Ακτινοβολούμενη ενέργεια και φασματική σύνθεση οπτικής ακτινοβολίας. Δύο όψεις του ίδιου νομίσματος

Η ζωντανή φύση δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς φως, αφού η ηλιακή ακτινοβολία που φθάνει στην επιφάνεια της Γης είναι πρακτικά η μόνη πηγή ενέργειας για τη διατήρηση της θερμικής ισορροπίας του πλανήτη, δημιουργώντας οργανικές ουσίες από φωτοτροφικούς οργανισμούς της βιόσφαιρας, που τελικά εξασφαλίζει το σχηματισμό ενός περιβάλλοντος που μπορεί να ικανοποιεί τις ζωτικές ανάγκες όλων των ζωντανών όντων.
Το καθεστώς φωτός οποιουδήποτε οικοτόπου εξαρτάται από το γεωγραφικό του πλάτος, το ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, την κατάσταση της ατμόσφαιρας, τη βλάστηση, την εποχή και την ώρα της ημέρας, την ηλιακή δραστηριότητα κ.λπ. Επομένως, η ποικιλία των συνθηκών φωτός στον πλανήτη μας είναι εξαιρετικά μεγάλη: από τέτοιες εξαιρετικά φωτισμένες περιοχές όπως ψηλά βουνά, ερήμους, στέπες, μέχρι φωτισμό του λυκόφωτος στα βάθη του νερού και τις σπηλιές.

Η βιολογική επίδραση του ηλιακού φωτός εξαρτάται από τη φασματική του σύσταση, τη διάρκεια, την ένταση, την ημερήσια και εποχιακή περιοδικότητά του.

Η ηλιακή ακτινοβολία είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε ένα ευρύ φάσμα κυμάτων, που συνιστά ένα συνεχές φάσμα από 290 έως 3.000 nm. Οι υπεριώδεις ακτίνες (UFL) μικρότερες από 290 nm, επιβλαβείς για τους ζωντανούς οργανισμούς, απορροφώνται από το στρώμα του όζοντος και δεν φτάνουν στη Γη. Η Γη προσεγγίζεται κυρίως με υπέρυθρες (περίπου 50% της συνολικής ακτινοβολίας) και ορατές (45%) ακτίνες του φάσματος. Το μερίδιο του UFL, με μήκος κύματος 290-380 nm, αντιπροσωπεύει το 5% της ενέργειας ακτινοβολίας. Τα UVL μακρών κυμάτων, τα οποία έχουν υψηλή ενέργεια φωτονίων, διακρίνονται από υψηλή χημική δραστηριότητα. Σε μικρές δόσεις, έχουν ισχυρό βακτηριοκτόνο αποτέλεσμα, προάγουν τη σύνθεση ορισμένων βιταμινών και χρωστικών σε φυτά και σε ζώα και ανθρώπους - βιταμίνη D. επιπλέον προκαλούν ηλιακό έγκαυμα στον άνθρωπο, που αποτελεί προστατευτική αντίδραση του δέρματος. Οι υπέρυθρες ακτίνες με μήκος κύματος μεγαλύτερο από 710 nm έχουν θερμική επίδραση.

Από οικολογική άποψη, η πιο σημαντική είναι η ορατή περιοχή του φάσματος (390-710 nm) ή η φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία (PAR), η οποία απορροφάται από τις χρωστικές των χλωροπλαστών και επομένως έχει καθοριστική σημασία στη ζωή των φυτών. Το ορατό φως χρειάζεται από τα πράσινα φυτά για το σχηματισμό της χλωροφύλλης, το σχηματισμό της δομής των χλωροπλαστών. ρυθμίζει τη λειτουργία της στοματικής συσκευής, επηρεάζει την ανταλλαγή αερίων και τη διαπνοή, διεγείρει τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων και αυξάνει τη δραστηριότητα ορισμένων φωτοευαίσθητων ενζύμων. Το φως επηρεάζει επίσης τη διαίρεση και την επιμήκυνση των κυττάρων, τις διαδικασίες ανάπτυξης και την ανάπτυξη των φυτών, καθορίζει το χρόνο της ανθοφορίας και της καρποφορίας και έχει μια επίδραση διαμόρφωσης.
Το φως με διαφορετικές συχνότητες ακτινοβολίας (και διαφορετικά χρώματα στο ορατό εύρος) επηρεάζει την ανάπτυξη, την ανάπτυξη των φυτών και τη φωτοσύνθεση με διαφορετικούς τρόπους. Γενικά, τα φυτά απορροφούν το μπλε και το κόκκινο, ενώ το πράσινο αντανακλά ή μεταδίδει. Ως αποτέλεσμα, το πράσινο φως χρησιμοποιείται λιγότερο αποτελεσματικά από τα φύλλα. Γι' αυτό τα φύλλα των φυτών είναι κυρίως πράσινα. Η εξάρτηση της απορρόφησης και αφομοίωσης της ενέργειας από τα φυτά από το μήκος κύματος της φωτεινής ακτινοβολίας ονομάζεται ενεργειακό φάσμα της φωτοσυνθετικής ενεργού ακτινοβολίας (ακτινοβολία). Στην ουσία, η φωτοσυνθετική ενεργή ακτινοβολία είναι μια ροή ενέργειας ενός συγκεκριμένου φάσματος, συνήθως η ισχύς της ακτινοβολίας

