Видимо лъчение

От Уикипедия, свободната енциклопедия

Отидете на навигация Отидете на търсене

Видимо лъчение - електромагнитни вълни, възприемани от човешкото око [1] . Чувствителността на човешкото око към електромагнитно лъчение зависи от дължината на вълната ( честотата ) на излъчването, като максималната чувствителност е при 555 nm (540 T Hz ), в зелената част на спектъра [2] . Тъй като чувствителността намалява постепенно до нула с разстояние от максималната точка, е невъзможно да се посочат точните граници на спектралния диапазон на видимото излъчване. Обикновено за граница на късите вълни се приема областта от 380-400 nm (790-750 T Hz ), а за граница на дългите вълни 760-780 nm (до 810 nm) (395-385 THz) [1 ] [3] . Електромагнитното излъчване с такива дължини на вълната се нарича още видима светлина или просто светлина (в тесния смисъл на думата).

Не всички цветове, които човешкото око може да различи, са свързани с някакъв вид монохроматично излъчване . Нюанси каторозово , бежово или магента се получават само чрез смесване на няколко монохроматични емисии с различни дължини на вълната.

Видимото лъчение също попада в „ оптичния прозорец “ – област от спектъра на електромагнитното лъчение, което практически не се абсорбира от земната атмосфера . Чистият въздух разпръсква синята светлина много по-силно от светлината с по-дълги дължини на вълната (към червения край на спектъра), така че обедното небе изглежда синьо.

Много животински видове са в състояние да виждат радиация, която е невидима за човешкото око, тоест извън видимия обхват. Например пчелите и много други насекоми виждат ултравиолетова светлина, която им помага да намерят нектар върху цветята. Опрашените от насекоми растения са в по-добра позиция за размножаване, ако са ярки в ултравиолетовия спектър. Птиците също могат да виждат ултравиолетова радиация (300-400 nm), а някои видове дори имат белези по оперението си, за да привлекат половинка, видими само в ултравиолетова светлина [4] [5] .

История

Цветовият кръг на Нютон от книгата "Оптика" ( 1704 г. ), показващ връзката между цветовете и музикалните ноти. Цветовете на спектъра от червено до виолетово са разделени с ноти, започващи с D (D). Кръгът е пълна октава . Нютон постави червения и виолетовия край на спектъра един до друг, подчертавайки, че магентата се образува от смесване на червени и виолетови цветове.

Първите обяснения на причините за появата на спектъра на видимото излъчване са дадени от Исак Нютон в книгата „Оптика” и от Йохан Гьоте в работата „Теорията на цветята”, но още преди тях Роджър Бейкън наблюдава оптичния спектър в чаша вода. Само четири века по-късно Нютон открива дисперсията на светлината в призми [6] [7] .

Нютон е първият, който използва думата спектър ( латински спектър - зрение, външен вид) в печат през 1671 г. , описвайки своите оптични експерименти. Той откри, че когато лъч светлина удари повърхността на стъклена призма под ъгъл спрямо повърхността, част от светлината се отразява, а друга преминава през стъклото, образувайки ивици с различни цветове. Ученият предположи, че светлината се състои от поток от частици (корпускули) с различни цветове и че частиците с различни цветове се движат в прозрачна среда с различна скорост. Според него червената светлина се движи по-бързо от виолетовата, поради което червеният лъч се отклонява върху призмата не толкова, колкото виолетовият. Поради това се появи видим спектър от цветове.

Нютон разделя светлината на седем цвята: червено , оранжево , жълто , зелено , синьо , индиго и виолетово . Той избра числото седем от вярването (произхождащо от древногръцките софисти ), че има връзка между цветовете, музикалните ноти, обектите на Слънчевата система и дните от седмицата [6] [8] . Човешкото око е сравнително слабо чувствително към честотите на цвета индиго, така че някои хора не могат да го различат от синьо или лилаво. Ето защо, след Нютон, често се предлагаше да се разглежда индигото не като независим цвят, а само като нюанс на виолетово или синьо (въпреки това, той все още е включен в спектъра в западната традиция). В руската традиция индигото съответства на синия цвят.

Гьоте , за разлика от Нютон, вярва, че спектърът възниква от наслагването на различни компоненти на света. Наблюдавайки широки светлинни лъчи, той открива, че при преминаване през призма, по краищата на лъча се появяват червено-жълти и сини ръбове, между които светлината остава бяла, а спектърът се появява, когато тези ръбове се приближат достатъчно един до друг. .

Дължините на вълните, съответстващи на различни цветове на видимото излъчване, са представени за първи път на 12 ноември 1801 г. в лекцията на Бейкър от Томас Йънг , те са получени чрез преобразуване на параметрите на пръстените на Нютон , измерени от самия Исак Нютон, в дължини на вълните. Тези пръстени Нютон получава чрез преминаване през леща, лежаща върху равна повърхност, съответстваща на желания цвят на частта от разширената призма в спектъра на светлината, повтаряйки експеримента за всеки от цветовете [9] : 30-31 . Юнг представи получените стойности на дължини на вълните под формата на таблица, изразяващи се във френски инчове (1 инч = 27,07 мм ) [10] , преобразувани в нанометри , техните стойности отговарят добре на съвременните, приети за различни цветове . През 1821 г. Йозеф Фраунхофер инициира измерването на дължините на вълните на спектралните линии , като ги получава от видимото лъчение на Слънцето с помощта на дифракционна решетка , измерва ъглите на дифракция с теодолит и ги преобразува в дължини на вълните [11] . Подобно на Юнг, той ги изразява във френски инчове, преобразувани в нанометри, те се различават от съвременните с единици [9] : 39-41 . Така още в началото на 19 век става възможно да се измерват дължините на вълната на видимото излъчване с точност от няколко нанометра.

