Elektromagnetisch spectrum: zichtbaar licht

Het blijft altijd een zeer fascinerend natuurverschijnsel: de regenboog. Door de breking en weerkaatsing van het witte zonlicht in waterdruppels wordt het gehele kleurenspectrum die we met onze ogen kunnen waarnemen zichtbaar. De grootste bron van zichtbaar licht op aarde is afkomstig van de zon en zonder dit zonlicht was er geen leven op aarde mogelijk. Zichtbaar licht is het enige deel van het elektromagnetische spectrum wat mensen kunnen zien. Hoewel de zon wit licht uitstraalt zitten alle kleuren hierin verborgen. Onze ogen zijn gelukkig zo opgebouwd dat we deze kleuren kunnen waarnemen. Hierdoor kunnen we de wereld om ons heen in al zijn kleurenpracht aanschouwen.

Inhoud

• Eigenschappen van zichtbaar licht
• Hoe ontstaat zichtbaar licht?
• Ontdekking van zichtbaar licht
• Bronnen van zichtbaar licht
• Hoe nemen onze ogen kleuren waar?
• Toepassingen van zichtbaar licht

Eigenschappen van zichtbaar licht

Zichtbaar licht is een onderdeel van het elektromagnetische spectrum en zit qua golflengte tussen ultraviolette straling en infrarode straling in. Net als alle andere straling van het elektromagnetische spectrum reist zichtbaar licht met een snelheid van 299.792.458 meter per seconde (ofwel de lichtsnelheid afgerond op 300.000 kilometer per seconde). Het zichtbare spectrum van licht heeft een golflengte tussen 380 nanometer en 750 nanometer (in een vacuüm). De intensiteit van licht wordt de lichtsterkte genoemd, de eenheid van lichtsterkte is candela (afgekort cd). Hoewel de verschillende kleuren van het kleurenspectrum naadloos in elkaar overgaan wordt op grond van de golflengte de volgende indeling gemaakt.

Zichtbaar licht wordt niet door de atmosfeer tegengehouden zoals bijvoorbeeld gammastraling, röntgenstraling en het grootste gedeelte van de UV-straling.

Elektromagnetische straling: golf of deeltje?

Elektromagnetische straling en dus ook zichtbaar licht heeft geen medium nodig om zich voort te planten. Zo reist licht (en alle andere elektromagnetische straling ) ook voort in een vacuüm. Vanaf de 17de eeuw is er tussen wetenschappers een felle discussie gevoerd of elektromagnetische straling nu een golf was of een deeltje. Deze discussie werd beslecht in het voordeel van de deeltjestheorie. In de 19de eeuw bleek echter dat licht ook een elektromagnetische golfverschijnsel is. Tegenwoordig weten we dat elektromagnetische straling zich kan voordoen als zowel een golf als ook een deeltje.

Hoe ontstaat zichtbaar licht?

Elektromagnetische straling en dus ook licht is opgebouwd uit fotonen. Fotonen zijn pakketjes energie. Een foton ontstaat wanneer een atoom met een hoge energietoestand (aangeslagen toestand) terugvalt naar een lage energietoestand. Bij dat terugvallen zendt het atoom energie uit in de vorm van een foton, oftewel een lichtdeeltje. Atomen kunnen bijvoorbeeld in aangeslagen toestand raken wanneer de atomen genoeg verhit worden, zoals bij de verbranding van stoffen. Fotonen kunnen ook ontstaan bij processen in de atoomkern zoals bij kernfusie en kernsplitsing. Kernfusie is voornamelijk het proces waarmee de zon zijn/haar energie produceert.

Ontdekking van zichtbaar licht

Licht was al aanwezig voordat de mens bestond. Dus kunnen we wel spreken van een ontdekker van dit natuurverschijnsel? Niet echt natuurlijk. Maar we kunnen wel spreken van diegene die dit natuurverschijnsel voor het eerst onderzocht en wist te verklaren. De eerste wetenschapper die het natuurverschijnsel van licht probeerde te verklaren was de filosoof Roger Bacon uit de 13de eeuw. Deze bedacht dat het principe van het ontstaan van een regenboog hetzelfde was als wanneer zonlicht door glas of kristal heen ging. Maar het was de Engelse natuurkundige Isaac Newton die in de 17de eeuw via een prisma het kleurenspectrum uit zonlicht toonbaar maakte en beschreef. Hij was ook de eerste die het woord spectrum (Latijns voor verschijning, verschijnsel) gebruikte.

Bronnen van zichtbaar licht

Zoals hierboven beschreven is de zon de grootste bron van zichtbaar licht hier op aarde. Een tweede bron van licht op aarde is vuur, want licht ontstaat ook wanneer atomen genoeg verhit worden zoals bij vuur. Sinds wanneer de mensheid over de kunst van het vuur maken beschikt kunnen wetenschappers niet met zekerheid aanduiden. De schattingen hierover lopen uiteen van 300.000 jaren tot 800.000 jaren geleden. Toen de mens dit eenmaal goed onder de knie had was het wachten op de ontwikkeling van de kaars. Waarschijnlijk is het gebruik van kaarsen al 15 à 16 eeuwen oud, maar werd pas algemeen gebruik ten tijde van de Romeinen. De volgende ontwikkeling is het kunstlicht en dit is een stuk recenter en dateert uit de 19de eeuw. In 1854 slaagde de Duitse wetenschapper Heinrich Göbel erin om de eerste gloeilamp te maken welk een levensduur had van 400 uur. Sinds die tijd zijn de ontwikkelingen snel gegaan en kunnen wij ons een leven zonder kunstlicht bijna niet meer voorstellen.

