Licht - optisch


Das Licht

   



Licht ist eine Welle


Genau wie Schall und Wellen auf der Meeresoberfläche ist Licht eine Welle, die sich ausbreitet. Sie entspricht also nicht einem „Fluss“ von Materie, sondern der fortschreitenden Übertragung einer „Störung“, die vorübergehend einen Punkt im Raum zuvor beeinflusst Dieser Punkt überträgt diese „Störung“ dann selbst auf nahegelegene Punkte und stellt seinen Gleichgewichtszustand wieder her (es sei denn, er wird von einer neuen Welle beeinflusst). Dann wirkt jeder neue Punkt, den die Welle erreicht, auf die gleiche Weise und lässt die Welle fortschreiten ...

Bemerkungen

  • In Wirklichkeit lehrt uns die Quantenmechanik (außerhalb des zweiten Programms), dass Licht wie jede Welle und wie jede Materie sowohl unter Wellengesichtspunkten als auch unter Teilchengesichtspunkten beschrieben werden kann. Mit anderen Worten, es kann entweder als Welle oder als Fluss von Teilchen (in diesem Fall Photonen) betrachtet werden, die eine definierte (quantisierte) Energie haben.
  • Der Begriff "Störung" bezieht sich auf die Variation eines physikalischen Parameters.


Licht ist eine periodische Welle


Licht ist Teil von "periodischen" Wellen, was bedeutet, dass sich die "Störungen", die sich ausbreiten, regelmäßig und identisch wiederholen. Daher ist Licht wie jedes periodische Phänomen, das durch eine Periode (T) und eine Frequenz ( ν ) gekennzeichnet ist.

Darüber hinaus ist Licht wie jede periodische Welle auch durch seine Wellenlänge λ gekennzeichnet .

Hinweis

Die Frequenz eines periodischen Phänomens wird im Allgemeinen mit „f“ bezeichnet, aber im besonderen Fall von Licht und elektromagnetischen Wellen im Allgemeinen wurde beschlossen, eine bestimmte Notation anzunehmen: den griechischen Buchstaben nu ( ν ).


Licht ist ein elektromagnetisches Phänomen


Die "Störungen", die übertragen werden, wenn sich das Licht ausbreitet, sind magnetischer und elektrischer Natur (genauer gesagt handelt es sich um ein elektrisches "Feld" und ein magnetisches "Feld", aber diese Größen werden nur im ersten S untersucht). Daher wird Licht als elektromagnetische Welle bezeichnet.


Frequenzen des sichtbaren Lichts


Die Frequenz des sichtbaren Lichts ist in einem Intervall von 385 THz (TeraHertz) bis 789 THz entweder von 0,385 PHz (PétaHertz) bis 0,789 PHz oder von 3,85.1014 Hz bis 7,89.1014 Hz enthalten

Hinweis: Die Grenzen dieser Intervalle können je nach Quelle um einige zehn Thz variieren. Da das Lichtspektrum kontinuierlich ist, gibt es keine klare Grenze zwischen den sichtbaren und unsichtbaren Bereichen, ebenso wie es keine klare Grenze zwischen den verschiedenen Farben gibt das macht das sichtbare Spektrum aus.

Die Frequenz eines Lichts entspricht der Umkehrung seiner Periode, daher ist es möglich, seinen Wert dank der folgenden Beziehung abzuleiten:
\[ f = \frac{1}{T} \]
wobei die Frequenz f in Hertz und die Periode in Sekunden ist.

Die Frequenz einer elektromagnetischen Welle kann auch als Verhältnis der Geschwindigkeit „c“ dieser Welle zu ihrer Wellenlänge ausgedrückt werden, sodass wir sie mit der folgenden Formel berechnen können:
\[ f = \frac{c}{{\lambda}} \]
wobei die Frequenz in Hertz die Geschwindigkeit ist in Metern pro Sekunde und die Wellenlänge in Metern.


Sichtbare Lichtperioden


Das sichtbare Licht ist durch einen Zeitraum zwischen 1,27.10-15 s bis 2,60.10-1s oder zwischen 1,27 und 2,60 Femtosekunden (fs) gekennzeichnet.

Gleiche Bemerkung wie für das Frequenzintervall (und das Wellenlängenintervall): Die Grenzen dieses Intervalls unterscheiden sich je nach Informationsquelle geringfügig.

Die Periode eines sichtbaren Lichts entspricht der Umkehrung der Periode und kann daher aus der Beziehung berechnet werden:
\[ T = \frac{1}{f} \]
wobei die Periode in Sekunden ist, die Frequenz in Hertz

Die Periode entspricht auch dem Verhältnis der Wellenlänge zur Geschwindigkeit der Welle, dh der Beziehung:

\[ T = \frac{{\lambda}}{c} \]


wobei die Periode in Sekunden, die Wellenlänge in Metern und die Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde ist.