Η φωτεινή ενέργεια που απορροφάται από τα φυτά δαπανάται για φωτοσύνθεση, φωτομορφογένεση, σύνθεση χλωροφύλλης και μέρος της ενέργειας χρησιμοποιείται για θέρμανση και επαναακτινοβολία. Η δραστηριότητα αυτών των διεργασιών εξαρτάται από το μήκος κύματος με διάφορους τρόπους. Με την αλλαγή των συστατικών ακτινοβολίας του μπλε, πράσινου και κόκκινου τμήματος του φάσματος, είναι δυνατό να επηρεαστεί η βλάστηση, η ανάπτυξη ή η αναστολή διαφόρων βιολογικών διεργασιών και σταδίων της φωτοσύνθεσης. Μελέτες έχουν δείξει ότι η ακτινοβολία PAR επηρεάζει όχι μόνο τα φυτά, αλλά επίσης επιβραδύνει σημαντικά την ανάπτυξη παθογόνων μυκήτων και βακτηρίων στα ακτινοβολημένα φυτά.

Όλα τα φυτά αντιλαμβάνονται διαφορετικά μήκη κύματος στο φάσμα PAR με διαφορετικό τρόπο. Αυτό οφείλεται στη διαφορετική απορρόφηση διαφορετικών τύπων χρωστικών στα φύλλα. Οι κύριες χρωστικές των φύλλων, οι χλωροφύλλες α και β, απορροφούν το μπλε και κόκκινο φως, τα καροτενοειδή απορροφούν το μπλε φως. Η γενίκευση των δεδομένων για την απορρόφηση φωτός από φύλλα διαφορετικών καλλιεργειών επέτρεψε στους ειδικούς του Design Bureau "Optimum" να υπολογίσουν την αποτελεσματική καμπύλη φασματικής απορρόφησης του "μέσου" πράσινου φύλλου και τα φάσματα για τις κύριες γεωργικές καλλιέργειες (τομάτες, αγγούρια, πιπεριές).

Θυμηθείτε: μια ηλιόλουστη καλοκαιρινή μέρα - και ξαφνικά ένα σύννεφο εμφανίστηκε στον ουρανό, άρχισε να βρέχει, το οποίο φαινόταν να "δεν παρατηρεί" ότι ο ήλιος συνεχίζει να λάμπει. Μια τέτοια βροχή ονομάζεται ευρέως τυφλή. Η βροχή δεν είχε ακόμη τελειώσει, και ένα πολύχρωμο ουράνιο τόξο έλαμπε ήδη στον ουρανό (Εικ. 13.1). Γιατί εμφανίστηκε;

Διάσπαση του ηλιακού φωτός σε φάσμα.

Ακόμη και στην αρχαιότητα, παρατηρήθηκε ότι η ηλιαχτίδα, περνώντας από ένα γυάλινο πρίσμα, γίνεται πολύχρωμη. Πιστεύεται ότι ο λόγος για αυτό το φαινόμενο είναι η ιδιότητα ενός πρίσματος να χρωματίζει το φως. Είναι πράγματι έτσι, ανακάλυψε ο εξαιρετικός Άγγλος επιστήμονας Ισαάκ Νεύτων (1643-1727) το 1665 πραγματοποιώντας μια σειρά πειραμάτων.

Ρύζι. 13.1. Ένα ουράνιο τόξο μπορεί να παρατηρηθεί, για παράδειγμα, στον ψεκασμό ενός σιντριβανιού ή ενός καταρράκτη.

Για να πάρει μια στενή δέσμη ηλιακού φωτός, ο Νεύτων έκανε μια μικρή στρογγυλή τρύπα στο κλείστρο. Όταν τοποθέτησε ένα γυάλινο πρίσμα μπροστά από την τρύπα, στον απέναντι τοίχο εμφανίστηκε μια πολύχρωμη λωρίδα, την οποία ο επιστήμονας ονόμασε φάσμα. Στη λωρίδα (όπως στο ουράνιο τόξο), ο Νεύτων ξεχώρισε επτά χρώματα: κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί, βιολετί (Εικ. 13.2, α).

Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας μια οθόνη με μια τρύπα, ο επιστήμονας ξεχώρισε στενές μονόχρωμες (μονόχρωμες) δέσμες φωτός από μια μεγάλη πολύχρωμη δέσμη ακτίνων και τις κατεύθυνε ξανά στο πρίσμα. Τέτοιες δέσμες εκτρέπονταν από το πρίσμα, αλλά δεν αποσυντέθηκαν πλέον σε φάσμα (Εικ. 13.2, β). Σε αυτήν την περίπτωση, η δέσμη του ιώδους φωτός εκτρέπεται περισσότερο από άλλες, και η δέσμη του κόκκινου φωτός εκτρέπεται λιγότερο από άλλες.

Τα αποτελέσματα των πειραμάτων επέτρεψαν στον Νεύτωνα να βγάλει τα ακόλουθα συμπεράσματα:

1) μια δέσμη λευκού (ηλίου φωτός) αποτελείται από φως διαφορετικών χρωμάτων.

2) το πρίσμα δεν «χρωματίζει» το λευκό φως, αλλά το διαχωρίζει (το απλώνει σε ένα φάσμα) λόγω της διαφορετικής διάθλασης των φωτεινών δεσμών διαφορετικών χρωμάτων.

