Lumina - Fenomenul fizic care inca nu e inteles in totalitate
Oamenii de stiinta au observat ca lumina se comporta ca o particula uneori si ca o unda alteori. Particulele de lumina se numesc fotoni. Fotonii sunt diferiti de particulele materiale prin faptul ca nu au masa si sa misca cu viteza constanta de 300.000 km/s. Undele asociate cu lumina sunt numite unde electromagnetica pentru ca consista in schimbarea campurilor magnetice si electrice.
Emisiile de lumina
Lumina poate fi emisa sau radiata de electroni care graviteaza in jurul nucleului atomului lor. Electronii pot gravita in atomi numai in anumite cazuri se numesc orbitali si au o anumita cantitate energetica. Cantitatea de energie de care atomul are nevoie pentru fiecare orbital se numeste energie de nivel pentru un atom.
Fiecare atom are o cantitate unica de energie, si energiile corespunzatoare fotonilor pot forma invelisuri ce impreuna se numesc spectrul atomic. Acest spectru este ca o amprenta dupa care fiecare atom poate fi identificat.
Emisiile de lumina
Lumina poate fi emisa sau radiata de electroni care graviteaza in jurul nucleului atomului lor. Electronii pot gravita in atomi numai in anumite cazuri se numesc orbitali si au o anumita cantitate energetica. Cantitatea de energie de care atomul are nevoie pentru fiecare orbital se numeste energie de nivel pentru un atom.
Fiecare atom are o cantitate unica de energie, si energiile corespunzatoare fotonilor pot forma invelisuri ce impreuna se numesc spectrul atomic. Acest spectru este ca o amprenta dupa care fiecare atom poate fi identificat.
Procesul de identificare a unei substante dintr-un spectru se numeste spectroscopie. Legile care descriu invelisul de energie al orbitalilor si al atomilor sunt legi ce apartin Teoriei Quantice. Ele au fost inventate in 1920 special pentru masurarea radiatiilor luminoase si marimii atomilor.
Spectrul electromagnetic
Spectru electromagnetic se refera la inteaga gama de frecvente si lungimi de unda lae undelor electromagnetice. Lumina traditionala se refera la gama frecventelor care pot fi receptionate si de catre om. Aceste frecvente sunt foarte inalte aproape o jumatate sau trei sferturidintr-un milion de miliarde Hz. Lungimile lor de unda sunt intre 400-700 nm. Razele X au lungimi de unda care variaza de la cateva miimi dintr-un nm la cativa nm. Cea mai scurla lungime de unda pe care o mul o poate detecta este lumina albastra inchisa la 400 nm. Cea mai lunga este rosul aprins la aprox. 700 nm. Cele mai multe surse nu radiaza lumina monocromatica. Ceea ce numim lumina alba (ca cea a soarelui) este un amestec al tuturor culorilor din spectru vizibil. Ochiul uman raspunde cel mai bine la lumina de culoare verde cu lungimea de unda 550 nm care este de altfel aproximativ egala cu valoarea stralucirii luminii soarelui la suprafata pamantului.
Polarizarea
Polarizarea se refera la campului magnetic intr-o unda electromagnetica. O unda al carei camp electric oscileaza vertical sa spune ca avem o poarizare verticala. (idem pt orizontal). Campul electric din undele luminoase ale soarelui vibreaza in toate deci direct lumina soarelui poate fi numita nepolarizata. Ochelarii Polaroid blocheaza lumina polarizata orizontal si reduc luminozitatea luminii solare ce nu se mai reflecta pe suprafete orizontale.
Surse de lumina
Sursele de lumina difera in functie de cum distribuie energia particulelor incarcate (electroni) ale caror miscare produc lumina. Daca energia vine de la caldura atunci sursa se numeste incandescenta. Daca energia energia provine din alta sursa chimica sau electrica, sursa se numeste luminescenta.
Sursa Incandescenta. La sursa incandescenta atomii se ciocnesc unii cu altii. Aceste coliziuni transfera energie spre electroni impingandu-i pe acestia spre nivele suparioare. Cand electronii elibereaza aceasta energie, ei emit fotoni. Unele coliziuni sunt mai puternica iar alltele mai putin puternica astfer sun elminati fotoni de energie diferita. Lumina lumanarii este incandescenta si rezulta din excitarea atomilor de funingine in flacara incinsa. Lumina dintr-un bac incandescent provide din excitarea atomilor dintr-un fir subtire numit filament care sete incalzit de curentul ce trece prin el. Aproape 75% din radiatiile ce provin de la lumina incandescenta a unui bac sunt infrarosii. Oamenii de stiinta au invatat despre proprietatile luminii incandescente reale si le-au comparat cu o incandescenta teoretica numita "Black Body". Un "Black Body" este o sursa ideala de lumina incandescenta cu o emisie a spectrului ce nu depinde din ce material provine lumina, ci numai de temperatura acestuia.