Wellenlängen des sichtbaren Lichts


Die sichtbare Lichtwellenlänge in dem Bereich von 380 nm bis 780 nm beträgt 0,380 μm bis 0.780 μm oder von 3,80.10-7 m 7,80.10-7 m

Abhängig von den Quellen kann sich dieses Intervall sowohl für die Untergrenze als auch für die Obergrenze um einige zehn Nanometer unterscheiden, und in dem Wunsch nach Vereinfachung wird manchmal ein Intervall im Bereich von 400 nm bis 800 nm verwendet.

Die kürzeren Wellenlängen in diesem Intervall entsprechen den Farben Blau - Violett, während die längeren Wellenlängen mit der Farbe Rot übereinstimmen.

Es ist möglich, die Wellenlänge eines Lichts aus seiner Periode zu bestimmen, dank der Beziehung:

λ = c x T

Wenn die Wellenlänge λ in Metern ist, ist die Lichtgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde und die Periode in Sekunden

Die Wellenlänge kann auch aus ihrer Frequenz unter Verwendung der Formel berechnet werden:

\[ {\lambda} = \frac{c}{\nu}  \]


wobei die Wellenlänge in Metern, die Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde und die Frequenz (ν) in Hertz angegeben ist.


Entsprechung zwischen Frequenz, Periode und Wellenlänge für sichtbares Licht


Wie bereits spezifiziert, werden die Variationen der Farben innerhalb des sichtbaren Spektrums kontinuierlich durchgeführt, daher gibt es keine klare Grenze zwischen den verschiedenen Farben und die hier angegebenen Intervalle können je nach anderen Quellen geringfügig abweichen.


Farbe Periode
(fs - x10-15 s)
Frequenz
(Thz - x1012 Hz)
Wellenlänge
(nm - x 10-9 m)
Lila 1,27 - 1,50 668 - 789 380 - 450
Blau 1,50 - 1,65 606 - 668 450 - 495
Grün 1,65 - 1,90 526 - 606 495 - 570
Gelb 1,90 - 1,97 508 - 526 570 - 590
Orange 1,97 - 2,07 484 - 508 590 - 620
rot 2,07 - 2,60 385 - 484 620 - 780


Monochromatisches Licht


Ein Licht wird als monochromatisch bezeichnet, wenn es sich um reines farbiges Licht handelt, das durch eine einzige und einzigartige Wellenlänge gekennzeichnet ist.

Monochromatische Lichtquellen sind selten, das beste Beispiel ist der Laser


Polychromatisches Licht



Sie bestehen aus einer Mischung elektromagnetischer Wellen mit verschiedenen (mindestens zwei) Wellenlängen.

Weißes Licht ist notwendigerweise polychromatisch, genau wie Licht von heißen Quellen (Flamme, Glühlampenmaterial).


Warum ist sichtbares Licht sichtbar? (sichtbar)



Das Licht, das wir als sichtbar qualifizieren, entspricht nur einem reduzierten Frequenzintervall, außerhalb dessen andere Wellen vom optischen Detektor, aus dem das menschliche Auge besteht, nicht wahrgenommen werden können. Es verwendet lichtempfindliche Zellen, die die Netzhaut auskleiden und auf sogenannte sichtbare Strahlung reagieren können, nicht jedoch auf andere. Die biologische Evolution hat die Wahrnehmung von Lichtern begünstigt, deren Wellenlängen von etwa 380 nm bis 780 nm reichen, ganz einfach, weil unser Stern (die Sonne) Strahlung aussendet, deren maximale Lichtstärke einer Wellenlänge von 500 nm oder ungefähr in der Mitte des Sichtbaren entspricht Lichtintervall.Es ist wahrscheinlich, dass, wenn unser Stern heißer gewesen wäre und eine maximale Intensität bei einer niedrigeren Wellenlänge gehabt hätte, das sichtbare Spektrum zu niedrigeren Wellenlängen (zu Ultraviolett) verschoben worden wäre.

Jenseits des Wellenlängenintervalls, dem sichtbares Licht entspricht, gibt es nicht wahrnehmbare elektromagnetische Wellen unter den Nahfeldern, die wir zitieren können:

  • Infrarot, deren Frequenzen niedriger sind als die des sichtbaren Bereichs und insbesondere die der Farbe Rot (daher der Name)
  • Ultraviolett mit Frequenzen, die höher sind als die des sichtbaren Bereichs und insbesondere die von Violett (daher der Name)   

 

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