Видимое излучение
Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок [1] [2] спектра с длинами волн приблизительно от 380 (фиолетовый) до 780 нм (красный) [3] . Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова). [4] Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра.
В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг. Таких оттенков, как розовый или маджента, нет в спектре видимого излучения, они образуются от смешения других цветов.
Видимое излучение также попадает в «оптическое окно», область спектра электромагнитного излучения, практически не поглощаемая земной атмосферой. Чистый воздух рассеивает голубой свет несколько сильнее, чем свет с большими длинами волн (в красную сторону спектра), поэтому полуденное небо выглядит голубым.
Многие виды животных способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящему в видимый диапазон. Например, пчёлы и многие другие насекомые видят свет в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар на цветах. Растения, опыляемые насекомыми, оказываются в более выгодном положении с точки зрения продолжения рода, если они ярки именно в ультрафиолетовом спектре. Птицы также способны видеть ультрафиолетовое излучение (300—400 нм), а некоторые виды имеют даже метки на оперении для привлечения партнёра, видимые только в ультрафиолете. [5] [6]
Содержание
История
Первые объяснения спектра видимого излучения дали Исаак Ньютон в книге «Оптика» и Иоганн Гёте в работе «Теория Цветов», однако ещё до них Роджер Бэкон наблюдал оптический спектр в стакане с водой. Лишь спустя четыре века после этого Ньютон открыл дисперсию света в призмах. [7]
Ньютон первый использовал слово спектр (лат. spectrum — видение, появление) в печати в 1671 году, описывая свои оптические опыты. Он сделал наблюдение, что когда луч света падает на поверхность стеклянной призмы под углом к поверхности, часть света отражается, а часть проходит через стекло, образуя разноцветные полосы. Учёный предположил, что свет состоит из потока частиц (корпускул) разных цветов, и что частицы разного цвета движутся с различной скоростью в прозрачной среде. По его предположению, красный свет двигался быстрее чем фиолетовый, поэтому и красный луч отклонялся на призме не так сильно, как фиолетовый. Из-за этого и возникал видимый спектр цветов.
Ньютон разделил свет на семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, индиго и фиолетовый. Число семь он выбрал из убеждения (происходящего от древнегреческих софистов), что существует связь между цветами, музыкальными нотами, объектами Солнечной системы и днями недели. [8] [9] Человеческий глаз относительно слабо восприимчив к частотам цвета индиго, поэтому некоторые люди не могут отличить его от голубого или фиолетого цвета. Поэтому после Ньютона часто предлагалось считать индиго не самостоятельным цветом, а лишь оттенком фиолетового или голубого (однако он до сих пор включён в спектр в западной традиции). В русской традиции индиго соответствует синему цвету.
Гёте, в отличие от Ньютона, считал, что спектр возникает при наложении разных составных частей света. Наблюдая за широкими лучами света, он обнаружил, что при проходе через призму, на краях луча проявляются красно-желтые и голубые края, между которыми свет остаётся белым, а спектр появляется, если приблизить эти края достаточно близко друг к другу.
В XIX веке, после открытия ультрафиолетового и инфракрасного излучений, понимание видимого спектра стало более точным.
В начале XIX века Томас Юнг и Герман фон Гельмгольц также исследовали взаимосвязь между спектром видимого излучения и цветным зрением. Их теория цветного зрения верно предполагала, что для определения цвета глаз использует три различных вида рецепторов.
