Svetloba

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje
Trikotna prizma razpršitvijo žarek bele svetlobe. Daljše valovne dolžine (rdeče) in krajše valovne dolžine (modre) se ločijo

Svetlôba je elektromagnetno sevanje pri različnih valovnih dolžinah oziroma frekvencah. Del spektra, od okoli 380 nm do okoli 750 nm,[1] ki ga zazna človeško oko, imenujemo vidna svetloba. Hitrost svetlobe v vakuumu je 299,792,458 m/s in je neodvisna od njene valovne dolžine. V fiziki se pojem svetloba pogosto nanaša na elektromagnetna sevanja vseh valovnih dolžin, ne glede na to, ali so vidna ali ne. S preučevanjem svetlobe se ukvarja optika.[2][3]

Svetloba ima pet osnovnih lastnosti: jakost, frekvenco ali valovno dolžino, polarizacijo, fazo in orbitalni kotni moment. Pri elektromagnetnem valovanju sta električna in magnetna poljska jakost vedno pravokotna na smer širjenja svetlobe, zato je svetloba transverzalno elektromagnetno valovanje.

Pomanjkljivost valovnega opisa svetlobe se je pokazala z meritvami sevalnega spektra črnih teles na prelomu iz 19. v 20. stoletje. Problem, znan pod imenom ultravijolična katastrofa, je namreč razkril dualnost svetlobe. To pomeni, da ima svetloba lastnosti valovanja, hkrati pa tudi lastnosti delcev. V delčni obravnavi, ki je mogoča le z uporabo kvantne mehanike, je svetloba sestavljena iz majhnih energijskih paketov (kvantov svetlobe), imenovanih fotoni.

Viri svetlobe[uredi | uredi kodo]

Najpogostejši vir svetlobe so termična svetila, ki sevajo kot črna telesa po Planckovem zakonu. Primer takšnega svetila je Sonce, ki ima na površju temperaturo okoli 6000 K in spektralne gostote elektromagnetnega valovanja pri valovni dolžini okoli 550 nm, torej v zeleni barvi. Ker so spektri termičnih svetil zvezni, je le okoli 44% sončeve svetlobe v vidnem delu spektra. Drug primer termičnega svetila je žareče oglje, ki ima temperaturo okoli 1000 K in zato vrh spektralne gostote elektromagnetnega valovanja v infrardečem delu spektra. Tudi človek je termično svetilo. Vendar s temperaturo 310 K seva v globokem infrardečem delu spektra, zato se za opazovanje oz. zaznavanje te svetlobe potrebuje infrardeče kamere.

Poleg termičnih svetil z zveznimi spektri so pomembna tudi svetila z diskretnimi spektri. Diskretnost se najlepše vidi pri svetilih, ki so sestavljena iz enostavnih molekul ali atomov, kot je denimo razredčeni plin v stekleni cevi (neonske svetilke). Vsak atom absorbira in izseva svetlobo le pri točno določenih valovnih dolžinah, ki pa so za različne atome različne. Svetloba, ki jo atom izseva, je lahko posledica spontanega ali stimuliranega sevanja. Plinske svetilke za

svoje delovanje izkoriščajo spontano emisijo, laserji pa stimulirano.

Različne obravnave svetlobe[uredi | uredi kodo]

Pojave, povezane s svetlobo, običajno obravnavamo v okviru treh različnih teorij.

