Wykaz ze swiatlo sklada sie z wielu barw

Wykaz ze swiatlo sklada sie z wielu barw

o co widzimy w pomieszczeniu i jak je odbieramy zależy między innymi od barwy zastanego światła. Światło chłodne pobudza. Zbyt zimne może „drażnić”. Natomiast światło ciepłe wpływa na nas relaksująco i uspakajająco. Odpowiednio dobrane, może być naszym sprzymierzeńcem... VISUAL COMMUNICAION rozświetla więc mroki tajemnej wiedzy fizycznej i przybliża podstawy techniki świetlnej.



Światło białe
„Białe” światło emitowane przez słońce czy żarówki jest w rzeczywistości mieszaniną wszystkich fal z widma widzialnego. Promieniowanie to obejmuje zakres fali elektromagnetycznej od 380 do 780nm. Dobrze znaną metodą rozszczepienia białego światła jest przepuszczenie go przez pryzmat.
Widmo otrzymane w wyniku rozszczepienia światła w pryzmacie przypomina tęczę. Można wydzielić w nim przedziały długości fal, które oko ludzkie odbiera jako wrażenie różnych barw: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski i fioletowy. Odpowiednie kolory można przypisać poszczególnym długościom fal:

380 - 436 nm fioletowy,
436 - 495 nm niebieski,
495 - 566 nm zielony,
566 - 589 nm żółty (żółty),
589 - 627 nm pomarańczowy,
627 - 780 nm czerwony.










Nie wszystkie długości fal są źródłem takiego samego stopnia jasności dla ludzkiego oka. Największa jasność, którą wyczuwa oko związana jest ze światłem zielonym (około 555 nm). Wynika to z czułości względnej oka. Światło białe możemy uzyskać w wyniku wymieszania świateł w trzech kolorach: czerwonym, zielonym i niebieskim. Sprawdź co uzyskasz w wyniku mieszania tych barw.


Wykres chromatyczności
Określenia barwy światła jako czerwona, pomarańczowa, żółta itd. są mało precyzyjne. Dlatego został stworzony wykres chromatyczności czyli tzw. trójkąt barw. Przedstawia on w prostokątnym układzie dwóch współrzędnych chromatycznych (x,y), barwy tęczy od czerwonej do fioletowej na obrzeżach oraz wszystkie pozostałe barwy w środku trójkąta barw. Każdy punkt tego wykresu reprezentuje inną barwę światła. W centrum trójkąta znajduje się mieszanina wszystkich barw czyli barwa biała. Należy jednak zdawać sobie sprawę z pewnych różnic pomiędzy barwą światła, a jego obrazem na kartce papieru. Np. barwa czarna w ujęciu światła to po prostu jego brak, a na kartce to pigment, który nie odbija światła. Kartka może mieć np. kolor szary, a w ujęciu „świetlnym” jest to nadal światło białe tylko w mniejszej ilości. Czerwona kartka będzie widziana jako czerwona w świetle białym. Jeśli ją oświetlimy światłem zielonym będzie prawie czarna.


Temperatura barwowa ?
czyli określenie koloru poprzez temperaturę
... dziwne ale tak jest.
Barwa światła jest subiektywnym odczuciem, kategorią obiektywną stworzoną przez naukowców jest Temperatura barwowa. Temperatura barwowa podawana jest w stopniach Kelvina [K]. Jest to temperatura tak zwanego "ciała doskonale czarnego" przy której ciało to ma barwę taką samą jak badana lampa. Wiadomo, że można coś rozgrzać do "czerwoności" ale można i do "białości". Ciało "doskonale czarne" można rozgrzać do dowolnego koloru. Każdemu z kolorów odpowiada określona temperatura. Im wyższa jest temperatura barwowa tym bardziej wzrasta udział promieniowania niebieskiego i tym zimniejsze jest światło.
uważa się, że :
światło ciepłe ma temperaturę barwową poniżej 3300 K
światło białe, neutralne ma temperaturę ok 4000 K
światło zimne ma temperaturę barwową powyżej 5000 K

Ra i oddawanie barw

trochę o tym, że białe ...
... nie zawsze jest białe

W zależności od składu chemicznego luminoforu świetlówki różnią się rozkładem widmowym światła w związku z tym różnie oddają barwy. Ten sam przedmiot oświetlony różnymi świetlówkami może wyglądać zupełnie inaczej. Biała kartka papieru oświetlona świetlówką 960 będzie biała, ale oświetlona świetlówką 827 będzie lekko żółtawa, natomiast świeże mięso w świetle 827 będzie soczyste i czerwone a w barwie 960 będzie wyglądać na nie takie znów świeże ze względu na duży udział koloru niebieskiego w widmie (wysoka temperatura barwowa). Jak widać na przykładzie na dole nie wszystkie barwy są jednakowo reprezentowane w widmie świetlówki.