Sursa Luminescenta absoarbe energie din alta sursa decat caldura, si este de obicai mai rece decat sursa incandescenta. Culoarea unei surse luminescente nu este raportata la menperatura sa. O lumina fluorescenta este un tip de lumina luminescenta care face uz de un element chimic numit fosfor. Tuburile fluorescente sunt umplute cu vapori de mecur si amestecate cu fosfor. Cand electricitatea trece prin tub vaporii de mercur se excita si emit lumina abastra, verde, violeta si ultravioleta. Componentele cu fosfor sunt folosite in convertirea energiei elecronilor in lumina la tuburile cinescopice ale televizoarelor. Razele electronilor din tub se ciocnesc cu atomii de fosfor in mici puncte pe ecran, excitand electronii din atomul de fosfor spre nivele mai inalte de energie. Cand electronii se intorca la nivelol original de energie ei emit lumina vizibila. Lumina de la toti electronii de fosfor creeaza imaginea. Daca intarzierea dintre absortia si emisia de energie este mai mare decat 1 secunda atunci sursa se numeste fosforescenta. Materialele fosforescente pot lumina intunericul cateva minute daca au fost expuse la soare.
Spectrul electromagnetic
Spectru electromagnetic se refera la inteaga gama de frecvente si lungimi de unda lae undelor electromagnetice. Lumina traditionala se refera la gama frecventelor care pot fi receptionate si de catre om. Aceste frecvente sunt foarte inalte aproape o jumatate sau trei sferturidintr-un milion de miliarde Hz. Lungimile lor de unda sunt intre 400-700 nm. Razele X au lungimi de unda care variaza de la cateva miimi dintr-un nm la cativa nm. Cea mai scurla lungime de unda pe care o mul o poate detecta este lumina albastra inchisa la 400 nm. Cea mai lunga este rosul aprins la aprox. 700 nm. Cele mai multe surse nu radiaza lumina monocromatica. Ceea ce numim lumina alba (ca cea a soarelui) este un amestec al tuturor culorilor din spectru vizibil. Ochiul uman raspunde cel mai bine la lumina de culoare verde cu lungimea de unda 550 nm care este de altfel aproximativ egala cu valoarea stralucirii luminii soarelui la suprafata pamantului.
Polarizarea
Polarizarea se refera la campului magnetic intr-o unda electromagnetica. O unda al carei camp electric oscileaza vertical sa spune ca avem o poarizare verticala. (idem pt orizontal). Campul electric din undele luminoase ale soarelui vibreaza in toate deci direct lumina soarelui poate fi numita nepolarizata. Ochelarii Polaroid blocheaza lumina polarizata orizontal si reduc luminozitatea luminii solare ce nu se mai reflecta pe suprafete orizontale.
Surse de lumina
Sursele de lumina difera in functie de cum distribuie energia particulelor incarcate (electroni) ale caror miscare produc lumina. Daca energia vine de la caldura atunci sursa se numeste incandescenta. Daca energia energia provine din alta sursa chimica sau electrica, sursa se numeste luminescenta.
Sursa Incandescenta. La sursa incandescenta atomii se ciocnesc unii cu altii. Aceste coliziuni transfera energie spre electroni impingandu-i pe acestia spre nivele suparioare. Cand electronii elibereaza aceasta energie, ei emit fotoni. Unele coliziuni sunt mai puternica iar alltele mai putin puternica astfer sun elminati fotoni de energie diferita. Lumina lumanarii este incandescenta si rezulta din excitarea atomilor de funingine in flacara incinsa. Lumina dintr-un bac incandescent provide din excitarea atomilor dintr-un fir subtire numit filament care sete incalzit de curentul ce trece prin el. Aproape 75% din radiatiile ce provin de la lumina incandescenta a unui bac sunt infrarosii. Oamenii de stiinta au invatat despre proprietatile luminii incandescente reale si le-au comparat cu o incandescenta teoretica numita "Black Body". Un "Black Body" este o sursa ideala de lumina incandescenta cu o emisie a spectrului ce nu depinde din ce material provine lumina, ci numai de temperatura acestuia.
