Электромагнитный спектр представляет диапазон всех частот или длин волн электромагнитного излучения от очень низких энергетических частот как радиоволны до очень высоких частот, таких как гамма-лучи. Свет это часть электромагнитного излучения, которая является видимой для человеческого глаза и называется видимый свет.
Солнечные лучи гораздо шире видимого спектра света и описываются как полный спектр, включающий диапазон длин волн, необходимых для поддержания жизни на земле и : инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый (УФ).
Человеческий глаз реагирует только на видимый свет, который лежит между инфракрасным и ультрафиолетовым излучением имеющий крошечные длины волн. Длина волны видимого света составляет всего от 400 до 700 Нм (нанометр миллиардная метра).
Видимый спектр света включает семь цветных полос, когда солнечные лучи преломляются через призму: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.
Первым человеком, открывшим что белый состоит из цветов радуги был Исаак Ньютон который в 1666 году направил солнечный луч через узкую щель и затем через призму на стену – получив все видимые цвета.
Видимый свет применение
За годы светотехническая промышленность стремительно развивала электрические и искусственные источники, которые копировали свойства солнечного излучения.
В 1960-х годов ученые придумали термин «полный спектр освещения» для описания источников, испускающих подобие полного естественного освещения, который включал ультрафиолетовый и видимый спектр необходимый для здоровья организма человека, животных и растений.
Искусственное освещение для дома или офиса подразумевает естественное освещение в непрерывном распределении спектральной мощности который представляет мощность источника в зависимости от длины волны с равномерным уровнем лучистой энергии связанный с и галогенновыми лампами.
Видимый свет — это часть электромагнитного излучения (ЭМ), как радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и микроволны. Как правило, видимый свет определяется как визуально определяемый для большинства человеческих глаз
ЭМ излучение передает волны или частицы на различных величинах волн и частотах. Такой широкий диапазон длин волн называется электромагнитным спектром .Спектр, как правило, делится на семь диапазонов в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Общее обозначение представляет радиоволны, микроволны, инфракрасное (ИК), видимый свет, ультрафиолетовое (УФ), рентгеновские лучи и гамма-лучи.
Длина волны видимого света находится в диапазоне электромагнитного спектра между инфракрасным (ИК) и ультрафиолетовым (УФ).
Она имеет частоту от 4 × 10 14 до 8 × 10 14 циклов в секунду, или герц (Гц) и длина колебаний от 740 нанометров (нм) или 7,4 × 10 -5 см до 380 нм или 3,8 × 10 -5 см.Что такое цвет
Пожалуй, наиболее важной характеристикой видимого света является пояснение что такое цвет . Цвет является неотъемлемым свойством и артефактом человеческого глаза. Как ни странно, но объекты «не имеют» цвета – он существует только в голове смотрящего. Наши глаза содержат специализированные клетки, образующие сетчатку глаза, которая действует как приемники, настроенные на длины волн в этой узкой полосе частот.
Излучение в нижней части видимого спектра, имеющей большую длину волны (около 740 нм) воспринимается как красный, в середине, как зеленый, и на верхнем конце спектра, с длиной волны около 380 нм, считается синий. Все остальные цвета, которые мы воспринимаем, являются смесью этих цветов.
Например, желтый цвет содержит красный и зеленый; голубой — смесь зеленого и синего, пурпурный — смесь красного и синего . Белый содержит все цвета в сочетании. Черный — это полное отсутствие видимого излучения.
Цвет и температура
Излучение энергии воспринимается как изменение цвета. Например, пламя паяльной лампы меняется от красноватого до синего и можно отрегулировать, чтобы жарче горела. Этот процесс превращения тепловой энергии в видимую энергию называется накаливание.
Лампа накаливания высвобождает часть своей тепловой энергии в виде фотонов. Около 800 градусов по Цельсию энергия, излучаемая объектом, достигает инфракрасного излучения. При увеличении температуры, энергия переходит в видимый спектр и у объекта появляется красноватое свечение. Когда объект становится жарче, цвет меняется до «белого каления» и в итоге превращается в синий.
Видимое излучение в астрономии
Видимый свет горячих объектов, таких как звезды, может быть использован для оценки их температуры.
Например, температура поверхности Солнца составляет примерно 5800 0 по Кельвину или 5527 0 по Цельсию.
Излучаемая энергия имеет пиковую длину колебаний около 550 нм, которые мы воспринимаем как видимый белый (или слегка желтоватый).
Если бы температура поверхности Солнца была прохладнее, около 3000 0 С, это бы выглядело как красноватый цвет, как звезда Бетельгейзе. Если бы это было жарче, около 12000 0 С, это будет выглядеть голубым, как звезда Ригель.
Звезда Бетельгейзе
Звезда Ригель
Астрономы также могут определить, какие объекты из чего состоят, так как каждый элемент поглощает свет в определенных длинах волн, называемых спектром поглощения. Зная спектры поглощения элементов, астрономы могут использовать спектроскопы для определения химического состава звезд, газопылевых облаков и других удаленных объектов.
Учитель физики г. Бахчисарай
Гапеенко Нина Александровна
Урок 2.78 по теме «Дисперсия света»
Цель: изучить понятия: волновая оптика, спектр, монохроматический свет, дисперсия; объяснять окраски предметов.
Метод: объяснительно-иллюстративный, исследование.
Ход урока:
Слайд 2-3.