Характеристики границ видимого излучения
| Длина волны, нм | 740 | 380 |
| Энергия фотонов, Дж | 2,61·10 −19 | 4,97·10 −19 |
| Энергия фотонов, эВ | 1,6 | 3,1 |
| Частота, Гц | 3,94·10 14 | 7,49·10 14 |
| Волновое число, см −1 | 1,32·10 4 | 2,50·10 4 |
Спектр видимого излучения
При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разным углом. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены световыми волнами одной длины (или очень узким диапазоном), называются спектральными цветами. [10] Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице:
Видимый спектр: длины волн и цвета
Человеческий глаз видит цвет в диапазоне длин волн примерно от 400 нанометров (фиолетовый) до 700 нанометров (красный). Свет от 400 до 700 нанометров (нм) называется видимым светом или видимым спектром, потому что люди могут его видеть. Свет за пределами этого диапазона может быть виден другим организмам, но не может быть воспринят человеческим глазом. Цвета света, соответствующие узким диапазонам длин волн (монохроматический свет), представляют собой чистые спектральные цвета, полученные с использованием аббревиатуры ROYGBIV: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый.
Длины волн видимого света
Некоторые люди могут видеть дальше в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, чем другие, поэтому границы” видимого света “красного и фиолетового нечетко определены. Кроме того, хорошее видение одного конца спектра не обязательно означает, что вы хорошо видите другой конец спектра. Вы можете проверить себя с помощью призмы и листа бумаги. Посветите ярким белым светом через призму, чтобы на бумаге появилась радуга. Отметьте края и сравните размер своей радуги с другими.
Длины волн видимого света:
- Фиолетовый : 380–450 нм (частота 688–789 ТГц)
- Синий : 450–495 нм
- Зеленый : 495–570 нм
- Желтый : 570–590 нм
- Оранжевый : 590–620 нм
- Красный : 620–750 нм (частота 400–484 ТГц)
Фиолетовый свет имеет самую короткую длину волны, что означает, что у него самая высокая частота и энергия. Красный цвет имеет самую длинную длину волны, самую короткую частоту и самую низкую энергию.
Особый случай индиго
Цвет индиго не имеет длины волны. Если вам нужно число, это около 445 нанометров, но оно не появляется на большинстве спектров. Для этого есть причина. Английский математик Исаак Ньютон (1643–1727) ввел слово спектр (латинское слово «внешний вид») в своей книге «Оптика» 1671 года. Он разделил спектр на семь частей – красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый – в соответствии с греческими софистами, чтобы связать цвета с днями недели, музыкальными нотами и известными объектами солнечного света. система.
Итак, спектр сначала был описан семью цветами, но большинство людей, даже если они хорошо видят цвет, не могут отличить индиго от синего или фиолетового. В современном спектре обычно отсутствует индиго. Фактически, есть свидетельства того, что разделение спектра Ньютоном даже не соответствует цветам, которые мы определяем длинами волн. Например, индиго Ньютона – это современный синий, а его синий соответствует цвету, который мы называем голубым.. Ваш синий такой же, как мой синий? Возможно, но он может быть не таким, как у Ньютона.
Цвета, которые видят люди, которых нет в спектре
Видимый спектр не охватывает все цвета, воспринимаемые людьми, потому что мозг также воспринимает ненасыщенные цвета (например, розовый – ненасыщенная форма красного) и цвета, представляющие собой смесь длин волн (например, пурпурный). Смешивание цветов на палитре дает оттенки и оттенки, которые не воспринимаются как спектральные цвета.
Цвета, которые могут видеть только животные
Тот факт, что люди не могут видеть за пределами видимого спектра, не означает, что животные также ограничены . Пчелы и другие насекомые могут видеть ультрафиолетовый свет, который обычно отражается цветами. Птицы могут видеть в ультрафиолетовом диапазоне (300–400 нм), а их оперение видно в УФ.
Люди видят дальше в красном диапазоне, чем большинство животных. Пчелы могут видеть цвет примерно до 590 нм, то есть непосредственно перед началом оранжевого цвета. Птицы могут видеть красный цвет, но не так далеко в инфракрасном диапазоне, как люди.
Некоторые люди считают, что золотая рыбка – единственное животное, которое может видеть и инфракрасный, и ультрафиолетовый свет, но это представление неверно. Золотая рыбка не видит инфракрасный свет.
Какова область видимого?
