Начална страница | Геометрична оптика | Биноклите | Почистване на оптични детайли | Астрофотография | Спектроскопия за астролюбители | Азбучен указател на оптичните термини



СВЕТЛИНА, ВИДИМ СПЕКТЪР

      Светлината е електромагнитен поток от елементарни частици кванти (фотони). Всеки светлинен квант има своя енергия и се характеризира с дължината на вълната си l - разстоянието, на което тя се разпространява за едно нейно колебание (за един период) T.

      Дължината на светлинната вълна се измерва в нанометри: 1nm = 10-9 m. Използва се и единицата микрометър: 1mm = 10-6 m и извънсистемната единица ангстрьом: 1A = 10-1 nm = 10-10 m.
      Зависимостта между дължината на вълната l и нейният период T е l = c*T, където c е скоростта на светлината в космическия вакум, равна на 2.997925*108 m/s.

      В различни случаи светлината проявява вълновите си свойства - при дифракция и интерференция, поляризация, отражение и пречупване или се държи като корпускулярен поток - при различните фотоелектрични ефекти.

      При разпространението си в дадена оптична среда, светлинните вълни взаимодействат с нея съгласно принципа на Хюйгенс-Френел.
      Според него всички точки от средата (частици - атоми, молекули или др.), до които в даден момент t1 достига фронтът на вълна, било то механична, електромагнитна или в частност - светлинна, стават източници на елементарни сферични кохерентни вълни (представени на фигурата в синьо). Те интерферират помежду си и в някакъв следващ момент t2 формират фронт на резултантна вълна, представляващ повърхност, "допираща се" до фронтовете на елементарните сферични вълни.



Принципът на Хюйгенс

      Този принцип е формулиран от холандския физик Кристиян Хюйгенс (1629 - 1695) и по-късно е обобщен от френския физик Огюстен Жан Френел (1788 - 1827). Вижте също обяснение на отражението и пречупването на светлината според принципа на Хюйгенс-Френел.

      Бялата светлина е сложна, съставена от различни монохроматични (едноцветни) лъчи, т.е. тя съдържа всички цветове. От целия електромагнитен спектър, човешкото око вижда само малка част в интервала от 390 до 780 nm, в която различаваме 8 цветови области:

      В интервала от 10 nm до 380 nm са невидимите за нас ултравиолетови лъчи (UV), а над червената област - от 780 nm до 1 mm са също невидимите за нас инфрачервени лъчи (IR), в т.ч. и топлинните лъчи.



      ИЗЛЪЧВАНЕ И ПОГЛЪЩАНЕ НА СВЕТЛИНА ОТ ВЕЩЕСТВО:

      За да излъчва или поглъща едно вещество, трябва в неговите атоми или молекули да възникват преходи между различни стационарни състояния (между енергетичните нива на електроните), което става при възбуждане поради нагряване или при облъчване с друго лъчение.
      Честотата на излъчване или поглъщане f на едно вещество се дава със зависимостта:

f = (Е1 - Е2)/h

където Е1 и Е2 са енергиите съответно на първото и второто състояние, между които се е осъществил прехода, а h е константата на Планк = 6.626196*10-34 J s. Когато Е1 > Е2 имаме излъчване на електромагнитна въла (емисия), а обратно - при Е1 < Е2 е налице поглъщане (абсорбция).

      Всеки химичен елемент си има свой спектър - линии на излъчване (респ. на поглъщане) на различни дължини, които са своеобразен негов "подпис" и позволяват той да бъде идентифициран на произволни места с помощта на спектрограф, стига да е наличе излъчване или поглъщане с негово участие. Така чрез спектрален анализ се установява химичния състав на далечните звезди, а чрез ефекта на Доплер, наблюдаван също в техните спектри, се съди за собственото им движение в пространството, околоосното им вртене и за още много други техни свойства.



      СПЕКТЪР НА ИЗЛЪЧВАНЕ (ЕМИСИОНЕН) И НА ПОГЛЪЩАНЕ (АБСОРБЦИОНЕН):

      Спектър получен от излъчващо тяло се нарича емисионен или спектър на излъчване. Ако светлина с непрекъснат спектър премине през полупрозрачна среда - цветен светофилтър, газова среда (в т.ч. атмосфера на звезда, на планета и пр.), се получава избирателно поглъщане на лъчения в някои честоти (т.е. с някои дължини на вълната), които се наблюдават на фона на непрекъснатия спектър като тъмни (абсорбционни) линии. Такива са Фраунхоферовите линии в спектъра на Слънцето, получени при абсорбцията от газовете в слънчевата атмосфера. Такъв спектър се нарича абсорбционен или спектър на поглъщане.

      При тесноивичните интерференчни светофилтри се пропуска само малка част от спектъра, в рамките на няколко нанометра. Всички останали дължини (цветове) се поглъщат.



      НЕПРЕКЪСНАТ, ЛИНЕЕН И ИВИЧЕН СПЕКТЪР:

      Ако едно тяло (вещество) излъчва във всички дължини на вълната в определен диапазон (примерно в цялата видима област), то неговият спектър е непрекъснат.
      Ако веществото излъчва само в някои дължини, то в спектъра му ще се наблюдават отделни линии т.е. той ще бъде линеен (накъсан). Такива спектри имат химичните елементи.
      Ако в спектъра се наблюдават широки ивици, съставени от плътно подредени в съседство линии (като в непрекъснат спектър), то той е ивичен. Ивични спектри имат веществата изградени от молекули. Ако молекулите са малки, ивиците са по-тесни и с резки граници. При вещества с големи молекули се наблюдават обширни области с размити краища.



      Вижте също:

Цветни температури;

Дисперсия на светлината;

Дъждовна дъга;

Спектър на водорода;

Спектри на често срещани светоизточници - фотогалерия на автора;

Използване на светофилтри във фотографията;

Дифракция и интерференция на светлината;

Дифракционна решетка и спектрограф;

Нютонови пръстени;

Класификация на фотографските емулсии според спектралната им чувствителност;

Лазер;

Фотометрични величини: интензивност на светоизточник - кандела (cd), светлинен поток - лумен (lm) и осветеност на повърхнина - лукс (lx);

Коефициенти на поглъщане, пропускане и екстинкция на вещество;

Отразяваща способност на повърхност, закони за отражението и пречупването на светлината;

Абсолютно черно тяло;

Показатели на пречупване на различни марки оптични стъкла и на някои прозрачни вещества;

Поляризация на светлината и въртене на равнината на поляризацията;

Външен и вътрешен фотоефект, вентилен фотоелемент;

Луминесценция (фосфоресценция и флуоресценция);

Човешкото око.


      Препоръчваме да посетите и следните външни WEB-адреси:

http://seven-t.org/fizika/index.php - вълнова оптика, взаимодействие на светлината с материята (анимации), биографични данни за видни оптици и др.;

http://elearning-phys.uni-sofia.bg/~andreevaa/practicumall.pdf - лабораторен практикум по оптика, Физически факултет към СУ, катедра „Физика на кондензираната материя”.


Начална страница

Тематичен указател на всички статии на автора

Азбучен указател на оптичните термини