Меню

Видимый свет длина волны от 380 до 750 нм



Видимое излучение

Белый свет, разделённый призмой на цвета спектра

Ви́димое излуче́ние — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом [1] . Чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению зависит от длины волны (частоты) излучения, при этом максимум чувствительности приходится на 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра [2] . Поскольку при удалении от точки максимума чувствительность спадает до нуля постепенно, указать точные границы спектрального диапазона видимого излучения невозможно. Обычно в качестве коротковолновой границы принимают участок 380—400 нм (790—750 ТГц), а в качестве длинноволновой — 760—780 нм (395—385 ТГц) [1] [3] . Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова).

Не всем цветам, которые различает человеческий глаз, соответствует какое-либо монохроматическое излучение. Такие оттенки, как розовый, бежевый или пурпурный образуются только в результате смешения нескольких монохроматических излучений с различными длинами волн.

Видимое излучение также попадает в «оптическое окно», область спектра электромагнитного излучения, практически не поглощаемого земной атмосферой. Чистый воздух рассеивает синий свет существенно сильнее, чем свет с бо́льшими длинами волн (в красную сторону спектра), поэтому полуденное небо выглядит голубым.

Многие виды животных способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящее 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 [4] [5] .

Содержание

История [ править | править код ]

Круг цветов Ньютона из книги «Оптика» (1704), показывающий взаимосвязь между цветами и музыкальными нотами. Цвета спектра от красного до фиолетового разделены нотами, начиная с ре (D). Круг составляет полную октаву. Ньютон расположил красный и фиолетовый концы спектра друг рядом с другом, подчёркивая, что из смешения красного и фиолетового цветов образуется пурпурный.

Первые объяснения 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 [6] [7] .

Ньютон первый использовал слово спектр (Шаблон:Lang-lat — видение, появление) в печати в 1671 году, описывая свои оптические опыты. Он сделал наблюдение, 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 с различной скоростью в прозрачной среде. 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 [6] [8] . 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.

Читайте также:  Ближний свет пропадает контакт

Гёте, в отличие от Ньютона, считал, что спектр возникает при наложении разных составных частей света. Наблюдая за широкими лучами света, он обнаружил, что при проходе через призму на краях луча проявляются красно-желтые и голубые края, между которыми свет остаётся белым, а спектр появляется, если приблизить эти края достаточно близко друг к другу.

Длины волн, соответствующие различным цветам видимого излучения были впервые представлены 12 ноября 1801 года в Шаблон:Не переведено 5 Томасом Юнгом, они получены путём перевода в длины волн параметров колец Ньютона, измеренных самим Исааком Ньютоном. Эти кольца Ньютон получал пропусканием через линзу, лежащую на ровной поверхности, соответствующей нужному цвету части разложенного призмой в спектр света, повторяя эксперимент для каждого из цветов [9] Шаблон:Rp. Юнг оформил полученные длины волн в виде таблицы, выразив во французских дюймах (1 дюйм=27,07 мм) [10] , будучи переведёнными в нанометры, их значения неплохо соответствуют современным, принятым для различных цветов. В 1821 году Йозеф Фраунгофер положил начало измерению длин волн спектральных линий, получив их от видимого излучения Солнца с помощью дифракционной решётки, измерив углы дифракции теодолитом и переведя в длины волн [11] . Как и Юнг, он выразил их во французских дюймах, переведённые в нанометры, они отличаются от современных на единицы [9] Шаблон:Rp. Таким образом, ещё в начале XIX века стало возможным измерять длины волн видимого излучения с точностью до нескольких нанометров.

В XIX веке, после открытия ультрафиолетового и инфракрасного излучений, понимание видимого спектра стало более точным.

В начале XIX века Томас Юнг и Герман фон Гельмгольц также исследовали взаимосвязь между спектром видимого излучения и цветным зрением. Их теория цветного зрения верно предполагала, что для определения цвета глаз использует три различных вида рецепторов.

