Licht
we gebruiken licht om te zien!
zichtbaar licht is het deel van het elektromagnetische spectrum dat onze ogen kunnen zien:
Het is slechts een klein deel van het volledige spectrum, is het niet?
zichtbaar Spectrum
zichtbaar licht: de golflengten die zichtbaar zijn voor de meeste menselijke ogen.
de hoofdkleuren, in volgorde, gaan “Roy g Bv”: rood oranje Geel Groen Blauw Violet
zoals we zien op deze prachtige regenboog:
licht heeft golflengten van ongeveer 380 nm tot 750 nm
nm betekent nanometer, een miljardste van een meter.
voorbeeld: rood licht heeft een golflengte van ongeveer 700 miljardsten van een meter. Klein!
definities variëren, maar hier is een ruwe gids:
| 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 seconde
dus rood licht trilt met ongeveer 400 miljoen miljoen cycli per seconde. Snel!
hogere frequentie (met kortere golflengte) heeft meer energie:
- rood licht heeft een lagere frequentie, langere golflengte en minder energie
- blauw licht heeft een hogere frequentie, kortere golflengte en meer energie
lichtsnelheid
licht reist bij bijna 300.000.000 meter per seconde (om precies te zijn: 299.792.458 meter per seconde) in een vacuüm.
dat 300 miljoen meter per seconde is, of:
- 3 × 108 m/s
- 300.000 km/s
- 186,000 km per seconde
Op dat de snelheid van het licht reizen:
| Afstand | Tijd | |
|---|---|---|
| 1 meter | in | 3.3 ns (3.3 miljardste van een seconde) |
| Rond de equator van de Aarde | in | 134 ms (134 duizendste van een seconde) |
| Van de Aarde naar de Maan | in | 1.3 s |
| in | ongeveer 8 minuten |
Het is zo snel, maar duurt nog steeds ongeveer 8 minuten van het oppervlak van de Zon naar de aarde.
Het symbool voor deze snelheid is c:
c = 300.000.000 m/s
licht kan langzamer reizen
We moeten het echt niet de snelheid van het licht noemen, ten eerste omdat het van toepassing is op het hele elektromagnetische spectrum, en zwaartekrachtgolven, en meer! (Misschien kunnen we het “Max Speed”noemen!)
maar ook omdat licht die snelheid alleen in een vacuüm aflegt! Het kan langzamer reizen …
| Medium | snelheid miljoen m/s |
vacuüm | 299.8 | lucht | 299.7 |
|---|---|
| Ijs | 228 |
| Water | 225 |
| Ethanol | 220 |
| Glas | 205 |
| Olijfolie | 204 |
| Diamant | 123 |
Golflengte en Frequentie zijn Gekoppeld
de Golflengte en De Frequentie zijn gerelateerd:
Frequentie = VelocityWavelength
Golflengte = VelocityFrequency
de Veronderstelling dat het licht in een vacuüm, de snelheid is de snelheid van het licht:3 × 108 m/s
laten we een eenvoudig voorbeeld proberen (in dit geval geen golflengte van licht):
stel je een zeer lange golflengte voor van 75.000 km
frequentie = 300.000 km/s75,000 km
= 4 /s
= 4 Hz
we kunnen 4 van die golflengten passen in 300.000 km, dus trilt het 4 keer in 1 seconde.
dus de frequentie is 4 Hz (4 per seconde)
of, omgekeerd, als we weten dat het 4 keer per seconde trilt kunnen we de golflengte berekenen:
golflengte = 300.000 km/s4 /S
= 75.000 km
voorbeeld: blauw licht heeft een golflengte van ongeveer 480 nm (480 × 10-9 m)
dus de frequentie is:
frequentie = 3 × 108 m/s480 × 10-9 m
= 6,25 × 1014 /S
= 6,25 × 1014 hz
dat is 625 terahertz
licht reist in rechte lijnen
licht reist in een rechte lijn totdat het iets raakt, of het pad wordt gewijzigd door verschillende dichtheden of door zwaartekracht.
