Işık (Optik): Tanım, Birimler ve Kaynaklar (Spektrumlu)

Işığı anlamak, nasıl gördüğümüzü, rengi nasıl algıladığımızı ve hatta lenslerle görüşümüzü düzeltmemizi sağlar. Alanıoptikışığın incelenmesini ifade eder.

Günlük konuşmada, "ışık" kelimesi genelliklegörülebilir ışık, insan gözünün algıladığı türdür. Bununla birlikte, ışık, insanların büyük çoğunluğunun göremediği birçok başka biçimde gelir.

Tüm ışığın kaynağı, uzaya nüfuz eden elektrik ve manyetik alanların etkileşimi olan elektromanyetizmadır.Işık dalgalarıbir şeklidirElektromanyetik radyasyon; terimler değiştirilebilir. Spesifik olarak, elektromanyetik dalgalar, elektrik ve manyetik alanlarda kendi kendine yayılan salınımlardır.

Başka bir deyişle, ışık elektromanyetik alandaki bir titreşimdir. Uzayda dalga olarak geçer.

• Işığın boşluktaki hızı 3×10⁸ m/s, evrendeki en yüksek hız!

Hiçbir şeyin ışıktan hızlı hareket etmemesi varlığımızın benzersiz ve tuhaf bir özelliğidir. Ve tüm ışık, görünür olsun ya da olmasın, aynı hızda hareket etmesine rağmen, karşılaştığındaÖnemli olmak

Işığın madde ile etkileşimleri, onun önemli özelliklerinden bir diğerini de işaret eder: parçacık doğası. Evrendeki en tuhaf fenomenlerden biri olan ışık, aslında aynı anda iki şeydir: bir dalga ve bir parçacık. Budalga-parçacık ikiliğiışığı biraz bağlama bağımlı hale getirir.

Fizikçiler, bazen, ses dalgalarını ve diğer mekanik dalgaları tanımlayan aynı matematiğin ve özelliklerin çoğunu uygulayarak, ışığı bir dalga olarak düşünmeyi en yararlı bulurlar. Diğer durumlarda, örneğin atomik enerji seviyeleriyle ilişkisi veya bir aynadan yansırken izleyeceği yol düşünüldüğünde, ışığı bir parçacık olarak modellemek daha uygundur.

Tüm ışık, görünür olsun ya da olmasın, teknik olarak aynı şeyse – elektromanyetik radyasyon – bir türü diğerinden ayıran nedir? Dalga özellikleri.

Elektromanyetik dalgalar, farklı dalga boylarında ve frekanslarda bir spektrumda bulunur. Bir dalga olarak, ışığın hızı, hızın dalga boyu ve frekansın ürününe eşit olduğu dalga hızı denklemini takip eder:

Bu denklemde,vmetre/saniye (m/s) cinsinden dalga hızıdır,λmetre (m) cinsinden dalga boyu vefhertz (Hz) cinsinden frekanstır.

Işık durumunda, bu değişkenle yeniden yazılabilir.cboşlukta ışığın hızı için:

• ​cboşlukta ışığın hızını temsil eden özel bir değişkendir. Diğer ortamlarda (malzemelerde), ışığın hızı, ışığın bir kesri olarak ifade edilebilir.c.​

Bu ilişki, değerlerin ters orantılı olduğu ve çarpımlarının eşit olduğu sürece ışığın herhangi bir dalga boyu veya frekans kombinasyonuna sahip olabileceği anlamına gelir.c. Başka bir deyişle, ışığın birbüyükfrekans ve birküçükdalga boyu veya tam tersi.

Farklı dalga boylarında ve frekanslarda, ışığın farklı özellikleri vardır. Bu nedenle, bilim adamları elektromanyetik spektrumu bu özellikleri temsil eden bölümlere ayırdılar. Örneğin, ultraviyole ışınları, X-ışınları veya gama ışınları gibi çok yüksek elektromanyetik radyasyon frekansları çok enerjiktir - vücut dokularına nüfuz etmeye ve onlara zarar vermeye yeterlidir. Diğerleri, radyo dalgaları gibi, çok düşük frekanslara ancak yüksek dalga boylarına sahiptir ve her zaman engelsiz olarak cisimlerden geçerler. (Evet, en sevdiğiniz DJ'lerin parçalarını hava yoluyla cihazınıza taşıyan radyo sinyali bir tür elektromanyetik radyasyon – ışıktır!)

