Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Spektrum slnečného svetla môžeme v celej svojej kráse obdivovať v optickom a meteorologickom fenoméne - dúhe. Lúče svetla prechádzajúce cez drobné kvapôčky vody vznášajúce sa vo vzduchu sa lámu v rôznych uhloch v závislosti od vlnovej dĺžky svetla. V dôsledku toho sa biele svetlo rozloží na samostatné farby a na oblohe sa vytvorí viacfarebný oblúk (obr. 1.).
Ryža. 1. Dúha
Slnečný svit je svetlo prichádzajúce zo Slnka na povrch Zeme. Svetlo je viditeľná časť elektromagnetického žiarenia vnímaná ľudskými očami.
Elektromagnetická vlna, ktorá je priestorovo sa šíriacou poruchou elektromagnetického poľa, sa vyznačuje:
- frekvencia ν, čo je počet úplných zmien magnetického a elektrického poľa za sekundu, vyjadrené v hertzoch (Hz),
- vlnová dĺžka λ, čo je vzdialenosť medzi susednými bodmi, kde sú elektrické a magnetické polia vo fáze.
Tieto veličiny spolu súvisia: čím vyššia frekvencia, tým kratšia vlnová dĺžka: ν=c / λ , kde c je rýchlosť svetla, ktorá je približne 3108m/c.
Viditeľné svetlo je úzky rozsah vlnových dĺžok od 3,810-7m do 7,510-7 m (t.j. 380 až 750 nm). Pre človeka neviditeľné elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou viac ako 750 nm sa nazýva infračervené žiarenie a žiarenie s vlnovou dĺžkou menšou ako 380 nm sa nazýva ultrafialové žiarenie.
Zdroje svetla môžeme rozdeliť do niekoľkých kategórií, vrátane tepelného žiarenia, synchrotrónového žiarenia a žiarenia emitovaného elektrónmi v atóme alebo pevnej látke. Medzi tepelné zdroje svetla patria: hviezdy, žiarovky, halogénové žiarovky, oblúkové lampy a plamene. Svetelnými zdrojmi môžu byť aj synchrotrón (synchrotrónové žiarenie) a svetlo emitujúce diódy (LED), žiarivky, ortuťové výbojky, kremenné výbojky, maser a laser (ako elektrónové žiarenie).
Slnečné svetlo vnímame ako biele svetlo. Ak toto svetlo prechádza cez hranol, rozdelí sa na rôzne farby (obr. 2.). Každá farba zodpovedá inej elektromagnetickej vlnovej dĺžke: od 380 nm pre fialové svetlo po 750 nm pre červenú. Rozdelením bieleho svetla na samostatné farby dostaneme spektrum bieleho svetla (obr. 3.).
Funkcie.
Spektrum slnečného svetla je zaznamenaný obraz žiarenia rozloženého na rôznych vlnových dĺžkach.
Ryža. 2. Svetlo sa v hranole rozdeľuje na jednotlivé farby, čím vzniká spektrum bieleho svetla
Ryža. 3. Spektrum bieleho svetla
Približné rozsahy vlnových dĺžok pre jednotlivé farby sú nasledovné:
- fialová 380-430nm;
- modrá 430-500 nm;
- zelená 500-570nm;
- žltá 570-620 nm;
- červená 620-750 nm.
Objav, že biele svetlo pozostáva zo svetla rôznych farieb, patrí Newtonovi, ktorý v 17. storočí prvýkrát rozdelil slnečné svetlo v hranole, čím získal viacfarebné spektrum. Newton tiež ukázal, že keď sa delené svetlo skombinuje so šošovkou a druhým hranolom, opäť vznikne biele svetlo.
Rozklad slnečného svetla pri prechode cez hranice dvoch prostredí je spôsobený tým, že index lomu pre dané médium sa mení v závislosti od vlnovej dĺžky – najmenšiu hodnotu má pre červené svetlo a najväčšiu pre fialové.Podľa zákona lomu svetla: sin α / sin β=n, kde α je uhol dopadu, β je uhol lomu, n je index lomu, - fialový lúč sa bude odchyľovať viac ako červený ( Obr. 4.).
Ryža. 4. Uhol lomu závisí od hodnoty indexu lomu. Pre fialové svetlo je uhol lomu βfmenší ako pre červené svetlo βc
Rozklad bieleho svetla ukazuje, z akých farieb sa svetlo skladá, ale nedáva informáciu o sile žiarenia vo všetkých po sebe nasledujúcich miestach farebného spektra. Pre dôkladnejšie štúdium emisného spektra je potrebné pohybovať senzorom, ako je fotobunka, pozdĺž spektra, aby sa zmeral výkon pre každú vlnovú dĺžku. Namerané množstvo energie žiarenia v určitých rozsahoch vlnových dĺžok svetla λ umožňuje zostrojiť krivku spektrálneho rozloženia (obr. 5.).
Ryža. 5. Spektrálna distribučná krivka
Krivka spektrálneho rozloženia ukazuje namerané množstvo energie žiarenia v určitých spektrálnych rozsahoch.
Na obr. 6 je znázornená krivka spektrálneho rozloženia slnečného žiarenia. Vertikálna os znázorňuje intenzitu žiarenia I na interval vlnových dĺžok ( λ, λ + Δλ ).
Intenzita žiarenia (alebo sila žiarenia) je energia vyžiarená za jednotku času na jednotku priestorového uhla. Vodorovná os udáva vlnovú dĺžku žiarenia λ s označením rozsahu vlnových dĺžok viditeľného svetla. Vidíme, že najväčšia sila žiarenia dopadajúceho na Zem je v oblasti viditeľného svetla s maximom pri vlnovej dĺžke asi 500 nm, čo zodpovedá modrozelenej farbe. Slnečné svetlo obsahuje všetky vlnové dĺžky viditeľného svetla, takže slnečné svetlo vnímame ako biele.
Žiarenie Slnka však ďaleko presahuje tento rozsah. Obsahuje tiež ultrafialové svetlo, ktoré má kratšiu vlnovú dĺžku ako viditeľné svetlo a infračervené svetlo, ktoré má dlhšiu vlnovú dĺžku ako viditeľné svetlo.
Ryža. 6. Krivka spektrálneho rozloženia slnečného žiarenia - závislosť intenzity žiarenia od vlnovej dĺžky
Začiatkom 19. storočia boli v spektre slnečného svetla objavené tmavé pásy. Po svojom objaviteľovi dostali meno Fraunhoferove línie. Niektoré z Fraunhoferových línií sú znázornené na obr. 7. Dnes vieme, že poloha týchto čiar v spektre nesie informáciu o chemickom zložení slnečnej atmosféry. Vznikli, keď žiarenie prechádzalo atmosférou Slnka a atómy v ňom obsiahnuté pohlcovali fotóny s vlnovými dĺžkami charakteristickými pre tieto atómy. Pre tieto vlnové dĺžky sa teda v slnečnom spektre vyskytla diskontinuita (tmavý pás).
Ryža. 7. Spektrum slnečného svetla s viditeľnými Fraunhoferovými čiarami