Licht van de zon stroomt over de weg.
de schaduwen laten ook zien dat licht in rechte lijnen reist.
Dit licht verspreidt zich een beetje en wordt verstrooid door de atmosfeer.
laserstralen die rechte lijnen maken.
Golf
licht gedraagt zich als een golf, zodat het kan:
- reflect (bounce off),
- scatter (bounce off in alle richtingen),
- refract (change speed and direction)
- diffract (spread out past an opening)
- transmit (pass straight through)
- or get absorbed
fotonen
licht gedraagt zich ook als energiepakketten die fotonen worden genoemd.
- We kunnen de positie en het momentum van een foton meten.
- fotonen hebben geen massa, maar elk foton heeft een hoeveelheid energie gebaseerd op zijn frequentie (aantal trillingen per seconde)
- elk foton heeft een golflengte
dus het is als een deeltje en ook als een golf. Dit wordt de “Golf-deeltje dualiteit” genoemd.
Einstein schreef:
” Het lijkt alsof we soms de ene theorie moeten gebruiken en soms de andere, terwijl we soms beide kunnen gebruiken.”
intensiteit
intensiteit is vermogen per gebied, gewoonlijk in watt per vierkante meter:
intensiteit = W/m2
voorbeeld: zon op een klein huis van 100 vierkante meter
ongeveer 150 tot 300 watt energie wordt ontvangen van de zon per vierkante meter.
laten we het kleinere getal kiezen:
intensiteit = 150 W / m2
hoeveel vermogen is dat over het hele dak?
Vermogen = 150 W / m2 × 100 m2
vermogen = 15.000 W
dus een klein huis krijgt ongeveer 15 kilowatt op het dak,wat meerdere malen meer is dan een huishouden gebruikt.
maar dat is alleen terwijl de zon schijnt, en slechts ongeveer 20% kan worden opgevangen door typische zonnepanelen
maar dat is nog steeds veel energie van de zon.
Inverse Square
 |
Inverse Square: when one value dalingen as the square of the other value. |
voorbeeld: licht en afstand
hoe verder weg We zijn van een licht, hoe minder helder het is.
De helderheid neemt af als het kwadraat van de afstand. Want het licht verspreidt zich in alle richtingen:
- De energie tweemaal zo ver weg is verdeeld over 4 maal de oppervlakte
- de energie 3 maal zo ver weg is verdeeld over 9 maal de oppervlakte
- etc
polarisatie
licht is normaal vrij om te trillen in elke richting loodrecht op zijn pad.
maar gepolariseerd licht trilt slechts in één vlak:
Licht wordt gedeeltelijk gepolariseerd wanneer het
stuitert op oppervlakken zoals water of glas.
polariserende lenzen kunnen licht van dat vlak blokkeren, om het gereflecteerde licht te verminderen en het gemakkelijker te maken om in water te zien:
zonder en met een polariserende lens
glasvezel
licht en infrarood kunnen langs Glasvezelkabels worden verzonden, waarbij informatie gecodeerd in de golflengte wordt meegenomen.
Glasvezelkabels
het licht blijft binnen vanwege een speciale eigenschap van breking: wanneer de brekingsindex aan de buitenkant lager is en de hoek niet te steil is, heeft de lichtbundel een totale interne reflectie aan de binnenkant:
licht weerkaatst van de wanden in de kabel
glasvezelkabels zijn veel beter dan elektrische draden:
- draden krijgen meer “ruis” (andere signalen die het origineel verstoren of verstoren) van elektriciteitsleidingen, TV, radio, bliksem enz.
- fotonen hebben geen massa dus kunnen snel wisselen tussen 0 en 1. Elektronen hebben massa en zijn traag in vergelijking
- glas heeft veel minder weerstand tegen licht dan koper tegen elektrische signalen, dus kan veel verder gaan zonder een boost