Понятие света

Электромагнитное излучение является неотъемлемой частью окружающего нас физического мира, со всеми его техническими проявлениями, созданными человеком. Подобное излучения представляют собой, распространяющиеся в пространстве колебания напряженностей электрического и магнитного полей. Количество колебаний в секунду называется частотой излучения (1 колебание в секунду = частота 1 герц), а расстояние на оси распространения излучения между точками с одинаковой напряженностью поля – длиной волны излучения (измеряется в метрах). На практике мы имеем дело с частотами от единиц до сотен миллионов герц.

Электромагнитное излучение непрерывно по всему спектру. Часть спектра воспринимается разными органами человеческого организма. Другие его части человек научился распознавать и использовать при помощи специального оборудования, например, радиоприемников и передатчиков. Для удобства описания излучения оно было разбито на условные диапазоны длин волн, имеющие практическое значение.

Светом принято называть излучение, напрямую воспринимаемое глазом. Его длины волн лежат в промежутке от 380 до 780 нм (1 нм = 10 -9 м, то есть одна миллионная миллиметра).Разумеется, чувствительность глаз у каждого человека индивидуальна, но в светотехнике пользуются параметрами среднестатистического зрительного аппарата человека. Кроме того, излучение этого диапазона совершенно иначе воспринимается другими видами живых существ. Например, большинство млекопитающих видит излучения с длиной волны до 900–1000 нм, уже не доступные для зрения человека. Таким образом, для них восприятие света имеет другие границы.

Вплотную по спектру к свету, или видимому излучению, примыкают еще два излучения – ультрафиолетовое (от 10 до 380 нм) и инфракрасное (от 780 нм до 1 мм).

Свет видимой области излучения каждой длины волны воспринимается в цвете. С детства всем знакома пословица " Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан". Первые буквы слов в ней являются первыми буквами названий цветов, расположенных согласно видимому спектру по мере убывания длины волны, – красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Чувствительность глаза к разным длинам волн неодинакова. Кроме того, в зависимости от длины волны мы получаем принципиально разные ощущения благодаря способности человеческого глаза различать цвета. Способность восприятия наиболее высока в середине видимого диапазона, приходящейся на зеленый свет, длина волны 555 нм, и минимальна к его краям, то есть в области синих и красных излучений (например красный и синий цвета при недостаточном освещении воспринимается как черный). Очевидно, что излучение одной и той же мощности воспринимается глазом как более интенсивное, если в его спектре больше зеленого света. Это натолкнуло исследователей на мысль ввести специальную систему оценки количества света, напрямую связанную со среднестатистической чувствительностью глаза.

Иногда люди, не знакомые с теорией света, задают вопрос. “ Какую длину волны имеет белый свет? ”. Подобная постановка вопроса в принципе неправильна. Белый свет – это смесь цветных излучений, результат воздействия на глаз набора различных длин волн. Именно этим объясняется тот не всегда очевидный факт, что в природе не существует идеально белого (не имеющего оттенка) излучения. Любой реальный белый свет имеет оттенок, определяющийся соотношением входящих в него красных, синих и зеленых излучений. Понятие белого излучения перешло и в другие области техники, например, " белым" шумом специалисты по звуку называют произвольную смесь разнотональных звучаний.

Свет, как и любое электромагнитное излучение, производится от источников, которые преобразуют в него другие виды энергии (тепловую, электрическую, химическую). Он распространяется в вакууме и средах, поглощается веществами, а также преломляется и отражается (меняет направление) на границах разнородных сред. Любое вещество отражает, пропускает и поглощаетсветовую энергию. В соответствии с этим световые свойства веществ, принято описывать долями отраженного, пропущенного и поглощенного света, которые называются коэффициентами отражения, пропускания и поглощения. Согласно закону сохранения энергии сумма этих коэффициентов всегда равна единице, а сами они традиционно выражаются в долях единицы или процентах.

Несмотря на то, что свет достаточно подробно описан традиционными теориями излучения, они не могут объяснить некоторых его свойств. Одно из них – так называемое световое давление. Еще в древние времена было замечено, что скорость течения реки замедляется, когда яркий солнечный свет направлен против течения. Позже удалось обнаружить, что оптическое излучение способно как бы вырывать заметный поток электронов с поверхности вещества. Для описания и практического применения этого явления была разработана специальная теория, представляющая оптическое излучение в виде потока условных частиц – квантов. Таким образом, в современной науке свет и прилегающие к нему излучения описываются сразу двумя теориями – волновой и квантовой, каждая из которых нашла свою область применения.

Для целей практической светотехники вполне достаточной является волновая теория света (теория электромагнитного излучения).