На слайдах мы видим проявление законов отражения и законов преломления в цвете. Может ли геометрическая оптика ответить на вопрос: откуда появляются те или иные цвета и что такое цвет?
Нет. Для этого необходимо изучить строение световых волн. А эти вопросы рассматриваются в разделе «Волновая оптика».
Слайд 4.
(«Волновая оптика» и её основные вопросы)
Слайд 5.
Сегодня на уроке мы рассмотрим свойство «дисперсия».
Запишите тему урока:
Объяснение нового материала:
Обратимся к экспериментальным данным. Ещё в 1605г . английский учёный Томас Харриот , изучая преломление света в жидкостях, обнаружил, что показатель преломления одного и того же вещества для красных лучей один, а для зелёных лучей другой. Это означает, что скорость световых волн разного цвета в веществе различна.
В настоящее время известно, что цвет , видимый глазом, определяется частотой световой волны. Поэтому открытие Харриота можно рассматривать как обнаружение зависимости показателя преломления вещества от частоты света.
Сам Харриот о своём открытии умолчал, и о его исследовании узнали значительно позже. В 1611г. Аналогичное явление, только не в жидкостях, а в стекле, обнаружил итальянский учёный Марк Антоний Доминис. И хотя его результаты были опубликованы, широкого распространения они не получили, а сам Доминис через 13 лет умер в тюрьме инквизиции.
В 1648г. дисперсия света была переоткрыта чешским учёным Я.М.Марци . Однако и на этот раз никто не обратил на это внимания.
И лишь когда соответствующие опыты были проведены Исааком Ньютоном в 1666г. , мир наконец узнал о новом явлении.
В начале 1666г. Ньютон был занят шлифовкой оптических стёкол несферической формы и решил испытать с помощью треугольной стеклянной призмы прославленное явление цветов.
Слайд 6-8.
«Сначала вид ярких и живых красок, получавшихся при этом, приятно развлёк меня. – вспоминал впоследствии Ньютон. – Но через некоторое время, заставив себя присмотреться к ним более внимательно, я был удивлён их продолговатой формой…»
Наблюдаемая картина получила название призматического или дисперсионного спектра.
До Ньютона белый (солнечный) свет считался простым, а различные цвета – его изменениями, появляющимися в результате взаимодействия света с «темнотой» или каким-либо веществом. Ньютон же, по словам современников, высказал «странную и необычную» гипотезу: «Мы должны различать два рода цветов: одни первоначальные и простые, другие же сложённые из них». Некоторые из простых лучей, по Ньютону, «способны производить красный цвет и никакого другого, другие – жёлтый и никакого другого и т.д.
Свои окончательные выводы Ньютон сформулировал в виде нескольких теорем. Первые из них гласят:
«Теорема I . Лучи, отличающиеся по цвету, отличаются и по степени преломляемости»
«Теорема II . Солнечный свет состоит из лучей различной преломляемости»
Итак, белый свет, по Ньютону, не является простым. Он имеет сложный состав и может быть разложен в спектр с помощью стеклянной призмы.
Рецензию на работу Ньютона было поручено сделать Роберту Гуку. Просидев над отзывам несколько часов подряд, Гук в своей рецензии выдвинул столь сильное возражение против ньютоновской теории, что Ньютону для обдумывания своего ответа потребовалось полгода. (По мнению Гука, утверждение о том, что в белом свете содержатся лучи всех цветов, равносильно утверждению о том, что в воздухе, заключённом в органных мехах, содержатся сразу все звуковые тона. Иными словами, это то же самое, что говорить о том, что шум есть совокупность правильных музыкальных звуков.)
В своём ответе на рецензию Гука Ньютон ушёл от рассматриваемой проблемы и сосредоточил внимание на слабых местах теории самого Гука.
Однако вслед за возражениями Гука последовала критика со стороны Гюйгенса. «Если бы то, что лучи света в их первоначальном состоянии были некоторые красными, некоторые синими и так далее, было правдой, - писал он, - то было бы очень трудно объяснить на механических принципах, в чём же состоит это различие цветов».
Гюйгенс оказался очень прозорлив – объяснение этого излучения появилось лишь в XIX в., когда было установлено, что излучения различных цветов отличаются частотой колебаний.
Слайд 9.
В самом деле, если с помощью второй призмы, перевернутой на 180 градусов относительно первой, собрать все пучки спектра , то опять получится белый цвет.
Слайд 10-12
Электромагнитное излучение одной определённой и строго постоянной частоты называется монохроматическим.
(На практике содержит узкий участок спектра)
-Дайте определение понятий «видимое излучение», «спектр», «цвет», «дисперсия».
Цвет – свойство тела вызывать определённое зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом отражаемого или испускаемого излучения.
Спектр – совокупность гармонических колебаний (или волн), создаваемых каким-либо источником.
Видимое излучение – электромагнитное излучение с длиной волны от 380 до 780 нм.
Дисперсия – это разложение белого света на семь цветов.
Слайд 13.
Вывод:
Призма не изменяет свет, а лишь раскладывает его на составные части.
Белый свет состоит из цветных лучей.
Фиолетовые лучи преломляются сильнее красных.
Почему?
