Valo

Valo on sähkömagneettisen spektrin ihmissilmällä nähtävä osa. Näkyvä valo asettuu noin aallonpituuksille 350–700 nanometriä (nm) ja taajuuksille 380–750 terahertsiä (THz). Ihmissilmä näkee parhaiten keltaista tai kellanvihreää valoa aallonpituudella 555 nm. Valoa lyhytaaltoisempaa säteilyä kutsutaan ultravioletiksi, ja pitempiaaltoista infrapunaiseksi. Valon kolme perusulottuvuutta ovat kirkkaus (eli amplitudi), väri (eli aallonpituus) ja polarisaation (eli värähtelykulma). Aalto-hiukkasdualismi vuoksi valolla on samanaikaisesti sekä hiukkasten että aaltojen ominaisuudet.

Valoa käytetään tiedonsiirtoon valokuiduissa.

Teorioita valon luonteesta

• Hiukkasteoria
  • Isaac Newton esitti ensimmäisenä 1600-luvulla
  • Teorian mukaan valo etenee ainoastaan hiukkasina
    • Oletus on osoitettu virheelliseksi
• Aaltoteoria
  • Christian Huygens esitti ensimmäisenä 1600-luvulla
  • Teorian mukaan valo etenee ainoastaan aaltoina ja tarvitsee väliaineen edetäkseen
    • Oletus on osoitettu virheelliseksi
• Sähkömagneettinen teoria
  • James Clerk Maxwell esitti 1800-luvulla
  • Teorian mukaan valoaallot ovat sähkömagneettisia, eivätkä tarvitse väliainetta edetäkseen
• Kvanttiteoria (eli hiukkas-aaltoteoria)
  • Yhdistää kolme edellistä teoriaa
  • Max Planck esitti 1900, että valoaallot muodostuvat fotoneiksi kutsutuista energiapaketeista
  • Valo käyttäytyy samanaikaisesti sekä hiukkasten että aaltojen tavoin

Valon nopeus

Valon nopeuden kaava

Valon nopeus tyhjiössä (vakio c) on tarkalleen 299 792 458 metriä sekunnissa. Kyseessä on valonnopeuden määritelmä, eikä mittaustulos, sillä SI-järjestelmän yksikkö metri on määritelty matkana, jonka valo kulkee 1/299 792 458 sekunnissa. Väliaineessa valonnopeus on pienempi.

$c=1/\backslash sqrt\; (\backslash epsilon\; \backslash mu)$,

jossa ε on tyhjiön permittiivisyys ja μ on tyhjiön permeabiliteetti. Valon aallonpituus

$\backslash lambda=v/f$,

jossa λ on aallonpituus, f on taajuus ja v on valon nopeus väliaineessa. Jos valo kulkee tyhjiössä, niin

$c=\backslash lambda\; f$,

jossa c on valon nopeus. v voidaan ilmaista myös kaavalla

$v\; =\; \backslash frac\{c\}\{n\}$

jossa n on vakio (taitekerroin), joka riippuu läpäistävän aineen ominaisuuksista sekä aineesta riippuen valon aallonpituudesta ja polarisaatiosta.

Valon mitattavia ominaisuuksia

• Kirkkaus
• Väri tai värilämpötila
• valaistusvoimakkuus (SI-yksikkö: luksi lx)
• Valovirta (SI-yksikkö : luumen lm)
• Valon intensiteetti (SI-yksikkö: kandela cd)
• Luminanssi (Kandelaa neliömetrille $cd/m^2$)

Katso myös

• Varjo
• Bioluminesenssi
• Loisteputki
• Valotikku
• Värilämpötila
• Interferenssi

Kirjallisuutta