ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ

ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

   H ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι ίδια για όλα τα μήκη κύματος.Όμως μέσα στην ύλη,δηλαδή σε ένα υλικό οπτικό μέσο η ταχύτητα διάδοσης του φωτός εξαρτάται από το μήκος κύματος.

Εξάρτηση του δείκτη διάθλασης του κενού από το μήκος κύματος.H ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι ίδια για όλα τα μήκη κύματος

  Έτσι,λοιπόν,και ο δείκτης διάθλασης ενός υλικού, δεν είναι ίδιος για όλες τις ακτινοβολίες αλλά εξαρτάται από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που προσπίπτει στο υλικό.

ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΥ

  Το φαινόμενο «διασκεδασμός» μελετήθηκε για πρώτη φορά το 17ο αιώνα από το Ρενέ Ντεκάρτ και το Νεύτωνα.

Ο Σερ Ισαάκ Νεύτων (Sir Isaac Newton, 4 Ιανουαρίου 1643 – 31 Μαρτίου 1727) ήταν Άγγλος φυσικός, μαθηματικός, αστρονόμος, φιλόσοφος, αλχημιστής και θεολόγος. Θεωρείται πατέρας της Κλασικής Φυσικής, καθώς ξεκινώντας από τις παρατηρήσεις του Γαλιλαίου αλλά και τους νόμους του Κέπλερ για την κίνηση των πλανητών διατύπωσε τους τρεις μνημειώδεις νόμους της κίνησης και τον περισπούδαστο «νόμο της βαρύτητας» (που ο θρύλος αναφέρει πως αναζήτησε μετά από πτώση μήλου από μια μηλιά). Μεγάλης ιστορικής σημασίας υπήρξαν ακόμη οι μελέτες του σχετικά με τη φύση του φωτός καθώς επίσης και η καθοριστική συμβολή του στη θεμελίωση των σύγχρονων μαθηματικών και συγκεκριμένα του διαφορικού και ολοκληρωτικού λογισμού

  Ο Νεύτωνας προσπάθησε να αναλύσει περαιτέρω τις μονοχρωματικές ακτίνες του φάσματος σε άλλες απλούστερες, αλλά δεν τα κατάφερε. Το μόνο που παρατήρησε ήταν ότι το χρώμα διαχεόταν περισσότερο, αλλά παρέμενε ως έχει.

ΟΡΙΣΜΟΣ TOY ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΥ

    Διασκεδασμός ονομάζεται το φαινόμενο της εξάρτησης της ταχύτητας  του φωτός και του δείκτη διάθλασης από το μήκος κύματος. 

Διασκεδασμός ονομάζεται το φαινόμενο της εξάρτησης της ταχύτητας  του φωτός και του δείκτη διάθλασης από το μήκος κύματος

  Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η εξάρτηση του δείκτη διάθλασης ενός οπτικού υλικού (χαλαζία) από το μήκος κύματος λ0 στο κενό.Παρατηρούμε ότι η τιμή του n μειώνεται,καθώς αυξάνεται η τιμή του μήκους κύματος.

Εξάρτηση του δείκτη διάθλασης ενός οπτικού υλικού από το μήκος κύματος

  Φως μεγαλύτερου μήκους κύματος έχει μεγαλύτερη ταχύτητα σε  ένα μέσο  από φως μικρότερου μήκους κύματος.

ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΟΠΤΙΚΑ ΜΕΣΑ

  Σαν οπτικά µέσα θα θεωρήσουµε τα διηλεκτρικά.Τα πιο απλά παραδείγµατα είναι οι φακοί,τα πρίσµατα, οι οπτικές ίνες (fibers) κ.λ.π. που αποτελούνται κυρίως από διάφορα είδη γυαλιών,χωρίς να ξεχνάµε ότι ο αέρας και το νερό ανήκουν σ’ αυτήν την κατηγορία των υλικών.

Μεταβολή του δείκτη διάθλασης ορισμένων υλικών σε συνάρτηση με το μήκος κύματος. Τα υλικά είναι: (1) πυριτική μολυβδύαλος (κρύσταλλο) (2) βορική μολυβδύαλος (κρύσταλλο) (3) χαλαζίας (4) πυριτική στεφανύαλος (5) τηγμένος χαλαζίας (6) φθορίτης

  Στο παραπάνω σχήμα βλέπουμε την εξάρτηση του δείκτη διάθλασης έξι διαφορετικών υλικών,από το μήκος του κύματος.Συνήθως η τιμή του μειώνεται,όταν αυξάνεται το μήκος κύματος.Ο δείκτης διάθλασης είναι μεγαλύτερος για το ιώδες φως και μικρότερος για το ερυθρό.

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΟΠΤΙΚΟΥ ΠΡΙΣΜΑΤΟΣ

  Οπτικό πρίσμα είναι ένα διαφανές μέσο από ομοιογενές ισότροπο υλικό που περιορίζεται από δυο τεμνόμενες επίπεδες έδρες,που σχηματίζουν δίεδρη γωνία.

    Στο πρίσμα διακρίνουμε:
α) τη βάση,
β) την ακμή,
γ) τη διαθλαστική γωνία και 
δ) την κύρια τομή του πρίσματος.

