Viditelné záření

z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Přejít na navigaci Přejít na hledání

Viditelné zářeníelektromagnetické vlnění vnímané lidským okem [1] . Citlivost lidského oka na elektromagnetické záření závisí na vlnové délce ( frekvenci ) záření, přičemž maximální citlivost je na 555 nm (540 T Hz ), v zelené části spektra [2] . Protože citlivost se vzdáleností od maximálního bodu postupně klesá k nule, není možné určit přesné hranice spektrálního rozsahu viditelného záření. Obvykle se oblast 380-400 nm (790 až 750 T Hz ) se bere jako krátké vlnové délky rozhraní, a 760 až 780 nm (až do 810 nm) (395 až 385), jak je THz dlouholetou mávat hranice [1 ] [3] . Elektromagnetické záření s takovými vlnovými délkami se také nazývá viditelné světlo nebo jednoduše světlo (v úzkém smyslu slova).

Ne všechny barvy, které lidské oko dokáže rozlišit, jsou spojeny s nějakým druhem monochromatického záření . Odstíny jako růžová , béžová nebo purpurová vznikají pouze smícháním několika monochromatických emisí různých vlnových délek.

Viditelné záření také dopadá do „ optického okna “ – oblasti spektra elektromagnetického záření, které zemská atmosféra prakticky nepohlcuje. Čistý vzduch rozptyluje modré světlo mnohem silněji než světlo s delšími vlnovými délkami (směrem k červenému konci spektra), takže polední obloha vypadá modře.

Mnoho živočišných druhů je schopno vidět záření, které je pro lidské oko neviditelné, tedy mimo viditelný rozsah. Například včely a mnoho dalšího hmyzu vidí ultrafialové světlo, které jim pomáhá najít nektar na květinách. Rostliny opylované hmyzem jsou v lepší pozici pro plození, pokud jsou jasné v ultrafialovém spektru. Ptáci jsou také schopni vidět ultrafialové záření (300-400 nm) a některé druhy mají na opeření dokonce značky, které přitahují partnera, viditelné pouze v ultrafialovém světle [4] [5] .

Příběh

Newtonův kruh barev z knihy „Optika“ ( 1704 ), ukazující vztah mezi barvami a notami. Barvy spektra od červené po fialovou jsou odděleny notami začínajícími D (D). Kruh je celá oktáva . Newton umístil červený a fialový konec spektra vedle sebe a zdůraznil, že purpurová vzniká smícháním červené a fialové barvy.

První vysvětlení příčin vzniku spektra viditelného záření podal Isaac Newton v knize „Optika“ a Johann Goethe v díle „Teorie květin“, ale ještě před nimi Roger Bacon pozoroval optické spektrum ve sklenici vody. Teprve o čtyři století později Newton objevil rozptyl světla v hranolech [6] [7] .

Newton byl první, kdo v roce 1671 použil slovo spektrum ( latinsky spektrum - vidění, vzhled) v tisku, popisující jeho optické experimenty. Zjistil, že když paprsek světla dopadá na povrch skleněného hranolu pod úhlem k povrchu, část světla se odráží a část prochází sklem a vytváří pruhy různých barev. Vědec navrhl, že světlo se skládá z proudu částic (částic) různých barev a že částice různých barev se pohybují v průhledném prostředí různými rychlostmi. Podle něj se červené světlo pohybovalo rychleji než fialové, proto se červený paprsek na hranolu nevychyloval tolik jako fialový. Díky tomu vzniklo viditelné spektrum barev.

Newton rozdělil světlo do sedmi barev: červená , oranžová , žlutá , zelená , modrá , indigová a fialová . Číslo sedm si vybral z přesvědčení (pocházející od starověkých řeckých sofistů ), že existuje souvislost mezi barvami, hudebními notami, objekty sluneční soustavy a dny v týdnu [6] [8] . Lidské oko je poměrně slabě citlivé na frekvence indigové barvy, takže ji někteří lidé nedokážou rozeznat od modré nebo fialové. Proto se po Newtonovi často navrhovalo považovat indigo nikoli za samostatnou barvu, ale pouze za odstín fialové nebo modré (v západní tradici je však stále zahrnuto do spektra). V ruské tradici indigo odpovídá modré barvě.

Goethe , na rozdíl od Newtona, věřil, že spektrum vzniká superpozicí různých složek světa. Pozorováním širokých paprsků světla zjistil, že při průchodu hranolem se na okrajích paprsku objevují červeno-žluté a modré okraje, mezi nimiž světlo zůstává bílé, a spektrum se objeví, když se tyto okraje přiblíží dostatečně k sobě. .

Vlnové délky odpovídající různým barvám viditelného záření byly poprvé představeny 12. listopadu 1801 v Bakerově přednášce Thomasem Youngem , byly získány převodem parametrů Newtonových prstenců , měřených samotným Isaacem Newtonem, na vlnové délky. Tyto prstence Newton získal průchodem čočkou, ležící na rovném povrchu, odpovídající požadované barvě části roztaženého hranolu ve spektru světla, opakováním experimentu pro každou z barev [9] : 30-31 . Jung prezentoval získané hodnoty vlnových délek ve formě tabulky, vyjádřené ve francouzských palcích (1 palec = 27,07 mm ) [10] , převedené na nanometry , jejich hodnoty dobře odpovídají moderním, převzatým pro různé barvy. . V roce 1821 zahájil Joseph Fraunhofer měření vlnových délek spektrálních čar , přijímal je z viditelného záření Slunce pomocí difrakční mřížky , měřil difrakční úhly teodolitem a převáděl je na vlnové délky [11] . Stejně jako Jung je vyjadřoval ve francouzských palcích, převedených na nanometry, od moderních se liší jednotkami [9] : 39-41 . Již na počátku 19. století tak bylo možné měřit vlnové délky viditelného záření s přesností několika nanometrů.

