Viditeľné žiarenie

Z Wikipédie, voľnej encyklopédie

Prejsť na navigáciu Prejsť na vyhľadávanie

Viditeľné žiarenieelektromagnetické vlny vnímané ľudským okom [1] . Citlivosť ľudského oka na elektromagnetické žiarenie závisí od vlnovej dĺžky ( frekvencie ) žiarenia, pričom maximálna citlivosť je pri 555 nm (540 T Hz ), v zelenej časti spektra [2] . Pretože citlivosť postupne klesá k nule so vzdialenosťou od maximálneho bodu, nie je možné presne určiť hranice spektrálneho rozsahu viditeľného žiarenia. Zvyčajne sa oblasť 380-400 nm (790 až 750 T Hz ) sa berie ako krátke vlnovej dĺžky rozhrania, a 760 až 780 nm (až do 810 nm) (395 až 385), ako je THz dlhoročnou mávať hranice [1 ] [3] . Elektromagnetické žiarenie s takýmito vlnovými dĺžkami sa tiež nazýva viditeľné svetlo alebo jednoducho svetlo (v užšom zmysle slova).

Nie všetky farby, ktoré ľudské oko dokáže rozlíšiť, sú spojené s nejakým druhom monochromatického žiarenia . Odtiene ako ružová , béžová alebo purpurová sa vyrábajú iba zmiešaním niekoľkých monochromatických emisií rôznych vlnových dĺžok.

Viditeľné žiarenie dopadá aj do „ optického okna “ – oblasti spektra elektromagnetického žiarenia, ktoré zemská atmosféra prakticky neabsorbuje. Čistý vzduch rozptyľuje modré svetlo oveľa silnejšie ako svetlo s dlhšími vlnovými dĺžkami (smerom k červenému koncu spektra), takže poludňajšia obloha vyzerá modro.

Mnohé živočíšne druhy sú schopné vidieť žiarenie, ktoré je pre ľudské oko neviditeľné, teda mimo viditeľného rozsahu. Napríklad včely a mnoho iného hmyzu vidia ultrafialové svetlo, ktoré im pomáha nájsť nektár na kvetoch. Rastliny opeľované hmyzom sú v lepšej pozícii pre rozmnožovanie, ak sú jasné v ultrafialovom spektre. Vtáky sú tiež schopné vidieť ultrafialové žiarenie (300-400 nm) a niektoré druhy majú dokonca na perách znaky, ktoré priťahujú partnera, viditeľné iba v ultrafialovom svetle [4] [5] .

Príbeh

Newtonov kruh farieb z knihy "Optika" ( 1704 ), ktorý ukazuje vzťah medzi farbami a notami. Farby spektra od červenej po fialovú sú oddelené notami začínajúcimi na D (D). Kruh je celá oktáva . Newton umiestnil červený a fialový koniec spektra vedľa seba, pričom zdôraznil, že purpurová vzniká zmiešaním červenej a fialovej farby.

Prvé vysvetlenia príčin vzniku spektra viditeľného žiarenia podali Isaac Newton v knihe „Optika“ a Johann Goethe v diele „Teória kvetov“, ale ešte pred nimi Roger Bacon pozoroval optické spektrum. v pohári vody. Až o štyri storočia neskôr Newton objavil rozptyl svetla v hranoloch [6] [7] .

Newton ako prvý použil v roku 1671 slovo spektrum ( lat. spektrum - videnie, vzhľad) na opis svojich optických experimentov. Zistil, že keď lúč svetla dopadne na povrch skleneného hranola pod uhlom k povrchu, časť svetla sa odrazí a časť prejde cez sklo a vytvorí pruhy rôznych farieb. Vedec naznačil, že svetlo pozostáva z prúdu častíc (teliesok) rôznych farieb a že častice rôznych farieb sa pohybujú v priehľadnom médiu rôznymi rýchlosťami. Červené svetlo sa podľa neho pohybovalo rýchlejšie ako fialové, preto sa červený lúč na hranole odchyľoval nie tak ako fialový. Z tohto dôvodu vzniklo viditeľné spektrum farieb.