Οπτικό πρίσμα είναι ένα διαφανές μέσο από ομοιογενές ισότροπο υλικό που περιορίζεται από δυο τεμνόμενες επίπεδες έδρες,που σχηματίζουν δίεδρη γωνία

  Το πρίσμα αναλύει τη φωτεινή δέσμη λευκού φωτός στα χρώματα του φάσματός της, διαχωρίζοντας αυτά ανάλογα του μήκους κύματος εκάστου. Το γυάλινο πρίσμα διαθλά κάθε μήκος κύματος σε ορισμένη γωνία είτε διερχόμενο το φως από τον αέρα σ΄ αυτό είτε αντίστροφα, εξερχόμενο απ΄ αυτό στον αέρα.Κατά τη διέλευση φωτεινής δέσμης μέσα από πρίσμα παρατηρούνται τρία οπτικά φαινόμενα,την ανάκλαση,τη διάθλαση και την ανάλυση φωτός.

Το πρίσμα αναλύει τη φωτεινή δέσμη λευκού φωτός στα χρώματα του φάσματός της, διαχωρίζοντας αυτά ανάλογα του μήκους κύματος εκάστου

   Με την τοποθέτηση δύο πρισμάτων στην αυτή διεύθυνση της φωτεινής δέσμης επιτυγχάνεται επανασύνθεση των χρωμάτων, δηλαδή του φάσματος, σε δέσμη λευκού φωτός.

ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΜΕ ΠΡΙΣΜΑ

  Θα μελετήσουμε το φαινόμενο της ανάλυσης του λευκού φωτός.Αρχικά θα δούμε πώς προκαλείται η εκτροπή,δηλαδή η αλλαγή κατεύθυνσης μιας μονοχρωματικής ακτίνας φωτός από ένα πρίσμα.

  Θεωρούμε ότι σε μία κύρια τομή ενός πρίσματος προσπίπτει πλάγια μία μονοχρωματική δέσμη φωτός,όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Η δέσμη διαθλάτε πρώτα όταν εισχωρεί στο πρίσμα και πάλι όταν βγαίνει στον αέρα. 

Ακτίνα φωτός που διαθλάται από πρίσμα εκτρέπεται κατά γωνία φ

  Η ακτίνα διαθλάται προσεγγίζοντας την κάθετη xx',ενώ, όταν η ακτίνα εξέρχεται από το πρίσμα, απομακρύνεται από την κάθετη.Αυτό συμβαίνει γιατί ο δείκτης διάθλασης του πρίσματος είναι μεγαλύτερος από το δείκτη διάθλασης του οπτικού μέσου που τον περιβάλλει. 

Μεγάλο μήκος κύματος μικρή γωνία εκτροπής

  Παρατηρούμε ότι η εξερχόμενη δέσμη παθαίνει εκτροπή κατά μία γωνία και πλησιάζει προς τη βάση του πρίσματος.Τη γωνία φ ,που σχηματίζεται από τις προεκτάσεις της προσπίπτουσας και της εξερχόμενης ακτίνας ,ονομάζουμε γωνία εκτροπής .

Γωνία εκτροπής φ ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από τις προεκτάσεις της προσπίπτουσας και της εξερχόμενης ακτίνας σε ένα πρίσμα

  Γωνία εκτροπής φ ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από τις προεκτάσεις της προσπίπτουσας και της εξερχόμενης ακτίνας σε ένα πρίσμα.

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

   Γνωρίζουμε ότι λευκό φως δίνει ο Ήλιος και οι λαμπτήρες πυράκτωσης.
  Αφήνουμε μία παράλληλη δέσμη λευκού φωτός να πέσει πλάγια πάνω σε  ένα πρίσμα.Θα παρατηρήσουμε ότι το λευκό φως,εκτός από εκτροπή,παθαίνει και ανάλυση.Οι ακτίνες που εξέρχονται από το πρίσμα εκτρέπονται και διασκορπίζονται στο  χώρο εξόδου.
   Αν πίσω από το πρίσμα τοποθετήσουμε ένα λευκό διάφραγμα,θα λάβουμε μία συνεχή έγχρωμη ταινία που αποτελείται από τα εξής κατά σειρά χρώματα:
α) κόκκινο,
β) πορτοκαλί,
γ) κίτρινο,
δ) πράσινο,
ε) κυανό και
στ) ιώδες.
   Η μετάβαση από ένα χρώμα στο άλλο δεν είναι απότομη αλλά βαθμιαία.Κάθε χρώμα του φάσματος ονομάζεται και ακτινοβολία,για παράδειγμα πράσινη ακτινοβολία κ.λπ.
 Άρα το λευκό φως αναλύεται σε μία πολύχρωμη συνεχή ταινία, που περιλαμβάνει τα γνωστά χρώματα.Η ταινία αυτή λέγεται φάσμα  του λευκού φωτός.

Φάσμα  του λευκού φωτός ονομάζεται η πολύχρωμη συνεχή ταινία, που περιλαμβάνει τα γνωστά χρώματα,που προκύπτει από την ανάλυση του λευκού φωτός

  Φάσμα  του λευκού φωτός ονομάζεται η πολύχρωμη συνεχή ταινία, που περιλαμβάνει τα γνωστά χρώματα,που προκύπτει από την ανάλυση του λευκού φωτός.

Η ανάλυση του λευκού φωτός

  Το φαινόμενο που μελετήσαμε ονομάζεται ανάλυση του λευκού φωτός.

  Τα χρώματα του φάσματος εμφανίζονται κατά σειρά μείωσης του μήκους κύματος και όπως είπαμε είναι το ερυθρό,το πορτοκαλί,το κίτρινο,το πράσινο, το κυανό και το ιώδες.

