Teorija

Gaismas viļņi ir tie elektromagnētiskie viļņi, kuru garums vakuumā ir no 1 milimetra līdz 1 nanometram. Vienu milimetru var viegli iztēloties, jo šādu atzīmi mēs katrs varam apskatīt uz lineāla. Bet 1 nanometrs ir miljons reižu mazāks nekā 1 milimetrs un to iztēloties ir daudz grūtāk. Elektromagnētisko viļņu skalā gaismas viļņi ir atrodami vidusdaļā.
 
EM_vilnu_skala_2 png.PNG
Svarīgi!
Gaismas viļņu diapazonā ietilpst infrasarkanais starojums (IS), redzamā gaisma un ultravioletais starojums (UV).
skala IS-UV.PNG
 
Gaismas viļņiem, tāpat kā jebkuriem citiem elektromagnētiskiem viļņiem, ātrums vakuumā ir c=3108m/s=300000km/s.
Savukārt ātrums dažādās vidēs ir atkarīgs no gaismas laušanas koeficienta. Jebkurā materiālā gaismas viļņu ātrums ir mazāks nekā vakuumā.
 
Gaismas viļņiem bez viļņu garuma un ātruma ir vēl viens svarīgs raksturlielums - frekvence.
Gaismas ātrumu c, viļņu garumu λ un frekvenci ν apvieno formula:
 
λ=cν
 
Svarīgi!
Ejot cauri vielai, gaismas viļņi maina savu ātrumu un viļņa garumu, bet frekvence paliek nemainīga!
v=cn;λ=λvakn
 
Ātrums vielā \(v\) ir vienāds ar gaismas ātruma \(c\) un gaismas laušanas koeficienta \(n\) dalījumu. Viļņa garums vielā λ ir vienāds ar viļņa garumu vakuumā λvak un gaismas laušanas koeficienta \(n\) dalījumu.
Piemērs:
Dots gaismas viļņu garums stiklā 550 nm. Stikla laušanas koeficients ir 1,6.
 
Pēc gaismas viļņu diapazona 550 nm atbilst zaļajās krāsas redzamai gaismai.
Bet tabulā ir doti viļņa garumi vakuumā!
 
Pārrēķinot sanāk, ka dotās gaismas viļņa garums ir 880 nm, kas atbilst infrasarkanajam starojumam.
λvak=λn=5501,6=880nm
Katru no gaismas viļņiem dažādi materiāli laiž cauri atšķirīgi, jeb dažādiem materiāliem piemīt atšķirīga caurlaidība dažādiem gaismas viļņiem.
 
Atmosfēra pilnībā laiž cauri redzamo gaismu, bet infrasarkano un ultravioleto gaismu laiž cauri daļēji, kā tas ir redzams attēlā.
 
atmosfera1.PNG
 
Lai detalizētāk izpētītu, kā katru gaismas veidu absorbē atmosfēra, ir vēlams apskatīt attēlu, kurš mums dod vairāk informācijas.
 
atm_cauraidiba1.png
 
No attēla var nolasīt:
  1. Atmosfēra pilnībā laiž cauri redzamā gaismu.
  2. Atmosfēra pilnībā laiž cauri infrasarkano starojumu ar viļņa garumu ap 10 mikrometriem un 0,8 mikrometriem. IS ar viļņa garumu 8-15 mikrometri izmanto siltumstarojuma attēlu iegūšanai.
  3. Pārējo infrasarkano starojumu ar viļņa garumu mazāku par 50 mikrometriem atmosfēra laiž cauri daļēji.
  4. Infrasarkano starojumu virs 50 mikrometriem atmosfēra pilnībā absorbē.
  5. Atmosfēra daļēji laiž cauri ultravioletos starus, kuru viļņu garums ir tuvs violetās gaismas viļņa garumam (ap 380 nanometriem), bet lielāks par 100 nanometriem. Šie ultravioletie stari ir noderīgi fotosintēzes procesiem augos un D vitamīna sintēzē cilvēka organismā.
  6. Atmosfēra nelaiž cauri ultravioletos starus, kuru viļņu garums ir mazāks par 100 nanometriem. Šiem ultravioletajiem stariem ir liela frekvence un arī enerģija, tādēļ tie ir bīstami dzīvo organismu tai skaitā arī cilvēka veselībai.
 
Piemērs:
Visus trīs gaismas viļņus izmanto kosmosa izpētē, kur katrs viļņu veids dod noteiktu informācijas veidu par kosmosa apgabalu. Šādā situācijā ir svarīgi ievērot, ka IS un UV teleskopus ir jānovieto ārpus atmosfēras, lai tie varētu reģistrēt pilnībā visu starojumu. Redzamās gaismas teleskops var uztvert gaismu arī caur Zemes atmosfēru, un ir nepieciešama tikai korekcija gaismas izkliedei atmosfērā.
  
zvaigznajs.PNG
 
Attēlā:
Pārnovas miglāja Kasiopejs A izskats dažādu elektromagnētisko viļņu diapazonā:
a) redzamā gaisma,
b) infrasarkanais starojums;
c) radioviļņi,
d) rentgenstari.
Svarīgi!
Visiem gaismas viļņiem piemīt tādas pašas īpašības kā visiem viļņiem.
  1. Difrakcija. Tie spēj apliekties ap šķērsli, ja šķēršļa izmēri ir līdzīgi viļņa garumam.
  2. Interference. Koherenti gaismas viļņi spēj viens otru pastiprināt vai pavājināt.
 
Atsauce:
E. Šilters, V. Reguts, A. Cābelis, I. Vilks Fizika 12. klasei. Lielvārds 2008
http://www.dzm.lu.lv/