Hoe nemen onze ogen kleuren waar?

Hoe komt het dat we met onze ogen de kleurenpracht van de natuur om ons heen kunnen waarnemen? Willen we dit uitleggen dan zal men eerst iets moeten weten over de primaire kleuren. De primaire kleuren bestaan uit rood, blauw en groen. Uit de drie primaire kleuren kan men de secundaire kleuren mengen. Dit zijn magenta, geel en cyaan. Met deze zes kleuren is het mogelijk om alle kleuren van de regenboog te maken. Ook is het mogelijk, in de juiste combinatie, om wit te krijgen, net zoals het witte licht van de zon. Wanneer alle golflengte van zonlicht ons oog tegelijk raakt dan "zien" we dus wit licht. Dit komt dus door de mix van de verschillende golflengte van het kleurenspectrum. Wit is geen kleur in de traditionele zin van het woord. Tegengesteld is natuurlijk, dat wanneer geen enkele golflengte van het zichtbare spectrum ons oog raakt dan zien we "zwart" ofwel niets. Zowel zwart, wit en alle grijstinten zijn dus geen kleuren.

De werking van onze ogen
De grootste gevoeligheid van het menselijk oog ligt bij 555 nanometer (geelgroen) bij daglicht en bij 507 nanometer (blauwgroen) bij nacht. Onze oogbol is te vergelijken met een superfototoestel waarbij de scherpte instelling volledig via zenuwenimpulsen wordt geregeld. Licht (beeld) komt via de lens binnen en komt omgekeerd op het netvlies terecht. De signalen worden via de oogzenuw naar de hersenen geleid en daar rechtop gezet.

Ons netvlies is opgebouwd uit gespecialiseerde receptoren (zenuwcellen), de zogenaamde staafjes en kegeltjes, genoemd naar hun vorm. Deze staafjes en kegeltjes bevatten lichtgevoelige chemicaliën. In elk oog zitten ongeveer 120 miljoen staafjes die worden gebruikt om zwart, wit en alle grijstinten waar te nemen. De ongeveer 7 miljoen kegeltjes worden gebruikt om kleuren waar te nemen. Echter de kegeltjes zijn maar gevoelig voor drie verschillende kleuren, u raadt het al, de primaire kleuren rood, groen en blauw. Ongeveer 60% van de kegeltjes is voor het waarnemen van rood, 30% voor groen en de overige 10% voor het waarnemen van blauw. Wanneer deze verhouding op een of andere manier verstoord is dan ervaren we dat als zijnde kleurenblindheid.

Hoe krijgen voorwerpen hun kleur?

Hoe kan het dat de wereld om ons heen uit allerlei verschillende kleuren bestaat? Waarom is een tomaat rood en een courgette groen? Dit heeft te maken met absorptie en reflectie. Wanneer we bijvoorbeeld een tomaat met rood licht beschijnen dan wordt dit rode licht weerkaatst. Wanneer we dezelfde tomaat met blauw licht beschijnen dan zullen we een (bijna) zwarte tomaat zien omdat alle blauwe lichtstralen worden geabsorbeerd. Leggen we de tomaat in het witte zonlicht dan worden alle verschillende golflengte van de verschillende kleuren geabsorbeerd behalve de rode golflengte, deze worden weerkaatst en bereiken ons oog.
.

Toepassingen van zichtbaar licht

Doordat licht, voor ons, de gewoonste zaak van wereld is staan we vaak niet stil bij alle toepassingen die ervoor zijn ontwikkeld. Zonder licht was er zelfs geen leven op aarde mogelijk. Ons hele bestaan is afhankelijk van zonlicht. Ons bioritme wordt er onder andere door bepaald. Zo gebruiken planten, algen en bacteriën door middel van fotosynthese de energie uit zonlicht om koolstofdioxide om te zetten in koolhydraten zoals glucose.
Andere toepassingen van licht, zowel zonlicht als kunstlicht zijn:

• Lichttherapie, licht is namelijk ook van invloed op onze gemoedstoestand.
• Zonnepanelen, voor het opwekken van energie.
• Lampen, voor de verlichting in huis
• Lasers, voor o.a. het gebruik in cd, dvd en blue-ray spelers.
• Laser, voor afstandsbepaling in de sterrenkunde.
• Glasvezelkabel, voor telecommunicatie en datacommunicatie.
• TV en computerschermen.
• Spectroscopie, om stoffen te onderzoeken op grond van hun spectrum.

Lees verder

• Het elektromagnetisch spectrum
• Elektromagnetisch spectrum: gammastraling
• Elektromagnetisch spectrum: röntgenstraling
• Elektromagnetisch spectrum: ultraviolette straling
• Entropie, de orde of wanorde van energie