LICHTGEVENDE LICHAMEN: KENMERKEN EN HOE ZE HUN EIGEN LICHT GENEREREN - FYSIEK - 2025

Een lichtgevend lichaam wordt elk natuurlijk of onnatuurlijk object genoemd dat zijn eigen licht uitstraalt, dit is het deel van het elektromagnetische spectrum dat zichtbaar is voor menselijke ogen. Het tegenovergestelde van een lichtgevend object is een niet-lichtgevend object.

Niet-lichtgevende objecten zijn zichtbaar doordat ze worden verlicht door het licht van lichtgevende objecten. Niet-lichtgevende lichamen worden ook wel verlichte lichamen genoemd, hoewel ze niet altijd in die toestand zijn.

De zon, een lichtgevend lichaam dat de lucht en de zee verlicht. Bron: pixabay

Lichtgevende objecten zijn primaire lichtbronnen omdat ze het uitstralen, terwijl niet-lichtgevende objecten secundaire lichtbronnen zijn omdat ze het licht reflecteren dat door eerstgenoemde wordt geproduceerd.

Voorbeelden van lichtgevende en niet-lichtgevende lichamen

Lichtgevende objecten

Er zijn objecten in de natuur die licht kunnen uitstralen. Deze omvatten:

- zo.

- De sterren.

- Lichtgevende insecten, zoals vuurvliegjes en andere.

- De stralen.

- De aurora borealis of noorderlicht.

De volgende zijn door de mens gemaakte lichtgevende objecten:

- Gloeilampen of gloeilampen.

- De vlam van een kaars.

- Fluorescentielampen.

- LED lichten.

- Het scherm van een mobiele telefoon.

Niet-lichtgevende objecten

In de natuur zijn er veel objecten die zelf geen licht uitstralen, maar wel verlicht kunnen worden:

- De maan, die het zonlicht weerkaatst.

- De planeten en hun satellieten, die ook het zonlicht weerkaatsen.

- Bomen, bergen, dieren weerkaatsen het licht van de lucht en de zon.

- De blauwe lucht en wolken. Ze zijn zichtbaar door verstrooiing van zonlicht.

De kunstmatige lichtgevende lichaamsbol die onze nachten verlicht. Bron: pixabay

Kenmerken van lichtgevende lichamen en hun licht

Het belangrijkste kenmerk van lichtgevende lichamen is dat het licht waarmee we ze kunnen zien, door het object zelf wordt geproduceerd.

We kunnen mensen en objecten zien dankzij het licht dat wordt uitgestraald door lichtgevende lichamen, zowel natuurlijk als kunstmatig. En ook omdat de natuur ons de organen van het gezichtsvermogen heeft gegeven.

Bij afwezigheid van lichtgevende lichamen is het onmogelijk om alles om ons heen te zien. Als je ooit totale duisternis hebt meegemaakt, dan weet je hoe belangrijk lichtgevende lichamen zijn.

Dat wil zeggen, zonder licht is er geen visie. Menselijk en dierlijk zicht is de interactie tussen het licht dat wordt uitgezonden door lichtgevende lichamen en dat weerkaatst door niet-lichtgevende lichamen met onze lichtsensoren in het oog en met onze hersenen, waar het beeld uiteindelijk wordt geconstrueerd en geïnterpreteerd.

Zicht is mogelijk omdat het licht dat wordt uitgezonden of gereflecteerd door objecten door de ruimte beweegt en onze ogen bereikt.

Fotonen

Een foton is de kleinste hoeveelheid licht die een lichtgevend lichaam kan uitstralen. Fotonen worden uitgezonden door atomen van lichtgevende lichamen en gereflecteerd of verstrooid door niet-lichtgevende lichamen.

Zicht is alleen mogelijk wanneer sommige van deze fotonen, uitgezonden, verstrooid of gereflecteerd, onze ogen bereiken, waar ze een elektronische excitatie produceren in de uiteinden van de oogzenuw die een elektrische puls naar de hersenen voeren.

