Valguskiir. Valguse sirgjooneline levimine

Valgus levib ruumis lõpliku kiirusega – valgusallika „süttimisest“ kuni tema jõudmiseni mingisse ruumipunkti kulub mingi ajavahemik. Valguse kiirus vaakumis (ka õhus) on 300 000 km/s. Pinda, mis eraldab ruumi seda osa, kuhu valgus on jõudnud osast, kus valgust veel ei ole, nimetatakse lainefrondiks.

Videos lainefrondi levimine vees

Valguslaine frondi levimise kirjeldamiseks on võetud kasutusele valguskiire mõiste – valguskiir on mõtteline joon, mis näitab valguslaine levimissuunda ruumis.

Homogeenses keskkonnas on valguskiired alati sirgjooned.

Valgusvihk

Igapäevaelus saame jälgida mitte valguskiiri, mis on mõttelised jooned, vaid valgusvihkusid, mis oma olemuselt kujutavad paljudest valgus­kiir­test koosnevaid kimpe.

Valguskiirte asetus vihus iseloomustab vihus sisalduva valguse inten­siivsust – mida tihedamalt on kiired, seda suurem on valguse inten­siivsus vastavas ruumiosas.

Valgusvihkusid on sõltuvalt valgus­kiir­te vastastikkusest asendist nendes kol­me liiki:

 

Koonduvas valgusvihus lähenevad kiired üksteisele. Valgusvihus kiirte sihis edasi liikudes (valgusallikast eemaldudes) suureneb vihus sisalduv pinnaühikule langeva valgusenergia hulk.

Hajuvas valgusvihus eemalduvad kiired üksteisest. Valgusvihus kiirte sihis edasi liikudes (valgusallikast eemaldudes väheneb vihus sisalduv pinnaühikule langeva valgusenergia hulk.

Paralleelses valgusvihus asuvad kiired üksteisest igal pool ühekaugusel. Valgusvihus pinnaühikule langeva energia ei sõltu sellest millist kohta vihus vaa­del­dakse – valgusenergia jaotus vihus on homogeenne.

Vari

Kui valguse teele jääb valgust mitte läbilaskev keha, siis valguse sirgjoonelise levimise tõttu ei pääse valgus tema taha ning sinna tekib piirkond, kus valgusenergiat ei ole (või on oluliselt vähem) – vari.

Varjupiirkonnas viibides pole valgusallikat näha või näeb seda osaliselt või näeb ainult osasid allikaid. Sellist varjupiirkonda, kuhu valgusenergiat üldse ei jõua, nimetatakse täisvarju piirkonnaks.

Varjupiirkonda, kuhu langeb valgusallika valgus osaliselt või ainult osadelt valgusallikatelt, nime­tatakse poolvarju piirkonnaks.

Kui valgusallikas on läbipaistmatust kehast palju suurem, tekib keha taha keerukas täis- (TV) ja poolvarjude (PV) süsteem. Täisvarjus viibides ei ole valgusallikat üldse näda, poolvarju piirkonnas on näha vaid mingisugune osa suurest valgusallikast.

Valguse peegeldumine. Peegeldumisseadus

Valgus levib ühtlases keskkonnas sirgjooneliselt, kuid jõudes kahe keskkonna lahutuspinnale, muu­dab valgus sellel oma levimise suunda.

Kui valgus jätkab peale levimissuuna muutust levimist samas keskkonnas, nimetatakse seda nähtust val­guse peegeldumiseks.

Valguse peegeldumisel kehtib valguse peegeldumisseadus:
(1) valguse langemisnurk on alati võrd­ne peegeldumisnurgaga
(2) langev kiir, peegeldunud kiir ning lan­­gemispunktist tõmmatud pinna­nor­maal asuvad alati samal tasapinnal

Valguse peegeldumisseadus kehtib mis­ta­hes kujuga keskkondade lahutuspindade korral.

Peeglid. Kujutised

Peegel on sileda ja tugevasti valgust peegeldava pinnaga keha, mis tekitab esemetest, sealhulgas valgusallikatest optilisi kujutisi.

Punkti, kus peale peegeldumist lõikuvad peegeldunud valguskiired, nimetatakse selle punkti tõeliseks kuju­ti­seks; punkti kus lõikuvad peegeldunud kiirte piken­du­sed – näivkujutiseks.

