СВЕТЛИНА, ВИДИМ СПЕКТЪР
Цветови области във видимия спектър;
Излъчване и поглъщане от вещество;
Спектър на излъчване (емисионен) и на поглъщане (абсорбционен);
Непрекъснат, накъсан и ивичен 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:
От 390 до 450 nm - виолеова
От 450 до 480 nm - синя
От 480 до 510 nm - синьо-зелена
От 510 до 530 mn - зелена
От 530 до 575 nm - жълто-зелена
От 575 до 585 nm - жълта
От 585 до 620 nm - оранжева
От 620 до 780 nm - червена
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:
Спектри на често срещани светоизточници - фотогалерия на автора;
Използване на светофилтри във фотографията;
Дифракция и интерференция на светлината;
Дифракционна решетка и спектрограф;
Класификация на фотографските емулсии според спектралната им чувствителност;
Коефициенти на поглъщане, пропускане и екстинкция на вещество;
Отразяваща способност на повърхност, закони за отражението и пречупването на светлината;
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);
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”.