Spectru vizibil

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
O prismă separă lumina prin refracție în culorile care alcătuiesc spectrul vizibil (experimentul lui Newton )

Spectrul vizibil , în fizică , este acea parte a spectrului electromagnetic care se încadrează între roșu și violet, inclusiv toate culorile percepute de ochiul uman, care, prin urmare, dau viață fenomenului luminii , cum ar fi gama de culori observată atunci când lumina albă este împrăștiat prin intermediul unei prisme . Lungimea de undă a luminii vizibile din aer variază de la 390 la 700 nm [1] ; lungimile de undă corespunzătoare din alte medii, cum ar fi apa, scad proporțional cu indicele de refracție . În ceea ce privește frecvențele , spectrul vizibil variază între 430 (roșu închis) și 770 (violet) T Hz .

Razele laser în spectrul vizibil

Ochiul uman are în medie sensibilitatea sa maximă în jurul lungimii de undă de 556 nm (aproximativ 540 THz) a spectrului electromagnetic, [2] corespunzător culorii galbene citrine .

Istorie

Cercul de culori al lui Newton, care arată legăturile dintre diferite culori , note muzicale și planete

Primele studii asupra spectrului vizibil au fost efectuate de Isaac Newton , în tratatul său intitulat Opticks , și de Goethe , în eseul Teoria culorilor , deși observațiile anterioare au fost făcute în acest sens de Roger Bacon , cu patru secole înainte de Newton.

Newton a folosit mai întâi termenul de spectru (din spectrul latin , care înseamnă „apariție” sau „apariție”), într-un tipar datat din 1671, unde a descris experimentele sale în optică . El a observat că atunci când o rază de lumină a lovit o suprafață a unei prisme de sticlă la un anumit unghi, o parte a razei a fost reflectată , în timp ce restul a trecut prin prismă și a ieșit împărțit în benzi colorate. Newton a emis ipoteza că lumina era compusă din particule de culori diferite și că fiecare culoare călătorea cu propria viteză, între cea a roșului (cel mai rapid) și cea a violetului (cea mai lentă). Drept urmare, fiecare culoare a suferit refracție într-un mod diferit, schimbându-și traiectoria și separându-se de celelalte.

Newton a împărțit astfel spectrul în șapte culori diferite: roșu , portocaliu , galben , verde , albastru , indigo și violet . Alegerea a șapte culori nu s-a bazat pe baze științifice, ci filosofice, în special pe teoria ezoterică a legăturii dintre culori, note muzicale (șapte), planete (atunci se credea că sunt șapte) și zile din săptămână (întotdeauna șapte ) [3] [4] . Ochiul uman, pe de altă parte, poate distinge cu greu doar indigo de albastru și violet, fapt care i-a determinat pe mulți să creadă că ar trebui eliminat din spectrul culorilor.

Spectrul luminii: prin distanțarea progresivă a prismei, cei doi poli de culoare tind să se unească în verde
Spectru întunecat: prin distanțarea prismei, cei doi poli de culoare tind să se unească în magenta (sau violet )

Johann Wolfgang von Goethe a contestat în schimb concluziile lui Newton, atribuind prismei descompunerea luminii în diferitele culori ale irisului și propunând o descriere calitativă a fenomenului: [5] culorile nu sunt conținute în alb , ci apar din interacțiunea luminii cu întunericul , adică din polaritatea opusă. Goethe a experimentat, de fapt, că nu este suficient să treci o rază de lumină albă printr-o prismă pentru a obține culorile, ci că acestea devin vizibile numai de-a lungul marginilor unei benzi sau a unei pete de culoare neagră, care fusese desenată anterior pe perete obiect al observației sau pe care este proiectată raza. [6] În acest mod se obțin două tipuri de spectru:

  • cel strălucitor, când albul luminii, proiectat la distanță prin prismă, produce o rază ale cărei margini se unesc treptat pentru a forma verde ;
  • și cea întunecată, care nu este luată în considerare de Newton, care este observată privind prin prismă o fâșie neagră , ale cărei margini se vor uni treptat pentru a forma violet pe măsură ce vă îndepărtați de perete. [5]
Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: teoria culorilor (Goethe) .

Chiar și filosoful idealist Georg Wilhelm Friedrich Hegel , luând partea lui Goethe, a subliniat că prisma nu este un instrument neutru, ci este cauza apariției diferitelor ofuscări ale luminii numite „ culori ”, enumerate în mod arbitrar de Newton ca șapte:

«În teoria culorilor, prisma a fost până acum un instrument esențial, dar meritul lui Goethe a fost că l-a demolat. Concluzia care vine de la acest fenomen este doar că, deoarece șapte culori sunt prezentate în prismă, acestea sunt, prin urmare, elementul original, iar lumina este constituită de ele. Această concluzie este barbară. Prisma este transparentă și întunecă [...] și întunecă lumina în conformitate cu maniera figurii sale. [...] Dar acum se spune că prisma nu este cauza; dar culorile conținute în lumină sunt apoi produse. Ar fi același lucru dacă cineva ar vrea să arate că apa pură nu este inițial transparentă, după ce a amestecat o găleată plină cu o cârpă înmuiată în cerneală și apoi a spus „vedeți domnii mei, apa nu este limpede”.

