แหล่งกำเนิดและสมบัติของแสง

ปิดหลอดไฟ หนังสือยังอยู่บนโต๊ะแต่เรามองไม่เห็นแล้ว สิ่งใดต้องเดินทางจากแหล่งกำเนิดถึงหนังสือ แล้วถึงตา จึงจะมองเห็นวัตถุ?

เรามองเห็นหลอดไฟจากแสงที่มันปล่อยเอง วัตถุที่ปล่อยรังสีที่มองเห็นได้ของตัวเองเรียกว่าแหล่งกำเนิดแสง ดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์เป็นแหล่งธรรมชาติ หลอดไฟและเทียนที่จุดแล้วเป็นแหล่งที่มนุษย์สร้าง แสงนำพลังงานออกไป การปล่อยแสงจึงต้องมีการเปลี่ยนพลังงาน หลอดไฟใช้พลังงานไฟฟ้า ส่วนเทียนใช้พลังงานเคมี แสงที่มองเห็นได้เป็นส่วนหนึ่งของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่รู้จักแล้ว

แสงจากหลอดไฟตกบนหนังสือ บางส่วนถูกดูดกลืน บางส่วนสะท้อนและกระเจิงไปหลายทิศ เมื่อแสงส่วนหนึ่งถึงตา เราจึงเห็นหนังสือ หากขวางทางจากหลอดไฟถึงหนังสือหรือจากหนังสือถึงตา เงื่อนไขการมองเห็นจะเปลี่ยน หนังสือธรรมดามองไม่เห็นในความมืดสนิทเพราะไม่มีแสงที่มองเห็นได้จากมันมาถึงตาเพียงพอ ไม่ใช่เพราะมันหายไป ตารับแสง ไม่ได้ส่งรังสีไปส่องวัตถุ

ดวงจันทร์สว่างจนดูเหมือนสร้างแสงเอง แต่เมื่อติดตามพลังงาน แสงอาทิตย์ตกบนพื้นผิวดวงจันทร์แล้วบางส่วนสะท้อนมาถึงเรา ในช่วงที่มองเห็นได้จึงถือว่าดวงจันทร์เป็นวัตถุที่ได้รับแสงเป็นหลัก ข้อนี้ไม่ได้ปฏิเสธว่ามันแผ่รังสีความร้อนเองในช่วงอื่น ต้องระบุว่ากำลังอธิบายแสงชนิดใด การมองเห็นวัตถุไม่ได้แปลว่ามันสร้างรังสีที่มองเห็นได้อย่างชัดเจนเอง

แสงที่ถูกดูดกลืนไม่เดินทางเป็นลำเดิมต่อไป แต่พลังงานยังคงอยู่ อาจเพิ่มพลังงานภายในวัตถุ เริ่มกระบวนการเคมี หรือเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าในเซลล์สุริยะ พื้นผิวที่รับแสงจึงร้อนขึ้นได้ และแสงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอื่นได้ด้วย ผลขึ้นอยู่ทั้งปริมาณแสงที่ตกกระทบ ส่วนของแสงที่วัสดุดูดกลืน และรูปแบบพลังงานที่เปลี่ยนไป

หลอดไฟสองดวงอาจระบุวัตต์เท่ากันแต่ลูเมนต่างกัน วัตต์มักบอกกำลังไฟฟ้าที่ใช้ ไม่ใช่ผลที่มองเห็น ฟลักซ์ส่องสว่าง Φv ประเมินกำลังของรังสีที่มองเห็นโดยถ่วงน้ำหนักตามความไวของตามนุษย์ต่อสีต่าง ๆ หน่วยคือลูเมน lm แหล่งกำเนิดต่างชนิดเปลี่ยนพลังงานเข้าเป็นแสงที่มองเห็นด้วยประสิทธิภาพต่างกัน จึงเปรียบเทียบปริมาณแสงที่มองเห็นจากกำลังไฟฟ้าอย่างเดียวไม่ได้

ใช้ฟลักซ์ส่องสว่างเท่าเดิมแล้วรวมเป็นลำแคบลงบนจุดเล็ก จากนั้นกระจายให้ทั่วห้อง จำนวนลูเมนรวมอาจเท่าเดิม แต่ตำแหน่งหนึ่งบนโต๊ะรับแสงต่างกัน ทิศทาง ระยะทาง พื้นที่ที่กระจาย และสิ่งกีดขวางล้วนมีผล ฟลักซ์ส่องสว่างบอกลักษณะของแหล่งกำเนิดโดยรวม เพียงค่านี้ยังไม่บอกว่าบริเวณพื้นผิวที่เลือกจะได้รับแสงเท่าใด

ในห้องมีหลอดไฟเปิดอยู่และกระดาษขาววางบนโต๊ะ เหตุใดจึงเห็นกระดาษได้จากหลายทิศ?

ติดตามเส้นทางพลังงาน หลอดไฟปล่อยแสงเองและบางส่วนตกบนกระดาษขาว

พื้นผิวขรุขระสะท้อนแสงไปหลายทิศ รังสีจากกระดาษจึงเข้าตาผู้สังเกตที่อยู่ต่างตำแหน่งได้

กระดาษไม่จำเป็นต้องปล่อยแสงที่มองเห็นได้ชัดเจนเอง เมื่อนำแสงตกกระทบและแหล่งอื่นออก กระดาษธรรมดาจะมองไม่เห็น แม้พื้นผิวยังอยู่

เห็นกระดาษได้เพราะสะท้อนแสงหลอดไฟแบบกระจาย ผู้สังเกตแต่ละคนรับส่วนต่าง ๆ ของลำแสงที่สะท้อน

อธิบายการมองเห็นโดยติดตามทางจากแหล่งกำเนิดผ่านวัตถุถึงตา

แสงส่งพลังงาน และการดูดกลืนเปลี่ยนพลังงานนั้นเป็นรูปแบบอื่น

ลูเมนอธิบายแสงที่มองเห็นโดยคำนึงถึงการมองเห็น ส่วนวัตต์ที่ใช้และแสงบนโต๊ะจุดหนึ่งเป็นลักษณะอื่น

ต่อไปจะใช้รังสีแทนการเดินทางของแสงเพื่อสร้างภาพเงา