Ο διασκεδασμός που προκαλείται σε δέσμη λευκού φωτός από ένα πρίσμα. Η ταινία των εξερχόμενων χρωμάτων ονομάζεται φάσμα

 Παρατηρούμε ότι οι ιώδεις ακτίνες εκτρέπονται περισσότερο,ενώ οι ερυθρές λιγότερο από τις άλλες που βρίσκονται ανάμεσά τους.Άρα συμπεραίνουμε ότι η γωνία εκτροπής εξαρτάται από το μήκος κύματος κάθε χρώματος.

Τα βασικά χρώματα του φάσματος

  Συμπερασματικά,το φως εμφανίζει τα εξής χαρακτηριστικά  σε σχέση  με  τη διάδοσή του σε οπτικά μέσα: 

α) Κάθε μονοχρωματική ακτίνα φωτός, όταν διαδίδεται σε ένα συγκεκριμένο οπτικό μέσο, χαρακτηρίζεται από ένα μοναδικό μήκος κύματος, που είναι η ταυτότητα του χρώματος για το μέσο αυτό.

β) Ο δείκτης διάθλασης του οπτικού μέσου έχει διαφορετική τιμή για κάθε χρώμα.

γ) Η γωνία εκτροπής κάθε χρώματος, όταν αυτό διέρχεται από οπτικό μέσο, εξαρτάται από το μήκος κύματος του χρώματος και όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος τόσο μικρότερη είναι η γωνία εκτροπής.

Το μονοχρωματικό φως δεν αναλύεται σε άλλες απλούστερες ακτινοβολίες. Το πρίσμα Π₁ αναλύει το λευκό φως, όμως το Π₂ απλώς εκτρέπει την κίτρινη ακτίνα

 Η Αντίληψη ενός χρώματος παραμένει η ίδια σε  οποιοδήποτε μέσο διάδοσης.Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η συχνότητα,η οποία είναι υπεύθυνη για το ερέθισμα στο μάτι,είναι αμετάβλητη σε όλα τα μέσα διάδοσης του φωτός.Δηλαδή το κόκκινο χρώμα φαίνεται  κόκκινο απ ' όσα οπτικά μέσα και αν περάσει το φως πριν φθάσει στο μάτι.
  Ο παρακάτω πίνακας μας δείχνει ότι ο δείκτης διάθλασης του οπτικού μέσου έχει διαφορετική τιμή για κάθε χρώμα. 

Δείκτης διάθλασης στεφανύαλου

Χρώμα             Δείκτης διάθλασης

Ιώδες1,532 Μπλε1,528 Πράσινο1,519 Κίτρινο1,517 Πορτοκαλί1,514 Κόκκινο1,513

ΑΠΛΑ ΧΡΩΜΑΤΑ

  Απομονώνουμε μία ακτινοβολία του φάσματος,για παράδειγμα την κόκκινη, και την αφήνουμε να περάσει από άλλο πρίσμα.Παρατηρούμε ότι η ακτίνα αυτή παθαίνει μόνο εκτροπή,αλλά δεν αναλύεται σε άλλες ακτινοβολίες.

Τα χρώματα του φάσματος του λευκού φωτός είναι απλά και δεν αναλύονται σε άλλα απλούστερα

  Λέμε ότι η ακτινοβολία(το χρώμα) είναι απλή ή ότι το φως είναι μονοχρωματικό.
  Άρα:
  Τα χρώματα του φάσματος του λευκού φωτός είναι απλά και δεν αναλύονται σε άλλα απλούστερα. 

ΑΝΑΣΥΝΘΕΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

  Αν συγκεντρώσουμε τα χρώματα,στα οποία αναλύθηκε από ένα πρίσμα το λευκό φως,με ένα συγκλίνοντα φακό ή με ένα άλλο όμοιο πρίσμα,θα παρατηρήσουμε ότι σχηματίζεται μια λευκή ταινία.Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ανασύνθεση του λευκού φωτός.

Η ανασύνθεση του λευκού φωτός

  Την ανασύνθεση του λευκού φωτός μπορούμε να τη δείξουμε και με έναν έγχρωμο δίσκο,που λέγεται δίσκος του Νεύτωνα.

Την ανασύνθεση του λευκού φωτός μπορούμε να τη δείξουμε και με τον δίσκο του Νεύτωνα

 Πάνω στο δίσκο υπάρχουν σε κυκλικούς τομείς τα χρώματα του φάσματος(κόκκινο,πορτοκαλί,κ.λπ.) και σε έκταση ανάλογη προς την έκταση που έχουν αυτά στο φάσμα του λευκού φωτός.Όταν περιστρέφετε γρήγορα ο δίσκος,τα χρώματα αναμυγνύονται μέσα στο μάτι μας και ο δίσκος φαίνεται λευκός.

Όταν περιστρέφετε γρήγορα ο δίσκος του Νεύτωνα,τα χρώματα αναμυγνύονται μέσα στο μάτι μας και ο δίσκος φαίνεται λευκός

   Αυτό οφείλεται στο ότι η οπτική εντύπωση παραμένει περίπου 0,1 sec αφότου πάψει η αιτία που το προκάλεσε.Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται μεταίσθημα.

ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΑ ΧΡΩΜΑΤΑ

  Αν κατά την ανασύνθεση του λευκού φωτός με κάποιο μικρό διάφραγμα αποκόψουμε το κόκκινο,τότε το χρώμα της κηλίδας που σχηματίζεται στο διάφραγμα δεν είναι λευκό,αλλά πράσινο.Το χρώμα αυτό είναι σύνθετο πράσινο,γιατί προέρχεται από την ανάμειξη των άλλων χρωμάτων,πλην του κόκκινου.Όταν αυτό το πράσινο χρώμα αναμειχθεί με το απλό κόκκινο,μας δίνουν πάλι λευκό χρώμα.

Συμπληρωματικά χρώματα ονομάζονται τα χρώματα τα οποία,όταν αναμειχθούν,δίνουν λευκό φως

  Αυτά τα χρώματα ονομάζονται συμπληρωματικά.
   Άρα:
  Συμπληρωματικά χρώματα ονομάζονται τα χρώματα τα οποία,όταν αναμειχθούν,δίνουν λευκό φως.
   Πρέπει να τονίσουμε ότι η ανάμειξη αναφέρεται στα χρώματα του φάσματος και όχι στα χρώματα βαφής.

ΧΡΩΜΑ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ

  Ο κόσμος που μας περιβάλλει εμφανίζει ποικιλία χρωμάτων. Τα τριαντάφυλλα είναι κόκκινα, ο ουρανός γαλάζιος, τα φύλλα των φυτών πράσινα .Τα χρώματα βρίσκονται πάντα στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος τόσο των καλλιτεχνών όσο και των φυσικών.

 Για το φυσικό όμως τα χρώματα των σωμάτων δεν προέρχονται από το υλικό από το οποίο αποτελούνται. Η αίσθηση του χρώματος προκαλείται στο σύστημα ματιού-εγκεφάλου του παρατηρητή από το φως που ανακλάται ή εκπέμπεται από τα σώματα.

Ο κόσμος που μας περιβάλλει εμφανίζει ποικιλία χρωμάτων

  Στο λευκό φως το άνθος ενός τριαντάφυλλου φαίνεται κόκκινο, ενώ τα φύλλα πράσινα. Αν το τριαντάφυλλο φωτιστεί με φωτεινή δέσμη πράσινου χρώματος, τότε το άνθος φαίνεται μαύρο, ενώ τα φύλλα διατηρούν το πράσινο χρώμα τους.

  Γιατί το χρώμα των ετερόφωτων σωμάτων εξαρτάται από το χρώμα με το οποίο φωτίζονται;

  Τα αδιαφανή σώματα απορροφούν ένα μέρος των φωτεινών ακτίνων που πέφτουν πάνω τους, ενώ ανακλούν το υπόλοιπο. Αν ένα σώμα ανακλά τις φωτεινές ακτίνες κόκκινου χρώματος και απορροφά αυτές που αντιστοιχούν στα υπόλοιπα ορατά χρώματα, τότε θα φαίνεται κόκκινο όταν φωτίζεται με λευκό ή με κόκκινο φως. Με οποιοδήποτε άλλο χρώμα θα φαίνεται μαύρο. Τα μέρη των φυτών που περιέχουν χλωροφύλλη απορροφούν φωτεινές ακτίνες όλων των χρωμάτων και ανακλούν μόνο αυτές που αντιστοιχούν στο πράσινο χρώμα και γι’ αυτό φαίνονται πράσινα.

Το χρώμα ενός ετερόφωτου σώματος εξαρτάται από το χρώμα του φωτός που πέφτει πάνω του. Τα τριαντάφυλλα φωτίζονται:
α) με λευκό φως και
β) με πράσινο

  Η σελίδα του τετραδίου μας ανακλά τις φωτεινές δέσμες που αντιστοιχούν σε όλα τα χρώματα.Έτσι όταν φωτιστεί με λευκό φως φαίνεται λευκή, ενώ αν φωτιστεί με το κίτρινο φως ενός κεριού φαίνεται κίτρινη. Γενικά αν ένα σώμα ανακλά τις φωτεινές ακτίνες που αντιστοιχούν σε όλα τα χρώματα θα εμφανίζεται με το χρώμα της φωτεινής δέσμης με την οποία φωτίζεται, ενώ αν απορροφά τις φωτεινές ακτίνες που αντιστοιχούν σε όλα τα χρώματα και δεν ανακλά καμία τότε θα εμφανίζεται μαύρο.

  Αντικείμενα όπως το κάρβουνο ή τα γράμματα του βιβλίου φαίνονται μαύρα γιατί απορροφούν εξίσου σχεδόν όλες τις φωτεινές ακτίνες που αντιστοιχούν στο ορατό φως.

ΟΥΡΑΝΙΟ ΤΟΞΟ - ΤΑ ΧΡΩΜΑΤΑ ΤΗΣ ΦΥΣΗΣ

ΟΥΡΑΝΙΟ ΤΟΞΟ - ΤΑ ΧΡΩΜΑΤΑ ΤΗΣ ΦΥΣΗΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

  Στα 578 π.χ., ο Αναξιμένης, Έλληνας φιλόσοφος, παρατήρησε τη σχέση μεταξύ του Ουράνιου Τόξου και του Ήλιου. Αντί να αποδώσει το Τόξο σε ουράνιες δυνάμεις, πρότεινε ότι τα σύννεφα αλλάζουν την πορεία του ηλιακού φωτός και παράγουν το Τόξο των χρωμάτων.