Характеристики границ видимого излучения [ править | править код ]

Длина волны, нм 380 780
Энергия фотонов, Дж 5,23Шаблон:E 2,55Шаблон:E
Энергия фотонов, эВ 3,26 1,59
Частота, Гц 7,89Шаблон:E 3,84Шаблон:E
Волновое число, см −1 1,65Шаблон:E 0,81Шаблон:E

Спектр видимого излучения [ править | править код ]

При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разными углами. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены с помощью света одной длины волны (точнее, с очень узким диапазоном длин волн), называются спектральными цветами [12] . Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице [13] :

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 [13] .

Источник

Видимый спектр — Visible spectrum

Видимый спектр представляет собой часть электромагнитного спектра , который является видимым для человеческого глаза . Электромагнитное излучение в этом диапазоне длин волн называется видимым светом или просто светом . Типичный человеческий глаз реагирует на волны длиной от 380 до 750 нанометров . По частоте это соответствует полосе в районе 400–790 ТГц . Эти границы четко не определены и могут варьироваться в зависимости от человека.

Читайте также:  Ченнелинги высших сил света за август 2017 года

Спектр не содержит всех цветов, которые может различить зрительная система человека . Ненасыщенные цвета, такие как розовый , или пурпурные вариации, такие как , например, пурпурный , отсутствуют, потому что они могут быть получены только из смеси нескольких длин волн. Цвета, содержащие только одну длину волны, также называются чистыми цветами или спектральными цветами.

Видимые длины волн проходят через атмосферу Земли в основном без ослабления через область « оптического окна » электромагнитного спектра. Пример этого явления — когда чистый воздух рассеивает синий свет больше, чем красный, и поэтому полуденное небо кажется голубым (за исключением области вокруг солнца, которая кажется белой, потому что свет рассеивается не так сильно). Оптическое окно также называют «видимым окном», потому что оно перекрывает видимый спектр реакции человека. Окно ближнего инфракрасного диапазона (NIR) находится вне поля зрения человека, также как окно среднего инфракрасного диапазона (MWIR) и окно длинноволнового или дальнего инфракрасного диапазона (LWIR или FIR), хотя другие животные могут их видеть.

Содержание

История

В 13 веке Роджер Бэкон предположил, что радуга образовывалась с помощью процесса, аналогичного прохождению света через стекло или кристалл.

В 17 веке Исаак Ньютон обнаружил, что призмы могут разбирать и собирать белый свет, и описал это явление в своей книге « Оптика» . Он был первым, кто использовал слово « спектр» ( латинское для «появления» или «привидение») в этом смысле в печати в 1671 году при описании своих опытов в оптике . Ньютон заметил, что, когда узкий луч солнечного света падает на грань стеклянной призмы под углом, часть его отражается, а часть луча проходит в стекло и сквозь него, образуя полосы разного цвета. Ньютон предположил, что свет состоит из «корпускул» (частиц) разного цвета, причем свет разных цветов движется с разной скоростью в прозрачной материи, причем красный свет движется быстрее, чем фиолетовый в стекле. В результате красный свет изгибается ( преломляется ) менее резко, чем фиолетовый, когда он проходит через призму, создавая спектр цветов.

Первоначально Ньютон разделил спектр на шесть названных цветов: красный , оранжевый , желтый , зеленый , синий и фиолетовый . Позже он добавил индиго в качестве седьмого цвета, так как считал, что семь было идеальным числом, полученным от древнегреческих софистов , о существовании связи между цветами, музыкальными нотами, известными объектами в солнечной системе и днями неделя. Человеческий глаз относительно нечувствителен к частотам индиго, и некоторые люди с хорошим зрением не могут отличить индиго от синего и фиолетового. По этой причине некоторые более поздние комментаторы, в том числе Исаак Азимов , предположили, что индиго не следует рассматривать как самостоятельный цвет, а просто как оттенок синего или фиолетового. Факты указывают на то, что то, что Ньютон имел в виду под «индиго» и «синим», не соответствует современным значениям этих цветных слов. Сравнивая наблюдения Ньютона призматических цветов к цветному изображению видимого показывает спектр света , который «индиго» соответствует тому , что сегодня называется синим, в то время как его «голубым» соответствует голубому цвету .