Każde źródło światła posiada wskaźnik oddawania barw określany w stopniach Ra. Im wyższa wartość tym lepiej oddawane są barwy. Ra=100 oznacza idealne oddawania barw. Przyjmuje się Ra=100 dla światła słonecznego.
Dla świetlówek współczynnik Ra wynosi od 40 nawet do 98.

Istnieje międzynarodowe określenie wierności oddawania barw określane wskaźnikiem i tak:
Wskaźnik 1B - określa lampy o Ra 80-89
Wskaźnik 1A - określa lampy o Ra 90-100


Oznaczenia stosowane na świetlówkach

Wszystkie dostępne w handlu świetlówki oznaczane są trzycyfrowym kodem określającym współczynnik i temperaturę barwową. Pierwsza cyfra określa współczynnik oddawania barw, dwie pozostałe temperaturę barwową.


Pierwsza cyfra:

8 oznacza Ra w przedziale 80-90

9 oznacza Ra większe od 90



Druga i trzecia cyfra :

27 - temperatura barwowa 2700 K

30 - temperatura barwowa 3000 K

65 - temperatura barwowa 6500 K

itd.

Całkowite wewnętrzne odbicie

Całkowite wewnętrzne odbicie

Całkowite wewnętrzne odbicie to zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla światła) występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu.


Kąt graniczny - P - promień padający pod kątem αgr, Z - promień załamany pod kątem β=90°, N - normalna padania.Światło padające na granicę ośrodków i pod kątem mniejszym od granicznego zostaje częściowo odbite a częściowo przechodzi do drugiego ośrodka (jest załamane). Jeżeli to współczynnik załamania ośrodka , a współczynnik załamania ośrodka i wtedy kąt padania jest mniejszy niż kąt załamania . Przy pewnym kącie padania , zwanym granicznym, kąt załamania jest równy 90º. Dla kątów padania większych niż (zakreskowany zakres kątów na ilustracji) światło przestaje przechodzić przez granicę ośrodków i ulega całkowitemu odbiciu wewnętrznemu

Swiatłowód

Swiatłowód

Działanie światłowodu

W zrozumieniu zasady działania światłowodu skokowego (a zatem sposobu utrzymania światła w jego wnętrzu), pomocne mogą być przedstawione tu rysunki, na których promienie światła biegną prostoliniowo, odbijając się od ścianek światłowodu. Światłowód gradientowy działa podobnie, lecz promienie - zamiast po odcinkach prostoliniowych, poruszają się po krzywoliniowych trajektoriach, utrzymywanych wewnątrz światłowodu przez ciągły gradient współczynnika załamania.

Odbicia wiązki światła w światłowodzie






Takie wyobrażenie działania światłowodu jest jednak uproszczone i naiwne - tym bardziej, im mniejsze rozmiary poprzeczne ma rozważany światłowód. W rzeczywistości, istotną rolę w działaniu światłowodu odgrywa dyfrakcja. Zamiast promieni światła (będących podstawą przybliżonej optyki geometrycznej) należy rozważać światło jako falę. Przybliżenie optyki geometrycznej jest sensowne jedynie dla światłowodów o dużych rozmiarach poprzecznych, traci natomiast sens, gdy rozmiar poprzeczny światłowodu staje się porównywalny z długością fali światła. Zjawiska falowe mają szczególnie duże znaczenie w przypadku światłowodów jednomodowych, w których ściśle dobiera się długość fali transmitowanego światła do kształtu i rozmiarów poprzecznych światłowodu.

Standardy światłowodów telekomunikacyjnych

Światłowody telekomunikacyjne produkowane są z uwzględ

nieniem szeregu norm, ułatwiających tworzenie systemów transmisji danych.

Światłowód warstwowy (planarny)

Schemat światłowodu warstwowego składającego się z trzech warstw o różnych współczynnikach załamaniaNajprostszy światłowód warstwowy składa się z trzech warstw, z których środkowa ma wyższy współczynnik załamania, niż warstwy zewnętrzne. Światło jest uwięzione w tej warstwie na skutek całkowitego wewnętrznego odbicia, o ile kierunki rozchodzenia się promieni tworzą z płaszczyzną warstwy kąty mniejsze od kąta granicznego.