Seega on punkti (keha) kujutis on koht, kus me näeme asuvat punkti (keha), millelt lähtunud pee­gel­dunud valgus langeb meie silma.

Hiljem näeme, et kujutised tekivad ka kehalt lähtuva valguse murdumisel valguse üle­minekul ühest keskkonnast teise.

Peegleid liigitatakse valgust peegeldava pinna kuju põhjal tasa-, kumer- ning nõgus­peeg­li­teks. Tasapeegli korral on peegeldavaks pinnaks tasa­pind.  Kumer- ja nõguspeegli korral on peegeldavaks pinnaks aga kera pind: nõguspeeglil kera sisepind, kumerpeeglil kera välispind.

Kiirte käik peeglites

Valguse peegeldumist peegelpindadel kirjeldatakse valguse peegeldumise seaduse abil. Printsiip, et langemis ja peegeldumisnurk on alati võrdsed, kehtib igasuguse kujuga pindade puhul.

Tasapeeglile langev valgusvihk peegeldumisel oma kuju ei muuda. See tähendab, et paralleelne val­gus­vihk jääb paralleelseks, koonduv koonduvaks ja hajuv hajuvaks ka peale tasapeeglilt pee­gel­dumist.

Koonduv valgusvihk jääb tasapeeglis koonduvaks

Hajuv valgusvihk jääb tasapeeglis hajuvaks

Kui valgus langeb peeglile peegelpinnaga risti, pöörduvad ta peale peegeldumist tuldud teed pidi tagasi ning seetõttu kattuvad langev- ja peegeldunud kiir teineteisega täielikult.

Paralleelne valgusvihk jääb tasapeeglis paralleelseks

Kõverpeegli peegelpinna keskpunkti O peegli kume­ruse keskpunktiga C ühendavat sirget ni­me­tatakse peegli peateljeks.

Nõguspeeglile langev paralleelne vihk muutub peale peegeldumist koon­du­vaks. Punkti, kus nõguspeeglilt peegel­dunud kiired lõikuvad, nimetatakse selle peegli fookuseks.

Nõguspeegli peatelg ja fookus

Kumerpeeglile langev paralleelne vihk muutub peale peegeldumist hajuvaks. Punkti, kus lõikuvad kumerpeeglilt pee­ge­ldunud kiirte pikendused, nime­ta­takse selle peegli ebafookuseks.

Kumerpeegli peatelg ja (eba)fookus

Kiired, mis langevad kumer- või nõguspeeglile peegli fookuse sihis, langevad peeglile peegelpinnaga risti ning seetõttu kattuvad langev- ja peegeldunud kiir teineteisega täielikult.

Peegelpinnaga ristuvate kiirte käigud nõgus (ülemine) ja kumerpeeglil

Valguse murdumine

Homogeenses keskkonnas levib valgus ühtlase kiirusega ja sirgjooneliselt. Jõudes kahe keskkonna lahutuspiirile, muutub seal nii valguse kiirus kui ka suund – sirgest valguskiirest saab murdjoon

Nähtust, kus valgus muudab keskkondade lahutuspinnal oma levimise suunda ja siirdub ühest keskkonnast teise, nimetatakse valguse murdumiseks.

Kuna vees on valguse kiirus ca 1,33 korda väiksem kui õhus, siis on ka vees asuvalt kehalt meie silma langeva valguse suund teistsugune – me näeme osaliselt vees asuvat keha murdununa – vees asuvalt osalt meie silma langev valgus läbib silma jõudmiseks teistsuguse tee ning me näeme vees asuvat osa mitte seal kus ta tegelikult on, vaid seal kust langeb meie silma valgus.

Murdumisseadus

Valguse murdumisel kehtib murdumisseadus:
(1) valguse langemisnurga ja murdumisnurga sii­nused suhtuvad teineteisesse nagu lainete le­vimise kiirused vastavates keskkondades:

(2) langev kiir, murdunud kiir ning lange­mis­punktist tõmmatud pinnanormaal asuvad alati samal tasapinnal.

Ka valguse murdumisseadus kehtib mistahes kujuga keskkondade lahutuspindade korral.

