Svar:
Att gräset är grönt beror på att klorofyll inte absorberar det gröna ljuset. Det är ljus av andra våglängder som absorberas. Figuren nedan från Wikimedia Commons visar absorptionen för två olika sortes klorofyll. Som synes är det medelvåglängder som inte absorberas, och dessa uppfattar ögat som grönt. Se vidare Klorofyll och Chlorophyll.

Man kan använda detta faktum att växterna alltså bara kan tillgodogöra sig två våglängder (rött och blått) genom att använda speciellt avstämda lysdioder som belysning, se länk 1. Man spar alltså en massa energi genom att bara belysa med de våglängder växterna kan tillgodogöra sig, jämfört med att använda en vanlig glödlampa som till en stor del strålar i våglängder växterna inte han någon nytta av.

Här är en video från Lunds universitet om växternas färseende och användning av lysdioder i växthus:



Länk 2 är från ett företag som tillhandahåller LED-belysning för växthus.

/fa2010_2

/Peter E 2002-10-25

Svar:
Denna fråga orsakade mycket bryderi! Ränder eller fransar får en fysiker omedelbart att tänka på interferens. Men det är antagligen inte korrekt (din begäran av det vetenskapligt korrekta svaret skrämmer oss :-).

Anledningen till att vi inte tror att det är interferens är att effekten är oberoende av ljuskällan. Man skulle vänta sig att en laserljuskälla skulle visa effekten tydligare än t.ex. solen eller en glödlampa. Dessutom, om man får interferensfransar med en glödlampa, så skulle man vänta sig att de olika färgerna skulle vara förskjutna i förhållande till varandra. Det mönster man ser är emellertid bara gråtoner.

Man kan se effekten ganska bra på följande enkla vis: Skym en ljuskälla med ett finger. Nära fingret (som inte skall vara belyst från det håll ögat är) kan du se grå ränder. Effekten syns egentligen mer generellt än så: vid alla skarpa övergångar från ett ljust fält till ett mörkt fält.

Det du ser är ganska säkert Machs band (eng. Mach bands). Effekten upptäcktes av Ernst Mach (samma gubbe vars namn givit namn år en hastighetsenhet mach 1 = ljudhastigheten). Effekten har att göra med hur sensorerna i ögat är konstruerade. Det är inte så enkelt att utsignalen till hjärnan är direkt relaterad till insignalen (ljusintensiteten) i en punkt. Varje sensor är omgiven av en inhibitor (undertryckande sensor).

Ögat har ett fantastiskt dynamiskt område (fungerar bra både i starkt och svagt ljus). Till en del beror detta på att bländaren (pupillen) ändras, men också på de ovan beskrivna inhibitorerna.

För en mer detaljerad förklaring se Mach bands eller sök på 'Mach bands' på webben.
Tack bland annat Sven-Göran, Elisabeth och Göran för funderingar och diskussioner!

Tack Aneth och Karin för en rolig och utmanade fråga!
/Peter E 2003-10-13

Svar:
Hej Thor! Mycket intressanta frågor du ställer!

Ultraviolett strålning är elektromagnetisk strålning vars våglängd är kortare än det synliga ljusets, se nedanstående figur. Den som utsätts för strålning kan drabbas av så kallad snöblindhet (se Snöblindhet) och långvarig överexponering är en stor riskfaktor för hudcancer (se Malignt_melanom).

Farligheten hos UV-strålning beror helt på hur stark lampan är och hur du riktar den. Om du riktar den mot marken och inte mot ansiktet är det inte farligt om det är en standardlampa som säljs fritt i Sverige. UV-ljuset reflekteras ganska dåligt.

Fluorescens och fosforescens är nästan samma sak, men fosforescens har större fördröjning. Vad som sker är att UV-ljus exciterar atomer till ett exciterat tillstånd. Detta sönderfaller genom att sända ut ljus av längre våglängd (mindre energi).

Fluorescens kommer av fluorit (flusspat, CaF₂) som uppvisar effekten. Fosforescens kommer av fosfor eftersom en viss sorts fosfor är fosforiserande.