Hoe genereren lichtgevende lichamen licht?

De fotonen worden uitgezonden door de atomen van de lichtgevende lichamen wanneer ze op een zodanige manier zijn aangeslagen dat de elektronen van de atoomorbitalen naar toestanden van hogere energie gaan, die later vervallen naar toestanden van lagere energie met de daaruit voortvloeiende emissie van fotonen.

Elk lichaam, als zijn temperatuur wordt verhoogd, wordt een lichtzender. Een stuk metaal is bij kamertemperatuur een niet-lichtgevend lichaam, maar bij 1000 graden Celsius is het een lichtgevend lichaam, omdat elektronen hogere niveaus innemen en wanneer ze vervallen naar lagere niveaus, zenden ze fotonen uit in het bereik van het zichtbare spectrum.

Dit is wat er op atomair niveau gebeurt met alle lichtgevende lichamen, of het nu de zon is, de vlam van een kaars, de gloeidraad van een gloeilamp, de atomen van het fluorescerende poeder van de spaarlamp of de atomen van de led-diode, die is het nieuwste kunstlichtlichaam.

Wat van geval tot geval verschilt, is het excitatiemechanisme voor elektronen om naar atomaire niveaus met hogere energie te gaan en vervolgens te vervallen en fotonen uit te zenden.

Alles wat we zien is het verleden

Het zicht is niet onmiddellijk, omdat licht met een eindige snelheid reist. De lichtsnelheid in lucht en vacuüm is in de orde van 300 duizend kilometer per seconde.

Fotonen van licht die het oppervlak van de zon verlaten, hebben 8 minuten en 19 seconden nodig om onze ogen te bereiken. En de fotonen die worden uitgezonden door Alpha Centauri, onze dichtstbijzijnde ster, hebben 4,37 jaar nodig om onze ogen te bereiken als we naar de lucht kijken.

De fotonen die we met het blote oog of door een telescoop kunnen waarnemen in het Andromedastelsel, het dichtst bij het onze, zullen daar 2,5 miljoen jaar geleden vandaan zijn gekomen.

Zelfs als we de maan zien, zien we een oude maan, want waar we naar kijken is een afbeelding van 1,26 seconden geleden. En het beeld van de spelers van een voetbalwedstrijd dat we op de tribune 300 meter van de spelers zien, is een oud beeld van een miljoenste van een seconde geleden.

Dualiteit van licht

Volgens de meest geaccepteerde theorieën is licht een elektromagnetische golf, net als radiogolven, microgolven waarmee voedsel wordt gekookt, microgolven van mobiele telefoons, röntgenstraling en ultraviolette straling.

Licht is echter een golf, maar het bestaat ook uit deeltjes die fotonen worden genoemd, zoals we eerder al zeiden. Licht heeft dit tweeledige gedrag, dat in de natuurkunde bekend staat als dualiteit van golfdeeltjes.

Alle verschillende elektromagnetische golven verschillen in golflengte. Het deel van het elektromagnetische spectrum dat het menselijk oog kan waarnemen, wordt het zichtbare spectrum genoemd.

Het zichtbare spectrum komt overeen met een smal bereik van het elektromagnetische spectrum tussen 0,390 micron en 0,750 micron. Dit is de karakteristieke grootte van een protozoa (amoebe of paramecium).

Onder het zichtbare spectrum, in golflengte, hebben we ultraviolette straling waarvan de golflengte vergelijkbaar is met de grootte van organische moleculen.

En boven het zichtbare spectrum bevindt zich infraroodstraling, waarvan de grootte vergelijkbaar is met de punt van een naald. De punt van deze naald bevat 10 tot 100 protozoa, dat wil zeggen 10 tot 100 golflengten van het zichtbare spectrum.

Microgolven daarentegen hebben golflengten tussen centimeters en meters. Radiogolven hebben een lengte van honderden meters tot duizenden meters. Röntgenstralen hebben golflengten die vergelijkbaar zijn met de grootte van een atoom, terwijl gammastralen golflengten hebben die vergelijkbaar zijn met de atoomkern.