Классическая электромагнитная теория дисперсии была создана в конце XIX
в Х.А.Лоренцом. Согласно электромагнитной теории дисперсия света является результатом взаимодействия световой волны с молекулами вещества. Когда световая волна проникает в вещество, под действием электрического поля этой волны электроны молекул начинают совершать вынужденные колебания. Частота этих колебаний совпадает с частотой волны, а амплитуда зависит от соотношения между данной частотой и собственной частотой колебаний электрона. При разной частоте света амплитуда вынужденных колебаний электронов, а также степень поляризации вещества также различны. Различной при этом оказывается и диэлектрическая проницаемость вещества 
. Но скорость света 
, а показатель преломления
Поэтому если зависит от частоты света, то зависимостью от частоты будут обладать и 
с 
.
Скорость света в вакууме равна с=3·10 8 м/с. Но свет бывает разным: жёлтым, красным, зелёным и т.д. В вакууме лучи всех цветов распространяются с одной и той же скоростью. Заключение о том, что и в веществе лучи разного цвета распространяются с разной скоростью докажем на практике.
Обратим внимание на формулу:
.
Следовательно, 
(опираемся на формулу из лабораторной работы по определению показателя преломления стекла).
Слайд 14.
Вывод :
Красный свет, который меньше преломляется, имеет наибольшую скорость, а фиолетовый – наименьшую, поэтому призма и раскладывает свет.
Почему?
Рассуждения выносятся на доску:
Значит показатель преломления зависит от длины волны (от частоты).
Слайд 15.
Вывод: Показатель преломления зависит от длины волны электромагнитного излучения. → Зависимость показателя преломления света от его длины волны называется дисперсией.
Определение: Зависимость скорости света в веществе (или показателя преломления) от частоты волны (или цвета) называется дисперсией света.
Слайд 16
Первичная проверка понимания:
Что называют дисперсией света?
Какой свет называют монохроматическим?
Какой свет будет распространяться в веществе призмы (из стекла) с большей скоростью?
Что произойдет при соединении световых лучей спектра?
Чем объяснить белый цвет снега, черный цвет сажи, зеленый цвет листьев, красный цвет флага?
От чего зависит цветность световых волн? От частоты (только частота не изменяется при переходе из одной прозрачной среды в другую и цвет тоже не изменяется)
Объяснение цветности:
Особенно значительной становится амплитуда колебаний элект ронов в веществе при v ≈ v 0 . В этом случае наблюдается резонансное поглощение энергии и излучения соответствующих частот из падаю щего света «выпадают» (поглощаются).
У молекул бесцветного прозрачного вещества, например стекла, наиболее существенные резонансные частоты лежат в ультрафиолетовой области. Поэтому обычное стекло хорошо пропускает видимый свет и поглощает ультрафиолетовый.
У цветных стекол резонансы имеются и в видимом диапазоне частот. Из-за этого часть проходящего света поглощается и остается лишь тот, который и придает цвет стеклу. Например, глядя на лампу накаливания через синий светофильтр, мы увидим ее синей потому, что синий светофильтр из всей совокупности излучений лампы пропускает только синие, фиолетовые и голубые лучи, а остальные поглощает.
Цвет непрозрачных предметов определяется тем светом, который они диффузно (рассеянно) отражают. Так, например, предмет, поглощающий все лучи, кроме зеленых, отражая последние, приобретает зеленый цвет. Если же поверхность какого-то предмета одинаково хорошо отражает лучи всех цветов спектра, то она будет казаться белой. Белые поверхности характеризуются значительным коэффициентом отражения. Причем, чем больший коэффициент отражения имеет белая поверхность, тем более светлой она кажется. Очень светлым поэтому выглядит белый порошок оксида магния (коэффициент отражения 96%). Свежевыпавший снег отражает 85% падающего светового потока, белая бумага - 75%.
«Черных лучей» в природе не существует. Предмет нам кажется черным в том случае, когда он поглощает почти весь падающий на него свет, одинаково плохо отражая лучи всех цветов. Например, коэффициент отражения черного бархата составляет всего лишь 0,3%.
Вообще все цвета, встречающиеся в природе, делят на ахрома тические и хроматические. К ахроматическим цветам относятся белый, черный и серый цвета.
К хроматическим относятся спектральные цвета (от красного до фиолетового), пурпурные (малиновый, вишнёвый и сиреневый) и все остальные (коричневый, салатный и т.д.), получившиеся в результате смешения различных цветов между собой. Пурпурные цвета возникают при смешении в разной пропорции красных и фиолетовых или синих цветов.
Красный, зеленый и синий цвета являются взаимно независи мыми. Это означает, что каждый из них не может быть получен в результате смешения двух других. Направив на белый экран три пучка света, пропущенные соответственно через красный, зеленый и синий светофильтры, в месте их пересечения можно получить белый цвет. Правда, он получится лишь при одном совершенно определенном соотношении яркостей складывающихся световых пучков. Изменяя это соотношение, в результате смешения красного, зеленого и синего цветов можно получить практически любой другой хроматический цвет.
Слайд 17
Объяснение на основе свойства дисперсии света природного явления «Радуга»
Закрепление:
Слайд 18
Закрепление полученных на уроке знаний:
Тест по теме «Дисперсия света»
Вариант 1
Сравните скорость распространения красного и фиолетового излучений в вакууме.
А. υ к › υ ф
Б. υ к = υ ф
В. υ к ‹ υ ф
Как изменится частота зеленого излучения при переходе света из воздуха в воду?
