kunstbus

Ben jij de slimste mens? Test je kennisniveau op YaGooBle.com.
Dit artikel is 05-11-2008 voor het laatst bewerkt.

Licht

Licht is dat deel van het spectrum van elektromagnetische straling dat waarneembaar is met het oog. Licht kan natuurkundig beschreven worden als een deeltje en als een golf.

De drie variabelen die licht beschrijven, zijn de lichtsterkte (ofwel amplitude), de kleur (ofwel frequentie of golflengte) en de polarisatie (ofwel de trillingsrichting). De studie van licht en de interactie van licht met materie heet optica.

Is licht een deeltje of een golf?
In de 17e eeuw was het Christiaan Huygens die als eerste beweerde dat het licht een golfbeweging was. Hiervoor pleitte het interferentieverschijnsel. Dit werd tegengesproken door Isaac Newton, die stelde dat het licht uit een snelle stroom deeltjes bestond, de zogenaamde fotonen. Dit leidde in die tijd tot een felle discussie, waarin achteraf gezien beiden gelijk hadden. De twee theorieën konden pas worden verenigd met de opkomst van de kwantummechanica. Licht kan zowel opgevat worden als golfverschijnsel als ook als een stroom fotonen (lichtquanten). Het is daarmee niet goed visueel te beschrijven, maar alleen met wiskundige vergelijkingen.

Ontstaan van licht
Als atomen genoeg verhit worden of op een andere manier in een geëxciteerde,aangeslagen toestand terecht komen, kunnen de buitenste elektronen een hoger (excited of in Nederlands geëxciteerd) energieniveau krijgen. Wanneer het elektron terugkeert naar een lager energieniveau, wordt de extra energie in de vorm van een foton (een deeltje met een lading energie, maar vrijwel zonder massa), uitgezonden. De hoeveelheid energie die het deeltje meekrijgt bepaalt de frequentie en de golflengte van de lichtgolf (en daarmee de kleur van het licht).

Lichtsnelheid en bewegingsrichting
De snelheid waarmee licht beweegt wordt lichtsnelheid genoemd. Deze is in een isotroop medium constant.

Licht plant zich voort door een vacuüm met een snelheid van precies 299.792.458 meter per seconde ( = ca. 300.000 km/s). In een medium als water, lucht of glas kan de snelheid lager zijn. Dit komt door de interactie tussen de elektrische vector van de lichtgolven en de elektronenwolken om de atomen waaruit het medium is opgebouwd.

De (constante) snelheid in een vacuüm wordt in de natuurkunde aangeduid met de letter c. Verwarrend genoeg wordt deze constante meestal ook lichtsnelheid genoemd, hoewel lichtsnelheid in vacuüm eigenlijk correcter zou zijn.

Breking (refractie), weerkaatsing (reflectie) en buiging (diffractie)
Als licht door een transparant medium (zoals lucht, water, of glas) beweegt, wordt de voortplanting vertraagd met een factor die brekingsindex wordt genoemd (zie ook: Wet van Snellius). De brekingsindex (n) is de verhouding tussen de lichtsnelheid in het medium (v2) en de lichtsnelheid in een vacuüm (de constante c): n = c/v2

Als licht door een oppervlak tussen twee media beweegt, kan een deel gereflecteerd worden, dit gebeurt onder dezelfde hoek waarmee het licht inviel.

Als licht door een opening gaat die kleiner is dan de golflengte, buigt licht af, zoals watergolven doen. (Zie golfbakexperimenten)

Licht in anisotrope media
In een anisotroop medium zal de lichtsnelheid verschillend zijn afhankelijk van de richting. Het licht zal daarom, zodra het in het medium komt, meestal een afwijking in bewegingsrichting krijgen. Dit heeft als gevolg dat de golfnormaal, de richting loodrecht op het golffront, niet meer loodrecht op de richting van de lichtgolf hoeft te staan.

Lichtsterkte (candela)
De intensiteit van licht wordt de lichtsterkte genoemd; het symbool voor lichtsterkte is I, de SI-eenheid van lichtsterkte is de candela (afgekort cd). De lichtsterkte geeft aan hoeveel licht zich bevindt in een ieder stukje van een lichtbundel. De candela is één van de zeven basiseenheden van het SI.

