Измеряется свет: что это такое, понятие яркости и освещенности, применение фотометра

Важные характеристики света для растений (люмены, люксы, Вт ФАР и др)

Комментарии 2015.01.31

После того, как важность использования искусственного освещения при выращивании растений была обоснована научно, производство специальных ламп для садоводов и фермеров было начато с широким размахом. В

Той статье будут обсуждаться различные типы освещения, широко применяемые в технологии выращивания растений и гидропонике. Тип освещения — один из основных факторов, влияющих на результат роста. Остальные — это уровень углекислого газа, вода, минеральные удобрения, экология и качество света. Приведенные ниже сведения будут полезны для создания и наладки своего освещения, используя стандартную классификацию типов электрического освещения.

В последнее время использование искусственного света становится все более и более экономически выгодным. Стоимость покупки и обслуживания ламп становится все ниже, а источники освещения все более мощными. Все это, вкупе с возможностью транспортировки представителей флоры, а также развитием рынка специальных гидропонных продуктов, делает возможным выращивание растений вообще без почвы.

Искусственное освещение может использоваться в садоводстве и фермерстве в трех случаях:

1. Для полного обеспечения получения света, в котором нуждается растение.

2. Для дополнения солнечного света, в котором нуждаются растения. Особенно актуально это в зимние месяцы — период сокращения часов светового дня.

3. Для увеличения продолжительности светового дня. Актуально для достижения специального эффекта роста или цветения.

Фотосинтетически активная радиация, кривая восприятия растений

Подобно тому как люди нуждаются в сбалансированной диете, растения также ощущают потребность в сбалансированном полноспектральном освещении. Качество света не менее важно, чем количество. Растения восприимчивы к свету примерно в том же диапазоне, что и человеческий глаз. Эта порция светового спектра соотносится с фотосинтетически активной радиацией (ФАР) в спектральном диапазоне 400-700 нм. Тем не менее, восприятие растений внутри этого участка отлично от аналогичного у человека.

Человек имеет пиковое восприятие желто-зеленой части спектра (около 550 нм). Эта «оптическая желтизна» используется для восприятия отлично видимых явлений и объектов. Растения же значительно более эффективно воспринимают красный и синий цвета, причем пик находится в районе 630 нм. Графики ниже демонстрируют кривые восприятия растений и людей. Обратите внимание на различия линий. 

Равнозначно тому как для человека наилучшим источником калорий является жир, для растений лучшая пища — это красный свет. Однако, растения освещаемые исключительно красным и оранжевым светом большей частью не вырастут должным образом. Причина этого в том, что для полноценного роста листвы (особенно важно для овощей) и массы крайне важен синий свет. Многие другие комплексные процессы зависят и от других спектральных диапазонов. Определение правильной спектрально порции света зависит от вида растения. Принятие решения о количестве необходимого света также должно учитывать части спектра уже задействованные при освещении. При подборе освещения для растений не могут применяться те же стандарты, что и при выборе источника света для людей. Некоторые принципы соответствия и различий могут быть использованы для определения необходимой меры света в гидропонике.

Измерение уровня освещения для людей. Люмен (лм) и Люкс (лк)

Как мы оцениваем количество света, необходимое людям ? Очевидный способ — определение того, насколько ярким является источник света и насколько «хорошо» глаза видят при нем. Поскольку человеческий глаз наиболее чувствителен к восприятию «желтого» участка спектра, наибольшее внимание уделяется именно ему, в то время, как синий и красный цвета несколько «обделены». Это все является основой для измерения общего количества единицей измерения, называемой люменом. 

Свет, взятый из источника, распространяется по всему помещению для создания освещаемого пространства. Уровень освещения определяется единицей измерения «люкс», которая показывает как много люменов приходится на один квадратный метр пространства. Освещение в 1000 лк означает, что 1000 лм приходится на каждый квадратный метр площади.

Аналогично «люмен на квадратный фут (лм/фут²)» — единица измерения, которая показывает количество люменов на один квадратный фут.