Langemis ja murdumisnurkade siinuste jagatist nimetatakse keskkondade vaheliseks suhteliseks mur­du­mis­näitajaks. Kui üheks keskkonnaks on vaakum, nimetatakse murdumisnäitajat absoluutseks.

kus n₁₂ – keskkondade suhteline murdumisnäitaja (loe n üks-kaks); v₁ – valguse kiirus lähte­kesk­konnas, v₂ – kiirus sihtkeskkonnas.

Suhteline murdumisnäitaja iseloomustab mitu korda erineb valguse kiirus lähtekeskkonnas (I keskkonnas) valguse kiirusest sihtkeskkonnas (II keskkonnas).

kus n – keskkonna absoluutne murdumisnäitaja; v – valguse kiirus keskkonnas, c – valguse kiirus vaakumis.

Absoluutne murdumisnäitaja iseloomustab mitu korda on valguse kiirus keskkonnas aeglasem valguse kiirusest vaakumis.

Valguse dispersioon. Murdumisnäitaja seos valguse kiirusega

Vaakumis (peaaegu ka õhus) liiguvad igasuguse laine­pikkusega elektro­mag­net­lained sama kiirusega – 300 000 km/s.

Sattudes vaakumist erinevasse kesk­kon­da ilmneb, et erineva laine­pik­ku­se­ga (sagedusega) valgus murdub kesk­konnas erinevalt ehk liigub kesk­kon­nas erineva kiirusega.

Valguse kiiruse sõltuvust valguse lai­ne­pikkusest nimetatakse valguse dis­per­siooniks.

Valge valgus on oma olemuselt liitvalgus – ta sisaldab endas kõiki värve. Läbides klaasi (või mõne muu keskkonna) “lõhustub” valgus tänu dispersioonile paljudeks värvilisteks valgusteks – spektriks.

Mida väiksem on valguse lainepikkus, seda rohkem ta keskkonnas murdub. Punane (pikema laine­pikkus­ega) valgus kaldub esialgsest levimissuunast vähem kõrvale kui (lühema lainepikkusega) violetne valgus.

Võrdleme omavahel punase ja violetse valguse kiirusi keskkonnas:

Kuna langemisnurk α on mõlema värvi jaoks sama, aga γ_punane > γ_violetne, siis ka sinγ_punane > sinγ_violetne järelikult ka v_punane > v_violetne

Seega punane valgus liigub keskkonnas kiiremini kui violetne valgus.

Läätsed

Läätsed on sfääriliste (kumerate ja nõgusate pindadega piiratud läbipaistvad kehad), mille absoluutne murdumisnäitaja erineb ümbritseva keskkonna omast.

Sõltuvalt välispindade kujust, jagunevad läätsed kumer- ja nõgusläätsedeks.

Kumerläätsed on keskelt paksemad ning äärtelt õhemad

KAKSIKKUMER LÄÄTS

TASAKUMER LÄÄTS

NÕGUSKUMER LÄÄTS

Nõgusläätsed on servadelt paksemad ning keskelt õhemad

KAKSIKNÕGUS­LÄÄTS

TASANÕGUS LÄÄTS

KUMERNÕGUS LÄÄTS

Kuna läätsede murdumisnäitaja erineb ümbritseva keskkonna omast, siis läätsest läbi minev valgus murdub. Sõltuvalt sellest millisele läätsele valgus langeb võivad läätsed kas koondada või hajutada valgust.

Kumerläätsed üldjuhul koondavad valgust – neid kutsutakse seetõttu koondavateks läätsedeks

Nõgusläätsed üldjuhul hajutavad valgust – neid kutsutakse seetõttu hajutavateks läätsedeks

Läätsi, millele langev paralleelne valgusvihk muutub koonduvaks, nimetatakse koondavaks läätseks. Läätsesid, kus paralleelne vihk muutub hajuvaks aga hajutavaks läätseks.

Läätse välispindade kumeruste keskpunkte ühendavat sirget nimetatakse läätse peateljeks.

Kui läätsele peateljega paralleelselt langevad kiired murduvad läätses ning koonduvad peale läätse läbimist peateljel asuvasse läätse fookuses, on tegu koondava läätsega. Kui läätsele peateljega paralleelselt langevad kiired murduvad läätses ning hajuvad peale läätse läbimist läätse peateljel asuvasse läätse ebafookuse, on tegu hajutava läätsega.