( Friedrich Hegel, Filosofia naturii , prelegeri din 1823-24 [7] )

Descriere

Unda electromagnetică în vid se deplasează întotdeauna cu aceeași viteză; în prezența altor medii, acesta se deplasează cu o viteză mai mică, iar raportul dintre cele două viteze se numește indicele de refracție al mediului. Acest indice depinde de frecvența undei de lumină și întrucât lumina este compusă din diferite frecvențe electromagnetice, va fi dispersată în trecerea de la vid (sau aer) la un alt mediu. Apa și sticla sunt materiale excelente pentru experimentarea acestui fenomen: o prismă de sticlă, așa cum am văzut anterior, face spectrul optic vizibil în timp ce curcubeul este exemplul ideal de refracție naturală a luminii în apă.

Radiațiile cu o lungime de undă mai mică (și, prin urmare, cu o frecvență mai mare ) sunt ultraviolete , raze X și raze gamma ; cei cu lungime mai mare (și frecvență mai mică) sunt infraroșii , microundele și undele radio . Toate aceste radiații au aceeași natură, sunt de fapt toate compuse din fotoni . Spectrul vizibil reprezintă partea centrală a spectrului optic, care include și infraroșu și ultraviolete.

Spectrul vizibil nu conține așa cum se poate gândi toate culorile pe care ochiul și creierul le pot distinge: maro , roz , magenta , de exemplu, sunt absente, deoarece sunt obținute din suprapunerea diferitelor lungimi de undă.

Lungimile de undă vizibile ocupă așa-numita „ fereastră optică ”, o regiune a spectrului electromagnetic care poate traversa atmosfera netulburată a Pământului (deși așa cum se știe, albastrul se răspândește mai mult decât roșul, dând cerului culoarea sa caracteristică). Există, de asemenea, "ferestre" pentru infraroșu apropiat (NIR), mediu (MIR) și îndepărtat (FIR), dar sunt dincolo de percepția umană.

Unele specii de animale, precum albinele de exemplu, pot „vedea” în diferite regiuni ale spectrului electromagnetic, în acest caz ultraviolete , pentru a facilita căutarea nectarului florilor, care va încerca apoi să atragă insectele arătându-se ” invitând ". la acele lungimi de undă. La celălalt capăt al spectrului, unii șerpi nu văd infraroșu, deoarece, chiar dacă sunt animale cu sânge rece, retina lor ar fi totuși mai caldă decât corpul de văzut. Deoarece un detector IR trebuie să fie mai rece decât radiația care trebuie detectată (vezi cele ale telescopului spațial Hubble , răcit cu heliu lichid în timp ce se află în spațiul cosmic), orice receptor IR dintr-un ochi interior ar fi orbit de sângele și corpul șarpelui. din acest motiv animalul are receptori termici pe piele de pe părțile laterale ale craniului, în poziția cea mai potrivită, care îi permit să vâneze chiar și pe întuneric.

Poziția spectrului vizibil în spectrul electromagnetic ( infraroșu , cuptor cu microunde și unde radio în dreapta, ultraviolete , raze X și raze gamma în stânga )

Culorile spectrului

Culorile curcubeului din spectru includ toate acele culori care sunt produse de o rază de lumină vizibilă cu o lungime de undă precisă (rază monocromatică sau pură ).

Deși spectrul este continuu și nu există „salturi” ascuțite de la o culoare la alta, este totuși posibil să se stabilească intervale aproximative pentru fiecare culoare [8] .

Spectru luminos (culori precise) .svg
Culoare Frecvență Lungime de undă
violet 668-789 THz 380-435 nm
Albastru 606-668 THz 435-500 nm
Cyan 576–606 THz 520-500 nm
Verde 526-576 THz 520-565 nm
Galben 508-526 THz 565-590 nm
portocale 484-508 THz 590-625 nm
roșu 400-484 THz 625-740 nm
Roșu extrem de înfricoșător 400 THz 740 nm
A traduce
Această intrare sau secțiune despre subiectul fizicii a fost parțial tradusă din limba engleză .
Puteți contribui terminând traducerea sau folosind alte surse. Nu utilizați programe de traducere automată. Folosiți {{ Tradus de }} când ați terminat. Dacă găsiți text ascuns pe pagina de editare , verificați dacă este actualizat folosind linkurile „în alte limbi” din partea de jos a coloanei din stânga. Urmați sfaturile de proiectare de referință .
Spectru de culori cu lungimi de undă, frecvențe și nuanțe asociate
Numele culorii ,

sursă de lumină sau vopsea

 Probă Lungimea de undă, nm Frecvență, THz Nuanţă Comentarii
roșu 740-625 [9] 405–479 Denumire tradițională a culorilor, include unele nuanțe aproape non-spectrale. Limita undei scurte se poate extinde la 620 sau chiar 610 nanometri
• Roșu spectral extrem =

roșu ( CIE RGB )

