Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Spektrum slunečního světla lze v celé své kráse obdivovat v optickém a meteorologickém jevu – duze. Paprsky světla procházející malými kapičkami vody zavěšenými ve vzduchu se lámou v různých úhlech v závislosti na vlnové délce světla. V důsledku toho se bílé světlo rozloží na samostatné barvy a na obloze se vytvoří vícebarevný oblouk (obr. 1.).
Rýže. 1. Duha
Sluneční svit je světlo přicházející ze Slunce na povrch Země. Světlo je viditelná část elektromagnetického záření vnímaná lidskýma očima.
Elektromagnetická vlna, což je prostorově se šířící porucha elektromagnetického pole, se vyznačuje:
- frekvence ν, což je počet úplných změn magnetického a elektrického pole za sekundu, vyjádřený v hertzech (Hz),
- vlnová délka λ, což je vzdálenost mezi sousedními body, kde jsou elektrické a magnetické pole ve fázi.
Tyto veličiny spolu souvisí: čím vyšší frekvence, tím kratší vlnová délka: ν=c / λ , kde c je rychlost světla, což je přibližně 3108m/ c.
Viditelné světlo je úzký rozsah vlnových délek od 3,810-7m do 7,510-7 m (tj. 380 až 750 nm). Pro člověka neviditelné elektromagnetické záření o vlnové délce větší než 750 nm se nazývá infračervené záření a záření o vlnové délce menší než 380 nm se nazývá ultrafialové záření.
Světelné zdroje můžeme rozdělit do několika kategorií, včetně tepelného záření, synchrotronového záření a záření emitovaného elektrony v atomu nebo pevné látce. Mezi tepelné zdroje světla patří: hvězdy, žárovky, halogenové žárovky, obloukové lampy a plameny. Světelnými zdroji mohou být také synchrotronové (synchrotronové záření) a světlo emitující diody (LED), zářivky, rtuťové výbojky, křemenné výbojky, maser a laser (jako elektronové záření).
Sluneční světlo vnímáme jako bílé světlo. Pokud toto světlo prochází hranolem, rozdělí se na různé barvy (obr. 2.). Každá barva odpovídá jiné elektromagnetické vlnové délce: od 380 nm pro fialové světlo do 750 nm pro červenou. Rozdělením bílého světla na jednotlivé barvy získáme spektrum bílého světla (obr. 3.).
Vlastnosti.
Spektrum slunečního světla je zaznamenaný obraz záření distribuovaného na různých vlnových délkách.
Rýže. 2. Světlo se v hranolu rozděluje na jednotlivé barvy a vytváří spektrum bílého světla
Rýže. 3. Spektrum bílého světla
Přibližné rozsahy vlnových délek pro jednotlivé barvy jsou následující:
- fialová 380-430nm;
- modrá 430-500 nm;
- zelená 500-570nm;
- žlutá 570-620 nm;
- červená 620-750 nm.
Objev, že bílé světlo se skládá ze světla různých barev, patří Newtonovi, který v 17. století poprvé rozdělil sluneční světlo v hranolu a získal tak vícebarevné spektrum. Newton také ukázal, že když je dělené světlo kombinováno s čočkou a druhým hranolem, opět vzniká bílé světlo.
Rozklad slunečního světla při průchodu hranicemi dvou prostředí je způsoben tím, že index lomu pro dané prostředí se mění v závislosti na vlnové délce - nejmenší hodnotu má pro červené světlo a největší pro fialové.Podle zákona lomu světla: sin α / sin β=n, kde α je úhel dopadu, β je úhel lomu, n je index lomu, - fialový paprsek se bude odchylovat více než červený ( obr. 4.).
Rýže. 4. Úhel lomu závisí na hodnotě indexu lomu. Pro fialové světlo je úhel lomu βfmenší než pro červené světlo βc
Rozklad bílého světla ukazuje, z jakých barev se světlo skládá, ale nedává informaci o síle záření ve všech po sobě jdoucích místech barevného spektra. Pro důkladnější studium emisního spektra je nutné pohybovat senzorem, jako je fotobuňka, podél spektra, aby se změřil výkon pro každou vlnovou délku. Naměřené množství zářivé energie v určitých rozsazích vlnových délek světla λ umožňuje sestrojit spektrální distribuční křivku (obr. 5.).
Rýže. 5. Spektrální distribuční křivka
Křivka spektrálního rozložení ukazuje naměřené množství energie záření v určitých spektrálních rozsazích.
Na obr. 6 znázorňuje křivku spektrálního rozložení slunečního záření. Svislá osa ukazuje intenzitu záření I na interval vlnových délek ( λ, λ + Δλ ).
Intenzita záření (neboli výkon záření) je energie vyzářená za jednotku času na jednotku prostorového úhlu. Na vodorovné ose je vyznačena vlnová délka záření λ s označením rozsahu vlnových délek viditelného světla. Vidíme, že nejvyšší síla záření dopadající na Zemi je v oblasti viditelného světla s maximem při vlnové délce asi 500 nm, což odpovídá modrozelené barvě. Sluneční světlo obsahuje všechny vlnové délky viditelného světla, takže sluneční světlo vnímáme jako bílé.
Záření Slunce však daleko přesahuje tento rozsah. Obsahuje také ultrafialové světlo, které má kratší vlnovou délku než viditelné světlo, a infračervené světlo, které má delší vlnovou délku než viditelné světlo.
Rýže. 6. Křivka spektrálního rozložení slunečního záření - závislost intenzity záření na vlnové délce
Na počátku 19. století byly ve spektru slunečního světla objeveny tmavé pásy. Po svém objeviteli byly pojmenovány Fraunhoferovy linie. Některé z Fraunhoferových linií jsou znázorněny na Obr. 7. Dnes víme, že poloha těchto čar ve spektru nese informaci o chemickém složení sluneční atmosféry. Vznikly, když záření prošlo atmosférou Slunce a atomy v něm obsažené absorbovaly fotony s vlnovými délkami charakteristickými pro tyto atomy. Pro tyto vlnové délky se tedy ve slunečním spektru vyskytla diskontinuita (tmavý pás).
Rýže. 7. Spektrum slunečního světla s viditelnými Fraunhoferovými liniemi