Valguseks loetakse igasugust optilist kiirgust. Teisisõnu, need on elektromagnetlained, mille pikkus on nanomeetrite ühikutes.
Üldmääratlused
Optika seisukoh alt on valgus elektromagnetkiirgus, mida inimsilm tajub. Muutuse ühikuks on tavaks võtta 750 THz vaakumis ala. See on spektri lühikese lainepikkusega serv. Selle pikkus on 400 nm. Laialainete piiri osas võetakse mõõtühikuks 760 nm, st 390 THz lõik.
Füüsikas käsitletakse valgust kui suunatud osakeste kogumit, mida nimetatakse footoniteks. Lainete jaotumise kiirus vaakumis on konstantne. Footonitel on teatud impulss, energia, nullmass. Laiemas mõttes on valgus nähtav ultraviolettkiirgus. Lained võivad olla ka infrapunased.
Ontoloogia seisukoh alt on valgus olemise algus. Seda väidavad filosoofid ja religiooniteadlased. Geograafias kasutatakse seda terminit planeedi teatud piirkondade tähistamiseks. Valgus ise on sotsiaalne mõiste. Sellest hoolimata on sellel teaduses spetsiifilised omadused, tunnused ja seadused.
Loodus ja valgusallikad
Elektromagnetkiirgus tekib laetud osakeste interaktsiooni protsessis. Optimaalne tingimus selleks on soojus, millel on pidev spekter. Maksimaalne kiirgus sõltub allika temperatuurist. Suurepärane näide protsessist on päike. Selle kiirgus on lähedane täiesti musta keha kiirgusele. Valguse olemuse Päikesel määrab kuumenemistemperatuur kuni 6000 K. Samal ajal on nähtavuse piires umbes 40% kiirgusest. Maksimaalne võimsusspekter asub 550 nm lähedal.
Valgusallikad võivad olla ka:
- Molekulide ja aatomite elektroonilised kestad üleminekul ühelt tasemelt teisele. Sellised protsessid võimaldavad saavutada lineaarse spektri. Näiteks LED-id ja gaaslahenduslambid.
- Tšerenkovi kiirgus, mis tekib siis, kui laetud osakesed liiguvad valguse faasikiirusel.
- Fotoni aeglustuse protsessid. Selle tulemusena tekib sünkro- või tsüklotronkiirgus.
Valguse olemust võib seostada ka luminestsentsiga. See kehtib nii kunstlike kui ka orgaaniliste allikate kohta. Näide: kemoluminestsents, stsintillatsioon, fosforestsents jne.
Valgusallikad omakorda jaotatakse temperatuurinäitajate järgi rühmadesse: A, B, C, D65. Kõige keerulisemat spektrit täheldatakse täiesti mustas kehas.
Valgusomadused
Inimese silm tajub elektromagnetkiirgust subjektiivselt värvina. Seega võib valgus anda valget, kollast, punast, rohelist tooni. See on ainultvisuaalne tunnetus, mis on seotud kiirguse sagedusega, olgu see siis spektraalne või monokromaatiline. On tõestatud, et footonid levivad isegi vaakumis. Aine puudumisel on voolukiirus 300 000 km/s. See avastus tehti 1970. aastate alguses.
Meedia piiril kogeb valgusvoog kas peegeldust või murdumist. Levimisel hajub see aine kaudu. Võib öelda, et keskkonna optilisi indekseid iseloomustab murdumisväärtus, mis on võrdne vaakumis ja neeldumise kiiruste suhtega. Isotroopsetes ainetes ei sõltu voolu levik suunast. Siin on murdumisnäitaja esitatud koordinaatide ja aja järgi määratud skalaarsuurusega. Anisotroopses keskkonnas esinevad footonid tensorina.
Pealegi saab valgust polariseerida ja mitte. Esimesel juhul on definitsiooni peamine suurus lainevektor. Kui vool ei ole polariseeritud, siis koosneb see juhuslikes suundades suunatud osakeste komplektist.
Valguse kõige olulisem omadus on selle intensiivsus. Selle määravad sellised fotomeetrilised suurused nagu võimsus ja energia.
