Gaismu uzskata par jebkāda veida optisko starojumu. Citiem vārdiem sakot, tie ir elektromagnētiskie viļņi, kuru garums ir nanometru vienību diapazonā.
Vispārīgas definīcijas
No optikas viedokļa gaisma ir elektromagnētiskais starojums, ko uztver cilvēka acs. Par izmaiņu vienību ir pieņemts ņemt laukumu 750 THz vakuumā. Šī ir spektra īsviļņu garuma mala. Tā garums ir 400 nm. Attiecībā uz plato viļņu robežu par mērvienību tiek ņemta 760 nm, tas ir, 390 THz, daļa.
Fizikā gaisma tiek uzskatīta par virziena daļiņu kopumu, ko sauc par fotoniem. Viļņu izkliedes ātrums vakuumā ir nemainīgs. Fotoniem ir noteikts impulss, enerģija, nulles masa. Plašākā nozīmē gaisma ir redzams ultravioletais starojums. Viļņi var būt arī infrasarkanie.
No ontoloģijas viedokļa gaisma ir esības sākums. Tā saka filozofi un reliģijas zinātnieki. Ģeogrāfijā šis termins tiek lietots, lai apzīmētu noteiktus planētas apgabalus. Gaisma pati par sevi ir sociāls jēdziens. Tomēr zinātnē tai ir īpašas īpašības, iezīmes un likumi.
Daba un gaismas avoti
Uzlādētu daļiņu mijiedarbības procesā rodas elektromagnētiskais starojums. Optimālais nosacījums tam būs siltums, kam ir nepārtraukts spektrs. Maksimālais starojums ir atkarīgs no avota temperatūras. Lielisks procesa piemērs ir saule. Tā starojums ir tuvu pilnīgi melna ķermeņa starojumam. Gaismas raksturu uz Saules nosaka sildīšanas temperatūra līdz 6000 K. Tajā pašā laikā aptuveni 40% no starojuma atrodas redzamības robežās. Maksimālās jaudas spektrs atrodas tuvu 550 nm.
Gaismas avoti var būt arī:
- Molekulu un atomu elektroniskie apvalki pārejas laikā no viena līmeņa uz otru. Šādi procesi ļauj sasniegt lineāru spektru. Piemēri ir gaismas diodes un gāzizlādes spuldzes.
- Čerenkova starojums, kas veidojas, lādētām daļiņām pārvietojoties ar gaismas fāzes ātrumu.
- Fotonu palēninājuma procesi. Tā rezultātā rodas sinhronais vai ciklotrons starojums.
Gaismas dabu var saistīt arī ar luminiscenci. Tas attiecas gan uz mākslīgiem, gan organiskiem avotiem. Piemērs: hemiluminiscence, scintilācija, fosforescence utt.
Savukārt gaismas avoti ir sadalīti grupās pēc temperatūras rādītājiem: A, B, C, D65. Sarežģītākais spektrs tiek novērots pilnīgi melnā ķermenī.
Gaismas īpašības
Cilvēka acs elektromagnētisko starojumu subjektīvi uztver kā krāsu. Tātad gaisma var dot b altu, dzeltenu, sarkanu, zaļu nokrāsu. Tas ir tikaivizuālā sajūta, kas saistīta ar starojuma biežumu neatkarīgi no tā, vai tā ir spektrāla vai monohromatiska. Ir pierādīts, ka fotoni izplatās pat vakuumā. Ja nav vielas, plūsmas ātrums ir 300 000 km/s. Šis atklājums tika veikts 1970. gadu sākumā.
Uz mediju robežas gaismas straume piedzīvo atspīdumu vai laušanu. Pavairošanas laikā tas izkliedējas caur vielu. Var teikt, ka vides optiskos rādītājus raksturo refrakcijas vērtība, kas vienāda ar ātrumu vakuumā un absorbcijas attiecību. Izotropās vielās plūsmas izplatīšanās nav atkarīga no virziena. Šeit refrakcijas indekss tiek attēlots ar skalāru vērtību, ko nosaka koordinātas un laiks. Anizotropā vidē fotoni parādās kā tensors.
Turklāt gaisma var būt polarizēta un nē. Pirmajā gadījumā galvenais definīcijas daudzums būs viļņu vektors. Ja plūsma nav polarizēta, tad tā sastāv no daļiņu kopas, kas virzītas nejaušos virzienos.
Svarīgākā gaismas īpašība ir tās intensitāte. To nosaka tādi fotometriskie lielumi kā jauda un enerģija.
Gaismas pamatīpašības
Fotoni var ne tikai mijiedarboties viens ar otru, bet arī tiem var būt virziens. Saskarsmes ar svešu mediju rezultātā plūsma piedzīvo atspulgu un refrakciju. Šīs ir divas gaismas pamatīpašības. Ar atspoguļojumu viss ir vairāk vai mazāk skaidrs: tas ir atkarīgs no matērijas blīvuma un staru krišanas leņķa. Tomēr ar refrakciju situācija ir tālugrūtāk.
Sākumā varam apsvērt vienkāršu piemēru: ja salmu nolaidīsi ūdenī, tad no sāniem tas šķitīs izliekts un saīsināts. Tā ir gaismas laušana, kas notiek uz šķidrās vides un gaisa robežas. Šo procesu nosaka staru izkliedes virziens, šķērsojot matērijas robežu.
Kad gaismas straume pieskaras robežai starp nesējiem, tās viļņa garums būtiski mainās. Tomēr izplatīšanās frekvence paliek nemainīga. Ja stars nav ortogonāls robežai, mainīsies gan viļņa garums, gan tā virziens.
Mākslīgo gaismas laušanu bieži izmanto pētniecības nolūkos (mikroskopi, lēcas, palielinātāji). Pie šādiem viļņu raksturlielumu izmaiņu avotiem pieder arī punkti.
Gaismas klasifikācija
Šobrīd tiek nošķirts mākslīgais un dabīgais apgaismojums. Katru no šīm sugām nosaka raksturīgs starojuma avots.
Dabiskā gaisma ir lādētu daļiņu kopums ar haotisku un strauji mainīgu virzienu. Šādu elektromagnētisko lauku rada mainīgas intensitātes svārstības. Dabiskie avoti ir karsti ķermeņi, saule, polarizētas gāzes.
Mākslīgā gaisma ir šāda veida:
- Vietējais. To izmanto darba vietā, virtuves zonā, sienās utt. Šādam apgaismojumam ir liela nozīme interjera dizainā.
- Vispārīgi. Tas ir vienmērīgs apgaismojums visā apgabalā. Avoti ir lustras, stāvlampas.
- Kombinēti. Pirmā un otrā tipa maisījums, lai panāktu ideālu telpas apgaismojumu.
- Ārkārtas situācija. Tas ir ļoti noderīgi strāvas padeves pārtraukumu laikā. Barošana visbiežāk tiek nodrošināta no baterijām.
Sunshine
Šodien tas ir galvenais enerģijas avots uz Zemes. Nebūtu pārspīlēts teikt, ka saules gaisma ietekmē visas svarīgās lietas. Šī ir daudzuma konstante, kas nosaka enerģiju.
Zemes atmosfēras augšējie slāņi satur aptuveni 50% infrasarkanā un 10% ultravioletā starojuma. Tāpēc redzamās gaismas daudzums ir tikai 40%.
Saules enerģiju izmanto sintētiskos un dabas procesos. Tā ir fotosintēze un ķīmisko formu pārveidošana, sildīšana un daudz kas cits. Pateicoties saulei, cilvēce var izmantot elektrību. Savukārt gaismas plūsmas var būt tiešas un izkliedētas, ja tās iet cauri mākoņiem.
Trīs galvenie likumi
Kopš seniem laikiem zinātnieki ir pētījuši ģeometrisko optiku. Mūsdienās galvenie gaismas likumi ir:
- Sadales likums. Tajā teikts, ka viendabīgā optiskā vidē gaisma tiks sadalīta taisnā līnijā.
- Laušanas likums. Gaismas stars, kas krīt uz divu mediju robežas, un tā projekcija no krustošanās punkta atrodas vienā plaknē. Tas attiecas arī uz perpendikulu, kas nolaists līdz saskares punktam. Šajā gadījumā vērtība būs krišanas un laušanas leņķa sinusu attiecībanemainīgs.
- Atspoguļošanas likums. Gaismas stars, kas nolaižas uz medija robežas, un tā projekcija atrodas tajā pašā plaknē. Šajā gadījumā atstarošanas un krišanas leņķi ir vienādi.
Gaismas uztvere
Apkārtējā pasaule ir redzama cilvēkam, pateicoties viņa acu spējai mijiedarboties ar elektromagnētisko starojumu. Gaismu uztver tīklenes receptori, kas var noteikt lādētu daļiņu spektrālo diapazonu un reaģēt uz to.
Cilvēkam acī ir 2 veidu jutīgas šūnas: konusi un stieņi. Pirmais nosaka redzes mehānismu dienas laikā ar augstu apgaismojuma līmeni. Stieņi ir jutīgāki pret starojumu. Tie ļauj cilvēkam redzēt naktī.
Vizuālos gaismas toņus nosaka viļņa garums un tā virziens.