Свет — сложное физическое явление. Это невидимые электромагнитные волны. Среди всех этих волн «видимыми» являются волны, расположенные между 380 и 780 нм (нм: нанометр). Таким образом, они формируют спектр света.
Что такое спектральная область? Спектральная область соответствует области длин волн. Например, УФ-область спектра соответствует длинам волн от 10 до 400 нм.
Итак, каков диапазон длин волн УФ? Виды ультрафиолетовых лучей
Ультрафиолетовое излучение — это невидимое излучение, которое излучается в диапазоне длин волн от 100 до 400 нанометров (нм). Нанометр — это одна миллиардная часть метра. Он имеет более короткую длину волны, чем видимый свет, и содержит больше энергии.
Какие существуют типы волн?
В частности, существует два основных типа волн: механические волны, распространение которых зависит от прохождения через вещество; и электромагнитные волны, для распространения которых не требуется материальная среда.
Какие электромагнитные волны имеют частоту ниже, чем у света, видимого человеку?
Справа от видимого спектра находятся энергии, которые имеют более низкую частоту (и, следовательно, большую длину волны), чем видимый свет. К этим видам энергии относятся инфракрасное (ИК) излучение (тепловое излучение тепловых тел), микроволны и радиоволны.
Какова частота видимого света?
волна и частица
| Длина волны (в вакууме) | домен | Частота |
|---|---|---|
| от 780 нм до 500 мкм | инфракрасный стандарт NF/en 1836 | |
| от 380 нм до 780 нм | видимый свет | от 350 ТГц до 750 ТГц |
| от 10 нм до 380 нм | ультрафиолетовый | от 750 ТГц до 30 Фгц |
| из 10 – 11 м до 10 – 8 m | Рентгеновский снимок | от 30 Гц до 30 Гц |
• 20 января 2020 г.
Длина волны какого цвета?
| Цвет | Длина волны (нм) | Частота (ТГц) |
|---|---|---|
| Апельсин | примерно от 590 до 625 | примерно от 480 до 510 |
| Желтый | примерно от 565 до 590 | примерно от 510 до 530 |
| Vert | примерно от 520 до 565 | примерно от 530 до 580 |
| Bleu | примерно от 446 до 520 | примерно от 580 до 690 |
• 17 января 2017 г.
Каков спектр белого света?
Спектр белого солнечного света примерно состоит из шести цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего и фиолетового. Если Ньютон понимает, что луч света определенного цвета всегда отклоняется одинаково, он не знает, почему это так.
Какие цвета входят в этот видимый спектр?
Цвета радуги в видимом спектре включают все цвета, которые могут быть получены видимым светом с одной длиной волны (фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный), цвета чистого или монохроматического спектра.
Как рассчитать волновое число?
В данной среде частота и длина волны связаны формулой: λ=c/f=c*T, где λ — длина волны в метрах (м), c — скорость распространения волны в метрах в секунду (мс – 1 ), f частота (Гц) и T период (с).
Какова частота волн WiFi?
Исследование новой группы. Все знают о важности Wi-Fi в нашей повседневной жизни: большинство домашнего оборудования, компьютеров, планшетов, ноутбуков используют его. Частоты Wi-Fi — это диапазоны 2,45 ГГц (2–400 МГц) и 2 ГГц (483,5–5 МГц и 5–150 МГц).
Какова длина волны тела человека?
По графическому показанию измеряется максимальная длина волны, равная 9,3 мкм. Таким образом, мы имеем λc = 9,3 мкм = 9300 нм. Излучаемая длина волны превышает 3000 нм: поэтому человеческое тело в основном излучает IRC.
Как найти длину волны?
В данной среде частота и длина волны связаны формулой: λ=c/f=c*T, где λ — длина волны в метрах (м), c — скорость распространения волны в метрах в секунду (мс – 1 ), f частота (Гц) и T период (с).
Какое УФ самое опасное?