А. Уменьшается
Б. Не изменяется
В.Увеличивается
Показатель преломления воды при температуре 20 0 С для различных монохроматических лучей видимого излучения находится в интервале от n 1 =1,3308 до n 2 =1,3428. Каков из этих показателей является показателем преломления фиолетовых лучей?
А. n 2
Б. n 1
В.n 1 и n 2
Почему для транспорта световым сигналом опасности является красный свет?
А. Ассоциируется с цветом крови
Б. Бросается в глаза
В.Имеет самый малый показатель преломления
Г. Менее всего рассеивается в воздухе и тумане.
На белой бумаге написан текст красными буквами. Через стекло какого цвета буквы будут казаться черными?
А.Белого
Б.Красного
В.Зеленого
Вариант 2
Сравните скорость распространения красного и фиолетового излучений в стекле.
А. υ к › υ ф
Б. υ к = υ ф
В. υ к ‹ υ ф
Как изменится длина волны красного излучения при переходе света из воздуха в воду?
А. Уменьшается
Б. Не изменяется
В.Увеличивается
От чего зависит цветность световых волн?
А. От их частоты
Б. От скорости их распространения
В.От длины волны
Почему рабочие на стройке носят каски оранжевого цвета?
А. Оранжевый цвет хорошо заметен на расстоянии
Б. Мало изменяется во время непогоды
В. Менее всего рассеивается в воздухе и тумане.
Г. Согласно требованиям безопасности труда.
В бутылку из зеленого стекла налиты красные чернила. Какого цвета кажутся чернила?
А.Черного
Б.Красного
В.Зеленого
Слайд 19
Самопроверка
Самоанализ (рефлексия)
Домашнее задание:
Слайд 20.
Домашнее задание:
Параграф 53 (учебник под редакцией проф. Н.А. Парфентьевой)
Рымкевич №1081,1083,1084
Творческое задание: «Применение дисперсии света.»
Список используемой литературы:
Рымкевич А.П., « Задачник» для 10 – 11 классов, Москва, издательство «Дрофа», 2006
Громов С.В., «Физика – 11», Москва, издательство «Просвещение», 2009
Мякишев Г.Я., «Физика – 11», Москва, издательство «Просвещение», 2014
Пинский А.А., «Физика – 11», Москва, издательство «Просвещение», 2009
Свет и цвет. Природа цвета и его физические основы
Ежедневно человек сталкивается с множеством факторов внешней среды, воздействующих на него. Одним из таких факторов, оказывающих сильное влияние, является цвет. Известно, что цвет может быть виден человеком лишь при свете, в темноте мы не видим никаких цветов. Световые волны воспринимаются человеческим глазом. Мы видим предметы потому, что они отражают свет и потому, что наш глаз способен воспринять эти отраженные лучи. Лучи солнечного или электрического света – световые волны в зрительном аппарате человека преобразуется в ощущение. Это преобразование происходит в три этапа: физический , физиологический , психологический .
Физический – излучение света; физиологический – воздействие цвета на глаз и преобразование его в нервные импульсы, идущие в мозг человека; психологический – восприятие цвета.
Физический этап формирования зрительного восприятия заключается в преобразовании энергии видимого излучения различными средами в энергию измененного потока излучения и изучается физикой.
Видимое излучение называют светом. Свет – видимая часть электромагнитного спектра, это частный случай электромагнитного излучения . Физики шутят, что свет – самое темное место в физике. Свет имеет двойственную природу: при распространении он ведет себя как волна, а при поглощении и излучении – как поток частиц. Итак, свет принадлежит пространству, а цвет – предмету. Цвет – это ощущение, которое возникает в органе зрения человека при воздействии на него света .
В цветоведении принято рассматривать свет как электромагнитное волновое движение. В области видимого излучения каждой длине волны соответствует ощущение какого-либо цвета.
В спектре белого солнечного света различают семь основных цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Глаз среднего наблюдателя способен различить в спектре белого света около 120 цветов. Для удобства обозначения цветов принято деление спектра оптического излучения на три зоны:
Длинноволновую – от красного до оранжевого;
Средневолновую – от оранжевого до голубого;
Коротковолновую – от голубого до фиолетового.
Это деление оправдывается качественными различиями между цветами, входящими в различные области спектра. Каждый цвет спектра характеризуется своей длиной волны (таблица 1), т.е. он может быть точно задан длиной волны или частотой колебаний. Самые короткие волны – фиолетовые, самые длинные – красные. Световые волны сами по себе не имеют цвета. Цвет возникает лишь при восприятии этих волн зрительным аппаратом человека.
Глаз способен воспринимать волны длиной от 400 до 700 нанометров (нанометр – одна миллиардная метра, единица измерения длины световых волн).
Таблица 1. Соответствие диапазонов длин волн ощущениям цветов
С двух сторон от видимой части спектра находятся ультрафиолетовые и инфракрасные области, которые не воспринимаются человеческим глазом, но могут улавливаться специальным оборудованием (таблица 2). С помощью инфракрасного излучения работают камеры ночного видения, а ультрафиолетовое излучение хоть и невидимо человеческому глазу, но может нанести зрению значительный вред. Скорость распространения всех видов волн электромагнитных колебаний равна приближенно 300 000 км/с.