  1. Geometrijska optika. V geometrijski optiki je svetloba opisana s premimi žarki. Takšen približek je dober, če so razsežnosti optičnih elementov mnogo večje od valovnih dolžin svetlobe. Geometrijski opis ustreza limiti, ko gre valovna dolžina svetlobe proti nič. Z geometrijsko optiko je opisano delovanje leč in zrcal oz. lom in odboj svetlobe.
  2. Valovna optika. Svetloba je v valovni optiki opisana z električnim in magnetnim poljem (Maxwellove enačbe), pri čemer pa zaradi sklopitve med obema za opis zadostuje že obravnava le enega izmed obeh polj (običajno električnega). Osnovne lastnosti svetlobe pri takšnem opisu so smer širjenja, jakost, polarizacija, faza in frekvenca oz. valovna dolžina. Znotraj valovne optike so obravnavani vsi pojavi, kjer dualnost svetlobe ne pride do izraza (interferenca, lom, disperzija itd.). Ta opis je dober predvsem za velike valovne dolžine (npr. radijsko valovanje). Za vidno svetlobo ta opis ne drži več povsem in je zato pri nekaterih pojavih potrebna obravnava s kvantno optiko.
  3. Kvantna optika. Elektromagnetno polje in s tem tudi svetloba v kvantni optiki sestoji iz kvantov energije, ki jih imenujemo fotoni. To so brezmasni delci in nosilci elektromagnetne interakcije. Prehod, kjer klasični valovni opis preide v kvantnega, se imenuje kvantizacija elektromagnetnega polja in poteka preko vpeljave vektorskega in skalarnega potenciala elektromagnetnega polja. V nasprotju z valovno optiko kvantna optika obravnava vse pojave, ki nakazujejo na dualnost svetlobe (fotoefekt, diskretni spektri plinov, itd.). Kvantni opis je potreben pri valovanjih s kratko valovno dolžino (žarki X, žarki gama itd.).

Sevanje in svetloba[uredi | uredi kodo]

Viri svetlobe na Zemlji:

  • Sončevo sevanje. Le 5*10−10% svetlobe, ki jo izseva Sonce, doseže Zemljo. Približno polovica svetlobe se odbije ali absorbira v ozračju. Zaradi rotacije in nagnjenosti zemljine osi ter vrtenja Zemlje je količina svetlobne energije, ki prispe do določenega dela površine, različna. Sevanje je na določenem območju odvisno od zemljepisne širine, lokalne topografije in atmosferskih razmer, kot so oblačnost in megla. Razlike pa obstajajo tudi v času dneva in leta. Pri sončnem spektru je kot biološki poudarek treba omeniti sledeče spektre:
  • odboj svetlobe od Lune,
  • sevanje drugih zvezd v vesolju,
  • zemeljski viri svetlobe kot so bioluminiscenca, ogenj, ognjeniški izbruhi,
  • antropogeni viri.

Svetloba in rastline[uredi | uredi kodo]

Osnovni pomen svetlobe za rastline:

  • vir energije,
  • uravnavanje rasti in razvoja ter
  • stresni dejavnik.

Je pa svetloba pri rastlinah povezana tudi s časom cvetenja (fotoperiodika), fototropizmom (npr. rast rastline proti soncu, obračanje listov proti ugodnejši svetlobi), letnim prirastkom lesa, odpadlim listjem ipd.

Glede na to koliko svetlobe potrebujejo rastline za dobro uspevanje jih delimo na 3 skupine:

  • specialisti ali stenofoti
    • heliofiti ali sončne rastline (potrebujejo 75 – 100 % svetlobe)
    • skiofiti ali senčne rastline (potrebujejo do 75 % svetlobe)
  • generalisti za svetlobo ali evrifoti
    • polskiofiti ali sončno senčne (idealne rastline)

Polskiofiti in skiofiti so tiste rastline, ki največkrat tvorijo podrast. Podrast ima v zmernih klimatih približno 1 % svetlobe, v pragozdovih pa le 0˙5 %. V listopadnih gozdovih imamo v podrasti 3 faze:

  • spomladansko heliofilno: zvonček, teloh, jetrnik
  • poletno skiofilno: praprot, mah, borovnice
  • jesensko heliofilno: ciklama, podlesek, volčin

Sklici[uredi | uredi kodo]

  1. ^ International Commission on Illumination (1987). International Lighting Vocabulary. št. 17.4. CIE, 4. izdaja. ISBN 978-3-900734-07-7.
  2. ^ Gregory Hallock Smith (2006), Camera lenses: from box camera to digital, SPIE Press, str. 4, ISBN 9780819460936 
  3. ^ Narinder Kumar (2008), Comprehensive Physics XII, Laxmi Publications, str. 1416, ISBN 9788170085928 

Glej tudi[uredi | uredi kodo]