Valguse põhiomadused
Fotoonid ei saa mitte ainult üksteisega suhelda, vaid neil on ka suund. Võõrmeediumiga kokkupuute tulemusena kogeb voog peegeldust ja murdumist. Need on valguse kaks põhiomadust. Peegeldusega on kõik enam-vähem selge: oleneb aine tihedusest ja kiirte langemisnurgast. Refraktsiooniga on aga olukord kaugelraskem.
Alustuseks võime vaadelda lihtsat näidet: kui langetada põhk vette, siis küljelt tundub see kõver ja lühenenud. See on valguse murdumine, mis toimub vedela keskkonna ja õhu piiril. Selle protsessi määrab kiirte jaotumise suund aine piiri läbimisel.
Kui valgusvoog puudutab kandjate vahelist piiri, muutub selle lainepikkus oluliselt. Kuid levimissagedus jääb samaks. Kui kiir ei ole piiriga risti, muutub nii lainepikkus kui ka selle suund.
Valguse kunstlikku murdumist kasutatakse sageli teadusuuringuteks (mikroskoobid, läätsed, luubid). Selliste lainekarakteristikute muutuste allikate hulka kuuluvad ka punktid.
Valguse klassifikatsioon
Praegu tehakse vahet kunstliku ja loomuliku valguse vahel. Kõik need liigid on määratletud iseloomuliku kiirgusallikaga.
Looduslik valgus on kaootilise ja kiiresti muutuva suunaga laetud osakeste kogum. Sellise elektromagnetvälja põhjustab intensiivsuse muutuv kõikumine. Looduslike allikate hulka kuuluvad kuumad kehad, päike, polariseeritud gaasid.
Kunstvalgust on järgmist tüüpi:
- Kohalik. Seda kasutatakse töökohal, kööginurgas, seintel jne. Selline valgustus mängib sisekujunduses olulist rolli.
- Üldine. See on kogu ala ühtlane valgustus. Allikad on lühtrid, põrandalambid.
- Kombineeritud. Esimese ja teise tüübi segu ruumi ideaalse valgustuse saavutamiseks.
- Hädaabi. See on väga kasulik elektrikatkestuste ajal. Toide saadakse enamasti patareidest.
Päikesepaiste
Tänapäeval on see peamine energiaallikas Maal. Poleks liialdus öelda, et päikesevalgus mõjutab kõiki olulisi asju. See on kogusekonstant, mis määrab energia.
Maa atmosfääri ülemised kihid sisaldavad umbes 50% infrapuna- ja 10% ultraviolettkiirgust. Seetõttu on nähtava valguse hulk vaid 40%.
Päikeseenergiat kasutatakse sünteetilistes ja looduslikes protsessides. See on fotosüntees ja keemiliste vormide muundamine, kuumutamine ja palju muud. Tänu päikesele saab inimkond elektrit kasutada. Valgusvood võivad omakorda olla otsesed ja hajutatud, kui need läbivad pilvi.
Kolm peamist seadust
Iidsetest aegadest peale on teadlased uurinud geomeetrilist optikat. Tänapäeval on põhilised järgmised valguse seadused:
- Jaotuse seadus. Selles öeldakse, et homogeenses optilises keskkonnas jaotub valgus sirgjooneliselt.
- Murdumisseadus. Kahe keskkonna piirile langev valguskiir ja selle projektsioon lõikepunktist asuvad samal tasapinnal. See kehtib ka kokkupuutepunkti langetatud perpendikulaari kohta. Sel juhul on väärtuseks langemis- ja murdumisnurga siinuste suhekonstantne.
- Peegelduse seadus. Meediumi piirile laskuv valguskiir ja selle projektsioon asuvad samal tasapinnal. Sel juhul on peegeldus- ja langemisnurgad võrdsed.
Valguse tajumine
Ümbritsev maailm on inimesele nähtav tänu tema silmade võimele suhelda elektromagnetkiirgusega. Valgust tajuvad võrkkesta retseptorid, mis suudavad tuvastada laetud osakeste spektrivahemikku ja reageerida sellele.
Inimesel on silmas kahte tüüpi tundlikke rakke: koonused ja vardad. Esimesed määravad nägemismehhanismi päevasel ajal kõrge valgustusega. Vardad on kiirguse suhtes tundlikumad. Need võimaldavad inimesel öösel näha.
Valguse visuaalsed varjundid määratakse lainepikkuse ja selle suuna järgi.