Таблица 2. Разновидности электромагнитных излучений
Световые волны попадают на сетчатку глаза, где воспринимаются светочувствительными рецепторами, передающими сигналы в мозг, и уже там складывается ощущение цвета. Это ощущение зависит от длины волн и интенсивности излучения. А все предметы, которые нас окружают, могут или излучать свет (цвет), или отражать или пропускать падающий на них свет частично или полностью.
Например, если трава зеленая, это значит, что из всего диапазона волн она отражает в основном волны зеленой части спектра, а остальные поглощает. Когда мы говорим «эта чашка красная», то мы на самом деле имеем в виду, что она поглощает все световые лучи, кроме красных. Чашка сама по себе не имеет никакого цвета, цвет создается при ее освещении . Таким образом, красная чашка отражает в основном волны красной части спектра. Если мы говорим, что какой-либо объект имеет какой-либо цвет, это значит, что на самом деле этот объект (или его поверхность) имеет свойство отражать волны определенной длины, и отраженный свет воспринимается как цвет предмета. Если предмет полностью задерживает падающий свет, он будет казаться нам черным, а если отражает все падающие лучи – белым. Правда, последнее утверждение будет верным лишь в том случае, если свет будет белым, неокрашенным. Если же свет приобретает какой-либо оттенок, то и отражающая поверхность будет иметь такой же оттенок. Это можно наблюдать на закате солнца, которое окрашивает все вокруг багряными тонами, или в сумеречный зимний вечер, когда снег кажется синим. Эксперимент с использованием окрашенного цвета довольно любопытно описывает И. Иттен в своей книге «Искусство цвета» .
Каким образом зрительный аппарат распознает эти волны, до настоящего времени еще полностью не известно. Мы знаем только то, что различные цвета возникают в результате количественных различий светочувствительности.
В данном контексте логично было бы напомнить еще одно определение цвета. Цвет – это различное число колебаний световых волн данного источника света, воспринимаемых нашим глазом в виде определенных ощущений, которые мы называем цветовыми .
Ощущение цвета создается при условии преобладания в цвете волн определенной длины. Но если интенсивность всех волн одинаковая, то цвет воспринимается как белый или серый. Не излучающий волн предмет воспринимается как черный. В связи с этим все зрительные ощущения цвета разделяются на две группы: хроматические и ахроматические.
Ахроматическими называют белый, черный цвета и все серые цвета . В их спектр входят лучи всех длин волн в равной степени. Если же возникает преобладание какой-то одной длины волны, то такой цвет становится хроматическим. К хроматическим цветам относятся все спектральные и другие природные цвета .
2.2. Основные характеристики цвета
Для однозначности определения (спецификации) цвета часто используется система психофизических характеристик. К ним относятся следующие характеристики:
Цветовой тон,
Светлота;
Насыщенность.
Цветовой тон – качество цвета, позволяющее дать ему название (например, красный, синий и т.д.) . Интересно, что нетренированный глаз при ярком дневном освещении различает до 180 цветовых тонов, а развитый человеческий глаз способен различать около 360 оттенков цвета. Ахроматические цвета не имеют цветового тона.
Светлота – это степень отличия данного цвета от черного . В спектральных цветах самым светлым является желтый цвет, самым темным – фиолетовый. В пределах одного цветового тона степень светлоты зависит от применения белого. Светлота – степень, присущая как хроматическим, так и ахроматическим цветам . Оттенки одного цвета различной светлоты называют монохромными.
Насыщенность – это степень отличия хроматического цвета от равного по светлоте ахроматического. Так, если чистый спектральный цвет, например красный, принять за 100%, то при смешении 70% красного и 30% белого насыщенность полученной смеси будет равна 70%. От насыщенности зависит степень восприятия цвета.
Наиболее насыщены цвета спектра, причем самый насыщенный из них фиолетовый, а менее всего насыщен желтый.
Ахроматические цвета можно назвать цветами нулевой насыщенности.
Натренированный человеческий глаз может различить около 25 оттенков цвета по насыщенности, от 65 оттенков – по светлоте при высокой освещенности и до 20 – при пониженной.
Собственные и несобственные качества цвета. Цвет, тон, светлота, насыщенность называют собственнымикачествами цвета. Собственные качества – это те качества, которые ему объективно присущи.
Несобственные качества цветам объективно не присущи, а возникают вследствие эмоциональной реакции при их восприятии . Мы говорим, что цвета бывают теплые и холодные, легкие и тяжелые, глухие и звонкие, выступающие и отступающие, мягкие и жесткие. Эти характеристики важны для художника, так как посредством их усиливается выразительность и эмоциональный настрой произведения .
Изменение объемности изображения зависит от насыщенности цвета (рис. 1) Активно насыщенные цвета делают изображение более объемным, нежели цвета слабо насыщенные или затемненные. Разбел и затемнение не только снижают активность цвета, но и ослабляют цветовые контрасты между пятнами. Монохромное изображение, так же как и насыщенное, способно активно передать объем, приближенный к ахроматическому варианту .
Рис. 1. Изменение объемности изображения в зависимости от насыщенности цвета:
а – оптимально насыщенные цвета; б – слабонасыщенные (высветленные) цвета; в – ахроматический вариант; г – слабонасыщенные (затемненные) цвета; д – монохромное изображение объекта, рельефность, объем и эмоциональный настрой композиции. При использовании слабонасыщенных цветов (высветленных или затемненных) объем будет чувствоваться меньше, чем при использовании насыщенных.