Het woord 'Candela' betekent 'kaars' in het Latijn. Eén candela komt ongeveer overeen met de lichtsterkte van een gewone kaars. Deze betekenis heeft een historische oorsprong. De Engelse standaardeenheid van kunstmatig licht, de candle (internationale kaars), was gebaseerd op de lichtsterkte van een kaars van puur spermaceti van 1/6 pound met een brandsnelheid van 120 grains per uur.

De luminantie oftewel helderheid is de hoeveelheid candela per vierkante meter (cd/m2). Het aantal lumen per vierkante meter = lux. De lux wordt gebruikt om de lichtsterkte in kantoorgebouwen, scholen, en andere werkplekken vast te stellen/aan te geven.
Van de zon ontvangen we ongeveer 2.000.000.000 cd/m2 (dit heet de zonneconstante) en van de (volle) maan ongeveer 2500 cd/m2.
Enkele andere voorbeelden: De lichtsterkte van een gewone zaklamp is ongeveer 1 candela. Een gloeilamp van 100 watt heeft een lichtsterkte van circa 120 candela. De lichtsterkte van leds en ledlampen wordt uitgedrukt in millicandela (symbool mcd). 1000 millicandela is gelijk aan 1 candela. De lichtsterkte is b.v. 590 000 mcd = 590 cd.
De minimum lichtsterkte voor kleurwaarneming bedraagt ongeveer 3 cd/m2.

De officiële definitie in het SI luidt als volgt: "De candela is de lichtsterkte, in een gegeven richting, van een bron die een monochromatische straling met een frequentie van 540*1012 Hz uitzendt en waarvan de stralingssterkte in die richting 1/683 watt per steradiaal is." Met monochromatisch wordt bedoeld: licht van één kleur, of precieser: licht van één golflengte. De frequentie van 540*1012 hertz komt overeen met groen licht (een golflengte van circa 555 nm). Steradiaal is de eenheid van ruimtehoek. De ruimtehoek geeft aan hoe snel een lichtbundel uiteenwaaiert. Voor een kegelvormige lichtbundel is dat gerelateerd aan de openingshoek. Als een lichtbron in alle richtingen even sterk is, is de ruimtehoek 4 π steradialen.

Voor groen licht komt 1 candela dus overeen met 1/683 W/sr. Bij andere kleuren moet dit gecorrigeerd worden voor de gevoeligheid van het menselijk oog. Voor blauw en rood licht is die ongeveer 10 keer lager dan voor groen licht. Bij deze kleuren is dus veel meer vermogen nodig voor een lichtsterkte van 1 candela. Voor het corrigeren van de lichtsterkte is een standaardfunctie vastgesteld door de Commission internationale de l'éclairage. Dit is een gemiddelde gevoeligheidsfunctie voor het menselijk oog. Voor ieder individu kan de werkelijke lichtsterkte dus afwijken. Meestal bestaat een lichtbundel uit meer kleuren (bijvoorbeeld: wit licht). Dan wordt de lichtsterkte van alle kleuren opgeteld.

De candela is verwant aan de eenheden lumen en lux.
. De eenheid lumen (symbool: lm) wordt gebruikt voor de totale lichtstroom in een lichtbundel. De lumen is een afgeleide eenheid uit het SI-stelsel. Een lichtbundel met een sterkte van 1 candela en een ruimtehoek van 1 steradiaal (voor een kegelvormige bundel komt dit overeen met een openingshoek van 65,5°) heeft een totale lichtstroom van 1 lumen. 1 candela is dan ook gelijk aan 1 lumen per steradiaal.
Lichtstroom is een maat voor de totale hoeveelheid licht in een lichtbundel. Lichtsterkte is een maat voor de lichtdichtheid. Bekijkt men een deel van een lichtbundel dan heeft dat deel een kleinere lichtstroom (in lumen) maar (in principe) dezelfde lichtsterkte (in candela) als de hele bundel. De lichtstroom hangt af van het vermogen van de bron en van de kleur van het licht.
1 lumen is ongeveer 4,09 x 1018 fotonen per seconde.
Een gloeilamp van 100 watt geeft een lichtstroom van ongeveer 1200 lumen.

