto veličin:

• amplituda,
• barva (nebo frekvence), a
• polarizace.

[editovat] Zdroje světla

• sálání tepla (záření černého tělesa)
  • záření žárovky
  • sluneční světlo
• záření plazmatu (oheň, oblouková lampa)
• atomová spektrální emise (emise mohou být stimulované nebo spontánní)
  • laser a maser (stimulovaná emise)
  • světlo LED diody
  • plynové výbojky
• urychlení volného nosiče proudu (obvykle elektron, využívá se např. v synchrotronech)
• luminiscence, podle spouštěcího mechanismu:
  • chemiluminiscence
  • biolumiscence
  • sonoluminiscence
  • riboluminiscence
• fluorescence
• fosforence
  • katodové záření
• radioaktivní rozpad
• anihilace páru částice-antičástice

[editovat] Externí odkazy

• Vlnové vlastnosti světla: http://www.sweb.cz/radek.jandora/f19.htm