Свет и цвет. Волновая природа цвета
Все разнообразие окружающего мира мы видим благодаря свету и зрению. Свет излучают различные накаленные тела – солнце, нить электрической лампы, раскаленный металл, газы, пламя керосиновой лампы, костер и т.д., которые называют первоисточниками света. Состав света, освещающего различные предметы, в значительной мере влияет на видимый человеком цвет этих предметов.
Под воздействием световых волн с колебаниями различной частоты у человека возникают различные световые и цветовые ощущения. Свет распространяется волнами определенной длины. Длина волны – это расстояние, на которое распространяется колебание за один период, т.е. за время, необходимое для одного полного колебания. Длина волны света обозначается греческой буквой X и измеряется в микрометрах (мкм).
Видимый спектр, т.е. диапазон волн, воспринимаемый человеком, ограничен волнами длиной приблизительно 396 – 760 мкм. Некоторые исследователи считают, что глаз человека способен ощущать световые лучи в пределах 302 – 950 мкм, однако чувствительность глаза к крайним видимым лучам в сотни раз меньше, чем к световым лучам с длиной волны 396 – 760 мкм.
Прямой свет первоисточников (Солнца и т.д.) падает на окружающие предметы и объекты, при этом непрозрачные предметы часть лучей поглощают, а часть отражают. Цвет непрозрачного предмета определяется светом, который от него отражается. У прозрачных предметов или имеющих в своей структуре просветы или микропоры (например, ткани) часть лучей отражается, часть поглощается и часть пропускается. В результате все предметы и объекты сами становятся источником отраженного света, и довольно значительного, как, например, Луна, Земля, небесные тела и т.д.
Прямой свет определяет характерную окраску основного освещения объектов и предметов, их наиболее освещенные места, блики. Отраженный свет – второстепенный по силе источник света, определяет, во-первых, общую окраску теней и полутонов. Отраженный от предмета свет, в свою очередь, падает на соседние предметы, вызывая рефлексы.
Цвет - это свойство тел вызывать определенное зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом и интенсивностью отражаемого или испускаемого, или видимого излучения.
Цвета, входящие в солнечный спектр, и соответствующая им длина световых волн следующие (в ммк):
Фиолетовый 400 – 430 Синий 430 – 470
Голубой 470 – 500 Зеленый 500 – 535
Желтый 535 – 595 Оранжевый 595 – 620
Красный 620 – 700
Глаз человека воспринимает лучистую энергию как видимый цвет с длиной волн 400 – 760 нанометров.
Единицей измерения длины волны оптической области спектра излучений является нанометр (нм); 1 нм = 1 х 10 -3 мк (микрон) = 1 х 10 -6 мм (миллиметров).
Цветовой спектр
Ньютон впервые сформулировал мысль о сложном составе белого солнечного света. Если на пути солнечного луча поставить стеклянную трехгранную призму, то вместо белого светового луча появится цветная полоса из различных цветов , называемая спектром .
Рисунок 3 – Разделение белого светового луча на цвета спектра
Рисунок 4 – Преломление светового луча через призму
Цвета в спектре располагаются в определенном порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Каждый цвет постепенно, без резких границ, посредством множества промежуточных цветов переходит в другой цвет. Те же чистые, яркие, спектральные цвета можно увидеть в радуге. Цвета радуги - это спектр, который мы наблюдаем в естественных природных условиях (преломление и отражение солнечных лучей в дождевых каплях, рассеянных в воздухе).
Рисунок 5 – Расположение цветов в радуге
Первая попытка привести видимые цвета в систему принадлежала Исааку Ньютону. Цветовая система Ньютона – цветовой круг, составленный из семи секторов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Это расположение цветов –КОЖЗГСФ - легко запомнить по фразе – КАЖДЫЙ ОХОТНИК ЖЕЛАЕТ ЗНАТЬ, ГДЕ СИДИТ ФАЗАН.
Цвета, отличающиеся различной цветностью (красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие, фиолетовые) называют хроматическими.
В спектре нет белых, серых цветов, а также черного цвета. Эти цвета, отсутствующие в спектре, можно отличить лишь по светлоте. Группубелых, серых ичерных цветовназывают ахроматическими (бесцветными).
Если же два крайних цвета спектра – красный и фиолетовый смешать между собой, то получится новый промежуточный цвет – пурпурный. Добавив пурпурный цвет к спектральным, можно спектр замкнуть в кольцо – цветовой круг, то есть расположить все спектральные и пурпурный цвет по окружности.
В результате мы имеем восемь цветов, считающихся в практике наиболее важными: это желтый, оранжевый, красный, пурпурный, фиолетовый, синий, голубой и зеленый. Цветовые круги могут быть различными по количеству содержащихся в них цветов, например: восемь, двенадцать, шестнадцать,
Рисунок 6 – Цветовой круг (8 цветов)
двадцать четыре и т. д. (наш глаз в состоянии различить более 150 оттенков цветов). Однако последовательность цветов в любом цветовом круге, как и в спектре, сохраняется одна и та же с той же последовательностью цветов, как в спектре.
Хроматические цвета отличаются друг от друга по трем признакам: цветовому тону, насыщенности и светлоте.
Введение………………………………………………………………………… 1. Понятие цветовой температуры…………………………………………….. 1.1. Таблица числовых значений цветовой температуры распространённых источников света……………………………………………………………….. 1.2. Диаграмма цветности XYZ………………………………………………….