Ο Αναξιμένης ήταν ο τρίτος στη διαδοχή Μιλήσιος φιλόσοφος.Ο τελευταίος αντιπρόσωπος της Μιλήσιας σχολής που διαλύθηκε το 494 π.Χ., όταν οι Πέρσες κατάλαβαν την πόλη

 Πρώτος ο Αριστοτέλης συνέλαβε την ιδέα ότι το ουράνιο τόξο δεν είναι υλικό αντικείμενο που κρέμεται από τον ουρανό, αλλά ένα φυσικό φαινόμενο. Χρησιμοποίησε προσεκτικά την τότε γεωμετρία, αλλά λάθος νόμους ανάκλασης, για να εξάγει το κυκλικό σχήμα του Τόξου. Σταδιακά, οι ενασχολούμενοι με αυτό λόγιοι και φιλόσοφοι άρχισαν να συνειδητοποιούν ότι τόσο το φαινόμενο της ανάκλασης όσο και εκείνο της διάθλασης είχαν κάποιας μορφής σχέση με το φαινόμενο του Ουράνιου Τόξου. Την πρώτη ικανοποιητική εξήγηση έδωσε ο Καρτέσιος κατά τον 18ο αιώνα. Σύμφωνα με την θεωρία του το ουράνιο τόξο παράγεται από τις ακτίνες που πέφτουν πάνω στα σταγονίδια και που ανακλούνται στην εσωτερική τους επιφάνεια τουλάχιστον μια φορά.

ΟΥΡΑΝΙΟ ΤΟΞΟ

 Έχουμε παρατηρήσει πολλές φορές,τις βροχερές μέρες με λίγο Ήλιο,να εμφανίζεται στον ουρανό το ουράνιο τόξο.Εκείνη τη στιγμή η φύση συνδυάζει δύο φαινόμενα,το διασκεδασμό και την ολική ανάκλαση, και μας δίνει την ευκαιρία να χαρούμε την ωραιότητα των αποτελεσμάτων του συνδυασμού αυτού.

Το ουράνιο τόξο είναι ένα πολύχρωμο οπτικό και μετεωρολογικό φαινόμενο, κατά το οποίο εμφανίζεται το φάσμα των χρωμάτων που συνθέτουν το ορατό φως στον ουρανό

  Το ουράνιο τόξο είναι ένα πολύχρωμο οπτικό και μετεωρολογικό φαινόμενο, κατά το οποίο εμφανίζεται το φάσμα των χρωμάτων που συνθέτουν το ορατό φως στον ουρανό. Το φαινόμενο εμφανίζεται όταν οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν πάνω σε σταγονίδια βροχής στην ατμόσφαιρα της Γης και αποτελεί ένα παράδειγμα διάθλασης, μετά από ανάκλαση. 

Διάθλαση ηλιακού φωτός σε σταγόνα βροχής

  Το φως,  όπως έρχεται πίσω από τον παρατηρητή,αφού διαθλαστεί και υποστεί ολική ανάκλαση στις μικρές σταγόνες της βροχής,εξέρχεται από αυτές και κατευθύνεται  προς τα μάτια του.

  Ο διασκεδασμός προκαλεί τη διάθλαση των χρωμάτων σε διαφορετικές γωνίες και έτσι έχουμε την ανάλυση του φωτός στα χρώματα της ίριδας.

Ο διασκεδασμός προκαλεί τη διάθλαση των χρωμάτων σε διαφορετικές γωνίες και έτσι έχουμε την ανάλυση του φωτός στα χρώματα της ίριδας

  Το κάθε χρώμα (δηλαδή κάθε μήκος κύματος) διαθλάται υπό διαφορετική γωνία μέσα στα σταγονίδια (που δρουν σαν μικρά πρίσματα), παθαίνει διαφορετική εκτροπή κι έτσι το ορατό λευκό φως αναλύεται στα διάφορα χρώματα που το συνθέτουν, δηλαδή στο φάσμα του. Έτσι εμφανίζεται το φάσμα του ηλιακού φωτός ως ένα πολύχρωμο τόξο, με το κόκκινο χρώμα να κυριαρχεί στην εξωτερική του πλευρά, και το βιολετί στην εσωτερική. Η διαφορετικότητα της γωνίας του κάθε μήκους κύματος (χρώματος) και του σχήματος των σταγονιδίων εξηγεί και το τοξοειδές σχήμα του φαινομένου και όχι κάποιο άλλο.

ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

  Το λευκό φως το αναλύουμε με το φασματοσκόπιο.Έτσι,παρατηρούμε ότι το συνεχές φάσμα που παίρνουμε τελειώνει στο ένα άκρο με ιώδες φως, ενώ στο άλλο με ερυθρό.Το ορατό φως είναι τα μήκη κύματος που αντιλαμβάνεται το μάτι μας.Όμως το ορατό φως έχει όρια με τα  χρώματά του να έχουν μήκη κύματος που κυμαίνονται μεταξύ 400nm του ιώδους και 700nm του ερυθρού.Αυτό δε σημαίνει ότι το φάσμα του λευκού φωτός, που εκπέμπει η φωτεινή πηγή, περιορίζεται σε αυτά τα όρια.

Φάσμα υπεριώδους είναι η γκρίζα περιοχή στο φιλμ πέρα από το ιώδες

  Παρατηρούμε με ειδικό φασματογράφο τη φωτογραφική πλάκα στην οποία αποτυπώνεται το φάσμα.Διαπιστώσουμε ότι πέρα από το όριο της ιώδους περιοχής η πλάκα έχει αμαυρωθεί.