ρύζι. 13.2. Σχήμα των πειραμάτων του I. Newton για τον προσδιορισμό της φασματικής σύστασης του φωτός

Σύγκρινε το σχ. 13.1 και 13.2: τα χρώματα του ουράνιου τόξου είναι τα χρώματα του φάσματος. Και αυτό δεν προκαλεί έκπληξη, γιατί στην πραγματικότητα το ουράνιο τόξο είναι ένα τεράστιο φάσμα ηλιακού φωτός. Ένας από τους λόγους για την εμφάνιση ενός ουράνιου τόξου είναι ότι πολλές μικρές σταγόνες νερού διαθλούν το λευκό φως του ήλιου.

Μάθετε για τη διασπορά του φωτός

Τα πειράματα του Νεύτωνα έδειξαν, συγκεκριμένα, ότι όταν διαθλώνται σε γυάλινο πρίσμα, οι ακτίνες του ιώδους φωτός αποκλίνουν πάντα περισσότερο από τις δέσμες του κόκκινου φωτός. Αυτό σημαίνει ότι για δέσμες φωτός διαφορετικών χρωμάτων, ο δείκτης διάθλασης του γυαλιού είναι διαφορετικός. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο μια δέσμη λευκού φωτός αποσυντίθεται σε ένα φάσμα.

Το φαινόμενο της αποσύνθεσης του φωτός σε φάσμα, λόγω της εξάρτησης του δείκτη διάθλασης του μέσου από το χρώμα της φωτεινής δέσμης, ονομάζεται διασπορά φωτός.

Για τα περισσότερα διαφανή μέσα, το ιώδες φως έχει τον υψηλότερο δείκτη διάθλασης και το κόκκινο φως τον χαμηλότερο.

Τι χρώμα δέσμη φωτός - βιολετί ή κόκκινο - διαδίδεται στο γυαλί με μεγαλύτερη ταχύτητα; Υπόδειξη: Θυμηθείτε πώς ο δείκτης διάθλασης ενός μέσου εξαρτάται από την ταχύτητα του φωτός σε αυτό το μέσο.

Χαρακτηρίζουμε τα χρώματα

Στο φάσμα του ηλιακού φωτός, παραδοσιακά διακρίνονται επτά χρώματα και μπορούν να διακριθούν περισσότερα. Αλλά ποτέ δεν θα μπορέσετε να επισημάνετε, για παράδειγμα, το καφέ ή το λιλά. Αυτά τα χρώματα είναι σύνθετα - σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της υπέρθεσης (ανάμιξης) φασματικών (καθαρών) χρωμάτων σε διαφορετικές αναλογίες. Ορισμένα φασματικά χρώματα, όταν τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο, σχηματίζουν λευκό. Τέτοια ζεύγη φασματικών χρωμάτων ονομάζονται συμπληρωματικά (Εικ. 13.3).

Για την ανθρώπινη όραση, τα τρία κύρια φασματικά χρώματα - το κόκκινο, το πράσινο και το μπλε - έχουν ιδιαίτερη σημασία: όταν τοποθετούνται πάνω, αυτά τα χρώματα δίνουν μια μεγάλη ποικιλία χρωμάτων και αποχρώσεων.

Η έγχρωμη εικόνα στις οθόνες υπολογιστή, τηλεόρασης, τηλεφώνου βασίζεται στην υπέρθεση των τριών βασικών φασματικών χρωμάτων σε διαφορετικές αναλογίες (Εικ. 13.4).

Ρύζι. 13.5. Διαφορετικά σώματα αντανακλούν, διαθλούν και απορροφούν το ηλιακό φως με διαφορετικούς τρόπους, και χάρη σε αυτό βλέπουμε τον κόσμο γύρω μας με διαφορετικά χρώματα.

Μάθετε γιατί ο κόσμος είναι πολύχρωμος

Γνωρίζοντας ότι το λευκό φως είναι σύνθετο, μπορούμε να εξηγήσουμε γιατί ο κόσμος γύρω μας, που φωτίζεται από μία μόνο πηγή λευκού φωτός - τον Ήλιο, τον βλέπουμε πολύχρωμο (Εικ. 13.5).

Έτσι, η επιφάνεια ενός φύλλου χαρτιού γραφείου αντανακλά εξίσου καλά τις ακτίνες όλων των χρωμάτων, έτσι ένα φύλλο που φωτίζεται με λευκό φως μας φαίνεται λευκό. Ένα μπλε σακίδιο, που φωτίζεται από το ίδιο λευκό φως, αντανακλά κυρίως τις μπλε ακτίνες, ενώ απορροφά τις υπόλοιπες.

Τι χρώμα πιστεύετε ότι αντανακλούν τα περισσότερα πέταλα ηλίανθου; φύλλα φυτών;

Το μπλε φως που κατευθύνεται στα κόκκινα ροδοπέταλα θα απορροφηθεί σχεδόν πλήρως από αυτά, αφού τα πέταλα αντανακλούν κυρίως κόκκινες ακτίνες, ενώ τα υπόλοιπα απορροφούν. Επομένως, ένα τριαντάφυλλο φωτισμένο με μπλε φως θα μας φαίνεται σχεδόν μαύρο. Εάν το λευκό χιόνι φωτίζεται με μπλε φως, θα μας φαίνεται μπλε, επειδή το λευκό χιόνι αντανακλά τις ακτίνες όλων των χρωμάτων (συμπεριλαμβανομένου του μπλε). Αλλά η μαύρη γούνα μιας γάτας απορροφά καλά όλες τις ακτίνες, έτσι η γάτα θα φαίνεται μαύρη όταν φωτίζεται από οποιοδήποτε φως (Εικ. 13.6).