 × 740 405 ? Poziția spectrală exactă influențează mai mult luminanța decât cromaticitatea în această bandă; cromaticitățile sunt aproape aceleași pentru aceste două variante
• Roșu (principal RGB cu gamă largă ) × ≈ 700 ≈ 428 ?
• Laser cu heliu-neon × 633 473 ?
• Unii coloranți carmin × NIR –602 [10] 497-NIR ? Aproape infricosator, dar alte părți ale carminului sunt „violete”
• roșu (primar sRGB ) 614-609 488–492 0 ° Remarcabil non-fantomatic
Galben (620-560)

625-565 [9]

 (483-540)

479-530

 Denumire tradițională a culorilor
portocale (620-585)

625-590 [9]

 483-512

479-508

 0 ° -30 ° Partea cu unde scurte (gălbui) corespunde chihlimbarului , partea cu unde lungi (roșiatice) este aproape (sau include) roșu RGB.
• Lampă cu vapori de sodiu ≈ 589 ≈ 508 ?
• galben ( NCS ) ? ? 50 ° Aurul are o cromaticitate aproape identică h = 51 °
• Munsell 5Y pentru V = 10, C = 22 [11] ≈ 577 ≈ 519 ?
• galben (canar) procesat ? ? 56 °
• galben (sRGB secundar ) ≈ 570 ? 60 °
• Galben Chartreuse ? ? 68 °
Lămâie verde ≈ 564 ? ≈ 75 ° Poate fi clasificat ca verde sau galben
Verde 565 - ### 530 - ### Numele tradițional al culorii
• Chartreuse verde ? ? 90 °
• Verde deschis ≈ 556 - * $ & # ? 96 °
• Arlechino ≈ 552 ? 105 °
• verde (primar sRGB) ≈ 549 ≈ 547 120 ° Remarcabil non-fantomatic
• verde (principal RGB cu gamă largă ) × ≈ 525 ≈ 571 ? Aproape infricosator
• Verde de primăvară (definiție sRGB) × ? ? 150 ° Poate fi destul de departe de spectru
• verde ( NCS ) × ? ? 160 °
• Munsell 5G pentru V = 4, C = 29 [11] × ≈ 503 ≈ 597 (?) ≈ 163 °
(extrapolare)
Cyan (500 + - 480 [12] )

520-500 [9]

 (593-624)

576-600

• Turcoaz × ? ? ≈ 175 ° Majoritatea „turcoazului” cade foarte departe de spectru
• cyan (sRGB secundar) × 488 ? 180 ° Este situat destul de departe de spectru
• cian prelucrat × ? ? 193 °
Albastru (490–400)

500-380 [9]

 (610-750)

600–788

 Denumire tradițională a culorilor
• albastru ( NCS ) × ? ? 197 ° Este situat destul de departe de spectru
• Albastru deschis (definiție sRGB) × ≈ 488 ≈ 614 ≈ 210 ° Poate fi destul de departe de spectru
• Munsell 5B pentru V = 5, C = 20 [11] × ≈ 482 ≈ 622 (?) ≈ 225 °
(extrapolare)
• albastru (primar RGB) 466-436 ? 240 °

(de sRGB)

 Poate fi clasificat ca indigo sau (dacă este absent) ca violet
Indigo ≈ 446 ≈ 672 (?) ≈ 243 °
(extrapolare)
 Definiția este controversată, această lungime de undă aparține mai puțin discutabil „indigo”
violet × (450-400)

435-380 [9]

 (666-750)

689–788

 până la 277 °
(extrapolare)
 Violeta spectrală la distanță este foarte slabă și rareori văzută

Spectrul de culori al unui afișaj

Spectrul unui afișaj color

Afișajele color moderne (de exemplu, pe monitoarele de computer sau televizoarele ) folosesc doar roșu , verde și albastru , care servesc la „aproximarea” celorlalte culori ale spectrului. În ilustrația opusă, puteți vedea gamele în care sunt utilizate aceste trei culori.