1.3.Солнечный свет и Индекс Цветопередачи (CRI - colour rendering index)..
2. Методы измерения цветовой температуры………………………………...... Источники информации………………………………………………………….
Введение.
По нашим психологическим ощущениям цвета бывают тёплыми и горячими, бывают холодными и очень холодными. На самом деле все цвета горячие, очень горячие, ведь у каждого цвета есть своя температура и она очень высокая. Любой предмет в окружающем нас мире имеет температуру, выше абсолютного нуля, а значит, испускает тепловое излучение. Даже лед, у которого отрицательная температура, является источником теплового излучения. В это трудно поверить, но это так. В природе температура -89°С не самая низкая, можно достичь ещё более низких температур, правда, пока что, в лабораторных условиях. Самая низкая температура, которая на данный момент теоретически возможна в пределах нашей вселенной – это температура абсолютного нуля и она равна -273,15°С. При такой температуре прекращается движение молекул вещества и тела полностью перестают испускать любое излучение (тепловое, ультрафиолетовое, а уж тем более видимое). Полная тьма, нет ни жизни, ни тепла. Возможно, кто-нибудь из вас знает, что цветовая температура измеряется в Кельвинах. Кто покупал себе домой энергосберегающие лампочки, тот видел надпись на упаковке: 2700К или 3500К или 4500К. Это как раз и есть цветовая температура светового излучения лампочки. Но почему измеряется в Кельвинах, и что означает Кельвин? Эта единица измерения была предложена в 1848г. Ульямом Томсоном (он же лорд Кельвин) и официально утверждена в Международной Системе единиц. В физике и науках, имеющих непосредственное отношение к физике, термодинамическую температуру измеряют как раз Кельвинах. Начало отчета температурной шкалы начинается с точки 0Кельвин, что означат - 273,15 градуса Цельсия. То есть 0К – это и есть абсолютный нуль температуры. Можно легко перевести температуру из Цельсия в Кельвин. Для этого нужно просто прибавить число 273. Например, 0°С это 273К, тогда 1°С это 274К, по аналогии, температура тела человека 36,6°С это 36,6 + 273,15 = 309,75К. Вот так всё просто получается.
Глава 1. Понятие цветовой температуры.
Давайте попробуем разобраться, что такое цветовая температура.
Источниками света являются раскаленные до высоких температур тела, тепловые колебания атомов которых и вызывают излучение в виде электромагнитных волн различной длины. Излучение, в зависимости от длины волны, имеет свою цветность. При невысоких температурах и соответственно при более длинных волнах преобладает излучение с теплой, красноватой цветностью светового потока, а при более высоких, с уменьшением длины волны, с холодной, сине-голубой цветностью. Единицей длины волны является нанометр (нм), 1нм=1/1 000 000мм. Еще в 17 веке Исаак Ньютон при помощи призмы разложил так называемый белый дневной свет и получил спектр, состоящий из семи цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового, а в результате различных опытов доказал, что любой спектральный цвет можно получить смешением световых потоков, состоящих из различных соотношений трех цветов - красного, зеленого и синего, которые и были названы основными. Так появилась теория трехкомпонентности.
Человеческий глаз воспринимает цветность света благодаря рецепторам, так называемым колбочкам, которые имеют три разновидности, каждая из которых воспринимает один из трех основных цветов - красный, зеленый или синий и имеет к каждому из них свою чувствительность. Человеческий глаз воспринимает электромагнитные волны в диапазоне от 780 до 380 нанометров. Это видимая часть спектра. Следовательно, и светоприемники носителей информации - кино и фотопленка или матрица камеры должны иметь идентичную глазу чувствительность к цвету. Сенсибилизированные пленки и матрицы видеокамер воспринимают электромагнитные волны в чуть более широком диапазоне, захватывая близлежащее к красной зоне инфракрасное излучение (ИК) в диапазоне 780-900 нм и близлежащее к фиолетовой - ультрафиолетовое (УФ) излучение в диапазоне 380-300 нанометров. Эта область спектра, в которой действует геометрическая оптика и светочувствительные материалы, называется оптическим диапазоном.
Человеческий глаз кроме световой и темновой адаптации обладает так называемой цветовой адаптацией, благодаря которой при различных источниках, с различными соотношениями длин волн основных цветов, правильно воспринимает цвета. Пленка же и матрица такими свойствами не обладают, они сбалансированы под определенную цветовую температуру.
Нагреваемое тело в зависимости от температуры нагрева в своем излучении имеет различное соотношение различных длин волн и соответственно различную цветность светового потока. Эталон, по которому определяется цветность излучения, есть абсолютно черное тело (АЧТ), т.н. излучатель Планка. Абсолютно черное тело - виртуальное тело, поглощающее 100% падающего на него светового излучения, описывается законами теплового излучения. А цветовая температура - это температура АЧТ в градусах Кельвина, при которой цветность его излучения совпадает с цветностью данного источника излучения. Разница между шкалой температуры в градусах Цельсия, где за ноль принята температура замерзания воды, и шкалой в градусах Кельвина составляет -273, 16, потому что точкой отсчета в шкале Кельвина взята температура, при которой в теле прекращается любое движение атомов и соответственно прекращается любое излучение, так называемый абсолютный ноль, соответствующий температуре по Цельсию -273,16 град. То есть 0 градусов по Кельвину соответствует температура -273,16 град. по Цельсию.
Основным естественным источником света для нас является Солнце и различные источники света - огонь в виде костра, спички, факела и осветительные приборы, начиная от бытовых приборов, приборов технического назначения и заканчивая профессиональными осветительными приборами, созданными специально для кинематографа и телевидения. И в бытовых приборах, и в профессиональных, используются различные лампы (не будем касаться их принципа действия и конструктивных различий) с различными энергетическими соотношениями в их спектрах излучения основных цветов, которые можно выразить величиной цветовой температуры. Все источники света разделены на две основные группы. Первые, с цветовой температурой (Тцв.)5600 0К, белого дневного света (ДС), в излучении которых преобладает коротковолновая, холодная часть оптического спектра, вторые - лампы накаливания (ЛН) с Тцв.- 32000К и преобладанием в излучении длинноволновой, теплой части оптического спектра.
С чего всё начинается? Всё начинается с нуля, в том числе и световое излучение. Черный цвет – это отсутствие света вовсе. С точки зрения цвета, черный – это 0 интенсивности излучения, 0 насыщенности, 0 цветового тона (его просто нет), это полное отсутствие всех цветов вообще. Почему мы видим предмет черным, а потому, что он почти полностью поглощает весь падающий на него свет. Существует такое понятие как абсолютно черное тело. Абсолютно черным телом называют идеализированный объект, который поглощает всё падающее на него излучение и ничего не отражающее. Конечно же, в реальности это недостижимо и абсолютно черных тел в природе не существует. Даже те предметы, которые кажутся нам черными, на самом деле не абсолютно черные. Но можно изготовить модель почти что абсолютно черного тела. Модель представляет собой куб с полой структурой внутри, в кубе проделано небольшое отверстие, через которое внутрь куба проникают световые лучи. Конструкция чем-то похожа на скворечник. Посмотрите на рисунок (1).
Рисунок (1). – Модель абсолютно черного тела.
Свет, попадающий внутрь сквозь отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. Даже если мы покрасим куб в черный цвет, отверстие будет чернее черного куба. Это отверстие и будет являться абсолютно черным телом. В прямом смысле слова, отверстие не является телом, а только лишь наглядно демонстрирует нам абсолютно черное тело.
Все объекты обладают тепловым излучением (пока их температура выше абсолютного нуля, то есть -273,15 градусов по Цельсию), но ни один объект не является идеальным тепловым излучателем. Одни объекты излучают тепло лучше, другие хуже, и всё это в зависимости от различных условий среды. Поэтому, применяют модель абсолютно черного тела. Абсолютно черное тело является идеальным тепловым излучателем. Мы можем даже увидеть цвет абсолютно черного тела, если его нагреть, и цвет, который мы увидим, будет зависеть от того, до какой температуры мы нагреем абсолютно черное тело. Мы вплотную подошли к такому понятию как цветовая температура.
Посмотрите на рисунок (2).
Рисунок
(2). – Цвет абсолютно черного тела в
зависимости от температуры нагревания.
а) Есть абсолютно черное тело, мы его не видим вообще. Температура 0 Кельвин (-273,15 градуса Цельсия) – абсолютный нуль, полное отсутствие любого излучения.
б) Включаем «сверхмощное пламя» и начинаем нагревать наше абсолютно черное тело. Температура тела, посредством нагревания, повысилась до 273К.
в) Прошло ещё немного времени и мы уже видим слабое красное свечение абсолютно черного тела. Температура увеличилась до 800К (527°С).
г) Температура поднялась до 1300К (1027°С), тело приобрело ярко-красный цвет. Такой же цвет свечения вы можете увидеть при нагревании некоторых металлов.
д) Тело нагрелось до 2000К (1727°С), что соответствует оранжевому цвету свечения. Такой же цвет имеют раскаленные угли в костре, некоторые металлы при нагревании, пламя свечи.
е) Температура уже 2500К (2227°С). Свечение такой температуры приобретает желтый цвет. Трогать руками такое тело крайне опасно!
ж) Белый цвет – 5500К (5227°С), такой же цвет свечения у Солнца в полдень.
з) Голубой цвет свечения – 9000К (8727°С). Такую температуру путем нагреванием пламенем получить в реальности будет невозможно. Но такой порог температуры вполне достижим в термоядерных реакторах, атомных взрывах, а температура звезд во вселенной может достигать десятки и сотни тысяч Кельвин. Мы можем лишь увидеть такой же голубой оттенок света, например, у светодиодных фонарей, небесных светил или других источников света. Цвет неба в ясную погоду примерно такого же цвета. Подводя итог ко всему вышесказанному, можно дать четкое определение цветовой температуры. Цветовая температура – это температура абсолютно черного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Проще говоря, температура 5000К – это цвет, который приобретает абсолютно черное тело при нагревании его до 5000К. Цветовая температура оранжевого цвета – 2000К, это означает, что абсолютно черное тело необходимо нагреть до температуры 2000К, чтобы оно приобрело оранжевый цвет свечения.
Но цвет свечения раскаленного тела не всегда соответствует его температуре. Если пламя газовой плиты на кухне сине-голубого цвета, это не значит, что температура пламени свыше 9000К (8727°С). Расплавленное железо в жидком состоянии имеет оранжево-желтый оттенок цвета, что в действительности соответствует его температуре, а это примерно 2000К (1727°С).