Fookuse kaugust läätsest nimetatakse läätse fookuskauguseks f.

Fookuskaugusega on seotud läätse optiline tugevus D:

Läätse optilist tugevust mõõdetakse dioptriates (1 dpt).

Koondava läätse fookuskaugus, järelikult ka optiline tugevus loetakse positiivseks, hajutaval läätsel aga negatiivseks.

Kui läätse materjali murdumisnäitaja on ümbritseva keskkonna murdumisnäitajast suurem, siis on kumerläätsed koondavad läätsed ning nõgusläätsed hajutavad. Kui läätse materjali murdumisnäitaja on ümbritseva keskkonna murdumisnäitajast suurem, on olukord vastupidine.

Kiirte käik läätsedes

Koondav lääts:

(1) Kiir, mis langeb läätsele paralleelselt optilise peateljega murdub peatelje poole ning läbib läätse fookuse.

(2) Kiir, mis langeb läätse keskpunkti, läheb läätsest murdumata läbi

Hajutav lääts:

(1) Kiir, mis langeb läätsele paralleelselt optilise peateljega murdub läätse ebafookuse sihis peateljest eemale.

(2) Kiir, mis langeb läätse keskpunkti, läheb läätsest murdumata läbi

Kujutiste konstrueerimine peeglites ja läätsedes.

Punkti kujutise konstrueerimiseks peame joonestama vähemalt kahe punktist lähtuva kiire käigud arvestades peegeldumis- ja/või murdumisseadusi.

Kuna oleme näinud, et teatavate kiirte käik peeglis peegeldumisel või läätses murdumisel on lihtsamini ennustatav kui suvalistel, on punkti kujutise konstrueerimisel mõistlik kasutada just neid kiiri.

Eseme kujutise konstrueerimiseks tuleb konstrueerida kujutised eseme igast punktist.

Olles konstrueerinud kahe kiire käigud, tuleb leida peegeldunud või murdunud kiirte lõikepunktid. Kui kiired peale peegeldumist või murdumist hajuvad, pikendame peegeldunud/murdunud kiiri peegli/läätse taha ning leiame nende pikenduste lõikepunkti.

Kui lõikuvad peegeldunud/murdunud kiired, on tegu punkti (eseme) tõelise kujutisega. Kui lõikuvad kiirte pikendused, nimetatakse kujutist näivkujutiseks.

Kujutise konstrueerimine tasapeeglis

Tasapeegli korral eelistatud kiired puuduvad. Kujutise konstrueerimiseks tuleks valida kaks suvalist kiirt, mõõta nende langemisnurgad ning joonestada nendega võrdsed peegeldumisnurgad. Siiski on võimalik joonestusprotsessi lihtsustada kasutades ühe kiirena kiirt, mis langeb punktist peeglile risti peegelpinnaga – selline kiir pöördub peale peegeldumist tuldud teed pidi tagasi – langev ja peegeldunud kiir kattuvad.

Kujutise konstrueerimine nõguspeeglis

Nõguspeegli korral oli eelistatud kiireks peegli peateljega paralleelne kiir. See peegeldub selliselt, et peegeldunud kiired koonduvad peegli fookuses. Teise kiirena on mõistlik kasutada punktist radiaalselt (raadiuse sihis) peeglile langevat kiirt. See on peegelpinnaga risti ning pöördub peale peegeldumist tuldud teed pidi tagasi – langev ja peegeldunud kiir kattuvad.

Kujutise konstrueerimine kumerpeeglis

Ka kumerpeegli korral oli eelistatud kiireks peegli peateljega paralleelne kiir. See peegeldub selliselt, et peegeldunud kiired hajuvad peegli ebafookuse sihis. Teise kiirena on kumerpeegligi korral mõistlik kasutada punktist radiaalselt (raadiuse sihis) peeglile langevat kiirt. See on peegelpinnaga risti ning pöördub peale peegeldumist tuldud teed pidi tagasi – langev ja peegeldunud kiir kattuvad.

Kujutuse konstrueerimine koondavas läätses

Koondavas läätses olid ennustatava käiguga kiirteks (1) kiir, mis langeb läätsele paralleelselt peateljega, murdub ja läbib läätse fookust ja (2) kiir, mis langeb läätse keskpunkti, läheb läätsest murdumata läbi. Kuna kiirte käigud on pööratavad saab vajadusel kasutada ka (3) kiirt, mis langeb läätsele läbi fookuse – see murdub läätses ning jätkab levimist paralleelselt läätse peateljega.