För mer information, se artiklarna i Wikipedia Fluorescence och Phosphorescence.

/Peter E 2003-10-01

Svar:
Mia! Mycket intressant observation! Jag har utfört följande experimentet med hjälp av min assistent (frugan):

Placera ett ljus på ett bord och placera en lampa så att skuggan av ljuset faller på väggen. Tänd ljuset. Man ser då förutom skuggan av ljuset även skuggan av något som verkar vara rök ovanför ljuset. Men om man tittar direkt på ljuset syns ingen rök! Man får en tydligare effekt om man fläktar lite så att ljuslågan rör sig. Vad är det man ser?

Förklaringen är att den varma luften som stiger från ljuset har lägre densitiet (är tunnare) än resten av luften. Ljus som passerar områden med varierande densitet bryts och reflekteras. Föreställ dig en ljusstråle som går från lampan, genom området ovanför ljuset och fram till väggen. En liten del av detta ljus sprids/reflekteras så det inte hamnar där det skulle. Det blir alltså lite mörkare, och denna "skugga" uppfattas som rök.

Detta är samma effekt du kan se på en uppvärmd väg eller i öknen. Luftspegling och hägringar beror på samma effekt: brytning/totalreflektion i områden där luftens densitet ändras.
/Peter E 2003-10-05

Svar:
Vid reflexion ändras både ljusets intensitet och polarisation.
När en ljusstråle träffar
gränsytan på ett genomskinligt medium kommer en del av
ljuset att brytas och en
del av ljuset att reflekteras. Om ljuset faller in mot gränsytan så att den brutna
strålen och den reflekterade strålen är vinkelräta mot varandra,
så kommer det
reflekterade ljuset att vara planpolariserat.
Infallsvinkeln som uppfyller sambandet, och alltså ger 100% polariserat reflekterat ljus,
kallas för brewstervinkeln.

Om det i brewstervinkeln infallande ljuset är planpolariserat vinkelrätt mot infallsplanet kommer allt ljus att brytas ner i mediet med högre brytningsindex och inget ljus reflekteras.

Vi tar en mycket enkel modell av spridningen, se nedanstående figur: den inkommande vågens E-fält (som definieras som polarisationsriktningen) sätter elektroner i svängning i gränsytan. Komponenten som är parallell med normalen får elektronerna att svänga nästan i den riktning som den reflekterade strålen går (exakt för Brewstervikeln). En dipol strålar inte i denna riktning. Det betyder att den med infallsplanet parallella komponenten inte reflekteras, utan måste gå in i mediet. Den andra komponenten - som reflekteras utmärkt - tas om hand av polaroidglasögonen. Alltså ser vi inget reflekterat ljus.

Se vidare Brewster's_angle.

/Peter E 2003-10-03

Svar:
Det beror på hur ögat är konstruerat. Synceller består av två typer: tappar som finns i tre varianter och kan se färger och stavar som inte ser färg men som är känsligare.

På natten fungerar bara stavarna eftersom tapparna kräver mer ljus. Du är därför färgblind på natten.

Svaret på din andra fråga är att det centralt på näthinnan finns mycket tappar och färre stavar. Detta för att ge bra färgseende. I utkanten av näthinnan finns många stavar, dvs mörkerseendet är bättre där.

Observera att stavarna är inaktiverade när belysningen är god. Det tar flera minuter i mörkret innan du ser bra. Detta kallas ögats mörkeradaption. Det finns andra intressanta egenskaper vad gäller synfunktionen hos människan, se förklaringen till Machs band i Mach bands.

Man kan fråga sig varför ögat av evolutionen utvecklats på detta sätt med stavar som är färgblinda. Det beror ganska säkert på att stavarna kan göras känsligare (är mer effektiva detektorer) eftersom de kan detektera allt infallande ljus medan tapparna bara detekterar ljus av en viss våglängd.
/Peter E 2003-10-22

Svar:
Det kan man inte. Planck själv förstod den inte :-). Jag bara skojar det gjorde han naturligtvis, men han tyckte inte om den.