УФ С. УФ С – потенциально самый опасный тип ультрафиолетового излучения. Только потенциально, потому что УФС, создаваемые солнцем, почти полностью поглощаются озоновым слоем и кислородом, присутствующим в атмосфере, прежде чем достичь поверхности земли.
Из каких цветов состоит свет, оттенки, длина волны
Великий ученый своего времени Ньютон доказал, что цвет — это качество света. Электромагнитное излучение, которое имеет общие свойства как с волнами, так и с частицами, излучаемыми на различных частотах в волновом движении. Любой заданный луч света имеет определенные значения частоты , длины волны и энергии, связанные с ним.
Частота, которая представляет собой количество волн, проходящих фиксированную точку пространства в единицу времени, обычно выражается в единицах Герц (1 Гц = 1 цикл в секунду). Длина волны — это расстояние между соответствующими точками двух последовательных волн и часто выражается в метрах, например в нанометрах (1 нм = 10–9 метров).
Энергию светового луча можно сравнить с энергией небольшой частицы, движущейся со скоростью света, за исключением того, что никакая частица, имеющая массу покоя, не может двигаться с такой скоростью. Понятие «фотон» , используемый для наименьшего количества света любой заданной длины волны, призван охватить эту двойственность, включая характеристики как волны, так и частицы,присущие волной и квантовой механике. Энергия фотона часто выражается в единицах электрон-вольт (1 эВ = 1,602 × 10-12 эрг ). Оно прямо пропорционально частоте и обратно пропорционально длине волны.
Свет — не единственный тип электромагнитного излучения. На самом деле это лишь небольшой сегмент всего электромагнитного спектра, но свет это единственная форма, которую может воспринимать глаз. Длины световых волн варьируются от 400 нм в фиолетовой части спектра до 700 нм в красной части части. Границы видимого спектра не имеют четкого определения, но различаются у разных людей; существует некоторая расширенная видимость для света высокой интенсивности.
При более коротких длинах волн электромагнитный спектр простирается до области ультрафиолетового излучения и продолжается через ренгеновские лучи, гамма-лучи, и космические лучи. Сразу за красным концом спектра находятся длинноволновые инфракрасные лучи (которые можно ощущать как тепло), далее микроволны и радиоволны. Излучение одной частоты называется однотонным . Когда эта частота попадает в диапазон видимого спектра, создается цветовое восприятие насыщенного оттенка .
Законы смешения цветов.
Цвета спектра называются хроматическими цветами; есть также нехроматические цвета, такие как коричневые, пурпурные и розовые. Термин ахроматические цвета иногда применяется к последовательности черный-серый-белый. По некоторым оценкам, глаз может различать около 10 миллионов цветов, каждый из которых происходит от двух типов световой смеси: аддитивной и субтрактивной. Как следует из названий аддитивная смесь включает добавление спектральных компонентов, а вычитающая смесь касается вычитания или поглощение частей спектра.
Аддитивное смешение происходит при объединении лучей света. Цветовой круг, впервые разработанный Ньютоном, до сих пор широко используется для целей цветового дизайна, а также полезен при рассмотрении качественного поведения смешивания лучей света. Цветовой круг Ньютона сочетает в себе спектральные цвета красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, индиго и сине-фиолетовый с неспектральным пурпурным цветом (смесь сине-фиолетовых и красных световых лучей), как показано на рисунке. Белый находится в центре и получается путем смешивания световых лучей примерно одинаковой интенсивности дополнительного цвета (цвета, диаметрально противоположные в цветовом круге), такие как желтый и сине-фиолетовый, зеленый и пурпурный или голубой и красный. Промежуточные цвета можно получить путем смешивания световых лучей, например, смешивание красного и желтого дает оранжевый, красного и сине-фиолетового дает пурпурный и так далее.