Kujutise konstrueerimine hajutavas läätses

Hajutavas läätses olid ennustatava käiguga kiirteks (1) kiir, mis langeb läätsele paralleelselt peateljega, murdub peateljest läätse ebafookuse sihis eemale (tema pikendus läbib läätse ebafookust), (2) kiir, mis langeb läätse keskpunkti, läheb läätsest murdumata läbi. Ka hajutava läätse puhul võib vajadusel kasuta teist kiirt pööratud kujul: (3) kiir, mis langeb läätsele fookuse sihis murdub läätses ja jätkab levimist peale läätsest väljumist paralleelselt läätse peateljega

Läätse valem

Valemit, mis seob omavahel eseme kauguse (a), kujutise kauguse (k) ning läätse fookuskauguse (f) omavahel, nimetatakse (õhukese) läätse valemiks:

Kõigi kiirte lõikepunktide kaugusi mõõdetuna läätsest loetakse valemis positiivseks, kiirte pikenduste lõikepunktide kaugust mõõdetuna läätsest loetakse aga negatiivseks.

Läätse valemi saame kirjutada ka läätse optilise tugevuse (D) abil:

Läätse suurendus

Läätse suurendus (s) iseloomustab mitu korda erinevad kujutise joonmõõtmed – näiteks kujutise pikkus ekraanil (H) eseme joonmõõtmete suurusest – näiteks eseme pikkusest (h)

Saab näidata, et analoogiline seos kehtib ka kujutise kauguse (k) ja eseme kauguse (a) vahel:

Kui s>1, siis on kujutis suurendatud, kui s<1, siis vähendatud. NB! Et kujutise kaugus või teatavates olukordades olla negatiivne, tuleks rangelt võttes läätse suurenduse valemis kasutada vastavate suuruste absoluutväärtusi.

Valguse kiirgumine ja neeldumine

Valguse kiirgumise ja neeldumise kirjeldamiseks, peame mõistma aatomi siseehituse eripära.

Aatomi energia on määratud tuuma ja elektronide vastastikmõju energiatega. Siinjuures tuleb rõhutada, et aatomi energia ei saa omada suvalisi väärtusi vaid ainult kindlaid. Öeldakse, et aatomi energia on kvanditud (omab diskreetseid väärtusi). See on omakorda tingitud asjaolust, et elektronid saavad paikneda aatomist ainult kindlatel kaugusel – energiatasemetel.

Joonisel kujutatud elektroni lubatud energiatasemed on määratud peakvant­arvudega, mida kujutatakse joonisel energia teljega ristuvate joontena ning tä­his­ta­takse n=1, 2, 3 jne.

Kõige madalam energiatase (n=1) vastab elektroni minimaalsele lubatud kaugusele tuumast. Kui elektron satub kõrgemale energiatasemele (n=2, 3 jne), siis öeldakse, et aatom on ergastatud. Kuna looduses kehtib energiamiinimumi printsiip, siis püüab süsteem minna alati sellisesse olekusse, kus tema energia on minimaalne – nii ka aatom.

Kui aatom läheb kõrgema energiaga kvantolekust madalama energiaga olekusse, siis kiiratakse üks valgusportsjon – footon (kvant). Kui aatom läheb aga madalama energiaga kvantolekust suurema energiaga olekusse, siis vastav kvant neelatakse.

Kvandi energia on võrdne ühest küljest energiatasemete erinevusega:

teisalt aga võrdeline kiiratava/neelatava footoni sagedusega (f):

kus h=6,63∙10^-34Js on Plancki konstant.

Kuna iga keemilise elemendi aatom saab olla vaid temale omastes kvantolekutes, siis kiirgavad kõigi keemiliste elementide aatomid ainult neile ainuomase sagedusega (energiaga) footoneid, kusjuures sama aine poolt kiirtavate footonite spekter on identne ning seda intensiivsem, mida suurem on vaadeldava elemendi kontsentratsioon kiirguvas aines.

