Sir Isaac Newton ließ weißes Licht der Sonne durch eine kleine Öffnung in einem Fenster in einen dunklen Raum eindringen und platzierte ein Glasprisma im Pfad der Lichtstrahlen. Das aus dem Prisma austretende Licht wurde auf einem weißen Bildschirm empfangen. Er beobachtete, dass sich auf dem Bildschirm ein farbiger Fleck wie ein Regenbogen bildete. Dieser Patch wurde als Spektrum bezeichnet. Von der Seite der Prismenbasis ausgehend sind die Farben im Spektrum auf dem Bildschirm in der folgenden Reihenfolge dargestellt:
Violett, Indigo, Blau, Grün, Gelb, Orange und Rot.
Das Spektrum ist das farbige Band, das auf einem Bildschirm entsteht, wenn weißes Licht durch ein Prisma fällt. Für dieses Experiment kam Newton zu dem Schluss, dass weißes Licht eine Mischung aus sieben Farben ist. Das Prisma erzeugt keine Farben, sondern trennt lediglich die Farben, die bereits im weißen Licht vorhanden sind. Wenn also weißes Licht durch ein Prisma geleitet wird, spaltet es sich in verschiedene Farben auf. Die Aufspaltung von weißem Licht in verschiedene Farben wird als Lichtdispersion bezeichnet.
1. Die Lichtstreuung erfolgt nur an der ersten Oberfläche des Prismas. 2. Die Lichtstrahlen werden an beiden Oberflächen des Prismas gebrochen. 3. Das Prisma erzeugt keine Farben, es spaltet nur die verschiedenen Farben auf, die im auf das Prisma einfallenden Licht vorhanden sind. 4. Im Spektrum ist jede Farbe mit der anderen Farbe gemischt, dh es gibt keine scharfe Grenzlinie, die die Farben trennt. Im Diagramm sind die Farben aus Gründen der Übersichtlichkeit weit voneinander entfernt dargestellt. Die Gesamtstreuung der Farben ist viel geringer als im Diagramm dargestellt. Unterschiedliche Farben haben unterschiedliche Breiten auf dem Bildschirm. 5. Im Spektrum des weißen Lichts hat die rote Farbe die längste Wellenlänge von 8000 Å (oder 8 × 10 –7 m ) oder die niedrigste Frequenz von 3,74 × 10 14 Hz und die violette Farbe hat die kürzeste Wellenlänge von 4000 Å (oder 4 x 10 -7 m) oder höchste Frequenz 7,5 x 10 14 Hz. Vom violetten Ende zum roten Ende des Spektrums nimmt die Wellenlänge zu, während die Frequenz abnimmt. |
Das weiße Licht der Sonne besteht aus sieben markanten Farben, nämlich Violett, Indigo, Blau, Grün, Gelb, Orange und Rot. Die Lichtgeschwindigkeit aller Farben in Luft oder Vakuum ist gleich, unterscheidet sich jedoch in einem transparenten Medium wie Glas oder Wasser. Die Geschwindigkeit von violettem Licht ist minimal und die von rotem Licht maximal, daher ist der Brechungsindex des transparenten Mediums für verschiedene Farben unterschiedlich.
Da µ = (Lichtgeschwindigkeit in der Luft) ∕ (Lichtgeschwindigkeit im Medium)
Der Brechungsindex eines Mediums ist also für violettes Licht maximal und für rotes Licht minimal. Wenn also weißes Licht in ein Prisma eintritt, zerfällt es durch Brechung an der ersten Oberfläche des Prismas in seine Grundfarben. Wenn diese Strahlen auf die zweite Prismenoberfläche treffen, werden sie weiter gebrochen und diese Farben werden weiter voneinander entfernt.
Wenn Licht von der Sonne in die Erdatmosphäre eindringt, wird es durch die in der Erdatmosphäre vorhandenen Staubpartikel und Luftmoleküle gestreut (dh das Licht breitet sich in alle Richtungen aus). Die Lichtstreuung wurde erstmals vom Wissenschaftler Rayleigh untersucht.
Streuung ist der Prozess der Absorption und anschließenden Wiederemission von Lichtenergie durch die in der Atmosphäre vorhandenen Staubpartikel und Luftmoleküle.
Die Luftmoleküle, deren Größe kleiner als die Wellenlänge des einfallenden Lichts ist, absorbieren die Energie des einfallenden Lichts und geben sie dann ohne Änderung ihrer Wellenlänge wieder ab. Die Lichtstreuung ist nicht für alle Wellenlängen des einfallenden Lichts gleich. Die Intensität des Streulichts ist umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Lichtwellenlänge \(I \propto 1/_{\lambda^4}\) .
Da die Wellenlänge des violetten Lichts am kleinsten und die des roten Lichts am größten ist, wird das violette Licht am stärksten und das rote Licht am wenigsten gestreut ( violettes Licht wird fast 16-mal stärker gestreut als rotes Licht) . Dies bedeutet, dass das Licht der Sonne, wenn es die Erdoberfläche erreicht, eine geringere Intensität des Lichts des violetten Endes und eine größere Intensität des Lichts des roten Endes aufweist. Das Luftmolekül, dessen Größe größer als die Wellenlänge des einfallenden Lichts ist, streut das Licht aller Wellenlängen des weißen Lichts im gleichen Maße.
Das Licht der Sonne muss eine weite Strecke von der Erdatmosphäre zurücklegen, bevor es die Erdoberfläche erreicht. Während Licht durch die Atmosphäre wandert, wird es von den Luftmolekülen in verschiedene Richtungen gestreut. Blaues oder violettes Licht wird aufgrund seiner kürzeren Wellenlänge im Vergleich zu anderen Lichtfarben stärker gestreut. Das Licht, das direkt von der Sonne auf unser Auge trifft, ist reich an Rot, während das Licht, das aus allen anderen Richtungen unser Auge erreicht, hauptsächlich blaues Licht ist. Daher wird der Himmel in einer anderen Richtung als der Richtung der Sonne als blau gesehen.
Die Entstehung eines Regenbogens ist ein natürliches Beispiel für die Streuung von weißem Licht. Nach einem Regenschauer bleiben zahlreiche Wassertröpfchen in der Luft schweben. Jeder Tropfen fungiert als Prisma. Wenn Sonnenlicht auf diese Tröpfchen fällt, spalten sie sich in sieben Farben auf. Das gestreute Licht einer großen Anzahl von Tröpfchen bildet einen Regenbogen
Verwendung von rotem Licht als Gefahrensignal
Da die Wellenlänge des roten Lichts am längsten ist, wird das Licht an den Luftmolekülen der Atmosphäre am wenigsten gestreut. Daher kann das Licht roter Farbe im Vergleich zu Licht anderer Farben über eine größere Distanz eindringen, ohne schwach zu werden. Daher wird bei Gefahrensignalen rotes Licht verwendet, damit das Signal auch bei Nebel usw. aus großer Entfernung sichtbar ist.
Nehmen Sie eine runde Pappscheibe und teilen Sie sie in sieben Sektoren. Anschließend bemalen Sie die Sektoren mit den sieben Farben Violett, Indigo, Blau, Grün, Gelb, Orange und Rot.
Drehen Sie die Disc schnell, Sie werden feststellen, dass die Disc weiß erscheint!
Dies zeigt, dass Violett, Indigo, Blau, Grün, Gelb, Orange und Rot die sieben Grundfarben des weißen Lichts sind und in Kombination den Weißeffekt erzeugen.