Sursa Luminescenta absoarbe energie din alta sursa decat caldura, si este de obicai mai rece decat sursa incandescenta. Culoarea unei surse luminescente nu este raportata la menperatura sa. O lumina fluorescenta este un tip de lumina luminescenta care face uz de un element chimic numit fosfor. Tuburile fluorescente sunt umplute cu vapori de mecur si amestecate cu fosfor. Cand electricitatea trece prin tub vaporii de mercur se excita si emit lumina abastra, verde, violeta si ultravioleta. Componentele cu fosfor sunt folosite in convertirea energiei elecronilor in lumina la tuburile cinescopice ale televizoarelor. Razele electronilor din tub se ciocnesc cu atomii de fosfor in mici puncte pe ecran, excitand electronii din atomul de fosfor spre nivele mai inalte de energie. Cand electronii se intorca la nivelol original de energie ei emit lumina vizibila. Lumina de la toti electronii de fosfor creeaza imaginea. Daca intarzierea dintre absortia si emisia de energie este mai mare decat 1 secunda atunci sursa se numeste fosforescenta. Materialele fosforescente pot lumina intunericul cateva minute daca au fost expuse la soare.
SURSA 02
1. In domeniul fizicii
Radiatie sau complex de radiatii electro-magnetice care impresioneaza ochiul omenesc (se mai numeste lumina vizibila). Lumina este un flux fotoni, particule care poseda atit proprietati ondulatorie cit si proprietati corpusculare. Proprietatile ondulatorii ale luminii se manifesta mai ales in fenomenele de propagare (reflexie, refractie, interferenta, difractie, polarizatie s.a.), iar cele copusculare in fenomenele de emisie si de absorbtie, in efectul fotoelectric, efectul Compton s.a. Spectrul radiatiilor luminoase este cuprins aproximativ intre 4000 A (lumina violeta) si 7500 A (lumina rosie). Termenul de lumina se utilizeaza uneori si pentru radiatiile invizibile ultraviolete (cu lungimi de unda Intre 100 si 4000 A) si infrarosii (cu lungimea de unda de la 0,75 la 500 M), care sint produse prin aceleasi mijioace ca si cele folosite pentru producerea luminii vizibile. Viteza de propagare a luminii in vid este de 299792.5 km/s. V. si 'optica',
- Lumina monocromatica, lumina formata din radiatii de o singura lungime de unda; in domeniul vizibil este reprezentata de o singura culoare spectrala.
- Lumina compusa, iumina care contine radiatii de mai multe lungimi de unda (ex. Lumina alba).
- Lumina alba, lumina care contine toate radiatiile spectrului vizibil in astfei de proportii, incit dau lumina mijlocie a zilei.
- Lumina rece Lumina saraca in radiatii infrarosii. Spre deosebire de lampile cu incandescenta, lampile electrice cu descarcare emit lumina rece.
- Lumina naturala, lumina caracterizata prin diversitatea directiilor de oscilatie (transversala) ale radiatiilor electromagnetice care o compun; statistic, aceste directii sint distribuite uniform in jurul directiei de propagare. In general, sursele de lumlna, naturale sau artificiale (Soarele, lampile cu incandescenta s.a.), emit lumina naturala.
- Lumina polarizata, lumina alcatuita din radiatii electromagnetice ale caror directii de oscilatie nu sint uniform distribuite in jurul directiei de propagare. Daca toate directiile de oscilatie sint cuprinse intr-un plan (care contine directia de propagare), lumina se numeste liniar polarizata sau planpolarizata; daca una dintre directiile de oscilatie este preferentiala, insa nu exclusiva, lumina se numeste partial polarizata
- Lumina negativa, formatie luminoasa care apare la catodul unui tub cu descarcare electrica in gaze. Are o margine bine conturata inspre catod, fiind despartita de acesta printr-un spatiu intunecos; in partea opusa catodului straiucirea ei scade treptat.
2. In domeniul astronomiei
- Lumina antisolara, pata foarte slab luminoasa care se vede noaptea pe cer in locul opus Soarelui. Este produsa de difuzia luminii Soarelui pe particulele din planul eclipticei si pe cele respinse din atmosfera Pamintului de presiunea solare.