Newton rozdelil svetlo do siedmich farieb: červená , oranžová , žltá , zelená , modrá , indigová a fialová . Číslo sedem si vybral z presvedčenia (pochádzajúceho od starovekých gréckych sofistov ), že existuje spojenie medzi farbami, notami, objektmi slnečnej sústavy a dňami v týždni [6] [8] . Ľudské oko je pomerne slabo citlivé na frekvencie indigovej farby, takže niektorí ľudia ju nedokážu rozlíšiť od modrej alebo fialovej. Preto sa po Newtonovi často navrhovalo považovať indigo nie za samostatnú farbu, ale iba za odtieň fialovej alebo modrej (v západnej tradícii je však stále súčasťou spektra). V ruskej tradícii indigo zodpovedá modrej farbe .

Goethe , na rozdiel od Newtona, veril, že spektrum vzniká superpozíciou rôznych zložiek sveta. Pozorovaním širokých lúčov svetla zistil, že pri prechode hranolom sa na okrajoch lúča objavia červeno-žlté a modré okraje, medzi ktorými svetlo zostáva biele a spektrum sa objaví, keď sa tieto okraje priblížia dostatočne blízko k sebe. .

Vlnové dĺžky zodpovedajúce rôznym farbám viditeľného žiarenia boli prvýkrát prezentované 12. novembra 1801 v Bakerovej prednáške Thomasom Youngom , boli získané prevedením parametrov Newtonových prstencov , nameraných samotným Isaacom Newtonom, na vlnové dĺžky. Tieto prstence Newton získal prechodom cez šošovku, ležiacu na rovnom povrchu, zodpovedajúcej požadovanej farbe časti expandovaného hranolu v spektre svetla, pričom experiment sa opakuje pre každú z farieb [9] : 30-31 . Jung prezentoval získané hodnoty vlnových dĺžok vo forme tabuľky, vyjadrené vo francúzskych palcoch (1 palec = 27,07 mm ) [10] , prevedené na nanometre , ich hodnoty dobre zodpovedajú moderným, prevzatým pre rôzne farby. . V roku 1821 Joseph Fraunhofer inicioval meranie vlnových dĺžok spektrálnych čiar , prijímal ich z viditeľného žiarenia Slnka pomocou difrakčnej mriežky , meral difrakčné uhly teodolitom a premieňal ich na vlnové dĺžky [11] . Podobne ako Jung ich vyjadril vo francúzskych palcoch, prepočítaných na nanometre, od moderných sa líšia jednotkami [9] : 39-41 . A tak už začiatkom 19. storočia bolo možné merať vlnové dĺžky viditeľného žiarenia s presnosťou niekoľkých nanometrov.

V 19. storočí s objavom ultrafialového a infračerveného žiarenia sa pochopenie viditeľného spektra stalo presnejším.

Začiatkom 19. storočia skúmali vzťah medzi viditeľným spektrom a farebným videním aj Thomas Jung a Hermann von Helmholtz . Ich teória farebného videnia správne predpokladala, že na určenie farby očí používa tri rôzne typy receptorov.

Charakteristika hraníc viditeľného žiarenia

Vlnová dĺžka, nm 380 780
Fotónová energia, J 5,23⋅10 −19 2,55⋅10 −19
Fotónová energia, eV 3.26 1,59
Frekvencia, Hz 7,89⋅10 14 3,84⋅10 14
Vlnové číslo , cm −1 1,65⋅10 5 0,81⋅10 5

Viditeľné spektrum

Pri rozklade bieleho lúča v hranole vzniká spektrum, v ktorom sa žiarenie rôznych vlnových dĺžok láme pod rôznymi uhlami. Farby zahrnuté v spektre, teda tie farby, ktoré je možné získať pomocou svetla jednej vlnovej dĺžky (presnejšie s veľmi úzkym rozsahom vlnových dĺžok), sa nazývajú spektrálne farby [12] . Hlavné spektrálne farby (ktoré majú svoj vlastný názov), ako aj emisné charakteristiky týchto farieb sú uvedené v tabuľke [13] :