Как бы то ни было, и люмен, и люкс отображает исключительно человеческое восприятие светового спектра, потому как растения воспринимают все совершенно иначе.

Каким же образом следует измерять уровень света для растений ? Есть 2 основных способа для определения этой величины: измерение уровня энергии или подсчет количества фотонов.
 

Уровень Ватт фотосинтетически активной радиации.

Ватт — объективная мера для измерения количества энергии, выделяемой лампой ежесекундно.

Энергия в свободном состоянии измеряется в Джоулях, и один Джоуль в секунду называется Ватт.

Лампа накаливания мощностью 100 Вт генерирует 100 Дж энергии каждую секунду. Однако, как много световой энергии производится при этом ?
Около 6 Дж в секунду = 6 Вт.
Мы видим, что мощность составляет всего лишь 6 %. Большинство же оставшейся энергии выделяется в тепловой форме.

Многие газозарядные лампы, например, натриевые газозарядные лампы или металлогалогенные лампы значительно более эффективны по сравнению с лампами накаливания, потому как, соответственно, 30 и 40 % выделяемой энергии преобразуют в свет.

Поскольку растения используют энергию в диапазоне 400 — 700 нм, то свет на этом спектральном участке называется фотосинтетически активной радиацией или просто ФАР. Для измерения энергии, выделяемой в этом диапазоне в секунду используется величина Вт ФАР. Это объективная мера для растений в противоположность субъективной мере, измеряемой в люменах, для определения влияния на восприятие человека. Ватт ФАР прямо указывает на количество энергии, которую растения могут использовать в реакции фотосинтеза. 

Исходящие 400 Вт лампы накаливания равнозначны 25 Вт света, а из 400 Вт энергии, излучаемой металлогалогенной лампой, около 140 Вт приходятся на свет. Если принять во внимание тот факт, что на ФАР приходится основная «видимая» часть спектра, то логичным заключением будет то, что металлогалогенная лампа производит 140 Вт ФАР. Газозарядные лампы имеют несколько меньший показатель: 120-128 Вт, потому что свет желтый и содержит большее количество люменов.
«Освещенность» измеряется в Вт ФАР на метр квадратный, однако это не совсем верное понятие для определения эффективности света при выращивании растений, поэтому в садоводстве чаще используется термин «облученность», измеряемая в Вт/м2 или Ватт на метр квадратный.

Следующий важный принцип, который следует понять для того, чтобы определить точное количество света, необходимое растениям — это осознание того, что свет распространяется не чем-то цельным, но пучками, именуемыми «фотонами». Эти пучки являются минимальными носителями энергии, путем которой свет и передается. Поскольку реакция фотосинтеза протекает путем поглощения атома фотона, то целесообразно будет подсчитать их количество, которое ежесекундно принимает на себя растение.

Поскольку только фотоны света ФАР участка спектра являются активатором реакции фотосинтеза, то имеет смысл измерить только их количество. Теоретически лампы могли бы быть настроены на количество фотонов, излучаемых ежесекундно, но на сегодняшний день такие лампы не производятся.

Биологи-исследователи говорят о фотонном потоке, которым облучается поверхность, — важной части исследуемого вопроса, обозначаемой ФФП ФАР (Photosynthetic Photon Flux, PPF), где ФФП не что иное, как фотосинтетический фотонный поток—величина, показывающее количество фотонов приземляющееся ежесекундно на 1 квадратный метр облучаемой поверхности.

Другая важная величина — конверсия фотонного потока (YPF PAR or Yield Photon Flux). Этот показатель явственно демонстрирует нам насколько эффективно растение использует полученный фотонный «капитал». Поскольку «красные» цвета более активно способствуют запуску фотосинтеза, данные измерения уделяют внимание прежде всего подсчету именно их.

