Fény
fényt használunk látni!
a látható fény az elektromágneses spektrum azon része, amelyet a szemünk lát:
Ez csak egy kis része a teljes spektrumnak, nem?
látható spektrum
látható fény: a legtöbb emberi szem számára látható hullámhossz.
a fő színek, annak érdekében, megy “Roy G Bv”: piros narancssárga sárga zöld kék ibolya
mint látjuk ezen a gyönyörű szivárvány:
a fény hullámhossza körülbelül 380-750 nm
nm nanométert jelent, egy méter milliárdod részét.
példa: a vörös fény hullámhossza körülbelül 700 milliárd méter. Kicsi!
a definíciók eltérőek, de itt van egy durva útmutató:
| Color | Wavelength Range (nm) |
|---|---|
| Red | 620–750 |
| Orange | 590–620 |
| Yellow | 570–590 |
| Green | 495–570 |
| Blue | 450–495 |
| Violet | 380–450 |
The frequency of red light is about 400 THz (and for violet is about 800 THz)
THz means teraHertz, a trillion cycles per második
tehát a vörös fény másodpercenként körülbelül 400 millió millió cikluson rezeg. Gyorsan!
magasabb frekvencia (rövidebb hullámhossz) több energiával rendelkezik:
- a vörös fény alacsonyabb frekvenciájú, hosszabb hullámhosszú és kevesebb energiával rendelkezik
- a kék fény magasabb frekvenciájú, rövidebb hullámhosszú és több energiával rendelkezik
fénysebesség
a fény szinte minden irányban halad 300 000 000 méter másodpercenként (pontosabban: 299 792 458 méter másodpercenként) vákuumban.
Ez másodpercenként 300 millió méter, vagy:
- 3 db 108 m/s
- 300 000 km/s
- 186 000 mérföld/másodperc
Ezen a sebességen a fény halad:
| távolság | idő | ||
|---|---|---|---|
| 1 méter | a | 3,3 ns (3,3 milliárd másodperc) | |
| a föld egyenlítője körül | 134 ms (134 ezredmásodperc) | ||
| a Földtől a Holdig | a | 1-ben.3 s | |
| a Nap felszíne a földre | in | körülbelül 8 perc |
olyan gyors, de még mindig körülbelül 8 percet vesz igénybe a nap felszínétől a nap felszínéig a föld.
ennek a sebességnek a szimbóluma c:
c = 300,000,000 m / s
A fény lassabban haladhat
tényleg nem szabad fénysebességnek nevezni, először is azért, mert a teljes elektromágneses spektrumra és a gravitációs hullámokra vonatkozik, és így tovább! (Talán nevezhetnénk “Max Speed” – nek!)
hanem azért is, mert a fény csak vákuumban halad ezen a sebességen! Lassabban tud utazni …
| közepes | sebesség millió m/s |
vákuum | 299,8 |
|---|---|
| levegő | 299.7 |
| olívaolaj | 204 | gyémánt | 123 |
a hullámhossz és a frekvencia összekapcsolódik
a hullámhossz és a frekvencia összefügg:
frekvencia = Sebességwavelength
hullámhossz = sebességfrekvencia
feltételezve, hogy a fény vákuumban van, a sebesség a fény sebessége:3 .. 108 m/s
próbáljunk ki egy egyszerű példát (ebben az esetben nem a fény hullámhossza):
Képzeljünk el egy nagyon hosszú hullámhossz 75.000 km
frekvencia = 300.000 km/s75,000 km
= 4 /S
= 4 Hz
e hullámhosszok közül 4-et el tudunk illeszteni 300 000 km-ben, tehát 4-szer rezeg 1 másodperc alatt.
tehát a frekvencia 4 Hz (4 másodpercenként)
vagy fordítva, ha tudjuk, hogy másodpercenként 4-szer rezeg, kiszámíthatjuk a hullámhosszát:
hullámhossz = 300.000 km/s4 /s
= 75.000 km
példa: a kék fény hullámhossza körülbelül 480 nm (480) 10-9 m)
tehát a frekvencia:
frekvencia = 3 108 m/s480 10-9 m
= 6.25 ++ 1014 /s
= 6.25 1014 Hz
ami 625 terahertz
A fény egyenes vonalban halad
a fény egyenes vonalban halad, amíg el nem ér valamit, vagy az útját megváltoztatja a különböző sűrűség vagy a gravitáció.
fény a nap patakok az út túloldalán.