Kleuren en zichtbaar spectrum

Het zichtbare spectrum omvat de verscheidenheid aan kleuren die kunnen worden onderscheiden in een regenboog of in zonlicht dat op een glazen prisma wordt verspreid. Elke kleur heeft een golflengte die kan worden uitgedrukt in nanometer, dat is een miljoenste van een millimeter.

Het lichtspectrum en zijn golflengten in nanometers (nm), van hoog naar laag, zijn als volgt:

- Rood. Tussen 618 en 780 nm.

- Oranje. Tussen 581 en 618 nm.

- Geel. Tussen 570 en 581 nm.

- Groen. Tussen 497 en 570 nm.

- Cyaan. Tussen 476 en 497 nm.

- Blauw. Tussen 427 en 476 nm.

- Paars. Tussen 380 en 427 nm.

Het lichtgevende zwarte lichaam, energie en momentum

Licht heeft energie en momentum. Elke kleur in het zichtbare spectrum komt overeen met fotonen met een verschillende energie en een ander momentum of momentum. Dit was bekend dankzij de pioniers van de kwantumfysica zoals Max Planck, Albert Einstein en Louis De Broglie.

Max Planck ontdekte dat lichtenergie in pakketten of kwanta wordt geleverd, waarvan de energie E wordt gemeten in joules en gelijk is aan het product van een fundamentele natuurconstante die bekend staat als de constante van Planck, die wordt aangeduid met de letter h en de frequentie f in Hertz.

E = h ∙ f

Deze ontdekking werd gedaan door Planck om het stralingsspectrum te verklaren van een lichtgevend lichaam dat alleen straling uitzendt maar geen straling weerkaatst, bekend als het "zwarte lichaam" en waarvan het emissiespectrum verandert naargelang de temperatuur.

De constante van Planck is h = 6,62 × 10 ^ -34 J * s.

Maar het was Albert Einstein die ongetwijfeld bevestigde dat licht fotonen zijn met energie die wordt gegeven volgens de formule van Planck, als de enige manier om een ​​fenomeen te verklaren dat bekend staat als het foto-elektrisch effect, waarbij een materiaal dat wordt verlicht met licht elektronen uitzendt. Het was voor dit werk dat Einstein de Nobelprijs ontving.

Maar het foton heeft, net als elk deeltje en ondanks dat het geen massa heeft, een impuls of momentum gegeven door een relatie ontdekt door Louis De Broglie in het kader van de golf-deeltje dualiteit van de foton- en kwantumobjecten.

De relatie van de Broglie stelt dat het momentum p van het foton gelijk is aan het quotiënt van de constante h van Planck en de golflengte λ van het foton.

P = h / λ

De kleur rood heeft een golflengte van 618 × 10 ^ -9 m en een frequentie van 4,9 x 10 ^ 14 Hz, dus de energie van een foton is 3,2 × 10 ^ -19J en het momentum is 1,0 × 10 ^ -27 kg * m / s.

Aan het andere uiteinde van het zichtbare spectrum is violet met een golflengte van 400 × 10 ^ -9 m en een frequentie van 7,5 x 10 ^ 14 Hz, dus de energie van een foton is 4,9 × 10 ^ -19J en zijn momentum is 1,7 × 10 ^ -27 kg * m / s. Uit deze berekeningen concluderen we dat violet meer energie en meer momentum heeft dan rood.

Referenties

1. Tippens, P. 2011. Fysica: concepten en toepassingen. 7e editie. Mac Graw Hill. 262-282.
2. Wikipedia. Zichtbare spectrum. Opgehaald van wikipedia.com
3. Wikipedia. Elektromagnetisch spectrum. Opgehaald van wikipedia.com
4. Wikipedia. Lichtbron. Opgehaald van wikipedia.com
5. Wikibooks. Fysica, optica, aard van licht. Hersteld van: es.wikibooks.org