Длина световой волны
Три основных цвета
Основные цвета — это красный, зеленый и синий. Это означает, что путем аддитивного смешивания различных цветов в определенных количествах можно получить почти все другие цвета. Если три основных цвета смешиваются вместе в равных количествах, то получается белый цвет.
Аддитивное смешение можно продемонстрировать физически. Возьмем три слайд-проектора, оснащенных фильтрами. Один проектор излучает луч насыщенного красного света на белый экран, другой синего, а третий зеленого света. Аддитивное смешение происходит там, где лучи перекрываются (и, таким образом, складываются вместе). Там, где красный и зеленый лучи перекрываются, получается желтый. Если добавить больше красного света или уменьшить интенсивность зеленого света, световая смесь станет оранжевой. Точно так же, если зеленого света больше, чем красного, получается желто-зеленый и т.д.
Субтрактивное смешивание цветов включает в себя поглощение и избирательное пропускание или отражение света. Это происходит, когда красители (например, пигменты или красители) смешивают или когда в один пучок белого света вставляют несколько цветных фильтров. Например, если проектор оснащен темно-красным фильтром, фильтр будет пропускать красный свет и поглощать другие цвета. Если проектор оснащен сильным зеленым фильтром, красный свет будет поглощаться, а передаваться будет только зеленый свет.
Поэтому, если проектор оснащен как красным, так и зеленым фильтрами, все цвета будут поглощаться, а свет не пропускаться, что приведет к отображению черного цвета. Точно так же желтый пигмент поглощает синий и фиолетовый свет, отражая при этом желтый, зеленый и красный свет (зеленый и красный в совокупности дают больше желтого). Синий пигмент поглощает преимущественно желтый, оранжевый и красный свет. Если смешать желтый и синий пигменты, получится зеленый, поскольку это единственный спектральный компонент, который не сильно поглощается ни одним из пигментов.
Поскольку аддитивные процессы имеют наибольшую гамму, когда основными цветами являются красный, зеленый и синий, разумно ожидать, что наибольшая гамма в вычитательных процессах будет достигнута, когда основные цвета поглощают красный, зеленый и синий соответственно.
Цвет изображения, поглощающего красный свет и пропускающего все остальные излучения, — сине-зеленый, который часто называют голубой. Изображение, которое поглощает только зеленый свет, пропускает и синий, и красный свет, и его цветпурпурный. Изображение, поглощающее синий цвет, пропускает только зеленый и красный свет, а его цвет желтый. Следовательно, вычитающие основные цвета — голубой, пурпурный и желтый.
Нет точного понимания в области цвета традиционно были более запутанными, чем те, которые только что обсуждались. Эту путаницу можно проследить до двух распространенных неправильных названий:
1- субтрактивный первичный голубой, который на самом деле является сине-зеленым, обычно называют синим;
2 — субтрактивный первичный пурпурный цвет обычно называют красным.
В этих условиях вычитающие основные цвета становятся красным, желтым и синим. А также те, чей опыт ограничивается большей частью вычитающими смесями, имеют веские основания удивляться, почему физик настаивает на том, чтобы считать красный, зеленый и синий первичными цветами. Путаница сразу разрешается, когда становится понятно, что красный, зеленый и синий выбраны в качестве аддитивных основных цветов, потому что они обеспечивают наибольшую цветовую гамму в смесях. По той же причине субтрактивные основные цвета соответственно поглощают красный цвет (голубой), поглощают зеленый (пурпурный) и синий поглощающий (желтый).
Белый свет
В физике видимый человеческим глазом, когда все длины волн видимого спектра объединяются, подобно черному. Но в отличие от цветов спектра и большинства их смесей, у белого отсутствует оттенок, поэтому он считается ахроматическим цветом. Белый и черный — самые основные цветовые термины языков. Слово «белый» происходит от протогерманского «hwitaz» и древнеанглийского «hwit «. Одно из первых письменных упоминаний термина происходит из древнеанглийской легенды о фениксе, так называемой «Прозы Феникса» (11 век): «Его fet syndon blodreade begen twegen and se bile hwit» («Его ноги оба в крови — красный , а клюв белый»).
