Что понимается под термином 'длина волны света'. Диапазоны излучения и вещество Диапазон длин волн видимого излучения
История
Первые объяснения причин возникновения 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 .
Ньютон первый использовал слово спектр (лат. spectrum - видение, появление) в печати в 1671 году , описывая свои оптические опыты. Он обнаружил, 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 в прозрачной среде с различной скоростью. 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 . Человеческий глаз относительно слабо восприимчив к частотам цвета индиго, поэтому некоторые люди не могут отличить его от голубого или фиолетового 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.
| Цвет | Диапазон длин волн, нм | Диапазон частот, ТГц | Диапазон энергии фотонов, эВ |
|---|---|---|---|
| Фиолетовый | ≤450 | ≥667 | ≥2,75 |
| Синий | 450-480 | 625-667 | 2,58-2,75 |
| Сине-зелёный | 480-510 | 588-625 | 2,43-2,58 |
| Зелёный | 510-550 | 545-588 | 2,25-2,43 |
| Желто-зелёный | 550-570 | 526-545 | 2,17-2,25 |
| Жёлтый | 570-590 | 508-526 | 2,10-2,17 |
| Оранжевый | 590-630 | 476-508 | 1,97-2,10 |
| Красный | ≥630 | ≤476 | ≤1,97 |
Указанные в таблице границы диапазонов носят условный характер, в действительности же цвета плавно переходят друг в друга, и расположение видимых наблюдателем границ между ними в большой степени зависит от условий наблюдения .
См. также
Примечания
- Гагарин А. П. Свет // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров . - М. : Большая российская энциклопедия, 1994. - Т. 4: Пойнтинга - Робертсона - Стримеры. - С. 460. - 704 с. - 40 000 экз. - ISBN 5-85270-087-8 .
- ГОСТ 8.332-78. Государственная система обеспечения единства измерений. Световые измерения. Значения относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения
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.
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.
Видимое излучение - электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длиной волны приблизительно от 380 (фиолетовый) до 740 нм (красный). 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). Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра.
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.
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. Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице:
| Цвет | Диапазон длин волн, нм | Диапазон частот, ТГц | Диапазон энергии фотонов, эВ |
|---|---|---|---|
| Фиолетовый | 380-440 | 790-680 | 2,82-3,26 |
| Синий | 440-485 | 680-620 | 2,56-2,82 |
| Голубой | 485-500 | 620-600 | 2,48-2,56 |
| Зелёный | 500-565 | 600-530 | 2,19-2,48 |
| Жёлтый | 565-590 | 530-510 | 2,10-2,19 |
| Оранжевый | 590-625 | 510-480 | 1,98-2,10 |
| Красный | 625-740 | 480-400 | 1,68-1,98 |
Свет играет важную роль в фотографии. Привычный всем солнечный свет имеет достаточно сложный спектральный состав.
Спектральный состав видимой части солнечного света характеризуется наличием монохроматических излучений, длина волны которых находится в пределах 400-720 нм, по другим данным 380-780 нм.
Иными словами солнечный свет может быть разложен на монохроматические составляющие. В тоже время монохроматические (или одноцветные) составляющие дневного света не могут быть выделены однозначно , а, ввиду непрерывности спектра, плавно переходят от одного цвета в другой.
Считается, что определённые цвета находятся в определённых пределах длин волн . Это иллюстрирует Таблица 1.
Длины световых волн
Таблица 1
Для фотографов представляет определённый интерес распределение длин волн по зонам спектра.
Всего выделяют три зоны спектра : Синюю (B lue), Зелёную (G reen) и Красную (R ed).
По первым буквам английских слов R ed (красный), G reen (зелёный), B lue (синий) получила название система представления цвета – RGB .
В RGB -системе работает множество устройств, связанных графической информацией, например, цифровые фотокамеры, дисплеи и т.п.
Длины волн монохроматических излучений, распределённых по зонам спектра, представлены в Таблице 2.
При работе с таблицами важно учесть непрерывный характер спектра . Именно непрерывный характер спектра приводит к расхождению, как ширины спектра видимого излучения, так и положение границ спектральных цветов.
Длины волн монохроматических излучений, распределённых по зонам спектра
Таблица 2
Что касается монохроматических цветов, то разные исследователи выделяют разное их количество! Принято считать от шести до восьми различных цветов спектра.
Шесть цветов спектра
Таблица 3
При выделении семи цветов спектра предлагается из диапазона синего 436-495 нм см.Таблицу 3 выделить две составляющие, одна из которых имеет синий (440-485 нм), другая – голубой (485-500 нм) цвет.
Семь цветов спектра
Таблица 4
Названия семи цветов спектра приведены в Таблице 5.