Valguse spektrid

Vaatlustega on kindlaks tehtud, et keha poolt kiiratav valgus koosneb erinevat värvi ja erineva kiirgusega komponentidest ehk moodustab teatava spektri. Spekter iseloomustabki kiiratava (või ka neelatava) valguse intensiivsuse jaotumist lainepikkuste (või sageduste) järgi.

Eristatakse kahte liiki spektreid:

(1) PIDEVSPEKTRID, mida kiirgavad kõik kuumad tahked kehad, vedelikud ja suure tihedusega gaasid

Pidevspektris on esindatud kõik värvid, tema kuju ole­neb aga peamiselt aine temperatuurist – mida kõrgem see on, seda suurem valgus­kiirguse inten­siiv­sus. Pidevspektri kõige intensiivsema osa põhjal on võimalik üsna täpselt määrata kindlaks kiirguva keha temperatuur. Mida kõrgem on hõõguva aine temperatuur, seda suurema sagedusega (vio­let­se­mat) valgust see aine kiirgab.

(2) JOONSPEKTRID, mida annavad kõik gaa­si­li­sed ai­ned madalal rõhul.

Kui gaas on kuum, on tegu kiirgusspektriga – helenduvad jooned tumedal taustal, kui aga gaas on külm, siis neeldumisspektriga – tumedad jooned pidevspektri taustal. On märgatud, et külm gaas neelab täpselt sama sagedusega (lainepikkusega) valgust, mida ta kuumutatult kiirgab.

Spektraalaparaadid

Seadmeid, mida kasutatakse spektrite saamiseks nende uurimise eesmärgil, nimetatakse spektraal­aparaatideks.

Spektraalaparaatideks on spektroskoop, spektrograaf ja spektro­meeter. Aparaatide erinevus seisneb valguse registreerimise viisis:

(1) spektroskoobis toimub see visuaalselt (silmaga),

(2) spektrograafis fotograafiliselt (fotoelemendile, fotopaberile) ning

(3) spektromeetris elektriliselt.

Lihtsaima spektraalaparaadi valmistamiseks on tarvis (1) valgusallikat, (2) sisenemispilu – kollimaatorit, (3) kolmnurkset klaasprismat ja (4) ekraani.

Kollimaatoris toimub valgusvihu muutmine kitsaks valgusribaks, tava­li­selt kasutatakse veel ka läätsede süsteemi, et tekkiv valgusvihk oleks võimalikult pa­ral­leelne. Paralleelne valgusvihk langeb klaasprismale, kus toimub dispersioon – valgus laguneb erineva lainepikkusega laineteks, mis väljuvad prismast erinevates suundades. Spektriks lõhustunud valgus püütakse ekraanile või mõõteseadmesse.

Spektraalaparaate kasutatakse spektraalanalüüsi abil kehade keemilise koostise kindlaks tegemiseks.

Spektraalanalüüs

Valgus tekib aatomites (täpsemalt tekitavad valgust aatomite väliskihi elektronid) – järelikult on võimalik keha poolt kiiratavat valgust – spektrit – spektraalaparaatidega uurides saada infot aatomite ja aine ehituse kohta.

Monokromaatilisel ehk kindla sagedusega (lainepikkusega) valgusel lastakse langeda uuritavale ainele, seejärel mõõdetakse kui palju ja millise sagedusega valgus aines neeldub.

Iga aine neeldumis- ja/või kiirgumisspekter (kiirgusmaksimumid erinevatel lainepikkustel) on unikaalne, seetõttu ongi nende abil võimalik kindlaks teha kehade keemilist koostist. Vastavat teadusharu nimetatakse spektraalanalüüsiks.

Spektraalanalüüsi eelisteks keemilise ees on asjaolu, et analüüsimisel ei muutu aine keemiline koostis, samuti on spektraalanalüüsi võimalik rakendada juba väga väikeste ainekoguste juures.

Tänu spektraalanalüüsile avastati Maal (aga eriti Universumis) üsna levinud keemiline element heelium. Heelium on teatavasti inertgaas, mis ei astu keemilistesse reaktsioonidesse peaaegu ühegi teise keemilise elemendiga. Seetõttu avastati heelium esmalt Päikese spektrit uurides ja alles seejärel Maal.