Σημείωση! Δεδομένου ότι το χρώμα του σώματος εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του προσπίπτοντος φωτός, στο σκοτάδι η έννοια του χρώματος δεν έχει νόημα.

Ρύζι. 13.6. Το χρώμα ενός σώματος εξαρτάται τόσο από τις οπτικές ιδιότητες της επιφάνειάς του όσο και από τα χαρακτηριστικά του προσπίπτοντος φωτός.

Ανακεφαλαίωση

Μια δέσμη λευκού φωτός αποτελείται από φως διαφορετικών χρωμάτων. Υπάρχουν επτά φασματικά χρώματα: κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί, βιολετί.

Ο δείκτης διάθλασης του φωτός, και επομένως η ταχύτητα διάδοσης του φωτός σε ένα μέσο, ​​εξαρτάται από το χρώμα της δέσμης φωτός. αν Η εξάρτηση του δείκτη διάθλασης του μέσου από το χρώμα της δέσμης φωτός ονομάζεται διασπορά του φωτός. Βλέπουμε τον κόσμο γύρω μας με διαφορετικά χρώματα λόγω του γεγονότος ότι διαφορετικά σώματα αντανακλούν, διαθλούν και απορροφούν το φως με διαφορετικούς τρόπους.

ερωτήσεις δοκιμής

1. Περιγράψτε τα πειράματα του Ι. Νεύτωνα για τον προσδιορισμό της φασματικής σύστασης του φωτός.

2. Ονομάστε επτά φασματικά χρώματα. 3. Τι χρώμα δέσμη φωτός διαθλάται στην ύλη περισσότερο από άλλα; λιγότερο από άλλους; εάν 4. Ορίστε τη διασπορά του φωτός. Ποιο φυσικό φαινόμενο συνδέεται με τη διασπορά; 5. Ποια χρώματα ονομάζονται συμπληρωματικά; 6. Ονομάστε τα τρία βασικά χρώματα του φάσματος. Γιατί λέγονται έτσι; 7. Γιατί βλέπουμε τον κόσμο γύρω μας με διαφορετικά χρώματα;

Άσκηση αριθμός 13

1. Πώς θα φαίνονται τα μαύρα γράμματα σε λευκό χαρτί όταν τα βλέπει κανείς μέσα από πράσινο γυαλί; Πώς θα μοιάζει το χρώμα του χαρτιού;

2. Ποια χρώματα φωτός περνούν από το μπλε γυαλί; απορροφάται από αυτό;

3. Μέσα από ποιο έγχρωμο γυαλί δεν μπορείτε να δείτε κείμενο γραμμένο με μωβ μελάνι σε λευκό χαρτί;

4. Δέσμες φωτός κόκκινου, πορτοκαλί και μπλε χρώματος διαδίδονται στο νερό. Ποια δέσμη διαδίδεται πιο γρήγορα;

5. Χρησιμοποιήστε πρόσθετες πηγές πληροφοριών και μάθετε γιατί ο ουρανός είναι μπλε. Γιατί ο ήλιος είναι συχνά κόκκινος κατά τη δύση του ηλίου;

Πειραματική εργασία

"Δημιουργοί του ουράνιου τόξου" Γεμίστε ένα ρηχό δοχείο με νερό και τοποθετήστε το σε έναν ελαφρύ τοίχο. Τοποθετήστε έναν επίπεδο καθρέφτη υπό γωνία στο κάτω μέρος του δοχείου (βλ. εικόνα). Κατευθύνετε μια δέσμη φωτός στον καθρέφτη - μια "ηλιαχτίδα" θα εμφανιστεί στον τοίχο. Εξετάστε το και εξηγήστε το παρατηρούμενο φαινόμενο.

Φυσική και τεχνολογία στην Ουκρανία

Εθνικό Πανεπιστήμιο Κιέβου. Ο Taras Shevchenko (KNU) ιδρύθηκε τον Νοέμβριο του 1833 ως Imperial University of St. Vladimir. Ο πρώτος πρύτανης του πανεπιστημίου είναι ένας εξαιρετικός επιστήμονας-εγκυκλοπαιδικός Mikhail Aleksandrovich Maksimovich.

Τα ονόματα γνωστών επιστημόνων - μαθηματικών, φυσικών, κυβερνητικών, αστρονόμων - συνδέονται με το KNU: D. A. Grave, M. F. Kravchuk, G. V. Pfeiffer, N. N. Bogolyubov, V. M. Glushkov, A. V. Skorokhod , I. V. , N. N. Schiller, I. I. Kosonogov, A. G. Sitenko, V. E. Lashkarev, R F. Vogel, M. F. Khandrikov, S. K. Vsekhsvyatsky.

Οι επιστημονικές σχολές του KNU είναι γνωστές στον κόσμο - αλγεβρική, θεωρία πιθανοτήτων και μαθηματικές στατιστικές, μηχανική, φυσική ημιαγωγών, φυσική ηλεκτρονική και φυσική επιφανειών, μεταλλογονική, οπτική νέων υλικών κ.λπ. Gubersky.

Αυτό είναι υλικό σχολικού βιβλίου.