Поскольку фотоны крайне малы по своим габаритам, то в науке, вместо чисел вида 1 000 000 000 000 000 000, используется обозначение «1. 7 микромоль фотонов» ( знак µмоль). Микромоль содержит в себе 6 x 1017 фотонов, а 1 моль 6 x 1023 фотонов.

Освещенность (или «облученность») измеряется количеством Ватт на квадратный метр или количеством микромоль на квадратный метр.

Несмотря на то, что все три величины (Ватт на метр квадратный, фотосинтетический фотонный поток, конверсия фотонного потока) позволяют измерить количество света, которое получают растения, человеческий глаз не способен воспринять кривую спектра ФАР — 400-700 нм. Следует заметить, что некоторые ученые предлагают иные показатели: 350-750 нм. но принципиальной разницы для садоводов любителей в этом нет. 
 

Фотосинтез и фотоморфогенез

Растения получающие недостаточно света, производят слабые, вытянутые листья и страдают общим недостатком массы. Другие же растения, наоборот, получающие чрезмерное количество света, выглядят исушенно-безжизненно и имеют обесцвеченную листву из-за разрушения хлорофилла.

Также растения могут быть повреждены избыточной ультрафиолетовой радиацией

Однако, внутри допустимой нормы растения прекрасно откликаются на нужную дозировку света, показывая хорошие результаты в росте и наборе массы. А относительная квантовая эффективность является той мерой, которая демонстрирует максимальную работу каждого фотона.
Кривая зависимости относительной квантовой эффективности от длины волны называется кривой реакции растений к фотосинтезу, о чем было сказано ранее.

Также предоставляется возможным построить график, демонстрирующий эффективность определенных участков спектра на осуществление реакции фотосинтеза. Факт того, что фотоны синего света производят больше энергии, чем фотоны красного цвета обязательно должен быть принят во внимание, и тогда кривая может быть запрограммирована на измерение исключительно «люменов растений» или «люменов человека». Это и должно произойти в обозримом будущем. Например, уже сегодня компания Venture Lighting International предлагают установленные Вт ФАР счетчики на серии ламп Sunmaster, предназначенных специально для рынка растениеводческих технологий.

Главной составной частью растений, обеспечивающей фотосинтез является хлорофилл. Некоторые ученые извлекали его из растений для определения реакции на световое излучение различной длины волн и спектральной частотности, ожидая, что его реакция будет аналогичной реакции фотосинтеза растений. Однако, исследования показали, что реакция других компонентов (в частности, каротиноидов и фикобилинов) не менее важна для протекания нормальной реакции фотосинтеза. Таким образом, кривая отклика растений представляет собой собирательную величину, состоящую из значений реакций всех необходимых пигментов, и характерную для большинства растений (хоть и не для всех, т.к. разница, порой, достигает 25 %). Хотя в газозарядных лампах и лампах накаливания спектральная величина излучаемого света остается неизменной, металлогаллогенные лампы предоставляют возможность выбора температуры и спектрального диапазона освещения.

В дополнение к фотосинтезу, который имеет следствием материальный рост, другие функции (прорастание, цветение и пр) вызваны наличием или отсутствием света. Эти процессы называются фотоморфогенезом и зависят не столько от интенсивности света, сколько от облучения в строго классифицированных спектральных рамках (синий, дальний красный или просто красный), а также от действия специальных рецепторов (фитохромы и криптохромы).

Растения «видят» свет иначе, чем люди. Именно поэтому люмены, люксы и футсвечи не всегда являются величинами, показывающими достаточный уровень освещенности, так как это меры, прежде всего всего отображающие уровень видимости. В случае с растениями лучше использовать значения Вт ФАР, фотосинтетического фотонного потока и конверсию фотонного потока.
Кроме того, важным является не только количество, но и качество света.
 

Проектируем простой осветительный макет.

Шаг 1. Определяем уровень освещенности в Вт ФАР/метр квадратный.