Tähtede spektreid uurides avastati, et enamik nendest kiirgab enam-vähem sarnase spektriga valgust. Tähed koosnevad peaasjalikult vesinikust ja heeliumist, kuid enamiku tähtede puhul oli hee­liu­mile iseloomulik joonte paar nihutatud spektri pikemalainelise ehk punasema osa suunas.

See on seletatav Doppleri efektiga – eemalduva laineallika poolt tekitatavate lainete lainepikkus muutub paigalseisva allika omast pikemaks. Tähtede puhul nimetatakse seda nähtust ka puna­nihkeks. See avastus pani aluse paisuva Universumi ning Suure Paugu teooriale.

Soojuskiirgus ja luminestsents

Soojuskiirguseks nimetatakse aatomite poolt kiiratavat elektromagnetkiirgust, kus aatomite er­gas­ta­mine toimub soojusenergia arvelt.

Mida kõrgem on aine temperatuur, seda kiiremini aineosakesed (aatomid, molekulid) liiguvad. Soo­jus­liikumise käigus aineosakesed põrkuvad ning nende põrgete tulemusena võivad mõned aatomid ergastuda. Kui ergastunud aatom läheb tagasi madalaima lubatud energianivooga põhi­olekusse, toimub elektromagnetlaine kvandi (footoni) kiirgamine.

Soojuskiirguse intensiivsus sõltub (1) keha temperatuurist – kõrgema temperatuuriga kehad kiir­ga­vad intensiivsemalt; (2) kiirgava keha pindalast – suurema pindalaga kehad kiirgavad intensiivsemalt ning (3) kiirgava keha värvusest – tumedamad kehad kiirgavad intensiivsemalt.

Soojust kiirgavad kõik soojad kehad – hõõglamp, leek, ka inimesed ja püsisoojased loomad.

Elektromagnetilist kiirgust, mis tekib aatomite ergastamisel teiste energialiikide, mitte soojuse, arvelt, nimetatakse luminestsentsiks. Kuna luminestsentsi tekkimine ei eelda kõrget temperatuuri, siis nimetatakse luminestsentsi ka „külmaks valguseks“.

Luminestsentsi liigitatakse:

(1) fotoluminestsentsiks – ergastamise allikaks on ult­ra­valgus. Fotoluminestsents on iseloomulik lumino­fooridele. Lumi­no­foor on aine (pulber, kristall, keraamika), mille neeldunud energia vabastab footonite kiirguse. Järelhelenduse kestuse järgi saab luminofoore liigitada järgmiselt: fluorofoorid ja fos­foorid. Fluorofooride puhul jälgitakse fluorestsentsi, mille kiir­guse kestvus on määratud aatomi, iooni või molekuli s.t luminestsitsentri ergastatud seisundi eluea järgi. Fosfooride puhul leiab aset fosforestsents ning selle protsessi puhul võib järelhelendus kesta ka tunde.
(2) katood­luminestsentsiks – ergastamise allikaks on kiirete elektronide juga;
(3) radioluminestsentsiks – ergastamise allikaks on radioaktiivne kiirgus;
(4) elektro­lu­minestsentsiks – ergastamise allikaks on elektriväli (ja/või elektrivool)  – fotol on näha elektolmuminestseeruvate ele­men­tidega riided;
(5) kemoluminestentsiks – ergastamise allikaks on keemiline reaktsioon  ning
(6) bioluminestentsi – ergastamise allikaks on biokeemiline reaktsioon.

Fotod erinevatest luminestsentsidest:

Evakuatsioonitee on märgistatud fotoluminessteeruva värviga – luminofooriga	Elektronkiiretorudes (vanaaegsed kineskoobid) kasutatakse helenmduse tekitamiseks katoodluminestsentsi
Varem kasutati kellade numbrilaudade pimedas nähtavaks tegemiseks radioluminestentsi – näiteks raadiumi kiirgumise energia arvelt tekitatud helendus kella numbrilaual, kuid sellega kaasnev radioaktiivne kiirgus on tervistkahjustav	Elekroluminestseeruvad elemendid riietusel saavad helendamiseks vajaliku elektrivälja energia tavaliselt väikestelt akudelt
Signaaltorukesed on täidetud erilise ainetega, mis omavahel reageerides tekitavad kemoluminestentsi	Jaanimardikate poolt kiiratav valgus on bioluminestsentsi tulemus.