Φως - ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από μια θερμαινόμενη ή διεγερμένη ουσία, που γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι. Συχνά, το φως νοείται όχι μόνο ως ορατό φως, αλλά και ως ευρείες περιοχές του φάσματος που γειτνιάζουν με αυτό. Ένα από τα χαρακτηριστικά του φωτός είναι το χρώμα του, το οποίο για τη μονοχρωματική ακτινοβολία καθορίζεται από το μήκος κύματος και για τη σύνθετη ακτινοβολία - από τη φασματική του σύνθεση.

Κύριος η πηγή του φωτός είναι ο ήλιος. Το φως που εκπέμπει θεωρείται λευκό. Το φως προέρχεται από τον ήλιο σε διαφορετικά μήκη κύματος.

Το φως έχει μια θερμοκρασία που εξαρτάται από τη δύναμη της φωτεινής ακτινοβολίας. Με τη σειρά του, η ισχύς εξαρτάται από το μήκος κύματος.

Το φως από έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως φαίνεται λευκό, αλλά το φάσμα του μετατοπίζεται με κόκκινο χρώμα.

Το φως από μια λάμπα φθορισμού μετατοπίζεται προς το ιώδες τμήμα του φάσματος, έχει μπλε χρώμα και υψηλή θερμοκρασία χρώματος.

Το φως του ηλιακού φωτός στα υψίπεδα μετατοπίζεται προς τα ιώδη κύματα. Αυτό οφείλεται στη σπάνια ατμόσφαιρα σε μεγάλο υψόμετρο.

Στην αμμώδη έρημο, το φάσμα θα μετατοπιστεί προς τα κόκκινα κύματα, γιατί. η ακτινοβολία της καυτής άμμου προστίθεται στο ηλιακό φως.

Κατά τη λήψη, είναι απαραίτητο να λάβετε υπόψη αυτά τα δεδομένα, να γνωρίζετε το φάσμα της διαθέσιμης ακτινοβολίας φωτός για να έχετε μια εικόνα υψηλής ποιότητας με τις αποχρώσεις που είναι διαθέσιμες στο πρωτότυπο.

Οτι. Τα φωτόνια διαφορετικού μήκους προέρχονται από διαφορετικές πηγές φωτός.

Το χρώμα είναι η αίσθηση που προκαλείται στο ανθρώπινο μάτι και στον εγκέφαλο από φως διαφορετικών μηκών κύματος και εντάσεων.

Ακτινοβολία διαφορετικής έντασης αντικειμενικά υπάρχει και προκαλεί την αίσθηση ενός συγκεκριμένου χρώματος. Αλλά από μόνο του δεν έχει χρώμα. Το χρώμα εμφανίζεται στα όργανα της ανθρώπινης όρασης. Δεν υπάρχει ανεξάρτητα από αυτά. Επομένως, δεν μπορεί να θεωρηθεί αντικειμενική αξία.

Για την περιγραφή του χρώματος χρησιμοποιούνται υποκειμενικές ποιοτικές και ποσοτικές εκτιμήσεις των χαρακτηριστικών του.

Οι αιτίες των αισθήσεων χρώματος είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, το φως, τα αντικειμενικά χαρακτηριστικά των οποίων συνδέονται με τα υποκειμενικά χαρακτηριστικά του χρώματος, τον κορεσμό του, τον τόνο, τη φωτεινότητα.

Ο χρωματικός τόνος είναι υποκειμενικός. λόγω των ιδιοτήτων της ανθρώπινης οπτικής αντίληψης, φωτός, ορισμός κύματος έντασης.

Η θερμοκρασία στην οποία ένα μαύρο σώμα εκπέμπει φως της ίδιας φασματικής σύνθεσης με το υπό εξέταση φως ονομάζεται θερμοκρασία χρώματος. Δείχνει μόνο τη φασματική κατανομή της ενέργειας της ακτινοβολίας και όχι τη θερμοκρασία της πηγής. Έτσι, το φως του γαλάζιου ουρανού αντιστοιχεί σε θερμοκρασία χρώματος περίπου 12.500-25.000 Κ, δηλαδή πολύ υψηλότερη από τη θερμοκρασία του ήλιου. Η θερμοκρασία χρώματος εκφράζεται σε Kelvin (K).

Η έννοια της θερμοκρασίας χρώματος ισχύει μόνο για θερμικές (θερμές) πηγές φωτός. Το φως μιας ηλεκτρικής εκκένωσης σε αέρια και ατμούς μετάλλων (νάτριο, υδράργυρος, λαμπτήρες νέον) δεν μπορεί να χαρακτηριστεί από την τιμή της θερμοκρασίας χρώματος.

Η χημική σύνθεση της ουσίας- το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό των υλικών που χρησιμοποιεί η ανθρωπότητα. Χωρίς την ακριβή του γνώση, είναι αδύνατο να προγραμματιστούν τεχνολογικές διαδικασίες στη βιομηχανική παραγωγή με ικανοποιητική ακρίβεια. Πρόσφατα, οι απαιτήσεις για τον προσδιορισμό της χημικής σύνθεσης μιας ουσίας έχουν γίνει ακόμη πιο αυστηρές: πολλοί τομείς της βιομηχανικής και επιστημονικής δραστηριότητας απαιτούν υλικά ορισμένης "καθαρότητας" - αυτές είναι οι απαιτήσεις για μια ακριβή, σταθερή σύνθεση, καθώς και μια αυστηρή περιορισμός της παρουσίας ακαθαρσιών ξένων ουσιών. Σε σχέση με αυτές τις τάσεις, αναπτύσσονται όλο και πιο προοδευτικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό της χημικής σύνθεσης των ουσιών. Αυτές περιλαμβάνουν τη μέθοδο της φασματικής ανάλυσης, η οποία παρέχει μια ακριβή και γρήγορη μελέτη της χημείας των υλικών.

