Megajizz.net

Přehled

Podle standardní fyzikální teorie se všechno elektromagnetické záření, včetně viditelného světla, šíří (nebo pohybuje) ve vakuu konstantní rychlostí všeobecně známou jako rychlost světla. Tato fyzikální konstanta je označována písmenem c. Rychlostí c se šíří také gravitace v obecné teorii relativity.

Zákony elektromagnetismu (jako jsou Maxwellovy rovnice) uvádějí, že rychlost elektromagnetického záření c nezávisí na rychlosti objektu vyzařujícího záření. Proto například světlo vyzařující z rychle se pohybujícího zdroje se šíří stejnou rychlosti jako světlo vyzařované ze statického zdroje, i když podle relativistického Dopplerova jevu se barva, frekvence, energie a hybnost světla změní. Jestliže se zkombinuje pozorování s principem relativity, všichni pozorovatelé naměří shodnou rychlost světla ve vakuu, nezávisle od vztažné soustavy pozorovatele nebo rychlosti objektu vyzařujícího světlo. Proto se na c může nahlížet jako na fyzikální konstantu a tento fakt je základem speciální teorie relativity. Je důležité poznamenat, že základem speciální relativity je konstanta c, nikoliv samotné světlo. Jestliže je tedy světlo nějak upraveno, aby se šířilo rychlosti menší nebo větší než c, tak to přímo neovlivní speciální teorii relativity.

Pozorovatelé cestující velkými rychlostmi zjistí, že vzdálenosti a časy jsou zdeformované („dilatované“) v souladu s Lorentzovými transformacemi. Transformace ale deformují vzdálenosti a časy takovým způsobem, že rychlost světla zůstává konstantní. Osoba cestující rychlostí blízkou rychlosti světla by viděla, že barva světla vpředu (ve směru pohybu) by měla modrý posuv a barva vzadu rudý.

Jestliže by se informace mohla šířit rychleji než c v jedné vztažné soustavě, byla by porušena kauzalita: v jiných vztažných soustavách by informace byla doručena dříve než by byla vyslána, takže příčina by byla pozorována až po následku. Kvůli dilataci času podle speciální relativity se poměr mezi časem vnímaným vnějším pozorovatelem a časem vnímaným pozorovatelem pohybujícím se velmi blízko rychlosti světla, blíží k nule. Jestliže by se něco mohlo pohybovat rychleji než světlo, tento poměr by nebyl reálným číslem. Podobné porušení kauzality nebylo nikdy pozorováno.

Elektromagnetické záření (viz též elektromagnetické vlny) je kombinace příčného postupného vlnění magnetického a elektrického pole tedy elektromagnetického pole. Elektromagnetickým zářením se zabývá obor fyziky nazvaný elektrodynamika, což je podobor elektromagnetismu. Infračerveným zářením, viditelným světlem a ultrafialovým zářením (viz níže) se zabývá optika.

Jakýkoli elektrický náboj pohybující se s nenulovým zrychlením vyzařuje elektromagnetické vlnění. Když vodičem (nebo jiným objektem, např. anténou) prochází střídavý elektrický proud, vyzařuje elektromagnetické záření o frekvenci proudu. Na elektromagnetické záření se stejně jako na cokoliv jiného dá nahlížet jako na vlnu nebo proud částic. Jako vlnu je charakterizuje rychlost šíření (rovná rychlosti světla ve vakuu), vlnová délka a frekvence. Částicí elektromagnetického vlnění je foton. Energie fotonu E = hf, kde h = 6,626 × 10⁻³⁴ J·s = 4,14 × 10⁻¹⁵ eV·s je Planckova konstanta, f je frekvence.

Elektromagnetické pole může ve vodiči indukovat napětí a naopak, toho se využívá v anténách. Elektromagnetické vlnění mohou pohlcovat molekuly, přijatá energie se bude přeměňovat na teplo. Toho se využívá v mikrovlnné troubě.