Światłowód paskowy

Światłowód paskowy powstaje, kiedy propagacja wiązki w warstwie zostaje ograniczona w dwóch kierunkach. Światłowody paskowe są wykorzystywane w układach fotoniki zintegrowanej i w laserach półprzewodnikowych. W układach fotoniki zintegrowanej służą do prowadzenia światła, tworząc bardziej rozbudowane struktury jak np. interferometr Macha-Zehndera lub złożone przyrządy jak multipleksery długości fali dla systemów WDM.

Światłowód włóknisty

(inne nazwy: włókno światłowodowe, włókno optyczne)


Schemat ilustrujący rozchodzenie się światła w wielomodowym światłowodzie włóknistymŚwiatłowód włóknisty to zazwyczaj falowód dielektryczny o przekroju kołowym, otoczony przez płaszcz z innego materiału dielektrycznego o mniejszym współczynniku załamania. Włókna światłowodowe wykonywane są najczęściej ze szkła krzemionkowego, czasem z innych szkieł lub z plastiku. Światłowody plastikowe są stosowane na krótkich odległościach

Światłowody wielomodowe - budowa

W światłowodach do transmisji informacji wykorzystywana jest wiązka światła, która jest odpowiednikiem prądu w tradycyjnych mediach z torami metalowymi. Tory przewodowe w kablach światłowodowych stanowi włókno szklane, przez które przesyłąna jest wiązki światła generowana przez diodę lub laser (emisja fotonów). Wiązka ta to zakodowana informacja binarna, rozkodowywana następnie przez fotodekoder na końcu kabla.Kable światłowodowe wykonane są dwóch warstw o różnej stałej dielktrycznej, nałożonych na siebie współosiowo.


Do zakańczania światłowodów używa się tzw. pigtaili. Pigtail jest to krótki odcinek jednowłóknowego kabla zakończonego z jednej strony wtykiem (półzłączką). Wtyczki mogą być zakańczane w kilku standardach, przykładowo FC, SC, ST, E2000, F3000, LC, LX.5, MU. Końcówki różnią się standardem polerowania, a także tłumiennością wtrąceniową i odbiciową, związaną odpowiednio z możliwością niecentrycznego połączenia włókien (część światła przechodzi wówczas do płaszcza dołączonego światłowodu, zamiast do jego rdzenia) oraz odbiciem od płaszczyzn złącza w sytuacji, gdy nie są one ściśle dopasowane.

Patchcord to krótki odcinek jednowłóknowego kabla obustronnie zakończonego wtykiem służący do połączenia ze sobą urządzeń teletransmisyjnych z przełącznicą światłowodową lub dołączenia przyrządów pomiarowych.

Warstwa wewnętrzna - rdzeń, stanowi medium propagacyjne sygnału. Wykonany jest ze szkła kwarcowego, lub plastiku (Plastic Optic Fiber). Szkło kwarcowe o wysokiej czystości jest najczęściej z domieszką germanu. Na watstwę zewnątrzną światłowodu składają się płaszcz, powłoka lakiernicza, płaszcz ochronny, wzmocnienie oraz osłona zewnętrza.

Płaszcz wykonany jest z materiału o niższym współczynniku załamania światła niż rdzeń, dlatego zachowuje się podobnie jak lustro, kierując padające na niego promienie świetlne do wnętrza rdzenia. powstaje dzięki temu tzw. fala optyczna. Powłoka lakiernicza chroni warstwę płaszcza. Wykonana jest z materiałów termoplastycznych i specjalnego żelu chroniącego włókno przed uszkodzeniami mechanicznymi (np. wskutek wibracji). Wzmocnienie ochrania włókna świtłowodu podczas instalacji oraz przed wpływem środowiska zewnętrznego. Wykonana jest z materiałów o znacznej wytrzymałości i odporności, jak np.: stal, czy Kevlar. Osłona zewnętrzna jest ostatnią warstwą ochronną kabla i służy do ochrony przed uszkodzeniami powstałymi w wyniku oddziaływania niekorzystnych warunków środowiska w jakim znajduje się światłowód

Połączenia światłowodów
Spawanie mechaniczne (za pomocą szybkozłączek) polega na dosunięciu w kapilarze szybkozłączki odpowiednio wcześniej przygotowanych włókien tak, aby w przestrzeni kapilary szybkozłączki zaniknęła przerwa pomiędzy włóknami (metoda ta nadaje się do krótkich połączeń światłowodowych).