. De Ansi-lumen is een maat voor de lichtopbrengst van bijvoorbeeld een videoprojector (beamer). Het is de gemiddelde lichtsterkte gemeten over 9 punten op het projectievlak in 100 % wit. Deze waarde wordt gemeten met een zogenoemde luxmeter.

. De lux (symbool lx) is een eenheid van verlichtingssterkte: 1 lux is de lichtsterkte voortgebracht door 1 candela op een oppervlak loodrecht op de lichtstralen op een afstand van 1 meter van de bron.
De lux stemt dus overeen met de verlichtingssterkte die men heeft wanneer iedere vierkante meter van het beschouwde oppervlak een lichtstroom van één lumen ontvangt. Het aantal lux wordt bijgevolg gevonden als het quotiënt van de totaal ontvangen lichtstroom, uitgedrukt in lumen, en de grootte van het verlichte oppervlak uitgedrukt in vierkante meters; derhalve is lux dus gelijk aan 1 lumen per vierkante meter.

Lichtspectrum
Licht is electromagnetische straling. De frequenties van lichtgolven vormen een deel van het totale spectrum. Vaak wordt de indeling van het spectrum gedaan op grond van de golflengte, waarmee dan de golflengte in vacuüm wordt bedoeld, aangezien de golflengte afhankelijk is van het medium. Beter is het de frequentie te gebruiken, omdat die niet afhankelijk is van het medium.

Het zichtbare spectrum van licht heeft een golflengte tussen 380 nm en 780 nm (in een vacuüm). De verschillende golflengten worden door het oog gezien als verschillende kleuren: rood voor de langste golflengte en violet voor de kortste. De grootste gevoeligheid van het menselijk oog ligt bij ca. 550 nm (geelgroen) bij daglicht en bij 500 nm (blauwgroen) bij nacht.

rood ligt tussen 650 nm en 780nm (in vacuüm)
oranje 585 nm en 650nm
geel 575 nm en 585nm
groen 490 nm en 575nm
blauw 420 nm en 490nm
violet 380 nm en 420nm

Bij golflengtes boven de 780 nm spreekt men van infrarood licht, bij golflengtes onder de 380 nm van ultraviolet licht. Beide zijn niet door de mens waarneembaar. Sommige dieren kunnen licht(straling) zien die de mens niet met het oog kan waarnemen.

Licht dat bestaat uit lichtgolven met alle dezelfde golflengte/frequentie, heet monochromatisch licht. De kleur die men ziet is de kleur die bij die frequentie hoort. In de natuur komt meestal polychromatisch licht voor, dat bestaat uit golven die verschillende golflengtes hebben. Ook dan ziet het oog maar één kleur, die de "optelsom" is van de verschillende monochromatische kleuren. Als alle golflengtes van het zichtbare deel van het spectrum in min of meer gelijke mate aanwezig zijn, zien we de kleur wit. Combinaties van lichtgolven van complementaire kleuren zullen ook als wit gezien worden. Sommige kleuren, zoals de kleur bruin, kunnen alleen gevormd worden uit combinaties van verschillende golflengtes.

Interferentie en polarisatie van licht
Omdat licht als een golf kan worden beschouwd, kan bij licht ook interferentie van golven optreden. Natuurlijk licht bestaat echter uit zoveel verschillende golven, dat interferentie niet opvalt.

Licht dat door interferentie van golven speciale eigenschappen heeft, wordt gepolariseerd licht genoemd. De bekendste vorm van gepolariseerd licht is lineair gepolariseerd licht, waarin alle golven hun amplitudes in dezelfde richting hebben.

Lichtbronnen
Van oudsher is het de zon die voor licht zorgt. Toch kan men zelf licht opwekken. Dit kan met behulp van vuur en met lampen. Een bron van bijzonder, namelijk coherent, licht is de laser. In de telecommunicatie wordt de glasvezel ingezet om snel grote hoeveelheden gedigitaliseerde informatie te versturen door middel van het verzenden van lichtsignalen opgewekt door een laser. Een van de oudste vormen van telecommunicatie door middel van lichtsignalen maakte gebruik van de semafoor.


Copyright, This article is licensed under the GNU Free Documentation License. It uses material from the Wikipedia article http://nl.wikipedia.org/wiki/Licht.


Test je competentie op YaGooBle.com.

Pageviews vandaag: 33.