Další značky od

Světlo: Co to je a jak funguje?

Světlo je v našich životech velmi důležitým prvkem. Doprovází nás po většinu dne a umožňuje nám pohodlně vykonávat celou řadu činností. Během dne využíváme přirozeného slunečního světla, zatímco potmě nám svou nemalou službu poskytuje umělé světlo vyzařované svítidly. Co ale světlo ve skutečnosti je? Na jakém fyzikálním principu funguje? A co to pro nás znamená?

Není světlo jako světlo

 

Světlo je, zjednodušeně řečeno, viditelná část elektromagnetického záření. Tedy alespoň světlo ve smyslu, který většina z nás běžně zná a vnímá. Rozsah vnímaných vlnových délek je velmi individuální. Mnozí živočichové vnímají světlo na rozdíl od lidí naprosto odlišně. Co je tedy světlo v širším slova smyslu?

 

Přestože optikou a mnoha jevy, které se světlem souvisejí, se lidé zabývali již ve starověku, podstatu světla začali vědci zkoumat až mnohem později. Teprve v průběhu 17. století se vyvinuly dvě samostatné teorie o povaze světla.

 

Podle teorie Christiaana Huygense (1629–1695), kterou v roce 1678 předložil pařížské Akademii, je světlo podélné vlnění. Naproti tomu Isaac Newton (1643–1727) hovořil o světle jako o toku částic. Až teprve o dalších dvě stě let později, v 19. století, nastal obrovský rozvoj vlnové teorie Huygense, který podpořily i mnohé vědecké objevy v oboru elektřiny a magnetismu.

 

Díky tomu dnes víme, že světlo má dvojí povahu. Je totiž příčnou elektromagnetickou vlnou ve velmi úzké oblasti vlnových délek, které se současně projevují jako tok fotonů. Toto zjištění tedy potvrzuje obě původní teorie. Za dosažením tohoto na první pohled jednoduchého výsledku však stojí obrovské úsilí a dlouhý vývoj v oblasti výzkumu světla.

Světlo jako elektromagnetická vlna


Systematický výzkum elektřiny započal v roce 1799 objevem galvanického článku. Hans Christian Ørsted (1777–1851) později v roce 1820 zjistil, že elektrický proud kolem sebe vytváří magnetické pole. A tak došel k závěru, že elektřina a magnetismus spolu musí velmi úzce souviset. André-Marie Ampére (1775–1836) později formuloval tzv. Ampérův zákon a Michael Faraday (1791–1867) objevil elektromagnetickou indukci a formuloval tzv. Faradayův zákon. Tím byla připravena půda pro práci Jamese Clerka Maxwella (1831–1879), který vše, co bylo doposud o elektřině a magnetismu známo, shrnul do čtyř základních rovnic a vytvořil tak teorii elektromagnetického pole, která vedla ke zjištění, že podstata světla spočívá ve vlnách.
Světlo jako vlnění

Maxwellova teorie byla po dlouhou dobou přijímána s velkou nedůvěrou, protože nebyla experimentálně ověřena a zdála se být ve své době velmi nepravděpodobnou. Až teprve devět let po Maxwellově smrti se Heinrichu Rudolfu Hertzovi (1857–1894) podařilo vykonat experimenty s jiskrovým výbojem mezi dvěma hrotovými elektrodami, jejichž odezvu přijímal anténou. Na jeho experiment později navázali další vědci, díky kterým se elektromagnetické vlny staly běžnou součástí fyzikální teorie elektromagnetického pole.

 

Vlnové délky elektromagnetických vln mohou být svou délkou velmi odlišné. Viditelné záření tvoří v intervalu vlnových délek jen velmi úzkou část. Každá vlnová délka pak odpovídá určité barvě. S prodlužující se vlnovou délkou barvy postupně přecházejí od fialové přes modrou, zelenou a žlutou až k červené. Sluneční světlo vnímáme jako bílé, protože je složeno ze spojitého spektra všech barev.

 

Kratší vlnové délky než viditelné záření má ultrafialové záření, ještě kratší vlnové délky má rentgenové záření a nejkratší má gama záření. Naopak delší vlnovou délku má infračervené záření, mikrovlny a největší vlnové délky mají rádiové vlny.

Světlo jako proud částic

 

Jak již bylo zmíněno výše, světlo je však nejen elektromagnetickou vlnou, ale také proudem fotonů. Tato vlastnost je označována jako dualistický charakter světla. Světlo se chová současně jako vlny i jako částice. U záření s delší vlnovou délkou převládá vlnový charakter, naopak korpuskulární neboli částicový charakter převládá u záření s kratší vlnovou délkou.

Světlo jako proud fotonů
Pro živé organismy jsou velmi nebezpečné fotony tvrdého ultrafialového záření. Proti jejich působení je Země chráněna ozónovou vrstvou, která působení záření vlnových délek kratších než 290 nm zamezuje. Na povrch Země tak dopadá nejvíce záření ve viditelné oblasti spektra, na kterou je lidské oko nejvíce citlivé.

Světlo v hovorovém významu

 

Pojem světlo je tedy ve vědeckém světě oproti lidmi běžně používanému významu vnímáno naprosto odlišně. Termín světlo obvykle v hovorové řeči používáme, když mluvíme o viditelné části elektromagnetického záření, tedy o viditelném záření, na které reaguje sítnice lidského oka. Určení přesné vlnové délky v tomto případě není možné, protože zrak každého člověka má jinou citlivost. Předpokládá se však, že rozsah světla nebo viditelná část elektromagnetického záření je od 370 do 780 nm.

Viditelné spektrum světla

Umělé světlo a jeho využití

 

Přirozené denní světlo je závislé na svitu Slunce. Aby lidé mohli využívat i tu část dne, kdy Slunce zapadlo, začali si pomáhat dalšími různorodými způsoby. A tak se od používání ohně brzy přesunuli k loučím a petrolejovým lampám. S vynálezem Edisona, který dokončil objevy a myšlenky svých předchůdců, se pojem umělého osvětlení přesunul ještě mnohem dále. Mnoho lidí považuje za jeden z nejdůležitějších vynálezů lidstva, které měly zásadní dopad na lidské životy, právě žárovku. Vývoj žárovek však nezůstal pouze u Edisonova vynálezu. Lidé se v dnešní době stále častěji zabývají tím, jak vytvořit ještě dokonalejší zdroj umělého světla. Hledají způsoby, jak při jejich používání co možná nejvíce snížit spotřebu elektrické energie, a zároveň při jejich výrobě co nejméně zatížit životní prostředí.

 

Jednou z průkopnických společností v této oblasti je i společnost Signify, která pod značkou Philips již mnoho let vyvíjí a testuje světelné zdroje tak, aby svým zákazníkům poskytla zdraví bezpečné výrobky, jež zajistí optimální podmínky pro jakoukoliv vykonávanou činnost. Nedostatek přirozeného světla tak již není překážkou žádné lidské činnosti.