För att kunna förklara intensiteten vid korta vÃ¥glängder (ultraviolettkatastrofen¹ i den klassiska teorin, se Ultraviolet_catastrophe), var han tvungen att postulera att strÃ¥lningen bara kunde utsändas i speciella kvanta med energin

E = hv

där h är Plancks konstant och v är strålningens frekvens.

På så sätt fick han fördelningen att gå mot noll även för korta våglängder, se nedanstående figur. Det finns en ganska bra härledning i Krane, Modern Physics. ISBN: 0-471-82872-6 (McMurry, Quantum Mechanics ISBN 0-201-54439-3).

Plancks strålningslag (Planck's_law) är fördelningen i våglängd hos en svartkroppsstrålare:



där B är utstrålad effekt, T är svartkroppens absoluta temperatur, k_B är Boltzmanns konstant, h är Plancks konstant och c är ljushastigheten.

När man fått fram uttrycket för Plancks strålningslag är det relativt lätt att med hjälp av ett matematikprogram (Maple eller Mathematica) härleda Stefan–Boltzmanns lag (Stefan-Boltzmann_law)

P = e sT⁴

genom att integrera Planck-kurvan. T är absoluta temperaturen, e är emissiviteten och

s = 5.67 10^-8 J s^-1 m^-2 K^-4

är Stefan-Bolzmanns konstant.

Wiens förskjutningslag (Wien's_displacement_law)

l_maxT = 2.898×10^&8722;3 m·K

härleds genom att derivera med avseende på våglängden och sätta derivatan lika med noll för att få maximum.

Se även fråga [14668] och Black Body Radiation.

_______________________________________________________________

¹ Man ser i nedanstÃ¥ende figur att problemet med den klassiska teorin är att strÃ¥lningen för höga frekvenser (korta vÃ¥glängder) överskattas vÃ¥ldsamt. Anledningen är att det klassiska teorin bara tar hänsyn till att det finns fler tillstÃ¥nd med korta vÃ¥glängder än lÃ¥nga (kort vÃ¥glängd betyder att fler stÃ¥ende vÃ¥gor fÃ¥r plats i kaviteten).

Plancks antagande att energin hos en foton (ett begrepp som senare infördes av Einstein) beror av frekvensen (E=hv) betyder att det "kostar" energi att göra höga frekvenser. Vi får då en dämpande faktor given av boltzmannfördelningen (Boltzmannfördelning)

e^-E/kT.

Med denna korrektion får man ovanstående planckfördelning vilken stämmer mycket bra med experimentella observationer.

/Peter E 2003-11-11

Svar:
Bra fråga Catharina!

Solens "yta" (fotosfären) sänder ut temperaturstrålning, dvs elektromagnetisk strålning som utsänds från varje kropp med temperatur över absoluta nollpunkten. Maximum för denna fördelning ligger i gult för solytans temperatur, c:a 6000 grader. Temperaturstrålningen för en s.k. absolut svart kropp (en kropp som absorberar all strålning som kommer in) beror bara på temperaturen, inte sammansättningen. Spektrum för temperaturstrålningen visas nedan för några temperaturer; figuren kommer från Radiation Laws.

Genom att mäta upp vid vilken våglängd maximum ligger, kan man bestämma temperaturen hos en kropp. Det är så man bestämt solytans temperatur till c:a 6000^oC.

En gaslåga sänder ut ett
linjespektrum, dvs ett spektrum som består av spektrallinjer. Vilka linjer som utsänds beror på atomernas egenskaper. Så färgen på gaslågan beror på atomernas energinivåer.

Försök: tänd en bunsenlåga och justera den så den är blå. Kasta lite koksalt i lågan. Vad händer? Effekten beror på natriumet i NaCl.

Se vidare temperaturstrålning och
linjespektrum i Nationalencyklopedin. Temperaturstrålning (även kallad svartkroppsstrålning, ett begrepp som är förvirrande) behandlas även i Svartkropp.

/Peter E 2003-11-13

Svar:
Funktionaliteten hos en lysdiod beskrivs bra i Dioder. Wikipedias artikel Led innehåller mycket information och bra länkar.