Spawanie światłowodów łukiem elektrycznym - to metoda trwałego łączenia światłowodów. Do spawania światłowodów służą spawarki światłowodowe, które spajają ze sobą włókna za pomocą łuku elektrycznego. Jakość spawów określają: tłumienność własna i wytrzymałość mechaniczna na rozciąganie.

Adaptery światłowodowe to elementy toru światłowodowego łączące ze sobą dwa złącza światłowodowe. Adaptery dzieli sie na wielomodowe i jednomodowe, które z kolei dzielą się na simplexowe, duplexowe i inne. Adaptery mogą łączyć ze sobą te same typy złącz (np. SC z SC lub FC z FC) i są to adaptery standardowe oraz różnego typu (np. SC z FC lub SC z ST) i są to adaptery hybrydowe

Polaryzacja

Światło to fala elektromagnetyczna, która polega na rozchodzeniu się zmian pola elektrycznego i magnetycznego. Wektory tych pól są prostopadłe do siebie i do kierunku rozchodzenia się. Jest to więc fala poprzeczna. Do określania orientacji fali elektromagnetycznej bierze się kierunek drgań pola elektrycznego. Nazywany jest on kierunkiem polaryzacji. Jeżeli drgania pola elektrycznego są w jednym kierunku to taką falę nazywamy spolaryzowaną liniowo (światło może być jeszcze spolaryzowane kołowo lub eliptycznie), jeśli drgania są w różnych kierunkach to niespolaryzowaną. Urządzenia służące do polaryzacji światła nazywamy polaryzatorami. Wykorzystują one jeden z trzech podstawowych sposobów polaryzacji światła.

Folia polaryzacyjna wydawnictwa ZamKor
Najpopularniejszymi polaryzatorami są używane przez fotografów polaroidy, specjalnie w tym celu wykonane płytki z polimerów. Pod dobrym mikroskopem można zobaczyć, że polaroid zbudowany jest z długich włókien tworzących szczeliny, przez które może przecisnąć się tylko światło o odpowiednim kierunku drgań. polaryzator przepuszcza tylko te fale, które mają kierunek drgań pola elektromagnetycznego zbliżony do kierunku wyznaczanego przez szczeliny polaryzatora, pozostałe fale są zatrzymywane.
Naturalnymi polaryzatorami występującymi w przyrodzie są tak zwane kryształy dwójłomne, np. kalcyt (szpat islandzki), turmalin lub mika. Promień światła padający na taki kryształ
Przejście światła przy przejściu przez kryształy dwójłomne
ulega podwójnemu załamaniu i rozdziela się na dwa promienie, załamujące się pod różnymi kątami zwane promieniem zwyczajnym i nadzwyczajnym. Obydwa te promienie są spolaryzowane, ale w płaszczyznach do siebie prostopadłych. Własności kryształów dwójłomnych spowodowane są anizotropią, czyli mają różne właściwości w zależności od kierunku padania światła. W praktyce stosuje się układy pryzmatów wykonanych z materiałów dwójłomnych, które albo rozdzielają wiązkę zwyczajna i nadzwyczajną (pryzmaty polaryzujące dwuwiązkowe) lub wydzielają jeden ze spolaryzowanych promieni (pryzmaty jednowiązkowe).

Polaryzacja światła przez odbicie pod kątem Brewstera
W niektórych kryształach dwójłomnych jeden z promieni (zwyczajny lub nadzwyczajny) jest silniej absorbowany w krysztale. Takie kryształy zastosowano jako polaryzatory, na przykład turmalin o grubości 1 milimetr pochłania praktycznie w całości promień zwyczajny.

Rozszczepienie przez pryzmat

Rozszczepienie przez pryzmat

Mimo że od dawna znane były ludziom barwy tęczy, dopiero rozszczepienie światła przez pryzmat przybliżyło ich poznanie. Było to zasługą badań prowadzonych przez Izaaka Newtona, który w 1666 roku jako pierwszy odkrył, że światło słoneczne stanowi mieszaninę świateł o określonych barwach, a co więcej, że powstałe wiązki barwnych świateł występują w danych proporcjach i nie ulegają już dalszemu rozszczepieniu, np. przez drugi pryzmat. Wcześniej uważano, że samo rozszczepienie światła tworzy barwy, a nie, że oddziela barwy tworzące światło białe.