φαντασία του φωτός

Η φύση της φασματικής ανάλυσης

(φασματοσκοπία) μελετά τη χημική σύσταση των ουσιών με βάση την ικανότητά τους να εκπέμπουν και να απορροφούν φως. Είναι γνωστό ότι κάθε χημικό στοιχείο εκπέμπει και απορροφά ένα χαρακτηριστικό φάσματος φωτός μόνο για αυτό, με την προϋπόθεση ότι μπορεί να αναχθεί σε αέρια κατάσταση.

Σύμφωνα με αυτό, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η παρουσία αυτών των ουσιών σε ένα συγκεκριμένο υλικό από το εγγενές φάσμα τους. Οι σύγχρονες μέθοδοι φασματικής ανάλυσης καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό της παρουσίας μιας ουσίας που ζυγίζει έως τα δισεκατομμυριοστά του γραμμαρίου σε ένα δείγμα - ο δείκτης της έντασης της ακτινοβολίας είναι υπεύθυνος για αυτό. Η μοναδικότητα του φάσματος που εκπέμπεται από ένα άτομο χαρακτηρίζει τη βαθιά σχέση του με τη φυσική δομή.

Το ορατό φως είναι ακτινοβολία από 3,8 *10 -7 πριν 7,6*10 -7 m υπεύθυνος για διαφορετικά χρώματα. Οι ουσίες μπορούν να εκπέμπουν φως μόνο σε διεγερμένη κατάσταση (αυτή η κατάσταση χαρακτηρίζεται από αυξημένο επίπεδο εσωτερικής ) παρουσία μιας σταθερής πηγής ενέργειας.

Λαμβάνοντας περίσσεια ενέργειας, τα άτομα της ύλης την εκπέμπουν με τη μορφή φωτός και επιστρέφουν στην κανονική ενεργειακή τους κατάσταση. Είναι αυτό το φως που εκπέμπεται από τα άτομα που χρησιμοποιείται για φασματική ανάλυση. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι ακτινοβολίας περιλαμβάνουν: θερμική ακτινοβολία, ηλεκτροφωταύγεια, καθοδοφωταύγεια, χημειοφωταύγεια.

Φασματική ανάλυση. Χρωματισμός φλόγας με μεταλλικά ιόντα

Τύποι φασματικής ανάλυσης

Διάκριση μεταξύ φασματοσκοπίας εκπομπής και απορρόφησης. Η μέθοδος της φασματοσκοπίας εκπομπής βασίζεται στις ιδιότητες των στοιχείων να εκπέμπουν φως. Για να διεγείρονται τα άτομα μιας ουσίας, χρησιμοποιείται θέρμανση σε υψηλή θερμοκρασία, ίση με αρκετές εκατοντάδες ή και χιλιάδες βαθμούς - γι 'αυτό, ένα δείγμα της ουσίας τοποθετείται σε φλόγα ή στο πεδίο ισχυρών ηλεκτρικών εκκενώσεων. Υπό την επίδραση της υψηλότερης θερμοκρασίας, τα μόρια μιας ουσίας χωρίζονται σε άτομα.

Τα άτομα, λαμβάνοντας περίσσεια ενέργειας, την εκπέμπουν με τη μορφή κβάντα φωτός διαφορετικών μηκών κύματος, τα οποία καταγράφονται από φασματικές συσκευές - συσκευές που απεικονίζουν οπτικά το φάσμα φωτός που προκύπτει. Οι φασματικές συσκευές χρησιμεύουν επίσης ως διαχωριστικό στοιχείο του συστήματος φασματοσκοπίας, επειδή η φωτεινή ροή αθροίζεται από όλες τις ουσίες που υπάρχουν στο δείγμα και καθήκον της είναι να διαιρέσει τη συνολική διάταξη φωτός σε φάσματα μεμονωμένων στοιχείων και να καθορίσει την έντασή τους, η οποία θα επιτρέπουν στο μέλλον να εξαχθούν συμπεράσματα σχετικά με την αξία του στοιχείου που υπάρχει στη συνολική μάζα των ουσιών.