Названия семи цветов спектра
Таблица 5
При выделении восьми цветов спектра отдельно выделяется Жёлто-зелёный (550-575 нм), уменьшая диапазон зелёного и желтого цветов соответственно.
Восемь цветов спектра
Таблица 6
Для различных целей исследователи могут выделять и другое (существенно большее) число цветов спектра . Однако для практических нужд фотографы, как правило, ограничиваются 6-8 цветами.
Основные и дополнительные цвета
Рис.1. Чёрный и белый, основные и дополнительные цвета
Основные цвета – это три цвета , из которых можно получить любые другие цвета .
Собственно на этом принципе и стоит современная цифровая фотография, использующая в качестве основных цветов красный (R), зелёный (G) и синий (B) см.Таблицу 7.
Дополнительные цвета – это цвета, которые при смешении с основными цветами позволяют получить белый цвет. см.Таблицу 7.
Таблица 7
Основной цвет |
Дополнительный цвет |
Результирующий цвет |
RGB (0 0 225) |
RGB (255 225 0) |
RGB (255 225 225) |
RGB (0 225 0) |
RGB (255 0 225) |
RGB (255 225 225) |
RGB (255 0 0) |
RGB (0 225 225) |
RGB (255 225 225) |
1. ОСОБЕННОСТИ ЦВЕТОВОСПРИЯТИЯ.
Сейчас известно, что цвет - это представление человека о видимой части спектра электромагнитного излучения. Свет воспринимается фоторецепторами, расположенными в задней части зрачка. Эти рецепторы преобразуют энергию электромагнитного излучения в электрические сигналы. Рецепторы сконцентрированы большей частью в ограниченной области сетчатки или ретины, которая называется ямкой. Эта часть сетчатки способна воспринимать детали
изображения
и цвет гораздо лучше, чем остальная ее часть. С помощью глазных мускул ямка смещается так, чтобы воспринимать разные участки окружающей среды. Обзорное поле, в котором хорошо различаются детали
и цвет ограничено приблизительно 2-мя градусами.
Существует два типа рецепторов: палочки и колбочки. Палочки активны только при крайне низкой освещенности (ночное зрение) и не имеют практического значения при восприятии цветных
изображений
; они более сконцентрированы по периферии обзорного поля. Колбочки ответственны за восприятие цвета
и они сконцентрированы в ямке. Существует три типа колбочек, которые воспринимают длинные, средние и короткие длины волн светового излучения.
Каждый тип колбочек обладает собственной спектральной чувствительностью. Приблизительно считается, что первый тип воспринимает световые волны с длиной от 400 до 500 нм (условно "синюю " составляющую цвета ), второй - от 500 до 600 нм (условно "зеленую " составляющую) и третий - от 600 до 700 нм (условно "красную " составляющую). Цвет ощущается в зависимости от того, волны какой длины и интенсивности присутствуют в свете.
Глаз наиболее чувствителен к зеленым лучам, наименее - к синим . Экспериментально установлено, что среди излучений равной мощности наибольшее световое ощущение вызывает монохроматическое желто-зеленое излучение с длиной волны 555 нм. Спектральная чувствительность глаза зависит от внешней освещенности. В сумерках максимум спектральной световой эффективности сдвигается в сторону синих излучений , что вызвано разной спектральной чувствительностью палочек и колбочек. В темноте синий цвет оказывает большее влияние, чем красный , при равной мощности излучения, а на свету - наоборот.
Разные люди воспринимают один и тот же цвет по-разному. Восприятие цветов изменяется с возрастом, зависит от остроты зрения, от настроения и других факторов. Однако, такие различия относятся в основном к тонким оттенкам цвета , поэтому в целом можно утверждать, что большинство людей воспринимает основные цвета одинаково.
2. ЧТО ЕСТЬ ЦВЕТ?
Что такое цвет ? Физика рассматривает свет как электромагнитную волну. Волна - это просто изменение состояния среды или поля, распространяющееся в пространстве с какай-то скоростью. У любой волны есть длина - это расстояние между гребнями волны.
Те длины волн, которые способен воспринимать человеческий глаз носит название видимого света. Например, свет с наибольшей длиной волны мы воспринимаем как красный, а с наименьшей - как фиолетовый. При этом стоит отметить, что наше ухо тоже воспринимает волны, только очень большой длины волны и несколько другой природы. Звук - это колебания вещества. Например в вакууме нет частичек вещества (воздуха например). И там нет звука, звуковая волна не распространяется в вакууме.
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).
Цвета , которые мы воспринимаем, различаются в зависимости от длины волны видимого света:
Цвет |
Длина волны, нм |
Красный |
от 620 до 760 |
Оранжевый |
от 585 до 620 |
Желтый |
от 575 до 585 |
Зеленый |
от 510 до 575 |
Голубой |
от 480 до 510 |
Синий |
от 450 до 480 |
Фиолетовый |
от 380 до 450 |
Порядок расположения цветов просто запомнить по аббревиатуре слов: каждый охотник желает знать, где сидит фазан .