Rozszczepienie światła widzialnego z wyróżnieniem 7 barw widmowych



Załamanie i rozszczepienie światła przez pryzmat

Pryzmat załamujący jest bryłą szkła ograniczoną dwiema nachylonymi względem siebie płaszczyznami wypolerowanymi AC i BC. Kąt ACB nazywa się kątem łamiącym. Po przejściu przez pryzmat promień zostaje odchylony od krawędzi C pryzmatu. Kąt między przedłużeniem promienia padającego na pryzmat a promieniem załamanym nosi nazwę kąta odchylenia.



Kąt odchylenia jest tym większy, im większy jest kąt łamiący i im większy jest współczynnik załamania szkła, z którego jest wykonany pryzmat. Jeżeli przez otworek w zasłonie okiennej puścić na pryzmat promień światła słonecznego, to na ekranie ustawionym za pryzmatem widoczna będzie barwna smuga. Promień światła białego ulegnie rozszczepieniu na promienie barwne. Światło białe jest więc mieszaniną barw, które w szkle biegną z różnymi prędkościami i każda z nich wywołuje w oku wrażenie innej barwy. Barwna smuga na ekranie nazywa się widmem.

Oko jest czułe na widmo tego zasięgu barw od czerwonej, przez pomarańczową, żółtą, zieloną, niebieską do fiołkowej. Najsłabiej załamuje się w pryzmacie światło czerwone, najsilniej - fiołkowe. W widmie można jeszcze stwierdzić obecność światła, na które oko nie jest wrażliwe. Jeśli poza czerwoną częścią widma umieścić zaczernioną banieczkę termometru, to można zauważyć, że poziom rtęci w rurce termometru podnosi się. Ta niewidzialna część widma, wywołująca zjawiska cieplne, nosi nazwę podczerwieni.

Poza fioletową częścią widma można zauważyć zjawiska świetlne, ustawiając w tym miejscu płytę fotograficzną; płyta zostanie naświetlona. Tę niewidzialną część widma nazywa się nadfiołkową. Przez dodanie do emulsji fotograficznej specjalnych barwników można ją uczulić na światło podczerwone lub nadfiołkowe. W fotografii interesują nas więc nie tylko promienie światła widzialnego, lecz i te promienie niewidzialne, za pomocą których można otrzymać obraz fotograficzny, a więc i promienie nadfiołkowe, a nawet podczerwone. Różne gatunki szkła w różnym stopniu rozszczepiają światło. Szkła, z których wykonane pryzmaty słabiej rozszczepiają światło, nazywają się kronami, szkła silnie rozszczepiające - flintami; ostatnio stosuje się szkła lantanowe (z domieszką rzadkiego

Załamanie światła.

Załamanie światła

Załamanie różni się zdecydowanie od odbicia, ponieważ w jego wyniku światło zmienia ośrodek w jakim się rozchodzi. Wraz ze zmianą ośrodka dochodzi najczęściej do zmiany kierunku rozchodzenia się światła.

Załamanie światła powoduje szereg ciekawych efektów - m.in. złudzenie "złamania" łyżeczki od herbaty umieszczonej w szklance, nieprawidłowej lokalizacji dna jeziora, gdy patrzymy na nie z brzegu. Załamanie światła jest wykorzystywane do budowy soczewek stosowanych w okularach, obiektywach aparatów, lunetach i innych przyrządach optycznych.

Przykłady. Załamanie występuje m.in. gdy światło przechodzi:

z powietrza do wody
z wody do powietrza
ze szkła do powietrza
z powietrza do szkła
z warstwy powietrza gęstszego do rzadszego
itd...

Ogólnie - światło będzie się załamywać prawie zawsze gdy zmienia się ośrodek.

Warto dość mocno skojarzyć sobie załamanie ze zmianą ośrodka, bo istnieje podobne w nazwie zjawisko optyczne – ugięcie, które może się pomylić z załamaniem. Ugięcie ma inną naturę (zachodzi w jednym ośrodku) i inaczej przebiega, tak więc pomylenie tych zjawisk byłoby poważnym błędem.

Załamanie światła jest podstawowym zjawiskiem na którym opiera się funkcjonowanie soczewek i pryzmatów.

Z załamaniem światła wiąże się dodatkowy efekt związany z tym, że promienie o różnych barwach dość często załamują się różnie. Więcej informacji na ten temat znajduje się w rozdziale Rozszczepienie światła.