• Ανάλογα με τις μεθόδους παρατήρησης και καταγραφής φασμάτων, διακρίνονται τα φασματικά όργανα: φασματογράφοι και φασματοσκόπια. Τα πρώτα καταγράφουν το φάσμα σε φωτογραφικό φιλμ, ενώ τα δεύτερα καθιστούν δυνατή την προβολή του φάσματος για άμεση παρατήρηση από ένα άτομο μέσω ειδικών τηλεσκοπίων. Για τον προσδιορισμό των διαστάσεων, χρησιμοποιούνται εξειδικευμένα μικροσκόπια, τα οποία επιτρέπουν τον προσδιορισμό του μήκους κύματος με υψηλή ακρίβεια.
• Μετά την καταγραφή του φάσματος φωτός, υποβάλλεται σε ενδελεχή ανάλυση. Τα κύματα ορισμένου μήκους και η θέση τους στο φάσμα αναγνωρίζονται. Περαιτέρω, εκτελείται η αναλογία της θέσης τους με το να ανήκουν στις επιθυμητές ουσίες. Αυτό γίνεται συγκρίνοντας τα δεδομένα της θέσης των κυμάτων με τις πληροφορίες που βρίσκονται στους μεθοδικούς πίνακες, υποδεικνύοντας τα τυπικά μήκη κύματος και τα φάσματα των χημικών στοιχείων.
• Η φασματοσκοπία απορρόφησης εκτελείται παρόμοια με τη φασματοσκοπία εκπομπής. Σε αυτή την περίπτωση, η ουσία τοποθετείται μεταξύ της πηγής φωτός και της φασματικής συσκευής. Περνώντας μέσα από το αναλυόμενο υλικό, το εκπεμπόμενο φως φτάνει στη φασματική συσκευή με «βουτιές» (γραμμές απορρόφησης) σε ορισμένα μήκη κύματος - αποτελούν το απορροφούμενο φάσμα του υπό μελέτη υλικού. Η περαιτέρω ακολουθία της μελέτης είναι παρόμοια με την παραπάνω διαδικασία φασματοσκοπίας εκπομπής.

Ανακάλυψη φασματικής ανάλυσης

Σημασία της φασματοσκοπίας για την επιστήμη

Η φασματική ανάλυση επέτρεψε στην ανθρωπότητα να ανακαλύψει πολλά στοιχεία που δεν μπορούσαν να προσδιοριστούν με παραδοσιακές μεθόδους καταχώρισης χημικών ουσιών. Πρόκειται για στοιχεία όπως το ρουβίδιο, το καίσιο, το ήλιο (ανακαλύφθηκε χρησιμοποιώντας τη φασματοσκοπία του Ήλιου - πολύ πριν την ανακάλυψή του στη Γη), το ίνδιο, το γάλλιο και άλλα. Οι γραμμές αυτών των στοιχείων βρέθηκαν στα φάσματα εκπομπής αερίων και κατά τη στιγμή της μελέτης τους ήταν μη αναγνωρίσιμες.

Έγινε σαφές ότι πρόκειται για νέα, άγνωστα μέχρι στιγμής στοιχεία. Η φασματοσκοπία είχε σοβαρό αντίκτυπο στη διαμόρφωση του σημερινού τύπου μεταλλουργικών και μηχανουργικών βιομηχανιών, της πυρηνικής βιομηχανίας και της γεωργίας, όπου έχει γίνει ένα από τα κύρια εργαλεία για συστηματική ανάλυση.

Η φασματοσκοπία έχει αποκτήσει μεγάλη σημασία στην αστροφυσική.

Προκαλώντας ένα κολοσσιαίο άλμα στην κατανόηση της δομής του σύμπαντος και επιβεβαιώνοντας το γεγονός ότι οτιδήποτε υπάρχει αποτελείται από τα ίδια στοιχεία, τα οποία, μεταξύ άλλων, αφθονούν στη Γη. Σήμερα, η μέθοδος φασματικής ανάλυσης επιτρέπει στους επιστήμονες να προσδιορίσουν τη χημική σύνθεση των αστεριών, των νεφελωμάτων, των πλανητών και των γαλαξιών που βρίσκονται δισεκατομμύρια χιλιόμετρα από τη Γη - αυτά τα αντικείμενα, φυσικά, δεν είναι προσβάσιμα σε μεθόδους άμεσης ανάλυσης λόγω της μεγάλης τους απόστασης.

Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της φασματοσκοπίας απορρόφησης, είναι δυνατή η μελέτη μακρινών διαστημικών αντικειμένων που δεν έχουν δική τους ακτινοβολία. Αυτή η γνώση καθιστά δυνατό τον καθορισμό των πιο σημαντικών χαρακτηριστικών των διαστημικών αντικειμένων: πίεση, θερμοκρασία, χαρακτηριστικά της δομής της δομής και πολλά άλλα.

Τα πειράματα του Νεύτωνα διαπίστωσαν ότι το ηλιακό φως έχει πολύπλοκο χαρακτήρα. Με παρόμοιο τρόπο, δηλαδή, αναλύοντας τη σύνθεση του φωτός με τη βοήθεια ενός πρίσματος, μπορεί κανείς να πειστεί ότι το φως των περισσότερων άλλων πηγών (λαμπτήρας πυρακτώσεως, λαμπτήρας τόξου κ.λπ.) έχει τον ίδιο χαρακτήρα. Συγκρίνοντας τα φάσματα αυτών των φωτεινών σωμάτων, διαπιστώνουμε ότι τα αντίστοιχα τμήματα των φασμάτων έχουν διαφορετική φωτεινότητα, δηλαδή η ενέργεια κατανέμεται διαφορετικά σε διαφορετικά φάσματα. Μπορείτε να το επαληθεύσετε ακόμη πιο αξιόπιστα εάν μελετήσετε τα φάσματα με τη βοήθεια ενός θερμοστοιχείου (βλ. § 149).

Για τις συνηθισμένες πηγές, αυτές οι διαφορές στο φάσμα δεν είναι πολύ σημαντικές, αλλά μπορούν εύκολα να ανιχνευθούν. Το μάτι μας, ακόμη και χωρίς τη βοήθεια μιας φασματικής συσκευής, ανιχνεύει διαφορές στην ποιότητα του λευκού φωτός που δίνεται από αυτές τις πηγές. Έτσι, το φως ενός κεριού φαίνεται κιτρινωπό ή ακόμα και κοκκινωπό σε σύγκριση με μια λάμπα πυρακτώσεως, και αυτό το τελευταίο είναι αισθητά πιο κίτρινο από το φως του ήλιου.

