مراجع : ما هو الضوء المرئي؟

مراجع : ما هو الضوء المرئي؟

منشور يقسم الضوء الأبيض إلى طيف لوني.

الضوء المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي يمكن اكتشافه بالعين البشرية. 

الضوء المرئي هو شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي (EM) ، مثله مثل موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والموجات الدقيقة. بشكل عام ، يتم تعريف الضوء المرئي على أنه الأطوال الموجية المرئية لمعظم عيون الإنسان.

نطاق الطيف الكهرومغناطيسي

الطيف الكهرومغناطيسي ، من أعلى إلى أدنى أطوال موجات.

الضوء المرئي هو نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، ينتقل في موجات أو جسيمات بأطوال موجية وترددات مختلفة. يُعرف هذا النطاق الواسع من الأطوال الموجية بالطيف الكهرومغناطيسي. ينقسم هذا الطيف عادةً إلى سبع مناطق بترتيب تناقص الطول الموجي وزيادة الطاقة والتردد. هذه المناطق هي:

• موجات الراديو (أطوال موجية أكبر من 0.4 بوصة ، أو 10 ملم)
• الموجات الدقيقة (أطوال موجية بين 0.004 و 0.4 بوصة ، أو 0.1 إلى 10 ملم)
• الأشعة تحت الحمراء (أطوال موجية بين 0.00003 و 0.004 بوصة ، أو 740 نانومتر إلى 100 ميكرومتر)
• الضوء المرئي ، (أطوال موجية بين 0.000015 و 0.00003 بوصة ، أو 380 إلى 740 نانومتر)
• الأشعة فوق البنفسجية (أطوال موجية بين 0.000015 و 0.00003 بوصة ، أو 380 إلى 740 نانومتر)
• الأشعة السينية (أطوال موجية بين 4 × 10 ^ −7 إلى 4 × 10 ^ −8 بوصة ، أو 100 بيكومتر إلى 10 نانومتر)
• أشعة غاما (أطوال موجية أقل من 4 × 10 ^ −9 بوصة ، أو 100 بيكومتر)

يقع الضوء المرئي في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين الأشعة تحت الحمراء (IR)   والأشعة فوق البنفسجية (UV). لها ترددات تبلغ حوالي 4 × 10 14  إلى 8 × 10 14  دورة في الثانية ، أو هيرتز (هرتز) وأطوال موجية حوالي 740 نانومتر (نانومتر) أو 2.9 × 10 5  بوصات ، إلى 380 نانومتر (1.5 × 10 5  بوصات ) ).

طيف ولون الضوء المرئي

لعل أهم ما يميز الضوء المرئي هو اللون. اللون هو خاصية متأصلة للضوء وقطعة أثرية من الخلايا في العين البشرية. لا "تحتوي" الكائنات على لون ، وفقًا لكتاب الفيزياء التشعبية The Physics Hypertextbook . بدلا من ذلك ، فإنها تعطي الضوء الذي "يبدو" على أنه لون. بعبارة أخرى ، كتب إليرت أن اللون موجود فقط في ذهن الناظر.

رسم تخطيطي يوضح طيف الألوان المرئي.

تحتوي أعيننا على خلايا متخصصة ، تسمى المخاريط ، تعمل كمستقبلات يتم ضبطها وفقًا لأطوال موجات هذا النطاق الضيق من الطيف الكهرومغناطيسي ، وفقًا لموقع ويب Mission Science التابع لناسا . يرى البشر الضوء في الطرف السفلي من الطيف المرئي ، وله طول موجي أطول ، حوالي 740 نانومتر ، كالأحمر ؛ نرى الضوء في منتصف الطيف كالأخضر ؛ وترى الضوء في الطرف العلوي من الطيف ، بطول موجي يبلغ حوالي 380 نانومتر ، مثل البنفسجي. كل الألوان الأخرى التي ندركها هي مزيج من هذه الألوان.

على سبيل المثال ، يحتوي اللون الأصفر على ضوء من المناطق الحمراء والخضراء في طيف الضوء المرئي ؛ السماوي هو مزيج من الأخضر والأزرق ، والأرجواني هو مزيج من الأحمر والأزرق. يحتوي الضوء الأبيض على جميع الألوان معًا. الأسود هو الغياب التام للضوء. أول شخص أدرك أن الضوء الأبيض يتكون من ألوان قوس قزح هو إسحاق نيوتن ، الذي مر في عام 1666 ضوء الشمس من خلال شق ضيق ثم منظار لإبراز الطيف الملون على الحائط ، وفقًا لموقع مايكل فاولر . ، أستاذ الفيزياء في جامعة فيرجينيا .

كيف تتحول الطاقة الحرارية إلى ضوء مرئي؟

مع زيادة سخونة الأجسام ، فإنها تشع طاقة تهيمن عليها أطوال موجية أقصر ، والتي نعتبرها ألوانًا متغيرة ، وفقًا لبعثة ناسا Science Mission. على سبيل المثال ، يتغير لهب موقد اللحام من المحمر إلى الأزرق حيث يتم ضبطه ليحترق أكثر سخونة. تسمى عملية تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ضوئية بالتوهج ، وفقًا لموقع ويب معهد التقدم التعليمي الديناميكي (IDEA) ، WebExhibits.org.

ينتج الضوء المتوهج عندما تطلق المادة الساخنة جزءًا من طاقة الاهتزاز الحراري على شكل فوتونات . عند حوالي 1،472 درجة فهرنهايت (800 درجة مئوية) ، تصل الطاقة التي يشعها جسم ما إلى الأشعة تحت الحمراء. مع زيادة درجة الحرارة ، تنتقل الطاقة إلى الطيف المرئي ويبدو أن الجسم يتوهج ضارب إلى الحمرة. عندما يصبح الجسم أكثر سخونة ، يتغير اللون إلى "أبيض ساخن" وفي النهاية إلى اللون الأزرق.

ضوء علم الفلك المرئي

يمكن استخدام لون الأجسام الساخنة ، مثل النجوم ، لتقدير درجة حرارتها ، وفقًا لقانون تعليم الأفراد المعاقين (IDEA). على سبيل المثال ، تبلغ درجة حرارة سطح الشمس حوالي 5،800 كلفن (9،980 فهرنهايت أو 5،527 درجة مئوية). يبلغ الطول الموجي للضوء المنبعث حوالي 550 نانومتر ، والذي نعتبره ضوءًا أبيض مرئيًا (أو أصفر قليلاً). 

يوضح هذا الرسم المكون من أربع لوحات كيف أن المنطقة الجنوبية للنجم العملاق الأحمر الساطع الذي يتطور بسرعة منكب الجوزاء قد تصبح فجأة أكثر خفوتًا لعدة أشهر خلال أواخر عام 2019 وأوائل عام 2020. في أول لوحتين ، كما يظهر في الضوء فوق البنفسجي مع هابل تلسكوب الفضاء ، فقاعة ساطعة وساخنة من البلازما تنبثق من ظهور خلية حمل حرارية ضخمة على سطح النجم. في اللوحة الثالثة ، يتوسع الغاز المتدفق إلى الخارج بسرعة إلى الخارج. يبرد ليشكل سحابة هائلة من حبيبات الغبار المحجوبة. تكشف اللوحة النهائية عن سحابة غبار ضخمة تحجب الضوء (كما يُرى من الأرض) من ربع سطح النجم.

وفقًا لوكالة ناسا ، إذا كانت درجة حرارة سطح الشمس أقل برودة ، حوالي 3000 درجة مئوية ، فستبدو محمرة ، مثل نجم منكب الجوزاء. إذا كانت أكثر سخونة ، حوالي 12000 درجة مئوية ، فستبدو زرقاء ، مثل النجم Rigel.

يمكن لعلماء الفلك أيضًا تحديد الأشياء التي تتكون منها لأن كل عنصر يمتص الضوء بأطوال موجية محددة ، تسمى طيف الامتصاص. من خلال معرفة أطياف امتصاص العناصر ، يمكن لعلماء الفلك استخدام المطياف لتحديد التركيب الكيميائي للنجوم وسحب الغبار والأجسام البعيدة الأخرى.

اللون الأزرق لسديم رأس الساحرة والغبار المحيط بنجم الجبار اللامع العملاق Rigel لا ينتج فقط عن ضوء النجوم الأزرق الشديد لريجل ولكن لأن حبيبات الغبار تبدد الضوء الأزرق بشكل أكثر كفاءة من الأحمر. تتسبب نفس العملية الفيزيائية في ظهور السماء النهارية للأرض باللون الأزرق ، على الرغم من أن المواد المشتتة في الغلاف الجوي للأرض عبارة عن جزيئات من النيتروجين والأكسجين.

مصادر إضافية

تعرف على المزيد حول كيفية إدراك الدماغ البشري للضوء في هذا الفيديو من ناشيونال جيوغرافيك . تجول في الطيف الكهرومغناطيسي مع الكتاب المذهل " الضوء: الطيف المرئي وما وراءه " (Black Dog & Leventhal ، 2013) ، أو قم بإجراء تجارب الضوء المرئي في المنزل باستخدام إرشادات من Ducksters ، وهو موقع تعليمي للأطفال.