Az árnyékok azt is mutatják, hogy a fény egyenes vonalakban halad.
Ez a fény egy kicsit szétterül, és szétszóródik a légkörben.
lézersugarak, hogy egyenes vonalak.
hullám
a fény hullámként viselkedik, így:
- visszaverődik (visszapattan),
- scatter (minden irányban visszapattan),
- refract (sebesség és irány megváltoztatása)
- diffract (egy nyíláson túl elosztva)
- továbbít (egyenesen áthalad)
- vagy felszívódik
fotonok
a fény fotonoknak nevezett energiacsomagként is viselkedik.
- meg tudjuk mérni a foton helyzetét és lendületét.
- a fotonoknak nincs tömegük, de minden fotonnak van egy energiamennyisége a frekvenciája alapján (a rezgések száma másodpercenként)
- minden fotonnak hullámhossza van
tehát olyan, mint egy részecske és olyan, mint egy hullám. Ezt nevezik “hullám-részecske kettősségnek”.
Einstein írta:
“úgy tűnik, hogy néha az egyik elméletet, néha a másikat kell használnunk, míg időnként mindkettőt használhatjuk.”
intenzitás
az intenzitás területenkénti teljesítmény, általában watt per négyzetméter:
intenzitás = W/m2
példa: nap egy kis 100 négyzetméteres házban
körülbelül 150-300 watt energiát kap a nap négyzetméterenként.
válasszuk ki a kisebb számot:
intenzitás = 150 W / m2
mennyi energia az egész tetőn?
teljesítmény = 150 W/m2 100 m2
teljesítmény = 15 000 W
tehát egy kis ház körülbelül 15 kilowattot kap a tetőn,ami többszöröse, mint egy háztartás.
de ez csak addig van, amíg a nap süt, és csak körülbelül 20% – ot lehet megragadni a tipikus napelemek
de ez még mindig sok energiát jelent a napból.
inverz négyzet
 |
inverz négyzet: amikor az egyik érték a másik négyzetével csökken érték. |
példa: fény és távolság
minél távolabb vagyunk a fénytől, annál kevésbé világos.
a fényerő a távolság négyzetével csökken. Mert a fény minden irányban terjed:
- az energia kétszer olyan messze van elosztva 4-szer a terület
- az energia 3-szor olyan messze van elosztva 9-szer a terület
- stb
Polarizáció
a fény általában szabadon rezeg bármilyen irányban derékszögben az útját.
de a polarizált fény csak egy síkban rezeg:
A fény részben polarizálódik, amikor visszapattan olyan felületekről, mint a víz vagy az üveg.
a polarizáló lencsék blokkolhatják a fényt az adott síkból, hogy csökkentsék a visszavert fényt, és megkönnyítsék a vízbe való látást:
polarizáló lencse nélkül és vele
száloptika
fény és infravörös, száloptikai kábelek mentén küldhetők, a hullámhosszra kódolt információkat hordozva.
száloptikai kábelek
a fény belül marad, mert egy különleges tulajdonsága refrakció: ha a törésmutató alacsonyabb a külső, és a szög nem túl meredek, a fénysugár teljes belső visszaverődés a belső:
fény pattog le a falak belsejében a kábel
száloptikai kábelek sokkal jobb, mint az elektromos vezetékek:
- vezetékek kap több “zaj” (más jelek, amelyek torzítják vagy zavarják az eredeti) a távvezetékek, TV, rádió, villám stb.
- a fotonoknak nincs tömegük, így gyorsan cserélhetők 0 és 1 között. Az elektronok tömege és lassúsága
- az üveg sokkal kevésbé ellenáll a fénynek, mint a réz az elektromos jeleknek, így sokkal tovább mehet anélkül, hogy lendületet kellene adnia