Vlastním přenašečem elektrické energie je právě elektromagnetické pole jako takové (nikoliv tedy ani napětí ani proud, což jsou pouze vnější projevy tohoto pole).

Viditelné světlo je elektromagnetické záření o vlnové délce 400–750 nm. Vlnové délky světla leží mezi vlnovými délkami ultrafialového záření a infračerveného záření. V některých oblastech vědy a techniky může být světlem chápáno i elektromagnetické záření libovolné vlnové délky. Tři základní vlastnosti světla (a elektromagnetického vlnění vůbec) jsou svítivost (amplituda), barva (frekvence) a polarizace (úhel vlnění). Kvůli dualitě částice a vlnění má světlo vlastnosti jak vlnění, tak částice. Studiem světla a jeho interakcemi s hmotou se zabývá optika.

Šíření světla

Povahu světla se pokoušeli vědci vystihnout dlouhou dobu. Např. Platon si myslel, že lidské oči jsou aktivními zdroji světla. Jeho pojetí optiky bylo přesně inverzní k dnešní paprskové optice (stejné paprsky, ale opačný směr pohybu světla). Jedním z prvních fyziků v dnešním slova smyslu byl Newton, který chápal světlo jako proud částic v mechanickém smyslu. Teorie ale byla v rozporu s experimentem, neboť podle této teorie docházelo k lomu světla od kolmice dopadu při průchodu světla z opticky řidšího prostředí do opticky hustšího (typicky vzduch-sklo). Vlnová teorie světla dokázala podat vysvětlení i mnoha jiných jevů. Částicový pohled na světlo byl znovu oživen až kvantovou fyzikou.

Od poloviny 20. století je platná teorie o dualitě částice a vlnění. Světlo se tudíž chová jako vlna, která nese kvantované množství energie.

Lom světla

Paprsky světla se při přechodu z jednoho prostředí do jiného lámou, například když světlo dopadá šikmo na průhledný materiál, jako je sklo nebo voda. Různé materiály zpomalují světlo rozdílně, takže lom nastává vždy pod jiným úhlem.

Světluškovití (latinsky Lampyridae) jsou čeleď brouků obecně známých jako světlušky. V současné době je popsáno asi 2 000 druhů v mírném a tropickém pásmu světa.

Popis

Dospělí jedinci světlušek patří k broukům u kterých se výrazným způsobem projevuje pohlavní dimorfismus. Samci světlušek mívají měkké podlouhlé tělo, které pokrývají ochlupené krovky, hlava je schována pod štítkem. Dospělé samičky nemají žádné krovky, takže se podobají larvám. Hlava samičky je ukryta pod štítkem stejně jako u samečka, od samečků je však zásadně odlišuje fakt, že samičky nemají vůbec žádné krovky. U některých druhů mohou být dospělé samičky rozlišeny od larvy pouze podle složeného oka. Ze známých druhů světlušek je jich nejvíce aktivních v noci (nocturnalita), jsou však i druhy (diurnální) aktivní ve dne i v noci. Většina diurnálních druhů nesvětélkuje, ačkoliv některé druhy zdržující se ve stinném prostředí mohou produkovat světelnou energii.

Svítiplyn je technický plyn, tvořený směsí vodíku, CO, CO₂, a dalších plynů, používaný v 19. a 20. století především ke svícení, ale i výrobě tepla. Je obdobou koksárenského plynu, ale má lepší vlastnosti, potřebné pro rozvod po městech.

Svítiplyn se používá pro osvětlování od počátku 19. století. První veřejné plynové osvětlení bylo zprovozněno 31. prosince 1813 v Londýně. Postupně se využívání tohoto plynu rozšířilo po celém světě. V Praze bylo plynové osvětlení zavedeno v roce 1847. Na přelomu 19. a 20. století byl pro svou širokou dostupnost používán i pro plnění balónů. Roku 1802 došlo i k prvnímu použití svítiplynu během vaření pro ohřívání potravy, když byl použit Zachausem Winklerem.