В 18 веке Иоганн Вольфганг фон Гете писал об оптических спектрах в своей Теории цвета . Гете использовал слово « спектр» ( Spektrum ) для обозначения призрачного оптического остаточного изображения , как и Шопенгауэр в « О зрении и цветах» . Гете утверждал, что непрерывный спектр — сложное явление. Там, где Ньютон сузил луч света, чтобы изолировать явление, Гете заметил, что более широкая диафрагма дает не спектр, а красновато-желтые и сине-голубые края с белыми между ними. Спектр появляется только тогда, когда эти края достаточно близки для перекрытия.

Читайте также:  Электрические схемы плавное включение света

В начале 19 века концепция видимого спектра стала более определенной, поскольку свет за пределами видимого диапазона был открыт и охарактеризован Уильямом Гершелем ( инфракрасный ) и Иоганном Вильгельмом Риттером ( ультрафиолетовый ), Томасом Янгом , Томасом Иоганном Зеебеком и другими. Янг был первым, кто измерил длины волн разных цветов света в 1802 году.

Связь между видимым спектром и цветовым зрением была исследована Томасом Янгом и Германом фон Гельмгольцем в начале 19 века. Их теория цветового зрения правильно предполагала, что глаз использует три различных рецептора для восприятия цвета.

Восприятие цвета у разных видов

Многие виды могут видеть свет в частотах за пределами «видимого спектра» человека. Пчелы и многие другие насекомые могут обнаруживать ультрафиолетовый свет, который помогает им находить нектар в цветах. Виды растений, которые зависят от опыления насекомыми, могут быть обязаны своим репродуктивным успехом своему внешнему виду в ультрафиолетовом свете, а не тому, насколько красочными они кажутся людям. Птицы тоже могут видеть в ультрафиолете (300–400 нм), а у некоторых на оперении есть отметины, зависящие от пола, которые видны только в ультрафиолетовом диапазоне. Многие животные, которые могут видеть в ультрафиолетовом диапазоне, не могут видеть красный свет или любые другие красноватые длины волн. Видимый спектр пчел заканчивается около 590 нм, как раз перед началом оранжевых волн. Птицы могут видеть некоторые красные волны, но не так далеко в световом спектре, как люди. Распространенное мнение о том, что обычная золотая рыбка — единственное животное, которое может видеть как инфракрасный, так и ультрафиолетовый свет, неверно, потому что золотая рыбка не может видеть инфракрасный свет.

Большинство млекопитающих двуцветны , а собаки и лошади часто считаются дальтониками. Было показано, что они чувствительны к цвету, хотя и не так много, как люди. Некоторые змеи могут «видеть» лучистое тепло на длинах волн от 5 до 30 мкм с такой степенью точности, что слепая гремучая змея может нацеливаться на уязвимые части тела жертвы, в которые она поражает, а другие змеи с этим органом могут обнаруживать теплые тела от в метре. Его также можно использовать для терморегуляции и обнаружения хищников . (См. Инфракрасное зондирование у змей )

Спектральные цвета

цвет Длина волны Частота Энергия фотона Виолетта 380–450 нм 670–790 ТГц 2,75–3,26 эВ Синий 450–485 нм 620–670 ТГц 2,56–2,75 эВ Голубой 485–500 нм 600–620 ТГц 2,48–2,56 эВ Зеленый 500–565 нм 530–600 ТГц 2,19–2,48 эВ Желтый 565–590 нм 510–530 ТГц 2,10–2,19 эВ апельсин 590–625 нм 480–510 ТГц 1,98–2,10 эВ Красный 625–700 нм 400–480 ТГц 1,65–1,98 эВ

Цвета, которые могут быть получены с помощью видимого света узкой полосы длин волн (монохроматический свет), называются чистыми спектральными цветами . Различные цветовые диапазоны, указанные на иллюстрации, являются приблизительными: спектр непрерывный, без четких границ между одним цветом и другим.

Источник

Adblock
detector