Vad är ljus? - Fysikaliska begrepp
Vad är ljus?
Ljus är en liten del av det elektromagnetiska spektrumet som är synligt för ögat inom våglängderna 380-780nm.
Elektromagnetisk strålning anges i olika våglängder, vad är enheten?
Nanometer
Hur uppstår ljus (eller elektromagnetisk strålning)?
När en atom befinner sig i exiterat tillstånd och sedan återgår till sitt grundtillstånd ger den ifrån sig överskottsenergi. Energin frigörs i form av fotoner, små former av ljusenergi som strömmar ut och rör sig i vågor.
Varje enskild foton har en energimängd, vilken enhet räknas den i?
Joule
Fotonerna har olika mycket energi vid olika våglängder.
Inom vilket spektrum kan vi se elektromagnetisk strålning, det vi uppfattar som ljus (optisk stålning)?
380-780nm
Elektromagnetiska vågor som hamnar inom 380-780nm i våglägdsfältet tolkar ögat som ljus.
Om vi hittar en ljusskälla som bara ger ifrån sig exakt samma våglängder, vilken färg skulle ljuset vara då?
Grönt
Vilka två ämnen används ofta för att skapa ljus vid gasurladdning?
Natrium och kvicksilver
Vilka material används som halvledare i LED-lampor?
Galliumarsenid och indiumfosfid
Vilken del av elektromagnetiska fältet är inte synligt för ögat och upplevs som värme?
Över 760 nm
Nämn 7st olika typer av elektromagnetisk strålning
▫️Gammastrålning
▫️Röntgenstrålning
▫️UV-strålning
▫️Synligt ljus
▫️Infraröd strålning (IR)
▫️Mikrovågor
▫️Radiovågor
Det elektromagnetiska spektrumet går från gammastrålning i den ena änden till radiovågor i den andra.
Vad är IR-strålning?
Värme
Infraröd (IR) strålning – Ligger precis bortom det synliga ljusets röda färg och har längre våglängd än synligt ljus. Används till exempel i värmekameror och fjärrkontroller.
Nämn några negativa effekter med UV-stålning
▫️Missfärgar/bleker vissa typer av material t.ex plaster, färger och textilier.
▫️Kan skada hud och orsaka cancer samt tidigt åldrande av huden.
▫️Kan skada ögon och orsaka gråstarr
Vad är skillnaden mellan ljusstrålning och ljus?
Ljusstrålning är all elektromagnetisk stålning som utsöndras från en ljusskälla (t.ex. led, solen, glödlampan) och ljus är den elektromagnetiska strålningen som hamnar inom 380-780nm som ögat tolkar som ljus.
Vilken typ av strålning finns inom det kortvågiga området av det elektromagnetiska spektrumet?
▫️Ultraviolett (UV) strålning – Ligger precis bortom det synliga ljusets violetta färg och har kortare våglängd än synligt ljus.
▫️Röntgenstrålning – Har ännu kortare våglängder och högre energi än UV-strålning. Används inom medicinsk avbildning.
▫️Gammastrålning – Den mest energirika strålningen med de kortaste våglängderna. Denna strålning genereras vid radioaktivt sönderfall och i kärnreaktioner.
Vilken typ av strålning finns inom det långvågiga området av det elektromagnetiska spektrumet?
▫️Infraröd (IR) strålning – Ligger precis bortom det synliga ljusets röda färg och har längre våglängd än synligt ljus. Används till exempel i värmekameror och fjärrkontroller.
▫️Mikrovågor – Har ännu längre våglängder än infraröd strålning. Mikrovågor används för matlagning i mikrovågsugnar och för trådlös kommunikation, som Wi-Fi och mobiltelefoni.
▫️Radiovågor – Den mest långvågiga strålningen. Används för radiosändningar, TV-sändningar och annan trådlös kommunikation. Radiovågor kan ha mycket långa våglängder, från några millimeter till flera kilometer.
Hur mycket fotoner behövs för strålningseffekten 1watt (i våglängden 500nm)?
2,5*10^18 fotoner/sek
Hur reducerar man onödig UV-strålning på konventionella ljuskällor?
Med ytterkolv av kvarts- eller hårdglas som blockerar endel av UV-strålningen.