Какой уровень освещения максимально хорошо подходит растениям ?
Это зависит от типа растений, стадии роста, уровня освещенности помещения и других факторов. рекомендации, размещенные в технических брошюрах следует рассматривать как важный источник информации. В общем и целом, растения однозначно растут быстрее при более качественном уровне света, но это вызывает дополнительные расходы на электроэнергию.

Так как лампы отличаются друг от друга, то и соответственно отличаются настройки, применяемые к ним, поэтому точный расчет настроек обязателен для каждого отдельного устройства.

Например, специальная техническая брошюра рекомендует Вам ППФ ФАР в размере 400 µмоль на метр квадратный. Таблица ниже рекомендует Вам 85 Вт ФАР на метр квадратный. Коэффиценты конверсии между ППФ ФАР, Вт ФАР зависят от источника света. Например, 400 Вт лампа накаливания излучает больше люменов, чем 400 Вт металлогалогенная лампа, но меньше Вт ФАР. Также значение имеет цветовая температура. Таблица ниже поможет Вам в настройках металлогалогенных ламп.

Для большего углубления в техническую сторону вопроса коэффициентов между различными типами источников света рекомендуем обратиться к следующим источникам: Langhans and Tibbits, «Plant Growth Chamber Handbook», North Central Regional Research Publication No. 340, Iowa State University (1997).

Однако имейте ввиду, что технология улучшилась и эффективность источников света возросла, поэтому числа, приведенные там, несколько устарели.

Шаг 2. Рассчитайте площадь, которую Вы хотите осветить (в кв. м)

Пример: 12м х 6м=72 квадратных метра

Шаг 3. Рассчитайте требуемое количество Вт ФАР на всю площадь.

Пример: Требуется 85 Вт ФАР на 1 квадратный метр. Всего 72 квадратных метра, значит в общей сумме необходимо 6120 Вт ФАР.

Шаг 4. Рассчитайте количество Вт ФАР, которые требуется получить из источника. (Как правило на 50% больше, чем в пункте 3 )

Если около 1/3 световой энергии теряется в пространстве, то нам нужно увеличить мощность ламп на 50% Вт ФАР.

Пример: 1.5 х 6120 = 9180 ФАР

Я бы рекомендовал обратить внимание на 1000 Вт лампу с 400 Вт ФАР.

Шаг 5. Выбор мощности лампы (400 Вт, 1000 Вт и т. д.) и подсчет Вт ФАР

400 Вт лампа может давать 140 Вт ФАР, 1000 Вт лампа 380 (420 ) Вт ФАР.
Высокомощные лампы требует на самом деле более экономичны на макро уровне и позволяют установить освещение высокого качества, что имеет следствием увеличенный рост растений (на 20 и 30 % )

Шаг 6. Подсчет необходимого количества ламп

Разделите общую сумму Вт ФАР на кол-во Вт ФАР каждой лампы.

Пример: 9180 / 400 = 22.95 , т. е. Нам нужно около 23 ламп.

Шаг 7. Используйте сетку для развешивания ламп

Например, 24 лампы могут быть разделены по секторам 6 х4

Желаем успехов!

Рекомендуем к прочтению

1. Светодиодные фитолампы против ДНАТ >>
2. Исследования по увеличению КПД люминесцентных ламп >>
3. 10 преимуществ светодиодных фитоламп >>
4. Вся правда о светодиодных фитолампах >>

Комментарии:

Напишите ваш вопрос или комментарий

Основные характеристики энергосберегающих ламп, галогенных и ламп накаливания

Главная  »  Статьи  »  Основные характеристики энергосберегающих и других типов ламп

Напряжение питания — напряжение электрической сети, необходимое для зажигания и стабильной работы лампы. Измеряется в вольтах (В).

Мощность— электрическая мощность, потребляемая лампой. Единица измерения мощности осветительного прибора — ватт (Вт).

Световой поток — один из важнейших показателей эффективности светового действия. Мощность излучения сама по себе еще не гарантирует яркости света: ультрафиолетовое или инфракрасное излучение, каким бы мощным оно ни было, человеческим глазом не воспринимается. Сила светового потока определяется как отношение мощности излучения к его спектральному составу. Измеряется в люменах (лм).