Красный свет
Самая длинная волна света. Находится в диапазоне 620–750 нанометров в видимом спектре. В искусстве красный — это цвет на условном круге, расположенный между фиолетовым и оранжевым, а также противоположный зеленому, как его дополнение.
Красный был первым основным цветовым термином, добавленным в языки после черного и белого. Слово «красный» происходит от санскритского «rudhira» и протогерманского «rauthaz». Одно из первых письменных упоминаний этого термина содержится в староанглийском переводе (897 г. н. э .) «Пастырской заботы» папы св. Григория Великого: «On thæs sacerdes hrægle sceoldœn hangian bellan» — «на священнических ризах должны висеть колокольчики и среди колокольчиков красные гранаты»).
Зеленый свет
Свет в диапозоне длин волн 495–570 нанометров, который находится в середине видимого спектра. В искусстве зеленый — это цвет на обычном круге, расположенный между желтым и синим, напротив красного, как дополнение.
Зеленый — основной цветовой термин, добавленный в языки до или после желтого, после черного, белого и красного. Слово « зеленый » происходит от протогерманского «grōni» и древнеанглийского «grene». Одно из первых письменных упоминаний этого термина содержится в манускрипте Кэдмона ( около 1000 г. н. э.): «Адам останавливается / «On GRENE græs, gaste geweorthad» («Адам ступил / На зеленую траву, душа стала достойной»).
Синий свет
Свет 450–495 нанометров в видимом спектре. После фиолетового синий является областью спектра с самыми короткими длинами волн. В искусстве синий — это цвет на условном круге, расположенный между зеленым и фиолетовым и противоположным оранжевым, его дополнением.
Термин «синий» происходит от протогерманского «blæwaz» и старофранцузского «blo» или bleu». Одно из первых письменных упоминаний этого термина взято из южно-английского легендарного сборника жизнеописаний святых ( около 1300 г. н.э.): «Эта другая зелень».
Измерение цвета
Измерение цвета известно как колометрия. В этой области используются различные инструменты. Самые сложные спектрофотометры анализируют свет с точки зрения количества энергии, присутствующей на каждой спектральной длине волны.
Трудно описать цвет конкретного спектрального распределения энергии. Поскольку глаз воспринимает только один цвет для любого данного распределения энергии, необходимо выразить измерения цвета способом, связанным с восприятием. Существует несколько систем, некоторые из которых описаны ниже.
Измерение тристимулюса и диаграммы цветности
Система тристимулюса основана на визуальном сопоставлении цвета в стандартизированных условиях с тремя основными цветами — красным, зеленым и синим. Три результата выражаются в виде X, Y и Z соответственно и называются значениями тристимулюса.
Значения тристимуля изумрудно-зеленого пигмента составляют X = 22,7, Y = 39,1 и Z = 31,0. Эти значения определяют не только цвет, но и визуально воспринимаемую отражательную способность. Рассчитываются таким образом, что значение Y равно отражательной способности образца (39,1 процента в этом примере) при визуальном сравнении со стандартным белым цветом поверхность стандартным (средним) зрителем при среднем дневном свете.
Значения тристимулюса также могут быть использованы для определения визуально воспринимаемой доминирующей спектральной длины волны (которая связана с оттенком) данного образца; доминирующая длина волны изумрудно-зеленого пигмента составляет 511,9 нм.
Цветные атласы
Вычисление цветности и яркости является научным методом определения цвета, но для быстрого визуального определения цвета объектов часто используется цветовой атлас, такой как «Книга цвета Мансвелла». В этой системе цвета сопоставляются с напечатанными цветными чипами из трехмерного цветного твердого тела, параметрами которого являются оттенок, значение (соответствующее отражательной способности) и цветность (соответствующая чистоте или насыщенности).
