Lys
vi bruker lys for å se!Synlig lys Er den delen av det elektromagnetiske spekteret som øynene våre kan se: Det er bare en liten del av hele spekteret, ikke sant?
Synlig Spektrum
Synlig Lys: bølgelengdene som er synlige for de fleste menneskelige øyne.
hovedfargene, i rekkefølge, gå «Roy G Bv»:Rød Oransje Gul Grønn Blå Fiolett
Som vi ser på denne vakre regnbuen:
Lys har bølgelengder på ca 380 nm til 750 nm
nm betyr nanometer, en milliarddel av en meter.
Eksempel: rødt lys har en bølgelengde på ca 700 milliarddeler av en meter. Liten!
Definisjoner varierer, men her er en grov guide:
| 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 sekund
så rødt lys vibrerer på ca 400 millioner millioner sykluser per sekund. Fort!
Høyere frekvens (med kortere bølgelengde) har mer energi:
- Rødt lys har lavere frekvens, lengre bølgelengde og mindre energi
- Blått lys har høyere frekvens, kortere bølgelengde og mer energi
Lysets Hastighet
300.000.000 meter per sekund (for å være nøyaktig: 299.792.458 meter per sekund) i vakuum.
Det er 300 millioner meter hvert sekund, eller:
- 3 × 108 m/s
- 300.000 km/s
- 186.000 miles per sekund
ved den hastigheten lys reiser:
| avstand | ||
|---|---|---|
| 1 meter | i | 3,3 ns (3,3 milliarddeler av et sekund) |
| rundt jordens ekvator | i | 134 ms (134 tusendels sekund) |
| fra jord til måne | i | 1.3 s |
| I | om 8 minutter |
Det er så fort, men tar fortsatt ca 8 minutter fra Overflaten Av Solen til jorden.jorden.
symbolet for denne hastigheten er c:
c = 300.000.000 m/s
Lys Kan Reise Langsommere
Vi burde egentlig ikke kalle det lysets hastighet, for Det første fordi det gjelder hele det elektromagnetiske spektret og gravitasjonsbølger og mer! (Kanskje vi kan kalle Det «Max Speed»!)
men også fordi lyset bare reiser den hastigheten i et vakuum! Det kan reise langsommere …
| Middels | Hastighet millioner m/s |
Vakuum | 299,8 |
|---|---|
| Luft | Is | 228 | Vann | 225 | 220 | Glass | 205 |
| olivenolje | |
| diamant | 123 |
bølgelengde og frekvens er koblet
bølgelengden og frekvensen er relatert:
frekvens = Velocitywavelength
bølgelengde = velocityfrekvens
Forutsatt at lyset er i vakuum, er hastigheten lysets hastighet:3 × 108 m/s
La oss prøve et enkelt eksempel (i dette tilfellet ikke en bølgelengde av lys):
Tenk deg en veldig lang bølgelengde på 75 000 km
Frekvens = 300 000 km/s75 000 km
= 4 /s
= 4 hz
vi kan passe 4 av disse bølgelengdene i 300.000 km,så det vibrerer 4 ganger i 1 Sekund.så frekvensen er 4 Hz (4 per sekund)
Eller omvendt, hvis vi vet at den vibrerer 4 ganger i sekundet, kan vi beregne bølgelengden:
Bølgelengde = 300 000 km/s4 /s
= 75 000 km
Eksempel: Blått lys har en bølgelengde på ca.480 nm (480 × 10-9 m)
så frekvensen er:
Frekvens = 3 × 108 m/s480 × 10-9 m
= 6.25 × 1014 /s
= 6.25 × 1014 hz
som er 625 terahertz
lys beveger seg i rette linjer
lys beveger seg i en rett linje til den treffer noe, eller banen endres av forskjellige tettheter eller tyngdekraften.
Lys fra Solen strømmer over veien.
skyggene viser også at lyset beveger seg i rette linjer.
dette lyset sprer seg litt ut og spres av atmosfæren.
Laserstråler som gjør rette linjer.
Bølge
Lys oppfører seg som en bølge, så Det kan:
- reflektere (sprette av),
- scatter (sprette av i alle retninger),
- refract (endre hastighet og retning)
- diffract (spredt ut forbi en åpning)
- overføre (passere rett gjennom)
- eller bli absorbert
Fotoner
Lys oppfører seg også som pakker med energi kalt Fotoner.
- Vi kan måle en fotons posisjon og momentum.Fotoner har ingen masse, men hver foton har en mengde energi basert på frekvensen (antall vibrasjoner per sekund)
- Hver foton har en bølgelengde
Så det er som en partikkel og også som en bølge. Dette kalles»bølge-partikkel dualiteten».
Einstein skrev:
«Det virker som Om vi må bruke noen ganger den ene teorien og noen ganger den andre, mens vi til tider kan bruke enten.»
Intensitet
Intensitet er effekt per område, vanligvis I Watt per kvadratmeter:
Intensitet = W/m2
Eksempel: Sol på et lite 100 kvadratmeter hus
omtrent 150 til 300 watt energi mottas fra solen per kvadratmeter.
La oss velge det minste tallet:
Intensitet = 150 W / m2
hvor Mye Strøm er det over hele taket?
Strøm = 150 W / m2 × 100 m2
Strøm = 15.000 W
så et lite hus får ca 15 kilowatt på taket,som er flere ganger mer enn en husholdning bruker.
Men det er bare Mens Solen skinner, og bare ca 20% kan fanges av typiske solcellepaneler
Men det er fortsatt mye energi fra Solen.
Inverse Square
 |
Inverse Square: når en verdi avtar som kvadratet av den andre verdi. |
eksempel: lys og avstand
jo lenger unna vi er fra et lys, jo mindre lys er det.
lysstyrken reduseres som kvadratet av avstanden. Fordi lyset sprer seg i alle retninger:
- energien dobbelt så langt unna er spredt over 4 ganger området
- energien 3 ganger så langt unna er spredt over 9 ganger området
- etc
Polarisering
Lyset er normalt fritt til å vibrere i alle retninger i rette vinkler til sin bane.
men polarisert lys vibrerer bare i ett plan:
Lyset blir delvis polarisert når det
spretter av overflater som vann eller glass.
Polariserende linser kan blokkere lys fra det flyet, for å kutte ned på reflektert lys og gjøre det lettere å se i vann:
Uten og med en polariserende linse
Fiberoptikk
Lys og infrarød, kan sendes langs fiberoptiske kabler, bærer informasjon kodet inn i bølgelengden.
Fiberoptiske kabler
lyset forblir inne på grunn av en spesiell egenskap for brytning: Når brytningsindeksen er lavere på utsiden, og vinkelen ikke er for bratt, har lysstrålen total intern refleksjon på innsiden:
Lys spretter av veggene inne i kabelen
Fiberoptiske kabler er mye bedre enn elektriske ledninger:
- Ledninger får mer «støy» (andre signaler som forvrenger eller forstyrrer originalen) fra kraftledninger, TV, radio, lyn etc.Fotoner har ingen masse, så Kan bytte mellom 0 og 1 raskt. Elektroner har masse og er treg i sammenligning
- Glass har mye mindre motstand mot lys enn kobber gjør til elektriske signaler, så kan gå mye lenger uten å trenge et løft