Zdroje světla
Zdroje světla
Existuje mnoho zdrojů světla. Nejběžnější zdroje světla jsou tepelná: těleso při dané teplotě vyzařuje podobné spektrum záření jako černé těleso.
Záření černého tělesa
Záření černého tělesa je typ elektromagnetického záření uvnitř nebo kolem tělesa v termodynamické rovnováze s jeho prostředím nebo vyzařovaného černým tělesem (neprůhledné a neodrazivé těleso) udržovaným při stálé, stejnoměrné teplotě. Záření má specifické spektrum a intenzitu, která závisí pouze na teplotě tělesa.
Černé těleso při pokojové teplotě vypadá černě, protože většina energie, kterou vyzařuje, je v infračervené oblasti a není vnímána lidským okem. Při vyšších teplotách černé těleso svítí stále intenzivněji, jak se teplota zvyšuje, v barvách od tmavě červené po jasně modrobílou.
Záření černého tělesa má charakteristické, spojité spektrum, které závisí pouze na teplotě tělesa, nazývané Planckovo spektrum nebo Planckův zákon. Spektrum je vrcholové na charakteristické vlnové délce, která se s rostoucí teplotou posouvá k nyžším vlnovým délkám. Při pokojové teplotě je většina záření v infračervené oblasti elektromagnetického spektra. Jakmile teplota překročí asi 500 stupňů Celsia, začínají černá tělesa vydávat významné množství viditelného světla. Ve tmě je první slabé světlo vidět jako „strašidelná“ šedá. S rostoucí teplotou se světlo stává viditelným i při určitém okolním světle: nejprve jako tmavě červené, pak žluté a nakonec „oslňující modrobílé“, jak se teplota zvyšuje. Když těleso vypadá bíle, vyzařuje podstatnou část své energie jako ultrafialové záření. Slunce s efektivní teplotou přibližně 5500 K je přibližně černé těleso se zářením vrcholícím v centrální, žlutozelené části viditelného spektra, ale s významným výkonem také v ultrafialové oblasti.
Spektrální čára (Fraunhoferova čára)
Spektrální čáry jsou výsledkem interakce mezi kvantovým systémem (obvykle atomy, ale někdy i molekulami nebo atomovými jádry) a jediným fotonem. Když má foton přibližně správné množství energie, aby umožnil změnu energetického stavu systému (v případě atomu se obvykle jedná o změnu orbitálu elektronu), je foton absorpován. Poté je spontánně znovu vyzářen, buď ve stejné frekvenci jako původní, nebo v kaskádě, kde součet energií vyzářených fotonů bude roven energii toho absorpovaného (předpokládá se, že systém se vrátí do původního stavu).
V závislosti na typu plynu, zdroji fotonů a tom, co dosáhne detektoru přístroje, bude vytvořena buď emisní čára, nebo absorpční čára. Tmavé čáry v širokém spektru vznikají, když je mezi širokospektrálním zdrojem fotonů a detektorem chladný plyn. V tomto případě je vidět snížení intenzity světla ve frekvenci původního fotonu, protože fotony jsou absorpovány a poté znovu vyzářeny v náhodných směrech, které jsou většinou odlišné od původního směru. Výsledkem je absorpční čára, protože úzký frekvenční pás světla původně směřující k detektoru byl účinně rozptýlen do jiných směrů.
Spektrální čáry jsou velmi specifické pro daný atom a lze je použít k identifikaci chemického složení jakéhokoli média, které umožňuje průchod světla (obvykle se používá plyn). Několik prvků bylo objeveno spektroskopickými metodami, jako je helium, thallium a cer. Spektrální čáry také závisí na fyzikálních podmínkách plynu, takže se široce používají k určení chemického složení hvězd a jiných nebeských těles, které nelze analyzovat jinými metodami, stejně jako jejich fyzikálních podmínek.
Zářivka
Zářivka nebo fluorescenční trubice je výbojka, která používá elektřinu k excitaci rtutových par. Excitované atomy rtuti produkují krátkovlnné ultrafialové světlo, které způsobuje, že luminofor začne fluoreskovat a vydávat viditelné světlo (zelená část spektra). Zářivka přeměňuje elektrickou energii na užitečné světlo účinněji než žárovka.
Spektrum světla vyzářeného zářivkou je kombinací světla přímo vyzářeného rtutovými parami a světla vyzářeného luminoforovým povlakem. Spektrální čáry z emise rtuti a luminoforového efektu dávají kombinované spektrální rozložení světla, které se liší od toho, které produkují žárovkové zdroje. Relativní intenzita světla vyzářeného v každém úzkém pásmu vlnových délek ve viditelném spektru je v jiných poměrech než u žárovkového zdroje. Barevné objekty jsou pod světelnými zdroji s různými spektrálními rozloženími vnímány odlišně. Například někteří lidé mohou vnímat barevné podání některých zářivek jako drsné a nepříjemné. Zdravý člověk může pod umělým osvětlením někdy působit, jako by měl nemocnou barvu pleti.
Korelovaná barevná teplota (CCT)
Korelovaná barevná teplota (CCT) je měřítkem „odstínu“ bělosti světelného zdroje opět ve srovnání s černým tělesem. Typické žárovkové osvětlení má 2700 K, což je žlutavě bílé. Halogenové osvětlení je 3000 K. Zářivky se vyrábějí s volitelnou CCT změnou směsi luminoforů uvnitř trubice. Teplé bílé zářivky mají CCT 2700 K a jsou oblíbené pro rezidenční osvětlení. Neutrální bílé zářivky mají CCT 3000 K nebo 3500 K. Studené bílé zářivky mají CCT 4100 K a jsou oblíbené pro kancelářské osvětlení. Denní zářivky mají CCT 5000 K až 6500 K, což je modravě bílé.