Μια συλλογή από δείγματα ορυκτών που φθορίζοντα σε διάφορα μήκη κύματος και ακτινοβολείται με υπεριώδες φως

  Έτσι συμπεραίνουμε ότι, εκτός  από την ακτινοβολία της ορατής περιοχής του φάσματος, υπάρχει και ακτινοβολία αόρατη,η οποία βρίσκεται πέρα από την ιώδη περιοχή.Η ακτινοβολία αυτή λέγεται υπεριώδης ακτινοβολία.

ΟΡΙΣΜΟΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

   Υπεριώδης ακτινοβολία ονομάζεται η ακτινοβολία που καλύπτει τα μήκη  κύματος από 3,8x10^-7 m έως 6x10^-8 m περίπου.

Υπεριώδης ακτινοβολία ονομάζεται η ακτινοβολία που καλύπτει τα μήκη  κύματος από 3,8 x 10^-7 m έως 6 x10^-8 m περίπου

  Η υπεριώδης ακτινοβολία δεν είναι ορατή με γυμνό μάτι.

ΕΙΔΗ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Υπάρχουν τρία είδη υπεριώδους ακτινοβολίας:

α) UV-A: 

  Αυτή η ακτινοβολία κυμαίνεται στο κενό μεταξύ 315 και 400 nm. Είναι το πιο ακίνδυνο είδος.

β) UV-B: 

  Αυτή η ακτινοβολία κυμαίνεται στο κενό μεταξύ 280 και 315 nm. Αυτή προκαλεί το μαύρισμα, αλλά μπορεί να γίνει επικίνδυνη.

γ) UV-Γ: 

  Αυτή η ακτινοβολία κυμαίνεται στο κενό μεταξύ 40 nm και 280 nm . Είναι το πιο επικίνδυνο είδος της υπεριώδους ακτινοβολίας, καθώς με αυτήν έχουν επιτευχθεί εργαστηριακά μεταλλάξεις.

ΠΗΓΕΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Ο Ήλιος είναι  η κύρια πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας.Φτάνει στη γη μέσω της επανεκπομπής της από τη στρατόσφαιρα.Οι υπεριώδεις ακτίνες είναι  υπεύθυνες για το "μαύρισμα" όταν κάνουμε ηλιοθεραπεία, το καλοκαίρι.

Ο Ήλιος είναι  η κύρια πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας

 Μεγάλες δόσεις υπεριώδους ακτινοβολίας βλάπτουν  τον ανθρώπινο οργανισμό.Το μεγαλύτερο μέρος της  υπεριώδους ακτινοβολίας, που φτάνει στη Γη από  τον Ήλιο απορροφάται από τα άτομα και τα μόρια της ανώτερης ατμόσφαιρας,δηλαδή την στρατόσφαιρα.

Το στρώμα του όζοντος της στρατόσφαιρας,απορροφά κατά κύριο  λόγο  την επικίνδυνη υπεριώδη ακτινοβολία

 Το στρώμα του όζοντος της στρατόσφαιρας,απορροφά κατά κύριο  λόγο  την επικίνδυνη υπεριώδη ακτινοβολία.Σήμερα ανησυχούμε για  την πιθανή καταστροφή αυτής της προστατευτικής ασπίδας ενάντια στις  υπεριώδεις ακτίνες του Ήλιου.

H υπεριώδης ακτινοβολία παράγεται από τις αποδιεγέρσεις ορισμένων ατόμων

 Το όζον της στρατόσφαιρας μειώνεται εξαιτίας εκτεταμένης χρήσης των χλωροφθορανθράκων,ενώσεων που χρησιμοποιούνται στα ψυγεία, τα κλιματιστικά τους ψεκαστήρες και αλλού. 

   Επίσης η υπεριώδης ακτινοβολία παράγεται από τις αποδιεγέρσεις ορισμένων ατόμων.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

 Αν και η υπεριώδης ακτινοβολία δεν είναι ορατή με γυμνό μάτι, μερικές από τις ιδιότητες της μας πληροφορούν για την  ύπαρξή της: 
α) Προκαλεί αμαύρωση των φωτογραφικών πλακών. 
β) Προκαλεί το φθορισμό σε  διάφορα σώματα,όταν δηλαδή προσπίπτει σε ορισμένα σώματα, τότε αυτά εκπέμπουν χαρακτηριστικές ορατές ακτινοβολίες.
γ) Συμμετέχει στη μετατροπή του οξυγόνου της ατμόσφαιρας σε όζον. 
δ) Όταν απορροφάται από υλικά σώματα (όπως άλλωστε και οι ακτίνες οποιουδήποτε χρώματος),προκαλεί τη θέρμανση τους. 
ε) Υπεριώδης ακτινοβολία με πολύ μικρό μήκος κύματος προκαλεί βλάβες στα κύτταρα του δέρματος,οι οποίες μπορεί να είναι τέτοιες,ώστε να οδηγήσουν και στην εμφάνιση καρκίνου.Κατά τη διάρκεια της ηλιοθεραπείας το μαύρισμα του δέρματος οφείλεται στη μελανίνη που παράγει ο οργανισμός, για να προστατευθεί από την υπεριώδη ακτινοβολία. 
στ) Χρησιμοποιείται στην Ιατρική για πλήρη αποστείρωση διάφορων εργαλείων.

ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Το δέρμα και τα μάτια είναι τα όργανα που υφίσταται την μεγαλύτερη έκθεση στις υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου. Αν και τα μαλλιά και τα νύχια είναι περισσότερο εκτεθειμένα, είναι λιγότερο σημαντικά από ιατρικής άποψης. Η έκθεση στην ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία μπορεί να καταλήξει σε άμεσα και σε χρόνια προβλήματα υγείας του δέρματος, των ματιών και του ανοσοποιητικού συστήματος, καθώς και σε βλάβες στο DNA.

Δύο φωτογραφίες του ίδιου αγαλματιδίου τραβηγμένες η (α) στο ορατό φως και η (β) στο υπεριώδες

  Τα άμεσα αποτελέσματα της έκθεσης στην υπεριώδη ακτινοβολία είναι η πρόκληση εγκαύματος στο δέρμα και φωτοκερατίτιδας στο μάτι.Χρόνια αποτελέσματα είναι ο καρκίνος και η πρόωρη γήρανση του δέρματος, ενώ στα χρόνια αποτελέσματα του ματιού περιλαμβάνονται ο καταρράκτης, το πτερύγιο και η κερατοπάθεια.

Η ακτινοβολία UVC είναι η πλέον επικίνδυνη για τον άνθρωπο

 Ενώ η υπεριώδης ακτινοβολία Β (UV-B) προκαλεί έγκαυμα και διάφορες μορφές καρκίνου του δέρματος, η υπεριώδης ακτινοβολία Α (UV-A) επιδρά στον υποδόριο ιστό και μπορεί να αλλάξει η δομή του κολλαγόνου και των ινών ελαστίνης του δέρματος, επιταχύνοντας έτσι την γήρανση του.Οι αρνητικές συνέπειες των εγκαυμάτων είναι αθροιστικές.Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι το δέρμα έχει την ικανότητα να αφομοιώσει την υπεριώδη ακτινοβολία με την παραγωγή μελανίνης (μαύρισμα), η οποία προστατεύει από την έκθεση στην UV ακτινοβολία. Το ανθρώπινο μάτι όμως δεν έχει τέτοια ικανότητα.

H υπεριώδης ακτινοβολία Β (UV-B) προκαλεί έγκαυμα και διάφορες μορφές καρκίνου του δέρματος, η υπεριώδης ακτινοβολία Α (UV-A) επιδρά στον υποδόριο ιστό

  Όταν η υπεριώδης ακτινοβολία αλληλεπιδράσει με το DNA προκαλεί μια αναδιάταξή του όπου υπάρχουν δύο συνεχόμενες βάσεις θυμίνης δημιουργώντας τα διμερή θυμίνης. Tο σχήμα του DNA αλλάζει τοπικά στο σημείο όπου σχηματίζονται τα διμερή, με αποτέλεσμα οι πολυμεράσες τόσο του DNA όσο και του RNA να τα προσπερνούν, αλλάζοντας με αυτό το τρόπο το πλαίσιο ανάγνωσης, με αποτέλεσμα την εμφάνιση μεταλλάξεων. Οι οργανισμοί έχουν αναπτύξει αρκετούς διαφορετικούς μηχανισμούς για να επιδιορθώσουν τα διμερή θυμίνης,όπως το ένζυμο φωτοϋλάση που ενεργοποιείται με μπλε ακτινοβολία και διαχωρίζει τα διμερή.Άλλοι μηχανισμοί αποκόπτουν το σημείο που σχηματίστηκαν τα διμερή και η DNA πολυμεράση συμπληρώνει τις ελλιπείς βάσεις.
  Η ικανότητα του ανθρώπινου σώματος να προστατεύει και να αποκαθιστά τις βλάβες που προκαλούνται από την υπεριώδη ακτινοβολία,μειώνεται κατά τη διάρκεια της ζωής μας.
   Ορισμένα άτομα παρουσιάζουν αντιδράσεις φωτοευαισθησίας στην έκθεση σε ακτινοβολία UV (photosensitivity) λόγω γενετικών-μεταβολικών ιδιαιτεροτήτων ή χρήση φαρμάκων.Γενικά, όσο μικρότερο το μήκος κύματος, τόσο μεγαλύτεροι οι κίνδυνοι από την έκθεση σε ακτινοβολία UV.

ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

   Όταν αναλύουμε με το φασματοσκόπιο το λευκό φως,το συνεχές φάσμα που λαμβάνουμε τελειώνει στο ένα άκρο με ιώδες φως,ενώ στο άλλο με ερυθρό.Τοποθετούμε ένα ευαίσθητο θερμόμετρο πάνω στο πέτασμα και το μετακινούμε από το ιώδες προς το ερυθρό.Τότε παρατηρούμε τη θερμοκρασία του να αυξάνεται.Πιο πέρα από το ερυθρό η ένδειξη είναι ακόμη μεγαλύτερη.

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

 Μετά την ερυθρή περιοχή του φάσματος υπάρχει αόρατη ακτινοβολία,που προκαλεί έντονη αύξηση της θερμοκρασίας των στερεών και υγρών σωμάτων.Η ακτινοβολία αυτή ονομάζεται υπέρυθρη ακτινοβολία.

Εικόνα από θερμική κάμερα που λειτουργεί με υπέρυθρη ακτινοβολία

 Η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι αόρατη.Για να την την ανιχνεύσουμε χρησιμοποιούμε ειδικά όργανα,τους φωρατές υπερύθρου.Η αρχή λειτουργίας των φωρατών βασίζεται στην απορρόφηση ενέργειας των υπέρυθρων ακτινοβολιών και στη συνέχεια στη μετατροπή της σε άλλες μορφές.