Kvarts- och hårdglas kan klara höga temperaturer, vilket gör dem idealiska för att användas i starka ljuskällor som halogenlampor och kvicksilverlampor.
Vilka receptorer används dagtid för att se?
Tapparna
Vilka receptorer används i mörker för att se?
Stavarna
Vilka receptorer är specialiserade sinnesceller som gör att vi kan uppfatta färger?
L-tappar:
Mest känsliga för långvågigt ljus, vilket motsvarar rött och gult ljus (ungefär 564–580 nm i våglängd).
M-tappar:
Mest känsliga för mellanvågigt ljus, vilket ligger i det gröna spektrumet (ungefär 534–545 nm).
S-tappar:
Mest känsliga för kortvågigt ljus, vilket ligger i det blåa spektrumet (ungefär 420–440 nm).
Vad är det som gör att vi kan uppleva olika färger?
Tapparnas (L,M,S-tappar) respons på olika våglängder möjliggör färgseende genom att bearbeta och kombinera information från de olika våglängderna av ljus.
Till exempel, när både M- och L-tappar stimuleras samtidigt, tolkar hjärnan detta som gult. Vår hjärna kombinerar sedan signalerna från dessa tappar för att skapa hela spektrumet av färger som vi kan uppfatta.
Vilken funktion har stavarna för vårt seende?
Stavarna ansvarar för mörkerseendet och är mycket känsliga för låga ljusnivåer.
De gör att vi kan se i svagt ljus och se kontraster, men inte urskilja färger, vilket är varför vi ser i gråtoner i mörker.
Vilka receptorer bidrar till att upptäcka rörelse och ge perifert seende?
Stavarna
Vad har tapparna för uppgift för vårt seende?
Ansvariga för färgseende och detaljer.
Fungerar bäst i dagsljus eller starkt ljus.
Tre typer av tappar: känsliga för rött, grönt och blått ljus.
Vad har stavarna för uppgift för vårt seende?
▫️Ansvariga för mörkerseende i svaga ljusförhållanden.
▫️Ansvariga för perifert seende.
Mycket känsliga för ljus men kan inte urskilja färger.
Är 1watt strålningsflöde i våglängden alltid lika mycket synligt ljus?
Nej, för att 1watt strålningsflöde kan motsvara olika mängder synligt ljus beroende på vilken våglängd stålningen sänds ut.
Eftersom ögat är mer känsligt för strålning inom våglängden 500 nm (som ligger i det gröna spektrumet) kommer vi endast kunna uppfatta cirka 32% av den elektromagnetiska strålningen som synligt ljus.
Hur många många procent av glödlampans effekt (watt) blir till synligt ljus?
Endast 3-5%
Vad avgör hur färger återges av en ljuskälla?
Dess spektrala sammansättning (Ra).
Två ljuskällor kan ha samma färgtemperatur t.ex. 2700K men ändå återge färger olika väl.
En röd yta reflekterar mycket långvågig strålning och lite kortvågig, saknas den långvågiga strålningen återges den röda färgen dåligt.
Inom vilket Ra-värde är det minimal risk för avvikelse för färgåtergivning?
90-100
Mycket god färgåtergivning
Inom vilket Ra-värde är det viss risk för avvikelse för färgåtergivning?
80-90
God färgåtergivning
Inom vilket Ra-värde är det signifikant risk för avvikelse för färgåtergivning?
Ra60-80
Mindre god färgåtergivning
Inom vilket Ra-värde är det mycket stor risk för avvikelse för färgåtergivning för en ljuskälla?
<60
Mycket dålig färgåtergivning
Hur skapas vitt ljus?
Genom additiv färgblandning
Genom att använda samtliga färger för att skapa vitt ljus är det möjligt att erhålla ett ljus som återger samtliga färger korrekt.
Man kan även skapa vitt ljus med endast två färger, men ljuset kommer inte ha samma förmåga att återge alla färger.
Nämn några aspekter som påverkar färgupplevelsen av en ljuskälla?
▫️Färgåtergivning, Ra
▫️Färgtemperatur, K
▫️Spektralfördelning
▫️Belysningsnivå/omgivningens nivå
▫️Ljusspridning (ex. smalstrålat/brett)
▫️Ljusriktning (ex. skarp/diffus)
▫️Ytans reflektionsegenskaper
▫️Omgivningens färger (kan "färga av sig")