Световая отдача — с точки зрения энергосбережения, ключевой параметр эффективности источника света. Он показывает, сколько света вырабатывает та или иная лампа на каждый ватт израсходованной на нее энергии. Световая отдача измеряется в лм/Вт. Максимально возможная отдача равна 683 лм/Вт и теоретически может существовать только у источника, преобразующего энергию в свет без потерь. Световая отдача ламп накаливания составляет всего 10-15 лм/Вт, а люминесцентных ламп уже приближается к 100 лм/Вт.

Уровень освещенности — параметр, определяющий, насколько освещена та или иная поверхность данным источником освещения. Зависит от мощности светового потока, от расстояния источника света до освещаемой поверхности, от отражающих свойств этой поверхности и ряда других факторов. Единица измерения — люкс (лк). Эта величина определяется как отношение светового потока мощностью в 1 лм к освещенной поверхности площадью 1 кв.м. Иными словами, 1 лк = 1лм/кв.м. Приемлемая для человека норма освещенности рабочей поверхности по российским стандартам составляет 200 лк, а по европейским достигает 800 лк.

Цветовая температура — важнейший качественный параметр, определяющий степень естественности (белизны) света, испускаемого лампой. Измеряется по температурной шкале Кельвина (К). Цветовую температуру можно условно разделить на тепло-белую (менее 3000 К), нейтрально-белую (от 3000 до 5000 К) и дневную белую (более 5000 К). В жилых интерьерах обычно используют лампы теплого тона, способствующие отдыху и расслаблению, а в офисных и производственных уместны более холодные лампы. Наиболее естественная, а значит, и комфортная для человека, цветовая температура лежит в диапазоне 2800-3500 К.

Индекс цветопередачи — относительная величина, определяющая, насколько естественно передаются цвета предметов в свете той или иной лампы. Цветопередающие свойства ламп зависят от характера спектра их излучения. Индекс цветопередачи (Ra) эталонного источника света (т.е. идеально передающего цвет предметов) принят за 100. Чем ниже этот индекс у лампы, тем хуже ее цветопередающие свойства. Комфортный для человеческого зрения диапазон цветопередачи составляет 80-100 Ra.

Эксплуатационные характеристики — к важнейшим параметрам эффективности различных типов ламп относятся также средний срок службы, скорость включения и гарантированное число включений, конструктивные особенности исполнения (используемая арматура, разъемная/неразъемная конструкция, совместимость с разными типами патронов, габариты и дизайн изделия). От этих характеристик зависят расходы на эксплуатацию, которые вместе с продажной ценой определяют уровень рентабельности лампы.

Внимание! При полном или частичном копировании материалов данной статьи или другой информации с сайта www.electromirbel.ru, обязательно наличиеактивной ссылки, ведущей на главную страницу www.electromirbel.ru или на страницу с копируемым материалом. Гиперссылка не должна быть запрещена к индексации поисковыми системами (например, с помощью тегов noindex, nofollow и т.д.)!!!

Как измерить свет | Правильное использование вашего экспонометра

Измерение освещенности стало обычной практикой в ​​различных сферах жизни, от проверки того, что ваши сотрудники работают в безопасных условиях, до проверки уровней освещения для фотографии или декораций. Измерение света связано с несколькими соображениями; эта статья предлагает базовое введение в то, что такое свет и как его измерять, а также руководство по использованию экспонометра (люксметра).

Что такое свет?

