Z fizycznego punktu widzenia fale widzialne są strumieniem małych porcji energii, zwanych fotonami. Promieniowanie to rozchodzi się w postaci fali elektromagnetycznej o długości zawierającej się w granicach od 800 nm do 400 nm.

Fale widzialne to nic innego jak światło. Nazywamy je światłem widzialnym, bo przechodzi przez soczewki naszych oczu. Jest to jedna z form energii. Podobnie jak inne rodzaje promieniowania rozchodzi się w postaci fal o największej prędkości znanej we Wszechświecie. Jest to rodzaj promieniowania odbieranego przez oko.

Promienie świetlne są strumieniem małych porcji energii, zwanych fotonami, które zachowują się jednocześnie jak fale i jak cząstki. Z promieniowaniem widzialnym związane są często spotykane na co dzień zjawiska. Należy do nich m.in. tęcza. Ponadto każdego dnia możemy zaobserwować ciągle "chodzący" za nami cień. Bardzo ciekawym zjawiskiem jest także miraż wywołany przez ciepłe powietrze znajdujące się tuż nad ziemią.

Trochę historii

Osobą, która jako pierwsza sformułowała tezę, że światło jest promieniowaniem rozchodzącym się w postaci fali był holenderski uczony Christiaan Huygens. Wedle tej teorii, sformułowanej w 1678 roku, światło jest falą, a nie strumieniem cząstek. Wszystkie punkty czoła fali można uważać za źródła nowych fal kulistych. Położenie czoła fali po czasie t będzie dane przez powierzchnię styczną do tych fal kulistych.
Zasada Huygensa oddała ogromne usługi, będąc przez wiele lat motorem wielu doświadczeń. Nie można jednak oczekiwać, że da ona takie samo bogactwo informacji, jakie daje pełniejsza, elektromagnetyczna teoria Maxwella.
Decydującą rolę w utwierdzeniu falowej teorii światła odegrał na początku XIX wieku A. Fresnel. Przyczynił się on w szczególności do wyjaśnienia dyfrakcji światła oraz do opracowania metod ilościowego jej obliczania. Udało mu się także wykazać, że prawo prostoliniowego rozchodzenia się światła jest rozwiązaniem ogólnego problemu dyfrakcji fal świetlnych.

Źródła i sposoby wytwarzania

Głównym źródłem światła dla Ziemi jest Słońce. W promieniach Słońca przedmioty stają się widzialne, nabierają kształtu i koloru. Najczęściej źródłem światła jest ciało posiadające wysoką temperaturę, jak Słońce i inne gwiazdy, rozżarzony węgiel, włókno żarówki elektrycznej, roztopione metale itp. Jakość promieniowania wysyłanego przez te ciała zmienia się wraz z ich temperaturą. Od pewnej temperatury wzwyż ciała ogrzewane oprócz wysyłanego ciepła zaczynają także świecić; ze wzrostem temperatury zmienia się barwa wysyłanego światła, od barwy czerwonej do białej.

Innego typu źródłem światła są np. lampy neonowe. Barwa światła takiej lampy zależy od gazu, który jest wewnątrz. Kiedy między elektrodami takiej lampy płynie prąd elektryczny, następuje świecenie lampy światłem o odpowiednim kolorze.
We wszystkich źródłach światło powstaje kosztem jakiejś energii czy to chemicznej, cieplnej czy elektrycznej. Większość źródeł światła jakie wytwarza człowiek przetwarza na światło tylko część dostarczonej energii. Tak np. w żarówkach tylko 2% energii elektrycznej zamienia się na światło, w świetlówkach około 10%.

Wszystkie źródła światła różnią się miedzy sobą kształtem i wielkością oraz ilością światła wysyłanego w określonym czasie w określonym kierunku. Do wielkości, które charakteryzują dane źródło światła, należą natężenie źródła światła oraz strumień światła wysyłany ze źródła w określonym kierunku. Jednostką natężenia źródła światła jest kandela. Jest to natężenie źródła światła, jakim jest powierzchnia 1/60 cm² ciała doskonale czarnego, promieniującego w temperaturze krzepnięcia platyny, pod ciśnieniem jednej atmosfery fizycznej w kierunku prostopadłym do tej powierzchni. "Ciało doskonale czarne" to ciało, które pochłania całkowicie padające nań promieniowanie, promieniuje najintensywniej spośród wszystkich ciał fizycznych. Takie ciało nie istnieje, tak jak nie istnieje gaz doskonały. Jednostką strumienia światła jest lumen. Jest to strumień świetlny płynący ze źródła punktowego o natężeniu 1 kandeli w obrębie kąta bryłowego równego 1 steradianowi.

Natura i własności

Bez światła nie byłoby życia na Ziemi. Jest najbardziej potrzebną nam do życia formą energii. Fale świetlne są szczególnym przypadkiem fal elektromagnetycznych. Rozchodzą się z prędkością około 300 000 km/s i mogą przemieszczać się w próżni, czym w zasadniczy sposób różnią się od fal mechanicznych. Jest to promieniowanie dla nas najważniejsze, bo jakże wiele informacji o otaczającym nas świecie otrzymujemy za pomocą tego tak bardzo wąskiego pasma fal elektromagnetycznych, pasma światła widzialnego. Jedną z właściwości, przemawiającą za tym, że fale te są falami elektromagnetycznymi, jest możliwość rozchodzenia się w próżni. Inna cecha to prędkość światła w próżni.

Zjawiskami, świadczącymi o falowym charakterze promieni widzialnych jest dyfrakcja i interferencja. Zjawisko dyfrakcji polega na nieznacznej zmianie kierunku rozchodzenia się światła wtedy, gdy przechodzi ono przez niewielkie otwory lub obok przeszkód. Szczególnie piękny obraz dyfrakcyjny można uzyskać na włosie. Ze zjawiskiem interferencji światła spotykamy się dość często. To właśnie wskutek tego zjawiska mienią się różnymi barwami bańki mydlane i plamy oleju na zmoczonej deszczem ulicy. To dzięki temu zjawisku obserwujemy fioletowe zabarwienie obiektywów aparatów fotograficznych.

Zastosowanie

Widziany przez nas świat jest wielobarwny, ponieważ nasze oczy rejestrują światło odbite lub wysłane przez otaczające nas przedmioty. Zastosowanie promieniowania widzialnego jest bardzo banalne. Bez światła słonecznego nie byłoby życia na Ziemi, gdyż energia pochodząca od Słońca potrzebna jest do egzystencji organizmów żywych. Niektóre substancje rozgrzane do określonej temperatury wysyłają odpowiednią (widzialną) barwę światła. Spektroskopia jest metodą analizy substancji, która pozwala badać substancje na podstawie barwy światła wysyłanego przez tę substancję.

Rozgrzana substancja zaczyna świecić, ponieważ zawarte w niej pierwiastki wysyłają światło o określonej długości fali. Na przykład, sól świeci na żółto, ponieważ zawiera pierwiastek sód. W spektroskopie znajduje się pryzmat lub siatka dyfrakcyjna, która rozszczepia wysyłane światło na widmo złożone z kolorowych pasm.
Energia promieni widzialnych wykorzystywana jest ponadto w bateriach słonecznych. Gdy na ogniwo baterii słonecznej pada światło, następuje uwolnienie elektronów, co w konsekwencji prowadzi do przepływu prądu elektrycznego. Satelity wyposaża się w wielkie zespoły takich baterii, aby zapewnić zasilanie w czasie przebywania w przestrzeni kosmicznej.

---