Видимо випромінювання

Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії

Перейти до навігації Перейти до пошуку

Видиме випромінювання - електромагнітні хвилі , що сприймаються людським оком [1] . Чутливість людського ока до електромагнітного випромінювання залежить від довжини хвилі ( частоти ) випромінювання, при цьому максимум чутливості припадає на 555 нм (540 Т Гц ), у зеленій частині спектра [2] . Оскільки при віддаленні від точки максимуму чутливість спадає до нуля поступово, вказати точні межі спектрального діапазону видимого випромінювання неможливо. Зазвичай як короткохвильовий кордон приймають ділянку 380-400 нм (790-750 Т Гц ), а як довгохвильової - 760-780 нм (до 810нм) (395-385 ТГц) [1] [3] . Електромагнітне випромінювання з такими довжинами хвиль також називається видимим світлом або просто світлом (у вузькому сенсі цього слова).

Не всім кольорам , які розрізняє людське око , відповідає якесь монохроматичне випромінювання . Такі відтінки, як рожевий , бежевий або пурпурний, утворюються тільки в результаті змішування декількох монохроматичних випромінювань з різними довжинами хвиль.

Видиме випромінювання також потрапляє в " оптичне вікно " - область спектра електромагнітного випромінювання, що практично не поглинається земною атмосферою . Чисте повітря розсіює синє світло істотно сильніше, ніж світло з більшими довжинами хвиль (червоний бік спектру), тому полуденне небо виглядає блакитним.

Багато видів тварин здатні бачити випромінювання, яке не видно людському оку, тобто не входить у видимий діапазон. Наприклад, бджоли та багато інших комах бачать випромінювання в ультрафіолетовому діапазоні, що допомагає їм знаходити нектар на квітах. Рослини, запилювані комахами, виявляються більш вигідному положенні з погляду продовження роду, якщо вони яскраві саме в ультрафіолетовому спектрі. Птахи також здатні бачити ультрафіолетове випромінювання (300-400 нм), а деякі види мають навіть мітки на оперенні для залучення партнера, видимі лише в ультрафіолеті [4] [5] .

Історія

Коло кольорів Ньютона з книги «Оптика» ( 1704 ), що показує взаємозв'язок між кольорами та музичними нотами. Кольори спектру від червоного до фіолетового розділені нотами, починаючи з ре (D). Коло складає повну октаву . Ньютон розташував червоний і фіолетовий кінці спектру один поруч, підкреслюючи, що з змішання червоного і фіолетового кольорів утворюється пурпурний .

Перші пояснення причин виникнення спектра видимого випромінювання дали Ісаак Ньютон у книзі «Оптика» та Йоганн Ґете у роботі «Теорія Квітів», проте ще до них Роджер Бекон спостерігав оптичний спектр у склянці з водою. Лише через чотири століття після цього Ньютон відкрив дисперсію світла у призмах [6] [7] .

Ньютон перший використав слово спектр ( лат. spectrum - бачення, поява) у пресі в 1671 , описуючи свої оптичні досліди. Він виявив, що коли промінь світла падає на поверхню скляної призми під кутом до поверхні, частина світла відбивається, а частина проходить через скло, утворюючи різнокольорові смуги. Вчений припустив, що світло складається з потоку частинок (корпускул) різних кольорів, і що частинки різного кольору рухаються у прозорому середовищі з різною швидкістю. На його думку, червоне світло рухалося швидше ніж фіолетовий, тому і червоний промінь відхилявся на призмі не так сильно, як фіолетовий. Через це і виник видимий спектр кольорів.

Ньютон розділив світло на сім кольорів: червоний , помаранчевий , жовтий , зелений , блакитний , індиго та фіолетовий . Число сім він вибрав з переконання (походить від давньогрецьких софістів ), що існує зв'язок між квітами, музичними нотами, об'єктами Сонячної системи та днями тижня [6] [8] . Людське око відносно слабо сприйнятливе до частот індиго, тому деякі люди не можуть відрізнити його від блакитного або фіолетового кольору. Тому після Ньютона часто пропонувалося вважати індиго не самостійним кольором, а лише відтінком фіолетового або блакитного (проте він досі включений у спектр західної традиції). У російській традиції індиго відповідає синьому кольору.

Гете , на відміну Ньютона, вважав, що спектр виникає при накладенні різних складових частин світу. Спостерігаючи за широкими променями світла, він виявив, що при проході через призму на краях променя проявляються червоно-жовті та блакитні краї, між якими світло залишається білим, а спектр з'являється, якщо наблизити краї досить близько один до одного.

Довжини хвиль, що відповідають різним кольорам видимого випромінювання були вперше представлені 12 листопада 1801 в Бейкеровской лекції Томасом Юнгом , вони отримані шляхом переведення в довжини хвиль параметрів кілець Ньютона , виміряних самим Ісааком Ньютоном. Ці кільця Ньютон отримував пропусканням через лінзу, що лежить на рівній поверхні, що відповідає потрібному кольору частини розкладеного призмою в спектр світла, повторюючи експеримент для кожного з кольорів [9] :30-31 . Юнг представив отримані значення довжин хвиль як таблиці, висловивши у французьких дюймах (1 дюйм=27,07 мм ) [10] , будучи переведеними в нанометри , їх значення непогано відповідають сучасним, прийнятим для різних кольорів. У 1821 році Йозеф Фраунгофер започаткував вимірювання довжин хвиль спектральних ліній , отримавши їх від видимого випромінювання Сонця за допомогою дифракційних ґрат , вимірявши кути дифракції теодолітом і перевівши в довжини хвиль [11] . Як і Юнг, він висловив їх у французьких дюймах, переведені на нанометри, вони відрізняються від сучасних на одиниці [9] :39-41 . Таким чином, ще на початку XIX століття стало можливим вимірювати довжини хвиль видимого випромінювання з точністю до кількох нанометрів.