ΟΡΙΣΜΟΣ ΥΠΕΡΥΘΡΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Υπέρυθρη ακτινοβολία είναι η ακτινοβολία που καλύπτει την περιοχή από 1mm  έως  7x10^-7 m περίπου.

Υπέρυθρη ακτινοβολία είναι η ακτινοβολία που καλύπτει την περιοχή από 1mm  έως  7x10^-7 m περίπου

  Η υπέρυθρη ακτινοβολία ή υπέρυθρες ακτίνες είναι τμήμα του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.Στο φάσμα τοποθετούνται ως μικρότερη συχνότητα στην προέκταση της κόκκινης ορατής ακτινοβολίας.Γι' αυτό και το όνομα «υπέρυθρες» (υπό του ερυθρού).

  Τα κύματα αυτά εκπέμπονται από τα θερμά σώματα και απορροφώνται εύκολα από τα περισσότερα  υλικά. Η  υπέρυθρη ακτινοβολία που απορροφάται από ένα σώμα αυξάνει το πλάτος της  ταλάντωσης των σωματιδίων από τα οποία αποτελείται,αυξάνοντας έτσι τη  θερμοκρασία του.

Η Υπέρυθρη Θέρµανση δεν διαφέρει σε τίποτε από την οικεία, ευεργετική θερµότητα που δεχόµαστε από τον ήλιο στην καθηµερινότητά µας και φυσικά, δεν είναι σε καµία περίπτωση επιβλαβής για τον άνθρωπο

  Συνήθως εκπέμπονται από όλα τα σώματα που έχουν κάποια θερμοκρασία.Τα σώματα με τη μεγαλύτερη θερμοκρασία εκπέμπουν περισσότερες υπέρυθρες και αντίστροφα τα σώματα που απορροφούν περισσότερες υπέρυθρες αυξάνεται η θερμοκρασία τους. 

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΠΕΡΥΘΡΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Μερικές από τις ιδιότητες των υπερύθρων είναι οι εξής: 

α) Απορροφώνται επιλεκτικά από διάφορα σώματα και προκαλούν αύξηση της θερμοκρασίας τους. 

β) Διέρχονται μέσα από την ομίχλη και τα σύννεφα (δεν απορροφώνται από αέρια). 

γ) Δεν έχουν χημική δράση και δεν προκαλούν φωσφορισμό.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΠΕΡΥΘΡΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Η χρήση των υπερύθρων βασίζεται στην εκλεκτικότητά τους να απορροφώνται από την ύλη.Γι παράδειγμα στην Ιατρική,δέσμη υπέρυθρης ακτινοβολίας μεταδίδει θερμότητα σε ορισμένη περιοχή του σώματος.

Θεραπεία με χρήση υπέρυθρης ακτινοβολίας

  Επίσης με ειδικές φωτογραφικές μηχανές πετυχαίνεται φωτογράφιση ακόμη και όταν υπάρχει συννεφιά ή ομίχλη.

Θερμικές κάμερες

 Οι υπέρυθρες ακτίνες μπορούν να γίνουν αντιληπτές από ορισμένους οργανισμούς, όπως οι σκύλοι και τεχνητά με θερμικές κάμερες. Στην τελευταία συνήθως με μπλε και άσπρο συμβολίζεται θερμό σημείο, ενώ με πράσινο και κόκκινο ψυχρό σημείο. Αυτές οι κάμερες χρησιμοποιούνται και για τον εντοπισμό εμπύρετων ατόμων στα αεροδρόμια.

Στο υπέρυθρο φάσμα διακρίνονται τα άστρα που βρίσκονται πίσω από το Barnard 68 αλλά στο ορατό φάσμα παραμένουν αόρατα

 Το υπέρυθρο τμήμα του φάσματος έχει πολλά χρήσιμα οφέλη για τους αστρονόμους.Κρύα, σκοτεινά μοριακά νέφη αερίου και σκόνης στο Γαλαξία μας θα λάμπουν από τη θερμότητα καθώς αυτά ακτινοβολούνται από γειτονικά αστέρια.

Στο υπέρυθρο φάσμα διακρίνονται τα άστρα που βρίσκονται πίσω από το Barnard 68 αλλά στο ορατό φάσμα παραμένουν αόρατα

  Οι υπέρυθρες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση νέων αστέρων προτού αρχίσουν να εκπέμπουν ορατό φως. Τα αστέρια εκπέμπουν ένα μικρότερο μέρος της ενέργειας τους στο υπέρυθρο φάσμα, και αν βρίσκονται κοντά σε δροσερά αντικείμενα, όπως πλανήτες, μπορούν να είναι πιο εύκολα ανιχνεύσιμα.

To Διαστημικό Παρατηρητήριο Υπερύθρου (ΙSΟ)  

  Το υπέρυθρο φως είναι επίσης χρήσιμο για την παρατήρηση των πυρήνων στους ενεργούς γαλαξίες που συχνά κρύβονται πίσω από αέρια και σκόνη.Οι μακρινοί γαλαξίες, με μεγάλη μετατόπιση προς το ερυθρό, έχουν το φάσμα τους μετατοπισμένο σημαντικά προς μεγαλύτερα μήκη κύματος, και έτσι είναι πιο εύκολα παρατηρήσιμοι στο υπέρυθρο.