För att få vitt ljus kan man ha flera lysdioder av olika färg (röd, grön, blå). Dessa kan då blandas till en godtycklig färg, inklusive vitt.

För att ersätta glödlampor använder man ofta fluorescens för att göra om blått ljus (som har det högsta energiinnehållet) till andra färger. Detta är samma metod som används i lysrör och lågenergilampor. Bilden nedan (från Wikipedia-artikeln ovan) visar hur spektrum ser ut. Den smala toppen vid 450 nm är det blå ljuset från dioden och den breda fördelningen vid längre våglängder från fluorescensen gör att ljuset uppfattas som någotsånär vitt.

Det finns två fördelar med att använda lysdioder för belysning. För det första håller de mycket längre (c:a 100000 timmar jämfört med c:a 1000 timmar för en glödlampa och c:a 10000 timmar för ett lysrör). För det andra går nästan 100% av den elektriska energin till produktion av ljus. För en glödlampa är denna effektivitet mindre än 5% - mer än 95% blir värme. För fluoriserande vita lysdioder har man lite förluster som uppkommer när man skiftar det blå ljuset till ljus med lägre energi (längre våglängd) - effekten kallas Stokes-förskjutning, se Stokes_shift.

Vad gäller priset så finns nog ett antal förklaringar. Dels är lysdioder som ger blått ljus (som behövs för att göra vitt ljus) svåra att tillverka. Lysdioder tillverkas under extremt rena förhållanden, för att materialen inte skall kunna ta skada av störande partiklar som försämrar deras funktion. Sedan är produkterna relativt nya - med mer konkurrens kommer de säkert att bli billigare. Dessutom kommer man säkert snart på hur man skall tillverka dem billigare.

PS 7/10/2014:
Nobelpris i fysik 2014 för blå lysdioder, se länk 1.

/Peter E 2003-12-22

Svar:
Jag tolkar frågan så, att du vill veta hur det kommer sig att ljus som träffar en spegel reflekteras eller ljus som går igenom en lins kan t.ex. fokuseras eller böjas av?

Ljus kan beskrivas som en elektromagnetisk vågrörelse. När en sådan ljusvåg kommer in mot en yta av något material kan olika saker hända: den kan reflekteras, absorberas eller böjas av...
Vad som sker beror bl.a. på ytans beskaffenhet (slät eller skrovlig), ljusets färg och infallsvinkel, och förhållandet mellan brytningsindex hos linsen och omgivningen (oftast luft). Ett materials brytningsindex talar om hur snabbt ljuset kan ta sig fram i materialet, och har att göra med materialets inre struktur och sammansättning. Luft har brytningsindex 1.0, medan vatten har ca 1.3 och glas 1.5-1.6.

Linser består oftast av glas eller plast som formats på ett speciellt sätt så att de får "runda" ytor. T.ex. kan de vara konvexa eller konkava - formade som utsidan eller insidan på en kupad hand. Formen har stor betydelse för vinkeln mellan först det inkommande ljuset och ytan, och sedan för den vinkel gentemot ytan på linsens baksida där ljuset kommer ut.

Se vidare länken nedan.

Vanliga speglar fungerar på ett litet annorlunda sätt. De består oftast av en klar glasskiva med ett tunt metallskikt på baksidan. Glaset är till för att skydda metallytan - det är den som är den egentliga spegeln. Metallen innehåller "fria" elektroner (som inte är bundna till någon speciell metallatom), och när ljusvågorna växelverkar med elektronerna i metallytan blir effekten att nästan inget ljus kan tränga in i metallen - det reflekteras istället. Om spegelytan är plan ser man en tydlig spegelbild, men om ytan är skrovlig eller ojämn kastas det reflekterade ljuset ut i olika riktningar vilket gör spegelbilden otydlig.

För att beräkna vad som händer med speglar och linser använder man sig av stråloptik. Man följer då den väg ett litet antal strålar tar, och man kan på så sätt få fram hur bilden ser ut. Se vidare PowerPoint presentationen Stråloptik från Malmö högskola. Bilden nedan visar vad som händer med en positiv lins.

/Margareta H/Peter E 2004-01-23