V 19. století, s objevem ultrafialového a infračerveného záření, se chápání viditelného spektra zpřesnilo.

Na počátku 19. století také Thomas Jung a Hermann von Helmholtz zkoumali vztah mezi viditelným spektrem a barevným viděním. Jejich teorie barevného vidění správně předpokládala, že k určení barvy očí používá tři různé typy receptorů.

Charakteristika hranic viditelného záření

Vlnová délka, nm 380 780
Fotonová energie, J 5.23⋅10 −19 2,55⋅10 −19
Fotonová energie, eV 3.26 1,59
Frekvence, Hz 7,89⋅10 14 3,84⋅10 14
Vlnové číslo , cm −1 1,65⋅10 5 0,81⋅10 5

Viditelné spektrum

Při rozkladu bílého paprsku v hranolu vzniká spektrum, ve kterém se záření různých vlnových délek láme pod různými úhly. Barvy zahrnuté ve spektru, tedy ty barvy, které lze získat pomocí světla jedné vlnové délky (přesněji s velmi úzkým rozsahem vlnových délek), se nazývají spektrální barvy [12] . Hlavní spektrální barvy (které mají svůj vlastní název), stejně jako emisní charakteristiky těchto barev, jsou uvedeny v tabulce [13] :

Barva Rozsah vlnových délek, nm Frekvenční rozsah, THz Energetický rozsah fotonů, eV
fialový ≤450 ≥667 ≥2,75
Modrý 450-480 625-667 2,58-2,75
Modrý 480-510 588-625 2,43-2,58
Zelená 510-550 545-588 2,25-2,43
Světle zelená 550-570 526-545 2.17-2.25
Žlutá 570-590 508-526 2.10-2.17
oranžový 590-630 476-508 1,97-2,10
Červené ≥630 ≤476 ≤1,97

Hranice rozsahů uvedené v tabulce jsou podmíněné, ve skutečnosti barvy do sebe plynule přecházejí a umístění hranic mezi nimi viditelných pro pozorovatele do značné míry závisí na podmínkách pozorování [13] . Když se paprsek bílého světla rozloží, v hranolu není žádná fialová, dokonce i paprsek 405nm vypadá čistě modrý. Fialová se objevuje v duze, kde se extrémní modrá mísí s přilehlou červenou druhé duhy.

K zapamatování sledu hlavních spektrálních barev v ruštině se používá mnemotechnická frázeKaždý lovec chce vědět, kde sedí bažant “. Podobně se v angličtině používá zkratka Roy G. Biv .

viz také

Poznámky (upravit)

  1. 1 2 Gagarin A. P. Light // Fyzická encyklopedie : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A.M. Prochorov . - M .: Velká ruská encyklopedie, 1994. - T. 4: Poyntinga - Robertson - Streamers. - S. 460 .-- 704 s. - 40 000 výtisků - ISBN 5-85270-087-8 .
  2. GOST 8.332-78. Státní systém pro zajištění jednotnosti měření. Měření světla. Hodnoty relativní spektrální světelné účinnosti monochromatického záření pro denní vidění (nedostupný odkaz) . Získáno 2. března 2013. Archivováno 4. října 2013.
  3. GOST 7601-78. Fyzikální optika. Pojmy, písmenná označení a definice základních veličin
  4. Cuthill, Innes C; a kol. Ultrafialové vidění u ptáků // Pokroky ve studiu chování (nespecifikováno) / Peter JB Slater. - Oxford, England: Academic Press , 1997. - T. 29. - S. 161. - ISBN 978-0-12-004529-7 .
  5. Jamieson, Barrie GM Reprodukční biologie a fylogeneze ptáků (anglicky). - Charlottesville VA: University of Virginia, 2007. - S. 128. - ISBN 1578083869 .
  6. 1 2 Newton I. Optika aneb pojednání o odrazech, lomech, ohybu a barvách světla / Přeložil S. I. Vavilov . - 2. vyd. - M .: Stát. nakladatelství technické a teoretické literatury , 1954. - s. 131. - 367 s. - (série "Klasika přírodních věd").
  7. Coffey, Peter. Věda o logice: zkoumání principů přesného myšlení (angl.). - Longmans , 1912.
  8. Hutchison, Niels Music For Measure: On 300th Anniversary of Newton's Opticks . Barevná hudba (2004). Získáno 11. srpna 2006. Archivováno 20. února 2012.
  9. 1 2 John Charles Drury Brand. Čáry světla: Zdroje . - CRC Press, 1995.
  10. Thomas Young. Bakeriánská přednáška. The Theory of the On Light and Colors (anglicky) // Philosophical Transactions of the Royal Society of London for the Year 1802: journal. - 1802 .-- S. 39 .
  11. Fraunhofer Jos. Neue Modification des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben (německy) // 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. CRC Handbook of Fundamental Spectroscopic Correlation Charts. CRC Press, 2005.
  13. 1 2 Hunt RWC The Reproduction of Color . - 6. vydání. - John Wiley & Sons , 2004. - S. 4-5. - 724 str. - ISBN 978-0-470-02425-6 .