Daha uzun dalga boylarından/düşük frekanslardan/düşük enerjiden daha kısa dalga boylarına/yüksek frekanslara/yüksek enerjiye kadar elektromanyetik radyasyon biçimleri şunlardır:

• Radyo dalgaları
• mikrodalgalar
• Kızılötesi dalgalar
• Görülebilir ışık
• Morötesi ışık
• röntgen
• Gama ışınları

[EM spektrumunun diyagramını ekleyin]

Görünür ışık spektrumu, 380-750 nanometre (1 nanometre 10'a eşittir) arasındaki dalga boylarını kapsar.^-9 metre - metrenin milyarda biri veya yaklaşık bir hidrojen atomunun çapı). Elektromanyetik spektrumun bu kısmı, gökkuşağının gözle görülebilen tüm renklerini (kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi ve menekşe) içerir.

[Görünür spektrumun patlamasını içeren bir diyagram ekleyin]

Kırmızı, görünür renklerin en uzun dalga boyuna sahip olduğundan, aynı zamanda en küçük frekansa ve dolayısıyla en düşük enerjiye sahiptir. Maviler ve menekşeler için bunun tersi geçerlidir. Renklerin enerjisi aynı olmadığı için sıcaklıkları da aynı değildir. Aslında, görünür ışıktaki bu sıcaklık farklarının ölçülmesi, diğer ışığın varlığının keşfedilmesine yol açtı.görünmezinsanlar için.

1800'de Sir Frederick William Herschel, bir prizma kullanarak ayırdığı farklı güneş ışığı renkleri için sıcaklık farkını ölçmek için bir deney tasarladı. Gerçekten de farklı renk bölgelerinde farklı sıcaklıklar bulurken, en sıcak olanı görünce şaşırdı. termometrede kaydedilen tüm sıcaklık, kırmızının hemen ötesinde, hiçbir ışık olmadığı ortaya çıktı. herşey. Bu, insanların görebileceğinden daha fazla ışığın var olduğunun ilk kanıtıydı. Bu bölgedeki ışığın adını verdi.kızılötesi, bu da doğrudan "kırmızının altında" anlamına gelir.

Genellikle standart bir ampulün yaydığı beyaz ışık, tüm renklerin birleşimidir. Siyah, aksine,yoklukherhangi bir ışıktan - gerçekten bir renk değil!

Optik mühendisleri ve bilim adamları, ışığın nasıl sıçrayacağını, birleştirileceğini ve odaklanacağını belirlerken ışığı iki farklı şekilde değerlendirir. Lensler veya aynalar aracılığıyla odaklanan ışığın son yoğunluğunu ve konumunu tahmin etmek için her iki tanımlamaya da ihtiyaç vardır.

Bir durumda, gözlükçüler ışığa bir dizi dizi olarak bakarlar.enine dalga cepheleritepeler ve çukurlar ile sinüzoidal veya S-şekilli dalgaları tekrarlayan. bufiziksel optikIşığın kendisiyle nasıl etkileşime girdiğini anlamak için ışığın dalga doğasını kullandığından ve sudaki dalgaların yoğunlaştırması veya birini iptal etmesi gibi girişim desenlerine yol açar. başka çıktı.

Fiziksel optik, 1801'den sonra Thomas Young ışığın dalga özelliklerini keşfettiğinde başladı. Kırınım ızgaraları gibi optik aletlerin işleyişini açıklamaya yardımcı olur. bileşen dalga boylarına ışık spektrumu ve belirli bir kısmı bloke eden polarizasyon lensleri dalga boyları.

Işığı düşünmenin diğer yolu,ışın, düz bir yolu izleyen bir kiriş. Işın, bir ışık kaynağından çıkan ve ışığın hareket yönünü gösteren düz bir çizgi olarak çizilir. Işığı bir ışın olarak ifade etmek şu durumlarda yararlıdır:geometrik optikdaha çok ışığın parçacık doğasıyla ilgilidir.

Işığın yolunu gösteren ışın diyagramları çizmek, lensler, prizmalar, mikroskoplar, teleskoplar ve kameralar gibi ışık odaklama araçlarının tasarlanması için kritik öneme sahiptir. Geometrik optik, fiziksel optikten daha uzun süredir var - 1600'de, Sir Isaac Newton'un dönemi, görme için düzeltici lensler yaygındı.