Rozvody svítiplynu byly prvním veřejným rozvodem energie. Po překonání nedůvěry, vyvolané několika výbuchy prvních nedokonalých zařízení, se začal svítiplyn široce využívat i pro osvětlování domácností, vytápění a vaření. Ve 20. století byl však postupně vytlačován bezpečnější elektřinou a levnějším zemním plynem.

Hromadná výroba a distribuce svítiplynu si vyžádala vybudování rozsáhlé infrastruktury plynáren, plynojemů a potrubních sítí.

Výroba svítiplynu

Svítiplyn se vyrábí uměle, buď karbonizací (vzniká jako “vedlejší” produkt v koksárnách), tlakovým zplyněním hnědého uhlí, nebo štěpením zemního plynu, a úpravou jiných plynů.

Otrava svítiplynem

Otrava svítiplynem je v podstatě otrava oxidem uhelnatým, který je ve svítiplynu obsažen v různém množství, podle toho z čeho je vyroben.
Otrávil se jím například Jiří Šlitr (+1969)

Oblouková lampa je intenzivní elektrický světelný zdroj, v němž je světlo vyzařováno elektrickým obloukem hořícím mezi dvěma elektrodami. Oblouková lampa je známa už od první poloviny 19. století. Významným způsobem k jejímu zdokonalení přispěl český vynálezce František Křižík (1847–1941). Během první poloviny 20. století byly obloukové lampy postupně vytlačovány žárovkami a dalšími postupně zdokonalovanými světelnými zdroji.

Dějiny vývoje

Prakticky současně prováděli pokusy Petrov a Lomonosov, jakož i Humphry Davy. Zažehnutí nepatrného oblouku mezi elektrodami, lisovanými z dřevěného uhlí, předznamenávalo příchod věku elektrického světla. Z hračky se díky L. Foucaultovi v roce 1842 stala použitelná lampa. Foucault jako první použil při výrobě elektrod lisovaného retortového uhlí (petrolejového koksu), vznikajícího jako odpad při výrobě svítiplynu. Uhlí se po rozemletí mísilo se sirobem, z této hmoty byly lisovány tyčinky, vypalované ve vakuu. Stejnorodost směsi určovala, jak rovnoměrně uhlíky uhořívaly a jak klidné bylo světlo.
Vzdálenost uhlíků byla zprvu nastavována ručně. Později, jak se užívání obloukových lamp rozšiřovalo, bylo nutno vyřešit samočinnou regulaci. První přístroje pracovaly na mechanickém principu hodinového strojku, jen o něco později na principu regulace elektromagnetické. Proud procházející lampou při oddálení uhlíků slábl a tím se porušila rovnováha soustavy. Pak se uhlíky k sobě zase přiblížily. Nevýhodou tohoto způsobu bylo, že k posunu docházelo vždy se zpožděním, daným setrvačností, třením atd. Ani zastavení uhlíků v potřebné poloze nenastalo ihned.

Pavel Nikolajevič Jabločkov (1847–1894) pozměnil vzájemnou polohu uhlíků revolučním způsobem. Postavil je svisle a rovnoběžně vedle sebe v malé vzdálenosti a oddělil je vrstvou kaolinu, která ubývala spolu s uhořívajícími uhlíky. Této lampě se říkalo Jabločkovova svíčka. Vydržela ale svítit jen asi 45 minut. Tuto nevýhodu zčásti odstranila konstrukce se čtyřmi „svíčkami“ v jednom svítidle, které se samočinně přepínaly.

Oheň je forma hoření. Většinou toto slovo označuje kombinaci svítivé záře a velkého množství tepla, které se uvolňuje při rychlé a samoudržující se exotermické oxidaci hořlavých plynů, které se uvolňují z paliva — hoření. Teplo a světlo je vytvářeno plameny, které se pohybují nad palivem. Oheň se zažehne, pokud je hořlavá látka vystavena teplu nebo jinému zdroji energie. Později se sám udržuje díky teplu, které produkuje. Uhasíná, pokud vyhoří všechno palivo, výrazně poklesne teplota paliva nebo se k ohni již nedostane kyslík.

Při srovnání s požárem je oheň definován jako lidmi řízené, předem plánované a kontrolované hoření, ohraničené určitým prostorem.

Plamen

Plamen je prostor s hořícími plyny.

• žlutý plamen – je svítivý, ale obvykle má nižší teplotu
• modrý plamen – je méně svítivý a teplejší

Barvu plamene mohou také ovlivnit látky, které jsou v něm přítomny. Například po vložení kuchyňské soli (chlorid sodný, NaCl) se plamen zbarví do sytě žluta (tzv. sodíkový plamen). Toho se využívá ve spektroskopii. Plamen bývá nejteplejší ve špičce (na konci).

Využití ohně

Člověk je jediné zvíře, které je cítit kouřem (Ernest Thompson Seton).

Je s lidmi odpradávna a spolu s nástroji je počátkem lidské civilizace. S ohněm se člověku dostala do ruky první obrovská síla, s jejíž pomocí začal měnit tvář země.

Pokud se vlnění dostane k rozhraní dvou prostředí, ve kterých má vlnění různou fázovou rychlost, může dojít při průchodu vlnění tímto rozhraním ke změně směru šíření vlnění. Tento jev se označuje jako lom vlnění (nebo také refrakce). Lom vlnění je obecná vlastnost vlnění vycházející z Huygensova principu.

Matematicky je zákon lomu popsán Snellovým zákonem.

Lom světla

Lom světla je optický jev, ke kterému dochází na rozhraní dvou prostředí, kterými světlo prochází. Je důsledkem různých rychlostí šíření světla v různých prostředích a kromě světla platí pro veškeré elektromagnetické záření.

Zpomalení světla oproti jeho rychlosti ve vakuu popisuje index lomu :,

kde je rychlost světla ve vakuu a rychlost světla v daném prostředí. Samotný lom světla na rozhraní dvou prostředí lze popsat v rámci geometrické optiky pomocí Snellova zákona.

Když světlo přechází z jednoho materiálu do jiného, jeho frekvence zůstává stejná, ale mění se vlnová délka. Protože index lomu závisí u většiny látek i na frekvenci světla, můžeme díky lomu na rozhraních bílé světlo rozkládat na jeho barevné složky, například pomocí hranolu. Obdobně duha vzniká v důsledku lomu slunečního záření na vodních kapkách v atmosféře.

Lom na čočce se využívá mj. v brýlích, lupách, kontaktních čočkách, mikroskopech a refrakčních teleskopech.

Analogicky se lomí např. vlnění na hladině kapaliny a akustické vlnění při průchodu rozhraním dvou prostředí s různými rychlostmi šíření.

Žárovka je jednoduché zařízení k přeměně elektrické energie na světlo. Funguje na principu zahřívání tenkého vodiče elektrickým proudem, který jím protéká. Při vysoké teplotě vlákno žárovky září především v infračervené oblasti, zčásti i ve viditelném světle. U přežhavených žárovek (projekční typy, halogeny apod.) najdeme ve spektru i ultrafialové záření, avšak baňka žárovky z obyčejného skla je pro ultrafialové záření prakticky nepropustná. Z optického hlediska se vlákno žárovky nechová jako absolutně černý zářič, ale jakoby bylo o několik set kelvinů teplejší (wolfram je selektivní zářič).

Využití a charakteristika

Obyčejná žárovka se dosud často používá v domácnostech a je také základem většiny přenosných svítidel.^[zdroj?] V automobilových světlometech nebo v domácnostech, když má být světlo soustředěno do jednoho místa, se často využívají halogenové žárovky.

Mezi hlavní výhody žárovky jako světelného zdroje patří vysoce automatizovaná výroba, vynikající podání barev (R_a = 100), možnost přímého napájení z elektrické sítě, absence zdraví škodlivých látek. Mezi nevýhody patří především nízká účinnost a měrný výkon (kolem 10-15 lm/W), krátký život a velká závislost parametrů na napájecím napětí.

Klasické žárovky mají baňku obvykle z měkkého sodno-vápenatého skla. Vnitřní prostor baňky je vyčerpán a je obvykle plněn dusíkem (někdy s příměsí argonu či kryptonu).

Historie

Vynález

Technologicky výrobu žárovky zvládl Thomas Alva Edison v roce 1879, na trh byly uvedeny žárovky v provedení s bambusovým vláknem a standardní šroubovací paticí E27 v roce 1881. Edison ale není vynálezcem žárovky. Jeho předchůdcem byl Heinrich Göbel. První pokusy se žárovkou (principiálně vznik světla žhavením materiálů průchodem elektrického proudu) lze datovat k roku 1805 (Humphry Davy). Jako datum jejího vynalezení je často uváděn rok 1854 a jméno Göbel (Goebel), ale výrobou žárovky v soudní síni Edison dokázal, že prvenství ve využití patří jemu.

Veřejné osvětlení (někdy označované zkratkou VO) je osvětlení ulic, silnic nebo jiných veřejných prostranství. Veřejné osvětlení je veřejně prospěšnou službou. Zařízení veřejného osvětlení je podle zákona o pozemních komunikacích příslušenstvím pozemních komunikací a vlastní je obec nebo správce komunikace. Mimo pozemní komunikace, například v uzavřených areálech (nemocnice, školy, závody), v budovách nebo na železničních stanicích, zřizuje a vlastní osvětlení obvykle vlastník nebo provozovatel pozemku nebo objektu.

Osvětlovací soustava zahrnuje svítidla, podpěrné a nosné prvky, elektrický rozvod, rozvaděče a ovládací systém.

Historie

Pochodně, plynové a podobné lampy

Veřejné osvětlení měla již mnohá antická města. Po jejich vzoru převzala tento výdobytek i velká města islámského středověku a později též některá evropská města. Osvětlení zprvu zajišťovaly hořící pochodně, pravidelně rozžíhané ohně v železných klecích a na pánvích nebo olejové lampy, jejichž pozdější zdokonalenou podobou byly argandské lampy.

V době rozvoje moderních měst v 19. století bylo zaváděno plynové osvětlení, zpravidla na sloupech. Například v Brně byla postavena plynárna a zřízeno plynové veřejné osvětlení v roce 1846.

Plynové lampy se obvykle spouštěly (rozsvěcely) a zhášely zásahem lampáře s dlouhou tyčí, který večer i ráno obcházel město. Postava lampáře patří nejen ke staré Praze, ale je zobrazena i v Exupéryho knize Malý Princ.

Ani v době, kdy již byly do ulic zaváděny obloukové lampy, se plynárenská lobby nevzdávala. V roce 1882 plynárna v Hannoveru při příležitosti sjezdu plynárenských a vodárenských odborníků instalovala nové Siemensovy regenerativní hořáky v Palmgarten. V jiné části města již bylo instalováno osm Křižíkových obloukovek. Podle soudobého tisku dopadlo srovnání pro obloukové lampy dobře.

Používaly se také lihové lampy, například v západočeském městě Plasy byla roku 1906 zahájena výstavba veřejného osvětlení lihovými lampami. Po roce 1920 bylo postupně nahrazováno elektrickým.

Ve 21. století se z důvodu posílení historické a romantické atmosféry obnovuje nebo udržuje plynové osvětlení v historických částech Londýna, Strassbourgu, Dublinu i Prahy. Renovované plynové lampy se již rozsvěcejí samočinně bez zásahu lampáře.