Резкой границы между цветами нет, но среди приведенных выше цветов отсутствует белый
...
Всё дело в том, что никакой определенной длины волны белому свету
не соответствует. Тем не менее, границы диапазонов белого света и составляющих его цветов принято характеризовать их длинами волн в вакууме. Таким образом, белый свет
- это сложный свет, совокупность волн длинами от 380 до 760 нм.
Причина, по которой человек способен видеть свет заключается в воздействии света определенных длин волн на глазную сетчатку.
При прохождении света через вещество, имеющее преломляющий угол, происходит разложение света на сотавляющие его цвета, при этом изменяются и скорость, и длина волны, а частота колебаний света остается неизменной.
Свет с длинами волн длиннее, чем самая длинная в спектре видимого света (красный цвет ), называется инфракрасным (от латинского слова infra - ниже; то есть ниже той части спектра, которую может воспринять глаз ). А свет с длинами волн короче наиболее коротких в видимом спектре называется ультрафиолетовым (от латинского слова ultra - более, сверх; то есть длина волны выше той, которую может воспринять глаз ).
Человеческому глазу не доступен ни инфракрасный, ни ультрафиолетовый свет, как и многие другие типы волн. Тем не менее мы можем воспринимать огромный диапазон различных цветов (диапазон волн).
3. ЦВЕТОВАЯ ГАРМОНИЯ.
В теории цвета цветовой круг
содержит в себе все цвета
, видимые человеком, от фиолетового до красного. Цветовой
круг показывает, как цвета
связаны между собой, и позволяет определять по определенным правилам гармоничные сочетания этих цветов.
Черный, белый
и серый не обозначены на цветовом круге, так как, строго говоря, они не являются цветами. Это нейтральные тона
.
3.1. Цветовые сочетания.
В цветовых схемах приведены гармоничные сочетание цветов. Заметьте, что цвета можно и нужно варьировать по насыщенности и светлоте (яркости) . И кстати, часто встречающаяся еще одна гармония : по насыщенности. На картинке представлены возможные варианты цветовой гармонии .
Не применяйте цвета
в равных количествах. Сделайте лучше один цвет
фоном
, а другой пусть будет просто акцентом на нем. Интересно, что дополнительные цвета
при смешении дают серый цвет (три основных цвета
, кстати, тоже). Поэтому, если вы примените их рядом и в больших количествах, то в глазах зрителя будет происходить смешение до серого!
Вы можете поэксперементироватьь над этим, используя инструмент подбора цветов .
4. ОЩУЩЕНИЕ ГЛУБИНЫ.
Важную роль в создании цветовой композиции играет разделение цветов на теплые и холодные . Это разделение легко заметить на цветовом круге (см. рисунки выше). На этом круге выделяется "теплая" красно-желтая область и "холодная" синяя область , разделенная вертикальной линией. Это разделение трудно объяснить на уровне физики - разделение на "два лагеря" происходит, скорее, на уровне подсознания.
С детства мы привыкли, что солнце, огонь, углы и все источники тепла имеют красно-желтые оттенки , а снег, вода, небо - сине-голубые и сине-зеленые оттенки . Это закрепляется у нас в подсознании, и диктует нам восприятие цвета . Но есть также "нарушители" этого разбиения. Так, светло-бежевая луна, бордовые цвета являются холодными цветами, а светло-голубое свечение нагретых тел имеет теплый цвет .
Яркие, теплые тона создают эффект движения в сторону смотрящего и кажутся ближе. Теплые цвета привлекают внимание и хорошо подходят для выделения важных элементов публикации.
Холодные цвета кажутся удаляющимися и создают эффект движения в сторону от смотрящего. В комбинации, холодные цвета могут вызвать ощущение отчужденности и изоляции, а может, наоборот, быть успокаивающим и ободряющим.
Эффект движения, вызванный сочетанием теплых и холодных цветов , используется дизайнерами. Для фона ими выбирается холодные оттенки , а для объектов на переднем плане - теплые . Так, если Вы посмотрите на фотографии , сделанные на презентациях и пресс-конференциях, Вы увидите докладчиков на голубом фоне . Такой фон придает значительность и важность фигуре докладчика. Этот прием можно порекомендовать начинающим дизайнерам.
Как правило, лучше работают цветовые решения, основанные на доминировании холодной или теплой гаммы цветов, а не на равномерном смешении оттенков . При этом в комбинациях, где преобладают теплые тона , для оформления выделений и усиления контраста могут использоваться холодные оттенки , и наоборот.