Не стесняйтесь пропустить этот раздел, так как он не является жизненно важным для понимания того, как правильно измерять свет, но представляет собой полезную вспомогательную информацию. Давайте попробуем сохранить это простым. Свет — это форма электромагнитной энергии, которая распространяется волнами. Эти волны имеют длину волны и частоту. У людей есть рецепторы, которые могут воспринимать определенные длины волн и преобразовывать их в изображения. Эти длины волн существуют между 400 и 700 нм. Отдельные цвета присутствуют вокруг определенных длин волн. См. ниже…

• Синий 420 нм
• Зеленый 525 нм
• Красный 635 нм

Возможно, вы слышали термины «инфракрасный» и «ультрафиолетовый». Инфракрасный — это когда длина волны длиннее, чем мы можем видеть, и ультрафиолетовый, когда он короче. Оба находят применение в различных типах технологий. Когда энергия излучается на всех трех длинах волн одновременно, мы получаем то, что мы знаем как белый свет.

Типы освещения

Как правило, ваше рабочее место будет иметь 1 из трех типов освещения, это источники света на основе тепла, известные как лампы накаливания, люминесцентные лампы и светодиоды. Каждый из них производит свет по-разному.

• Лампа накаливания — это излучаемая электромагнитная энергия, которая излучается на всех длинах волн, когда мы видим все длины волн, все кажется белым. Различные температуры будут изменять количество используемых длин волн.
• Флуоресцентные лампы технически находятся за пределами нашего видимого диапазона, они ультрафиолетовые и имеют длину волны ниже 400 нм. Однако взаимодействие с покрытием внутри их трубок создает видимый белый свет, который мы можем использовать.

Светодиоды

• немного сложнее и обеспечивают белый свет за счет сочетания красных, зеленых и синих светодиодов или методов, аналогичных флуоресцентным

Как измерять свет

Самый простой способ понять, как измеряется свет, — изобразить типичную лампочку с нитью накала, которая нагревается и производит свет (лампа накаливания, если вы читали предыдущий раздел). Нить является источником света и находится в центре сферы со светом, излучаемым во всех направлениях. Общее количество энергии всего произведенного света известно как «световой поток».

Вероятно, вы знакомы с Люменом; это мера интенсивности света, о которой люди обычно слышали. Базовой единицей силы света является кандела (одна зажженная свеча излучает примерно 1 канделу). Одна кандела на стерадиан (площадь в форме конуса, начинающаяся от источника света) известна как люмен.

Когда мы измеряем свет, нас интересует, сколько люмен падает на поверхность; это то, что мы знаем как люкс. Один люкс – это один люмен на квадратный метр.

Рабочий пример. У нас есть источник света, общий световой поток которого (световой поток) составляет 1000 люмен. Если бы мы могли сфокусировать это на поверхности площадью 1 квадратный метр, мы бы получили освещенность 1000 люкс. Однако, если бы тот же свет распространялся на 10 квадратных метров, у нас была бы освещенность всего 100 люкс.

Альтернативным измерением освещенности является фут-канделя, это работает так же, как и люкс, за исключением того, что 1 фут-канделябр соответствует 1 люмену на квадратный фут.

Приборы для измерения освещенности

Самый простой способ измерить освещенность — это купить люксметр/люксметр, эти две фразы часто взаимозаменяемы. Люксметры содержат датчик, который преобразует световую энергию в электрический заряд, который может дать пользователю показания. Как правило, они достаточно малы, чтобы их можно было держать в руках и легко носить с собой.

Здесь вы можете ознакомиться с нашим ассортиментом люксметров.

Пользоваться экспонометром просто. Сняв колпачок с датчика, просто поместите его на поверхность, где выполняется задача, например, на центр стола. Важно, чтобы датчик располагался на поверхности, так как именно здесь свет отражается в глаз пользователя и представляет истинный уровень света, который они получают. Удержание люксметра над поверхностью может привести к потенциально неточным показаниям. Показания в люксах должны отображаться на дисплее.

Когда использовать люксметр

(Если вы пропустили это, вы можете прочитать раздел 1 этого руководства) Есть несколько вещей, о которых вы должны знать при использовании люксметра. В основном это связано с тем, что разные длины волн света воспринимаются человеческим глазом неодинаково. Если бы все длины волн содержали одинаковую интенсивность света, показания в люксах были бы одинаковыми, но пользователь-человек мог бы видеть больше света определенного цвета, и свет мог бы казаться ярче.