У ХІХ столітті, після відкриття ультрафіолетового та інфрачервоного випромінювань, розуміння видимого спектра стало більш точним.

На початку XIX століття Томас Юнг та Герман фон Гельмгольц також досліджували взаємозв'язок між спектром видимого випромінювання та кольоровим зором. Їхня теорія кольорового зору чітко передбачала, що для визначення кольору очей використовує рецептори трьох різних типів.

Характеристики меж видимого випромінювання

Довжина хвилі, нм 380 780
Енергія фотонів , Дж 5,23⋅10 −19 2,55⋅10 −19
Енергія фотонів , еВ 3,26 1,59
Частота, Гц 7,89⋅10 14 3,84⋅10 14
Хвильове число , см −1 1,65⋅10 5 0,81⋅10 5

Спектр видимого випромінювання

При розкладанні променя білого кольору призмі утворюється спектр, у якому випромінювання різних довжин хвиль переломлюються під різними кутами. Кольори, що входять у спектр, тобто такі кольори, які можуть бути отримані за допомогою світла однієї довжини хвилі (точніше, з дуже вузьким діапазоном довжин хвиль) називаються спектральними кольорами [12] . Основні спектральні кольори (що мають власну назву), а також характеристики випромінювання цих кольорів представлені в таблиці [13] :

Колір Діапазон довжин хвиль, нм Діапазон частот, ТГц Діапазон енергії фотонів, ев
Фіолетовий ≤450 ≥667 ≥2,75
Синій 450-480 625-667 2,58-2,75
Блакитний 480-510 588-625 2,43-2,58
Зелений 510-550 545-588 2,25-2,43
Салатовий 550-570 526-545 2,17-2,25
Жовтий 570-590 508-526 2,10-2,17
Помаранчевий 590-630 476-508 1,97-2,10
червоний ≥630 ≤476 ≤1,97

Вказані в таблиці межі діапазонів носять умовний характер, насправді ж кольори плавно переходять один в одного, і розташування видимих ​​спостерігачем меж між ними значною мірою залежить від умов спостереження [13] . При розкладанні променя білого світла у призмі немає жодного фіолетового, навіть промінь 405нм виглядає чисто синім. Фіолетовий колір з'являється у веселці, де крайній синій змішується із сусіднім червоним другої веселки.

Для запам'ятовування послідовності основних спектральних кольорів у російській використовується мнемонічна фраза « Кожен мисливець бажає знати, де сидить фазан ». В англійській мові аналогічно використовується акронім Roy G. Biv .

Див. також

Примітки

  1. 1 2 Гагарін А. П. Світло // Фізична енциклопедія : [5 т.] / Гол. ред. А. М. Прохоров . - М .: Велика російська енциклопедія, 1994. - Т. 4: Пойнтінга - Робертсона - Стрімери. - С. 460. - 704 с. - 40 000 прим. - ISBN 5-85270-087-8 .
  2. ГОСТ 8.332-78. Державна система забезпечення єдності вимірів. Світлові виміри. Значення відносної спектральної світлової ефективності монохроматичного випромінювання для денного зору (Недоступне посилання) . Дата звернення: 2 березня 2013 року. Архівовано 4 жовтня 2013 року.
  3. ГОСТ 7601-78. Фізична оптика. Терміни, літерні позначення та визначення основних величин
  4. Cuthill, Innes C; та ін. Ultraviolet vision in birds // Advances in the Study of Behavior (неопр.) / Peter JB Slater. - Oxford, England: Academic Press , 1997. - Т. 29. - С. 161. - ISBN 978-0-12-004529-7 .
  5. Jamieson, Barrie GM Reproductive Biology and Phylogeny of Birds (англ.) . - Charlottesville VA: University of Virginia, 2007. - P. 128. - ISBN 1578083869 .
  6. 1 2 Ньютон І. Оптика або трактат про відображення, заломлення, згинання і кольори світла / Переклад Вавілова С. І . - Вид-е 2-ге. - М .: Держ. вид-во техніко-теоретичної літератури , 1954. - С. 131. - 367 с. - (Серія «Класики природознавства»).
  7. Coffey, Peter. The Science of Logic: Дослідження в Principles of Accurate Thought (англ.) . - Longmans , 1912.
  8. Hutchison, Niels Music For Measure: On the 300th Anniversary of Newton's Opticks . Colour Music (2004). Дата звернення: 11 серпня 2006 року. Архівовано 20 лютого 2012 року.
  9. 1 2 John Charles Drury Brand. Lines Of Light: The Sources Of . - CRC Press, 1995.
  10. Thomas Young. Bakerian Lecture. На Theory of Light and Colours (англ.) // Philosophical Transactions of The Royal Society of London на рік 1802 : journal. - 1802. - P. 39 .
  11. Fraunhofer Jos. Neue Modifikation des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben (ньому) // Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften - 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 Colour . - 6th edition. - John Wiley & Sons , 2004. - P. 4-5. - 724 p. - ISBN 978-0-470-02425-6 .
Джерело - https://ua.wikipedia.org/w/index.php?title=Очевидне випромінювання&oldid= 114297700