- Lumina zodiacala, pata luminoasa care, la latitudinea noastra, se vede toamna la est, inainte de rasaritul Soarelui, si primavara la vest, dupa apusul Soarelui. Este produsa prin difuzia luminii Soarelui pe pulberile, gazele si pe alte particule aflate in planul ecliptici.i
3.In domeniul fiziologiei :
- Lumina animala ,lumina produsa de unele organisme animale pe baza energiei chimice a unor substante. In f.a predomina radiatiile verzi si albastre, din care cauza ea este o lumina rece. Organismele producatoare de l.a. (fotogene) sint mai ales cele abisale (pesti, moluste cefalopode, viermi,meduze); altele traiesc pe uscat (ex.licuricii).
Radiatie sau complex de radiatii electro-magnetice care impresioneaza ochiul omenesc (se mai numeste lumina vizibila). Lumina este un flux fotoni, particule care poseda atit proprietati ondulatorie cit si proprietati corpusculare. Proprietatile ondulatorii ale luminii se manifesta mai ales in fenomenele de propagare (reflexie, refractie, interferenta, difractie, polarizatie s.a.), iar cele copusculare in fenomenele de emisie si de absorbtie, in efectul fotoelectric, efectul Compton s.a. Spectrul radiatiilor luminoase este cuprins aproximativ intre 4000 A (lumina violeta) si 7500 A (lumina rosie). Termenul de lumina se utilizeaza uneori si pentru radiatiile invizibile ultraviolete (cu lungimi de unda Intre 100 si 4000 A) si infrarosii (cu lungimea de unda de la 0,75 la 500 M), care sint produse prin aceleasi mijioace ca si cele folosite pentru producerea luminii vizibile. Viteza de propagare a luminii in vid este de 299792.5 km/s. V. si 'optica',
- Lumina monocromatica, lumina formata din radiatii de o singura lungime de unda; in domeniul vizibil este reprezentata de o singura culoare spectrala.
- Lumina compusa, iumina care contine radiatii de mai multe lungimi de unda (ex. Lumina alba).
- Lumina alba, lumina care contine toate radiatiile spectrului vizibil in astfei de proportii, incit dau lumina mijlocie a zilei.
- Lumina rece Lumina saraca in radiatii infrarosii. Spre deosebire de lampile cu incandescenta, lampile electrice cu descarcare emit lumina rece.
- Lumina naturala, lumina caracterizata prin diversitatea directiilor de oscilatie (transversala) ale radiatiilor electromagnetice care o compun; statistic, aceste directii sint distribuite uniform in jurul directiei de propagare. In general, sursele de lumlna, naturale sau artificiale (Soarele, lampile cu incandescenta s.a.), emit lumina naturala.
- Lumina polarizata, lumina alcatuita din radiatii electromagnetice ale caror directii de oscilatie nu sint uniform distribuite in jurul directiei de propagare. Daca toate directiile de oscilatie sint cuprinse intr-un plan (care contine directia de propagare), lumina se numeste liniar polarizata sau planpolarizata; daca una dintre directiile de oscilatie este preferentiala, insa nu exclusiva, lumina se numeste partial polarizata
- Lumina negativa, formatie luminoasa care apare la catodul unui tub cu descarcare electrica in gaze. Are o margine bine conturata inspre catod, fiind despartita de acesta printr-un spatiu intunecos; in partea opusa catodului straiucirea ei scade treptat.
2. In domeniul astronomiei
- Lumina antisolara, pata foarte slab luminoasa care se vede noaptea pe cer in locul opus Soarelui. Este produsa de difuzia luminii Soarelui pe particulele din planul eclipticei si pe cele respinse din atmosfera Pamintului de presiunea solare.
- Lumina zodiacala, pata luminoasa care, la latitudinea noastra, se vede toamna la est, inainte de rasaritul Soarelui, si primavara la vest, dupa apusul Soarelui. Este produsa prin difuzia luminii Soarelui pe pulberile, gazele si pe alte particule aflate in planul ecliptici.i
3.In domeniul fiziologiei :
- Lumina animala ,lumina produsa de unele organisme animale pe baza energiei chimice a unor substante. In f.a predomina radiatiile verzi si albastre, din care cauza ea este o lumina rece. Organismele producatoare de l.a. (fotogene) sint mai ales cele abisale (pesti, moluste cefalopode, viermi,meduze); altele traiesc pe uscat (ex.licuricii).