Spectroscopie

Studiul obiectelor bazate pe spectrul luminii vizibile pe care le emit se numește spectroscopie ; un important domeniu de cercetare al spectroscopiei se găsește în astronomie , unde este fundamental pentru analiza proprietăților fizice ale corpurilor cerești. În general, spectroscopia astronomică folosește grătare de difracție cu putere mare de dispersie, pentru a obține o rezoluție foarte mare. În acest fel, elementele chimice care alcătuiesc corpul ceresc pot fi detectate prin liniile de emisie și absorbție ; heliul a fost descoperit prin analiza spectroscopică a soarelui. Măsurând și deplasarea liniilor spectrale, se poate obține valoarea deplasării spre roșu sau spre albastru a obiectului.

Prima exoplanetă a fost descoperită prin analiza acestei deplasări, care a fost cauzată de variații ale vitezei stelei (influențate gravitațional de planetă) de ordinul câtorva metri pe secundă.

Proprietate

Căldură

Deși lumina infraroșie invizibilă este considerată mai frecvent ca „radiație termică” [13] , orice frecvență a luminii, inclusiv lumina vizibilă, va încălzi suprafețele care o absorb. O sursă de lumină puternic pur vizibilă, cum ar fi un laser cu lumină vizibilă, poate încărca hârtia.

Efecte biologice

Lumina vizibilă de mare energie (lumină HEV) (lumină violetă / albastră, cu o lungime de undă de 400-450 nm) [14] are o serie de efecte biologice, în special asupra ochilor. Studiile efectuate de Harvard Health Publishing și ANSES franceze au constatat că expunerea la lumina albastră are un efect negativ asupra somnului și poate duce la tulburări vizuale [15] [16]

Notă

  1. ^ Cecie Starr, Biology: Concepts and Applications , Thomson Brooks / Cole, 2005, ISBN 0-534-46226-X .
  2. ^ Cantități fotometrice ( PDF ), pe Treccani.it .
  3. ^ Niels Hutchison, Muzică pentru măsură: la 300 de ani de la Newton's Opticks , pe Color Music , 2004. Adus 12/12/2013 .
  4. ^ Isaac Newton , Opticks , 1704
  5. ^ a b Johann Wolfgang von Goethe, Zur Farbenlehre (1810), trad. it., The theory of colors , editat de Renato Troncon, Milano, Il Saggiatore, 1979.
  6. ^ „Concluzia lui Goethe a fost că, pentru a apărea culoarea, era necesară o FRONTIERĂ, o marjă în care lumina și întunericul să se poată întâlni și să dea naștere la culoare” ( Renato Troncon, Goethe și filosofia culorii , apendicele cărții Goethe - La color teoria , editat de Nereo Villa, Milano, Il Saggiatore, 1981).
  7. ^ Trad. It. în Hegel, Filosofia naturii. Lecții din 1823-1824 , editat de Marcello Del Vecchio, pp. 101-102, FrancoAngeli, 2009 ISBN 9788856819304 .
  8. ^ Thomas J. Bruno, Paris DN Svoronos. Manualul CRC al diagramelor fundamentale de corelație spectroscopică. CRC Press, 2005.
  9. ^ a b c d e f Thomas J. Bruno, Paris DN Svoronos. Manualul CRC al diagramelor fundamentale de corelație spectroscopică. CRC Press, 2005. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/vision/specol.html#c1
  10. ^ Christina Bisulca, Spectroscopia de reflectanță UV-Vis-NIR a lacurilor roșii în picturi ( PDF ), a 9-a Conferință internațională despre NDT de artă , 2008.
  11. ^ a b c Copie arhivată , pe cis.rit.edu . Adus la 19 iunie 2013 (arhivat din original la 3 martie 2013) . și bunuri comune: Fișier: CIE1931xy blank.svg
  12. ^ Detchprohm Theeradetch, diodă emițătoare de lumină ciană și verde pe substrat vrac GaN non-polar m-plane , în Physica Status Solidi C , vol. 7, 2010, pp. 2190-2192, DOI : 10.1002 / pssc . 200983611 . [1] [2]
  13. ^ Infrared Radiation , în Infrared Radiation. Enciclopedia științifică a lui Van Nostrand , John Wiley & Sons, Inc., 2007, DOI :10.1002 / 0471743984.vse4181.pub2 , ISBN 978-0471743989 .
  14. ^ Carol Dykas, Cum se protejează pacienții împotriva luminii solare dăunătoare , în 2020mag.com , iunie 2004.
  15. ^ LED-uri și lumină albastră | Anses - Agence nationale de sécurité Sanitaire de la alimentation, de l'environnement et du travail , on anses.fr . Adus pe 29 ianuarie 2020 .
  16. ^ Lumina albastră are o parte întunecată , pe health.harvard.edu , Scrisoarea de sănătate Harvard, 13 august 2018.

Elemente conexe

Alte proiecte

Adus de la „https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrum_visible&oldid=122349102 ”