Farba Rozsah vlnových dĺžok, nm Frekvenčný rozsah, THz Energetický rozsah fotónu, eV
fialový ≤ 450 ≥667 ≥2,75
Modrá 450-480 625-667 2,58-2,75
Modrá 480-510 588-625 2,43-2,58
zelená 510-550 545-588 2,25-2,43
Svetlo zelená 550-570 526-545 2.17-2.25
žltá 570-590 508-526 2.10-2.17
Oranžová 590-630 476-508 1,97-2,10
Červená ≥630 ≤476 ≤1,97

Hranice rozsahov uvedených v tabuľke sú podmienené, v skutočnosti farby do seba plynule splývajú a umiestnenie hraníc medzi nimi viditeľné pre pozorovateľa do značnej miery závisí od podmienok pozorovania [13] . Keď sa lúč bieleho svetla rozloží, v hranole nie je žiadna fialová, dokonca aj 405nm lúč vyzerá čisto modrý. Fialová sa objavuje v dúhe, kde sa extrémne modrá mieša s priľahlou červenou druhej dúhy.

Na zapamätanie postupnosti hlavných spektrálnych farieb v ruštine sa používa mnemotechnická frázaKaždý lovec chce vedieť, kde sedí bažant “. Podobne sa v angličtine používa skratka Roy G. Biv .

pozri tiež

Poznámky (upraviť)

  1. 1 2 Gagarin A. P. Light // Fyzická encyklopédia : [v 5 zväzkoch] / Ch. vyd. A.M. Prochorov . - M .: Veľká ruská encyklopédia, 1994. - T. 4: Poyntinga - Robertson - Streamers. - S. 460 .-- 704 s. - 40 000 kópií - ISBN 5-85270-087-8 .
  2. GOST 8.332-78. Štátny systém zabezpečenia jednotnosti meraní. Merania svetla. Hodnoty relatívnej spektrálnej svetelnej účinnosti monochromatického žiarenia pre denné videnie (nedostupný odkaz) . Získané 2. marca 2013. Archivované 4. októbra 2013.
  3. GOST 7601-78. Fyzikálna optika. Pojmy, písmenové označenia a definície základných veličín
  4. Cuthill, Innes C; a kol. Ultrafialové videnie u vtákov // Pokroky v štúdiu správania (nešpecifikované) / Peter JB Slater. - Oxford, Anglicko: Academic Press , 1997. - T. 29. - S. 161. - ISBN 978-0-12-004529-7 .
  5. Jamieson, Barrie GM Reproductive Biology and Phylogeny of Birds (Angl.). - Charlottesville VA: University of Virginia, 2007. - S. 128. - ISBN 1578083869 .
  6. 1 2 Newton I. Optika alebo pojednanie o odrazoch, lomoch, ohybe a farbách svetla / Preložil S. I. Vavilov . - 2. vyd. - M .: Štát. vydavateľstvo technickej a teoretickej literatúry , 1954. - s. 131. - 367 s. - (séria „Klasika prírodných vied“).
  7. Coffey, Peter. Veda o logike: skúmania princípov presného myslenia (angl.). - Longmans , 1912.
  8. Hutchison, Niels Music For Measure: K 300. výročiu Newton's Opticks . Farebná hudba (2004). Získané 11. augusta 2006. Archivované 20. februára 2012.
  9. 1 2 John Charles Drury Brand. Lines of Light: The Sources Of . - CRC Press, 1995.
  10. Thomas Young. Bakeriánska prednáška. The Theory of the On Light and Colors (Angl.) // Filozofické transakcie Kráľovskej spoločnosti v Londýne za rok 1802: časopis. - 1802 .-- S. 39 .
  11. Fraunhofer Jos. Neue Modification des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben (nemčina) // Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München für die Jahre 1821 und 1822: časopis. - 1824. - Bd. VIII . - S. 1-76 .
  12. ^ Thomas J. Bruno, Paris DN Svoronos. Príručka základných spektroskopických korelačných grafov CRC. CRC Press, 2005.
  13. 1 2 Hunt RWC The Reproduction of Color . - 6. vydanie. - John Wiley & Sons , 2004. - S. 4-5. - 724 s. - ISBN 978-0-470-02425-6 .