SURSA 03
Lumina este stimulul care acţionînd asupra retinei din ochi produce la omul sănătos senzaţia vizuală. Din punct de vedere fizic, lumina este o radiaţie electromagnetică; pentru a fi percepută de om ea trebuie să aibă anumite caracteristici: frecvenţa trebuie să fie cuprinsă între limitele sensibilităţii vizuale ale receptorilor fotosensibili din retină, iar intensitatea trebuie să depăşească pragul de sensibilitate al acestora. În sens larg se poate folosi termenul de "lumină" şi pentru radiaţii electromagnetice invizibile pentru om, ca de exemplu lumina infraroşie sau cea ultravioletă. Lumina împreună cu temperatura face parte din factorii ecologici.
Atat lumina provenind direct de la o sursă de lumină, cît şi cea transmisă, reflectată, împrăştiată sau difractată de diferite corpuri, are pentru ochiul uman o serie de caracteristici, printre care:
* intensitate luminoasă, determinată de puterea transportată de radiaţie şi de sensibilitatea retinei;
* culoare, determinată de spectrul de frecvenţe ale radiaţiei incidente pe retină;
* polarizare, determinată de planurile sau planul de oscilaţie al undelor electromagnetice;
* coerenţă, determinată de faza oscilaţiilor.
Caracteristici fizice ale luminii
Undele electromagnetice, deci şi lumina vizibilă, se compun dintr-un cîmp electric şi unul magnetic, orientate perpendicular unul pe celălalt, amîndouă variabile în timp şi spaţiu, şi care se generează reciproc. Variaţia acestor cîmpuri este în general periodică atît în timp cît şi în spaţiu; perioada de repetare temporală a oscilaţiilor este inversul matematic al frecvenţei cîmpului electromagnetic respectiv; perioada spaţială este numită lungime de undă. Aceste două caracteristici sînt legate între ele prin intermediul vitezei de propagare a undei (v. viteza luminii). Frecvenţa undelor electromagnetice nu depinde de mediul în care se propagă acestea. În schimb, lungimea de undă depinde de viteza de propagare a undei într-un mediu dat, astfel încît aceeaşi undă trecînd dintr-un mediu în altul va suferi variaţii ale lungimii de undă trecînd dintr-un mediu în altul va suferi variaţii ale lungimii de undă.
unde v este viteza de propagare a undei în mediul respectiv. Cînd se descrie o radiaţie electromagnetică prin lungimea sa de undă trebuie deci precizat şi mediul în care se propagă unda; în lipsa acestei precizări se va subînţelege că este vorba de lungimea de undă în vid. Aceasta este aproximativ egală cu lungimea de undă în aer, cu o eroare acceptabilă în multe situaţii practice.
Undele electromagnetice reale se pot descompune în unde elementare cu următoarele caracteristici:
* frecvenţă: această frecvenţă unică determină în cazul luminii vizibile culoarea percepută de ochi. Culorile undelor elementare sînt pure, şi niciodată nu se întîlnesc în natură. Lumina produsă de laseri, cea obţinută prin separarea luminii albe în culorile componente, cea obţinută cu ajutorul unor filtre, sînt exemple de lumină care doar se apropie de undele monocromatice ideale. Dispozitivele de reproducere a culorilor (ecranul de televizor color, tipăriturile color, etc.) nu pot reda fidel culori de o asemenea puritate.
* amplitudine: aceasta este o măsură a variaţiei cîmpurilor electric şi magnetic care alcătuiesc unda. Este de asemenea legată de strălucirea aparentă a unei surse de lumină. Trebuie precizat totuşi că ochiul nu este la fel de sensibil la toate culorile, şi este chiar insensibil la razele electromagnetice din afara spectrului vizibil. Culori care par să aibă aceeaşi intensitate vizuală pot avea intensităţi fizice foarte diferite.
* polarizare: vectorul cîmpului electric şi cel al cîmpului magnetic sînt perpendiculare atît unul pe celălalt cît şi pe direcţia de propagare a undei electromagnetice. Dar chiar şi cu această limitare mai este permis un grad de libertate, de rotaţie a celor doi vectori în jurul direcţiei de propagare. Dacă faţă de un anumit sistem de axe de coordonate vectorul cîmpului electric este de exemplu vertical, spunem că lumina respectivă este polarizată vertical. În mod obişnuit ochiul nu este sensibil la polarizarea luminii, dar există experimente optice simple prin care aceasta se poate pune în evidenţă.
sursa:ipedia.ro
0 comments: