แสง
แสง (อังกฤษ: light) เป็นการแผ่อนุภาคโฟตอนที่เรียงตัวเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในบางส่วนของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ปกติเวลาพูดว่าแสงมักจะหมายถึงแสงในช่วงสเปกตรัมมองเห็นได้ ซึ่งตามนุษย์มองเห็นได้และทำให้เกิดสัมผัสการรับรู้ภาพ[1] แสงที่มองเห็นได้ปกตินิยามว่ามีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400–700 นาโนเมตร ระหว่างอินฟราเรด (ที่มีความยาวคลื่นมากกว่าและมีคลื่นกว้างกว่านี้) และอัลตราไวโอเล็ต (ที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่าและมีคลื่นแคบกว่านี้)[2][3] ความยาวคลื่นนี้หมายถึงความถี่ช่วงประมาณ 430–750 เทระเฮิรตซ์
แสงที่โอนถ่ายความร้อนหรือแผ่รังสีความร้อนคือแสงที่เกิดจาก รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในทุกความยาวคลื่น ไม่ว่ามองเห็นได้หรือไม่[4][5] ในความหมายนี้ รังสีแกมมา รังสีเอ็กซ์ ไมโครเวฟและคลื่นวิทยุก็เป็นแสงด้วย เช่นเดียวกับแสงทุกชนิด คุณสมบัติปฐมภูมิของแสงที่มองเห็นได้ คือ ความเข้ม ทิศทางการแผ่ สเปกตรัมความถี่หรือความยาวคลื่น และโพลาไรเซชัน ส่วนความเร็วในสุญญากาศของแสง 299,792,458 เมตรต่อวินาที เป็นค่าคงตัวมูลฐานหนึ่งของธรรมชาติ[6]
ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดแสงหลักบนโลก แสงอาทิตย์ให้พลังงานซึ่งพืชสีเขียวใช้ผลิตน้ำตาลเป็นส่วนใหญ่ในรูปของแป้ง ซึ่งปลดปล่อยพลังงานแก่สิ่งมีชีวิตที่ย่อยมัน กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้ให้พลังงานแทบทั้งหมดที่สิ่งมีชีวิตใช้ ในอดีต แหล่งสำคัญของแสงอีกแหล่งหนึ่งสำหรับมนุษย์คือไฟ ตั้งแต่แคมป์ไฟโบราณจนถึงตะเกียงเคโรซีนสมัยใหม่ ด้วยการพัฒนาหลอดไฟฟ้าและระบบพลังงาน การให้แสงสว่างด้วยไฟฟ้าได้แทนแสงไฟ สัตว์บางชนิดผลิตแสงไฟของมันเอง เป็นกระบวนการที่เรียกว่า การเรืองแสงทางชีวภาพ
อนุภาคโฟตอนมีขนาดที่เล็กมาทำให้แสงที่อนุภาคโฟตอนน้อยมองไม่ชัดหรือไม่เห็นแสง ซึ่งแสงสีขาวที่มีความถี่สูงจะมีอนุภาคโฟตอนที่หนาแน่น เพราะเหตุผลนี้แสงสีขาวที่ผ่านปริซึ่มจึงเรียงตัวเป็นคลื่นที่ต่างกัน
สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าและแสงที่เห็นได้ แก้ไข
แสงคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ในช่วงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถมองเห็นได้ คือ อยู่ในย่านความถี่ 380 THz (3.8×1014 เฮิรตซ์) ถึง 789 THz (7.5×1014 เฮิรตซ์) จากความสัมพันธ์ระหว่าง ความเร็ว ( ) ความถี่ ( หรือ ) และ ความยาวคลื่น ( ) ของแสง:
และความเร็วของแสงในสุญญากาศมีค่าคงที่ ดังนั้นเราจึงสามารถแยกแยะแสงโดยใช้ตามความยาวคลื่นได้ โดยแสงที่เรามองเห็นได้ข้างต้นนั้นจะมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 นาโนเมตร (ย่อ nm) และ 800 nm (ในสุญญากาศ)
การมองเห็นของมนุษย์นั้นเป็นผลมาจากภาวะอนุภาคของแสงโดยเฉพาะ เกิดจากการที่ก้อนพลังงาน (อนุภาคโฟตอน) แสง ไปกระตุ้น เซลล์รูปแท่งในจอตา (rod cell) และ เซลล์รูปกรวยในจอตา (cone cell) ที่จอตา (retina) ให้ทำการสร้างสัญญาณไฟฟ้าบนเส้นประสาท และส่งผ่านเส้นประสาทตาไปยังสมอง ทำให้เกิดการรับรู้มองเห็น
อัตราเร็ว แก้ไข
นักฟิสิกส์หลายคนได้พยายามทำการวัดความเร็วของแสง การวัดแรกสุดที่มีความแม่นยำนั้นเป็นการวัดของ นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก โอเลอ เรอเมอร์ ในปี ค.ศ. 1676 เขาได้ทำการคำนวณจากการสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวพฤหัสบดี และ ดวงจันทร์ไอโอ ของดาวพฤหัสบดี โดยใช้กล้องดูดาว เขาได้สังเกตความแตกต่างของช่วงการมองเห็นรอบของการโคจรของดวงจันทร์ไอโอ และได้คำนวณค่าความเร็วแสง 227,000 กิโลเมตรต่อวินาที
การวัดความเร็วของแสงบนโลกนั้นกระทำสำเร็จเป็นครั้งแรกโดยอีปอลิต ฟีโซ ในปี ค.ศ. 1849 เขาทำการทดลองโดยส่องลำของแสงไปยังกระจกเงาซึ่งอยู่ห่างออกไปหลายพันเมตรผ่านซี่ล้อ ในขณะที่ล้อนั้นหมุนด้วยความเร็วคงที่ ลำแสงพุ่งผ่านช่องระหว่างซี่ล้อออกไปกระทบกระจกเงา และพุ่งกลับมาผ่านซี่ล้ออีกซี่หนึ่ง จากระยะทางไปยังกระจกเงา จำนวนช่องของซี่ล้อ และความเร็วรอบของการหมุน เขาสามารถทำการคำนวณความเร็วของแสงได้ 313,000 กิโลเมตรต่อวินาที
อัลเบิร์ต ไมเคิลสัน ได้ทำการพัฒนาการทดลองในปี ค.ศ. 1926 โดยใช้กระจกเงาหมุน ในการวัดช่วงเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางไปกลับจากยอดเมานต์วิลสันถึงเมานต์ซานอันโตนิโอในรัฐแคลิฟอร์เนีย ซึ่งการวัดนั้นได้ 299,796 กิโลเมตร/วินาที
ปริมาณและหน่วย แก้ไข
ปริมาณของแสงอาจแสดงได้โดยค่าต่าง ๆ ซึ่งมีความหมายและหน่วยต่างกันไปดังนี้
| ปริมาณ | ภาษาอังกฤษ | สัญลักษณ์ | หน่วยวัด | สัญลักษณ์หน่วยวัด | หมายเหตุ |
|---|---|---|---|---|---|
| ฟลักซ์ส่องสว่าง | luminous flux | Φv | ลูเมน | lm（lm= cd·sr） | ฟลักซ์การแผ่รังสีที่ถ่วงน้ำหนักด้วยค่าประสิทธิภาพการส่องสว่าง |
| ความเข้มของการส่องสว่าง | luminous intensity | Iv | แคนเดลา | cd（cd= lm/sr） | ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยมุมตัน |
| ความสว่าง | luminance | Lv | แคนเดลาต่อตารางเมตร | cd/m2 | ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยมุมตัน หน่วยบางครั้งก็เรียกว่า nit |
| ความส่องสว่าง | illuminance | Ev | ลักซ์ | lx（lx= lm/m2= cd·sr/m2） | ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยพื้นที่ |
| ประสิทธิภาพการส่องสว่าง | luminous efficacy | η | ลูเมนต่อวัตต์ | lm/W= cd·sr/W | อัตราส่วนระหว่างฟลักซ์การส่องสว่างกับฟลักซ์การแผ่รังสี |
| พลังงานส่องสว่าง | luminous energy | Qv | ลูเมน·วินาที | lm·s | บางครั้งก็ใช้หน่วยที่เรียกว่า talbot |
นอกจากนี้ยังมีปริมาณอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องซึ่งแสดงถึงสมบัติของแสง เช่น
- แอมปลิจูด (amplitude)
- อุณหภูมิ (temperature)
- สี (color)
- ความถี่ (frequency)
- ความยาวคลื่น (wavelength)
- โพลาไรเซชัน (polarization)
ดูเพิ่ม แก้ไข
อ้างอิง แก้ไข
- ↑ CIE (1987). International Lighting Vocabulary เก็บถาวร 27 กุมภาพันธ์ 2010 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน. Number 17.4. CIE, 4th edition. ISBN 978-3-900734-07-7.
By the International Lighting Vocabulary, the definition of light is: "Any radiation capable of causing a visual sensation directly." - ↑ Pal, G.K.; Pal, Pravati (2001). "chapter 52". Textbook of Practical Physiology (1st ed.). Chennai: Orient Blackswan. p. 387. ISBN 978-81-250-2021-9. สืบค้นเมื่อ 11 October 2013.
The human eye has the ability to respond to all the wavelengths of light from 400–700 nm. This is called the visible part of the spectrum.
- ↑ Buser, Pierre A.; Imbert, Michel (1992). Vision. MIT Press. p. 50. ISBN 978-0-262-02336-8. สืบค้นเมื่อ 11 October 2013.
Light is a special class of radiant energy embracing wavelengths between 400 and 700 nm (or mμ), or 4000 to 7000 Å.
- ↑ Gregory Hallock Smith (2006). Camera lenses: from box camera to digital. SPIE Press. p. 4. ISBN 978-0-8194-6093-6.
- ↑ Narinder Kumar (2008). Comprehensive Physics XII. Laxmi Publications. p. 1416. ISBN 978-81-7008-592-8.
- ↑ Uzan, J-P; Leclercq, B (2008). The Natural Laws of the Universe: Understanding Fundamental Constants. แปลโดย Robert Mizon. Springer-Praxis, Internet Archive: 2020-06-14 AbdzexK uban. pp. 43–4. Bibcode:2008nlu..book.....U. doi:10.1007/978-0-387-74081-2. ISBN 978-0-387-73454-5.
แหล่งข้อมูลอื่น แก้ไข
- แสงและการมองเห็น เก็บถาวร 2014-08-04 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน