Promieniowanie widzialne

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Promieniowanie widzialnefale elektromagnetyczne odbierane przez ludzkie oko [1] . Wrażliwość ludzkiego oka na promieniowanie elektromagnetyczne zależy od długości fali ( częstotliwości ) promieniowania, przy czym maksymalna czułość wynosi 555 nm (540 T Hz ), w zielonej części widma [2] . Ponieważ czułość stopniowo spada do zera wraz z odległością od punktu maksymalnego, niemożliwe jest określenie dokładnych granic zakresu widmowego promieniowania widzialnego. Zwykle za granicę fal krótkich przyjmuje się obszar 380-400 nm (790-750 T Hz ), a za granicę długofalową 760-780 nm (do 810 nm) (395-385 THz) [1 ] [3] . Promieniowanie elektromagnetyczne o takich długościach fal nazywane jest również światłem widzialnym lub po prostu światłem (w wąskim znaczeniu tego słowa).

Nie wszystkie kolory, które może rozróżnić ludzkie oko, odpowiadają jakiemuś rodzajowi promieniowania monochromatycznego . Odcienie takie jak różowy , beżowy czy magenta powstają tylko przez zmieszanie kilku monochromatycznych promieni o różnych długościach fal.

Promieniowanie widzialne wpada również do „ okna optycznego ” – obszaru widma promieniowania elektromagnetycznego, które praktycznie nie jest pochłaniane przez ziemską atmosferę . Czyste powietrze rozprasza światło niebieskie znacznie silniej niż światło o dłuższych falach (w kierunku czerwonego końca widma), więc niebo w południe wygląda na niebieskie.

Wiele gatunków zwierząt jest w stanie zobaczyć promieniowanie, które nie jest widoczne dla ludzkiego oka, to znaczy spoza zakresu widzialnego. Na przykład pszczoły i wiele innych owadów widzi światło ultrafioletowe , które pomaga im znaleźć nektar na kwiatach. Rośliny zapylane przez owady znajdują się w korzystniejszej pozycji pod względem rozmnażania, jeśli są jasne w widmie ultrafioletowym. Ptaki są również w stanie zobaczyć promieniowanie ultrafioletowe (300-400 nm), a niektóre gatunki mają nawet ślady na upierzeniu, które przyciągają partnera, widoczne tylko w świetle ultrafioletowym [4] [5] .

Historia

Koło barw Newtona z książki „Optyka” ( 1704 ), ukazujące relacje między kolorami a nutami muzycznymi. Kolory widma od czerwonego do fioletowego są oddzielone nutami zaczynającymi się od D (D). Koło jest pełną oktawą . Newton umieścił obok siebie czerwone i fioletowe końce widma, podkreślając, że magenta powstaje z mieszania kolorów czerwonego i fioletowego.

Pierwsze wyjaśnienia przyczyn pojawienia się widma promieniowania widzialnego podali Izaak Newton w książce „Optyka” i Johann Goethe w pracy „Teoria kwiatów”, ale już przed nimi Roger Bacon zaobserwował widmo optyczne w szklance wody. Dopiero cztery wieki później Newton odkrył rozproszenie światła w pryzmatach [6] [7] .

Newton jako pierwszy użył słowa widmo ( łac. widmo - widzenie, wygląd) w druku w 1671 r. , opisując swoje eksperymenty optyczne. Odkrył, że gdy promień światła uderza w powierzchnię szklanego pryzmatu pod kątem do powierzchni, część światła jest odbijana, a część przechodzi przez szkło, tworząc paski o różnych kolorach. Naukowiec zasugerował, że światło składa się ze strumienia cząstek (korpuskuł) o różnych kolorach, a cząstki o różnych kolorach poruszają się w przezroczystym ośrodku z różną prędkością. Według niego światło czerwone poruszało się szybciej niż fioletowe, dlatego promień czerwony odbijał się od pryzmatu nie tak bardzo jak fioletowy. Z tego powodu powstało widoczne spektrum kolorów.

Newton podzielił światło na siedem kolorów: czerwony , pomarańczowy , żółty , zielony , niebieski , indygo i fioletowy . Liczbę siedem wybrał z przekonania (wywodzącego się od starożytnych greckich sofistów ), że istnieje związek między kolorami, nutami, obiektami Układu Słonecznego i dniami tygodnia [6] [8] . Ludzkie oko jest stosunkowo słabo wrażliwe na częstotliwości koloru indygo, więc niektórzy ludzie nie potrafią odróżnić go od niebieskiego lub fioletowego. Dlatego po Newtonie często proponowano, aby indygo nie traktować jako samodzielny kolor, ale tylko jako odcień fioletu lub błękitu (jednak nadal jest on zaliczany do spektrum w tradycji zachodniej). W tradycji rosyjskiej indygo odpowiada niebieskiemu .

Goethe , w przeciwieństwie do Newtona, uważał, że widmo powstaje z nakładania się różnych składników świata. Obserwując szerokie wiązki światła odkrył, że przy przejściu przez pryzmat na krawędziach wiązki pojawiają się czerwono-żółte i niebieskie krawędzie, pomiędzy którymi światło pozostaje białe, a widmo pojawia się, gdy te krawędzie są wystarczająco blisko siebie .

Długości fal odpowiadające różnym kolorom promieniowania widzialnego zostały po raz pierwszy przedstawione 12 listopada 1801 r. w Baker Lecture Thomasa Younga , zostały uzyskane poprzez przekształcenie parametrów pierścieni Newtona , zmierzonych przez samego Isaaca Newtona, na długości fal. Pierścienie te Newtona uzyskuje przepuszczając przez soczewkę leżącą na płaskiej powierzchni, odpowiadającą żądanej barwie części rozszerzonego pryzmatu w widmie światła, powtarzając eksperyment dla każdego z kolorów [9] : 30-31 . Young przedstawił uzyskane wartości długości fal w formie tabeli, wyrażając w calach francuskich (1 cal = 27,07 mm ) [10] , przeliczone na nanometry , ich wartości dobrze odpowiadają współczesnym, przyjętym dla różnych kolorów . W 1821 roku Joseph Fraunhofer zainicjował pomiar długości fal linii widmowych , odbierając je z widzialnego promieniowania Słońca za pomocą siatki dyfrakcyjnej , mierząc kąty dyfrakcji za pomocą teodolitu i przekształcając je na długości fal [11] . Podobnie jak Jung wyraził je w calach francuskich, w przeliczeniu na nanometry, różnią się one od współczesnych jednostkami [9] : 39-41 . Tak więc już na początku XIX wieku możliwe stało się mierzenie długości fal promieniowania widzialnego z dokładnością do kilku nanometrów.

W XIX wieku, wraz z odkryciem promieniowania ultrafioletowego i podczerwonego , zrozumienie widma widzialnego stało się dokładniejsze.

Na początku XIX wieku Thomas Jung i Hermann von Helmholtz również zbadali związek między widmem widzialnym a widzeniem kolorów. Ich teoria widzenia barw słusznie zakładała, że ​​wykorzystuje ona trzy różne typy receptorów do określania koloru oczu.

Charakterystyka granic promieniowania widzialnego

Długość fali, nm 380 780
Energia fotonowa , J 5.23⋅10 -19 2.55⋅10 -19
Energia fotonowa , eV 3,26 1,59
Częstotliwość, Hz 7,89⋅10 14 3.84⋅10 14
Liczba falowa , cm- 1 1,65⋅10 5 0,81⋅10 5

Widoczne widmo

Kiedy biały promień rozkłada się w pryzmacie, powstaje widmo, w którym promieniowanie o różnych długościach fal jest załamywane pod różnymi kątami. Kolory zawarte w widmie, czyli te, które można uzyskać przy użyciu światła o jednej długości fali (dokładniej, o bardzo wąskim zakresie długości fal), nazywamy kolorami spektralnymi [12] . Główne barwy spektralne (mające własną nazwę) oraz charakterystyki emisyjne tych barw przedstawiono w tabeli [13] :

Kolor Zakres długości fal, nm Zakres częstotliwości, THz Zasięg energii fotonów, eV
Purpurowy ≤450 ≥667 ≥2,75
Niebieski 450-480 625-667 2,58-2,75
Niebieski 480-510 588-625 2,43-2,58
Zielony 510-550 545-588 2,25-2,43
Jasnozielony 550-570 526-545 2,17-2,25
Żółty 570-590 508-526 2.10-2.17
Pomarańczowy 590-630 476-508 1,97-2,10
czerwony ≥630 ≤476 ≤1,97

Granice zakresów wskazane w tabeli są warunkowe, w rzeczywistości kolory płynnie przechodzą w siebie, a położenie widocznych przez obserwatora granic pomiędzy nimi w dużej mierze zależy od warunków obserwacji [13] . Kiedy wiązka światła białego jest rozłożona, w pryzmacie nie ma fioletu, nawet wiązka 405nm wygląda na czysty niebieski. Fioletowy pojawia się w tęczy, gdzie skrajny niebieski miesza się z sąsiadującą czerwienią drugiej tęczy.

Aby zapamiętać sekwencję głównych kolorów widmowych w języku rosyjskim, używa się mnemonicznej frazyKażdy myśliwy chce wiedzieć, gdzie siedzi bażant ”. Akronim Roy G. Biv jest podobnie używany w języku angielskim.

Zobacz też

Notatki (edytuj)

  1. 1 2 Gagarin A. P. Light // Encyklopedia fizyczna : [w 5 tomach] / Ch. wyd. AM Prochorow . - M .: Wielka rosyjska encyklopedia, 1994. - T. 4: Poyntinga - Robertson - Streamery. - S. 460 .-- 704 s. - 40 000 egzemplarzy - ISBN 5-85270-087-8 .
  2. GOST 8.332-78. Państwowy system zapewnienia jednolitości pomiarów. Pomiary światła. Wartości względnej spektralnej skuteczności świetlnej promieniowania monochromatycznego dla widzenia dziennego (niedostępne łącze) . Pobrano 2 marca 2013 . Zarchiwizowane 4 października 2013 .
  3. GOST 7601-78. Optyka fizyczna. Terminy, oznaczenia literowe i definicje wielkości podstawowych
  4. Cuthill, Innes C; i in. Widzenie w ultrafiolecie u ptaków // Postępy w badaniu zachowania (nieokreślone) / Peter JB Slater. - Oxford, Anglia: Academic Press , 1997 .-- T. 29 .-- S. 161. - ISBN 978-0-12-004529-7 .
  5. Jamieson, Barrie GM Biologia rozrodu i filogeneza ptaków (inż.). - Charlottesville VA: University of Virginia, 2007. - P. 128. - ISBN 1578083869 .
  6. 1 2 Newton I. Optyka czyli traktat o odbiciach, załamaniach, zginaniu i barwach światła / Tłumaczone przez S. I. Wawiłowa . - wyd. 2 - M .: Stan. wydawnictwo literatury technicznej i teoretycznej , 1954. - s. 131. - 367 s. - (seria „Klasyka nauk przyrodniczych”).
  7. Coffey, Piotrze. Nauka logiki: dociekania zasad dokładnego myślenia (inż.). - Longmans , 1912.
  8. Hutchison, Niels Music For Measure: W 300. rocznicę powstania Newtona Opticks . Muzyka kolorowa (2004). Pobrano 11 sierpnia 2006. Zarchiwizowane 20 lutego 2012.
  9. 1 2 Marka Johna Charlesa Drury'ego. Linie światła: źródła . - CRC Press, 1995.
  10. Thomas Young. Wykład Piekarza. Teoria światła i kolorów (ang.) // Transakcje filozoficzne Royal Society of London na rok 1802: czasopismo. - 1802 .-- s. 39 .
  11. Fraunhofer Jos. Neue Modifikation des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben (niemiecki) // Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München für die Jahre 1821 und 1822: magazin. - 1824. - Bd. VIII . - S. 1-76 .
  12. ^ Thomas J. Bruno, Paryż DN Svoronos. CRC Handbook of Fundamental Spectroscopic Correlation Charts. Prasa CRC, 2005.
  13. 1 2 Hunt RWC Reprodukcja koloru . - 6. edycja. - John Wiley & Sons , 2004. - str. 4-5. - 724 pkt. - ISBN 978-0-470-02425-6 .