През 19 век, с откриването на ултравиолетовото и инфрачервеното лъчение, разбирането на видимия спектър става по-точно.

В началото на 19 век Томас Юнг и Херман фон Хелмхолц също изследват връзката между видимия спектър и цветното зрение. Тяхната теория за цветното зрение правилно предполага, че използва три различни типа рецептори за определяне на цвета на очите.

Характеристики на границите на видимото излъчване

Дължина на вълната, nm 380 780
Фотонна енергия, Дж 5,23⋅10 −19 2,55⋅10 −19
Енергия на фотоните , eV 3.26 1.59
Честота, Hz 7,89⋅10 14 3,84⋅10 14
Вълново число , cm −1 1,65⋅10 5 0,81⋅10 5

Видим спектър

Когато бял лъч се разложи в призма, се образува спектър, в който излъчване с различни дължини на вълната се пречупва под различни ъгли. Цветовете, включени в спектъра, тоест тези цветове, които могат да се получат с помощта на светлина с една дължина на вълната (по-точно с много тесен диапазон от дължини на вълната), се наричат спектрални цветове [12] . Основните спектрални цветове (които имат собствено име), както и емисионните характеристики на тези цветове, са представени в таблицата [13] :

Цвят Обхват на дължината на вълната, nm Честотен диапазон, THz Обхват на енергията на фотоните, eV
Виолетова ≤450 ≥667 ≥2,75
Син 450-480 625-667 2,58-2,75
Син 480-510 588-625 2,43-2,58
зелено 510-550 545-588 2.25-2.43
Светло зелено 550-570 526-545 2.17-2.25
жълт 570-590 508-526 2.10-2.17
оранжево 590-630 476-508 1.97-2.10
червен ≥630 ≤476 ≤1,97

Границите на диапазоните, посочени в таблицата, са условни, в действителност цветовете плавно се сливат един в друг, а местоположението на видимите от наблюдателя граници между тях до голяма степен зависи от условията на наблюдение [13] . Когато лъчът на бялата светлина се разложи, в призмата няма виолетово, дори лъчът от 405 nm изглежда чисто син. Лилавото се появява в дъгата, където екстремното синьо се смесва със съседното червено на втората дъга.

За запомняне на последователността на основните спектрални цветове на руски език се използва мнемоничната фразаВсеки ловец иска да знае къде седи фазанът “. Акронимът Roy G. Biv се използва по подобен начин на английски.

Вижте също

Бележки (редактиране)

  1. 1 2 Гагарин А. П. Светлина // Физическа енциклопедия : [в 5 тома] / гл. изд. А. М. Прохоров . - М .: Велика руска енциклопедия, 1994. - Т. 4: Пойнтинга - Робъртсън - Стриймърс. - С. 460 .-- 704 с. - 40 000 екземпляра - ISBN 5-85270-087-8 .
  2. GOST 8.332-78. Държавна система за осигуряване на еднаквост на измерванията. Измервания на светлината. Стойностите на относителната спектрална светлинна ефективност на монохроматичното излъчване за дневно виждане (недостъпна връзка) . Изтеглено на 2 март 2013 г. Архивирано на 4 октомври 2013 г.
  3. GOST 7601-78. Физическа оптика. Термини, буквени обозначения и дефиниции на основни величини
  4. Cuthill, Innes C; et al. Ултравиолетово зрение при птици // Напредък в изследването на поведението (неуточнено) / Питър Дж. Б. Слейтър. - Оксфорд, Англия: Academic Press , 1997. - Т. 29. - S. 161. - ISBN 978-0-12-004529-7 .
  5. Джеймисън, Бари GM Репродуктивна биология и филогения на птиците (англ.). - Шарлотсвил VA: Университет на Вирджиния, 2007. - P. 128. - ISBN 1578083869 .
  6. 1 2 Нютон И. Оптика или трактат за отражения, пречупвания, огъване и цветове на светлината / Превод С. И. Вавилов . - 2-ро изд. - М .: Държава. издателство за техническа и теоретична литература , 1954. - с. 131. - 367 с. - (поредица "Класика на естествените науки").
  7. Кофи, Питър. Наука за логиката на: на изследване на принципите на точната мисъл (англ.). - Longmans , 1912 г.
  8. Hutchison, Niels Music For Measure: На 300-годишнината на Newton's Opticks . Цветна музика (2004). Изтеглено на 11 август 2006 г. Архивирано на 20 февруари 2012 г.
  9. 1 2 Джон Чарлз Друри Бранд. Светлинни линии: Източниците на . - CRC Press, 1995.
  10. Томас Йънг. Бейкърската лекция. The Theory of the On Light and Colors (Eng.) // Philosophical Transactions of the Royal Society of London for the Year 1802: Journal. - 1802 .-- С. 39 .
  11. Фраунхофер Йос. Neue Modification des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben (немски) // Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München für die Jahre 1821 und 1822. - 1824. - Бд. VIII . - С. 1-76 .
  12. Thomas J. Bruno, Paris DN Svoronos. CRC Наръчник за фундаментални спектроскопични корелационни диаграми. CRC Press, 2005.
  13. 1 2 Hunt RWC Възпроизвеждането на цвета . - 6-то издание. - John Wiley & Sons , 2004. - С. 4-5. - 724 стр. - ISBN 978-0-470-02425-6 .