Чтобы лучше соотнести люксметры с человеческим восприятием света, они настроены на стандартный источник света A CIE. Это настраивает люксметр на ожидаемое распределение света по длинам волн бытового источника света с вольфрамовой нитью.

Из-за этих регулировок стандартный люксметр или люксметр идеально подходит для использования в помещениях с освещением лампами накаливания. Их также можно использовать для помещений с флуоресцентным освещением, но при измерении возникает небольшая погрешность. Это делает их идеальными инструментами для проверки освещения на большинстве рабочих мест.

Если ваше рабочее место заполнено светодиодным освещением, вам может понадобиться другое решение.

Светодиодный люксметр

С постоянно растущим успехом светодиодного освещения возникла потребность в специализированных светодиодных люксметрах. Светодиодные лампы излучают белый свет совсем иначе, чем лампы накаливания. Традиционный люксметр может дать точное показание в 500 люкс, но человеческий глаз не может визуально видеть все 500 люкс и на самом деле может видеть только 300 люкс. В конечном итоге это приводит к неточностям. Вы можете обойти это, используя специализированный светодиодный экспонометр.

В чем измеряется свет?

Обновлено 24 апреля 2017 г.

Автор Paul Dohrman

Свет измеряется многими единицами. Его длина волны λ измеряется как в … нгстремах, так и в нанометрах. Его частота измеряется в герцах. Его энергия обычно измеряется в электрон-вольтах (эВ), поскольку джоули слишком велики, чтобы их можно было использовать на практике. Его красное смещение измеряется либо в единицах ближнего расстояния (при измерении смещения эмиссионных линий на спектрографе), либо в единицах скорости, исходя из того, насколько быстро объект удаляется. 9-3 нм. Нанометр — это длина волны мягкого рентгеновского фотона. Видимый диапазон света 400-750 нм. Обратите внимание, что поскольку скорость света постоянна и является произведением длины волны и частоты, то есть c = λν, то знание длины волны означает также знание частоты. (Частота обычно обозначается греческой буквой ню. )

Как определить длину волны

Волновую природу света можно продемонстрировать, пропуская монохроматический (только одной длины волны) свет через два очень близких отверстия (или, что то же самое, через дифракционную трубку). решетка). Свет от двух отверстий мешает друг другу, создавая узор из ярких и темных линий на дальней стене, раскрывая волновой характер света.

Критерий Рэлея

Этот же образец отмены и увеличения можно увидеть в волнах на воде, создаваемых двумя соседними бобами. Пики нейтрализуют впадины волн, а пики усиливают пики. По размеру узоров и расстоянию между щелями уравнение, называемое критерием Рэлея, может определить длину волны световых волн. Для расчета более высоких энергий, например, для рентгеновских лучей, вместо решеток используется дифракция кристаллов. Рентгеновские лучи отражаются от кристаллической решетки, например NaCl, и также образуют интерференционные картины.

Энергия на фотон

Энергия фотона связана с его частотой и, поскольку c = λν, с его длиной волны. Соотношение таково: E = hν, где h — постоянная Планка. Единицей, обычно используемой для энергии фотонов, является электрон-вольт (эВ). Электрон-вольт — это изменение кинетической энергии электрона, движущегося из места, где напряжение равно V, в место, где оно равно V+1. Гамма-лучи имеют энергию около одного миллиона эВ. На противоположном конце спектра радиоволны имеют энергию от миллионной до миллиардной доли эВ. Видимый спектр находится между ними, около пяти эВ.

Красное смещение

Специальная теория относительности утверждает, что свет от движущегося объекта по-прежнему движется с универсальной постоянной с, даже если объект удаляется так же быстро, как галактики. Далее теория утверждает, что длина волны действительно изменяется, сокращаясь в пропорции, определяемой скоростью объекта относительно наблюдателя.