Ακόμη πιο σημαντική είναι η διαφορά εάν η πηγή φωτός αντί για ένα θερμό σώμα είναι ένας σωλήνας γεμάτος με αέριο που λάμπει υπό τη δράση μιας ηλεκτρικής εκκένωσης. Τέτοιοι σωλήνες χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για φωτεινές επιγραφές ή φωτισμό δρόμων. Μερικοί από αυτούς λαμπτήρες εκκένωσηςδίνουν έντονο κίτρινο (λάμπες νατρίου) ή κόκκινο (λάμπες νέον) φως, άλλες λάμπουν με ένα υπόλευκο φως (υδράργυρος), σαφώς διαφορετικό στη σκιά από τον ήλιο. Φασματικές μελέτες φωτός από τέτοιες πηγές δείχνουν ότι το φάσμα τους περιέχει μόνο μεμονωμένες, περισσότερο ή λιγότερο στενές, έγχρωμες περιοχές.

Επί του παρόντος, έχουν μάθει πώς να κατασκευάζουν λαμπτήρες εκκένωσης αερίου, το φως των οποίων έχει φασματική σύνθεση πολύ κοντά σε αυτή του ήλιου. Τέτοιοι λαμπτήρες ονομάζονται λαμπτήρες φθορισμού(βλ. § 186).

Εάν εξετάσετε το φως του ήλιου ή μια λάμπα τόξου, φιλτραρισμένη μέσα από έγχρωμο γυαλί, τότε θα είναι αισθητά διαφορετικό από το πρωτότυπο. Το μάτι θα αξιολογήσει αυτό το φως ως έγχρωμο και η φασματική αποσύνθεση θα αποκαλύψει ότι περισσότερο ή λιγότερο σημαντικά τμήματα του φάσματος πηγής απουσιάζουν ή είναι πολύ αδύναμα στο φάσμα του.

§ 165. Φως και χρώματα σωμάτων.Τα πειράματα που περιγράφονται στην § 164 δείχνουν ότι το φως που προκαλεί την αίσθηση του ενός ή του άλλου χρώματος στο μάτι μας έχει μια λίγο πολύ περίπλοκη φασματική σύνθεση. Αποδεικνύεται ότι το μάτι μας είναι μια μάλλον ατελής συσκευή για την ανάλυση του φωτός, έτσι ώστε οι ακτίνες διαφόρων φασματικών συνθέσεων μπορούν μερικές φορές να παράγουν σχεδόν την ίδια χρωματική εντύπωση. Ωστόσο, με τη βοήθεια του ματιού αποκτούμε γνώση για όλη την ποικιλία των χρωμάτων στον κόσμο γύρω μας.

Οι περιπτώσεις όπου το φως από μια πηγή κατευθύνεται απευθείας στο μάτι του παρατηρητή είναι σχετικά σπάνιες. Πολύ πιο συχνά, το φως διέρχεται πρώτα από τα σώματα, διαθλούμενο και μερικώς απορροφούμενο σε αυτά, ή λίγο-πολύ αντανακλάται πλήρως από την επιφάνειά τους. Έτσι, η φασματική σύνθεση του φωτός που έχει φτάσει στο μάτι μας μπορεί να αλλάξει σημαντικά λόγω των διαδικασιών ανάκλασης, απορρόφησης κ.λπ. που περιγράφονται παραπάνω. Στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων, όλες αυτές οι διεργασίες οδηγούν μόνο στην εξασθένηση ορισμένων φασματικών περιοχών και μπορεί ακόμη και να εξαλείψει εντελώς μερικά από τέτοιες περιοχές, αλλά μην προσθέσετε στο φως που προήλθε από την πηγή, την ακτινοβολία εκείνων των μηκών κύματος που δεν υπήρχαν σε αυτό. Ωστόσο, τέτοιες διεργασίες μπορούν επίσης να πραγματοποιηθούν (για παράδειγμα, σε φαινόμενα φθορισμού).

§ 166. Συντελεστές απορρόφησης, ανάκλασης και μετάδοσης.Το χρώμα διαφόρων αντικειμένων που φωτίζονται από την ίδια πηγή φωτός (για παράδειγμα, ο ήλιος) είναι πολύ διαφορετικό, παρά το γεγονός ότι όλα αυτά τα αντικείμενα φωτίζονται από φως της ίδιας σύνθεσης. Τον κύριο ρόλο σε τέτοια εφέ παίζουν τα φαινόμενα ανάκλασης και μετάδοσης φωτός. Όπως έχει ήδη διευκρινιστεί, η φωτεινή ροή που προσπίπτει στο σώμα ανακλάται εν μέρει (διασπορά), εν μέρει μεταδίδεται και εν μέρει απορροφάται από το σώμα. Η αναλογία της ροής φωτός που εμπλέκεται σε καθεμία από αυτές τις διεργασίες προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας τους κατάλληλους συντελεστές: ανάκλαση r, μετάδοση t και απορρόφηση a (βλ. § 76).

Καθένας από τους υποδεικνυόμενους συντελεστές (a, r, t) μπορεί να εξαρτάται από το μήκος κύματος (χρώμα), λόγω του οποίου προκύπτουν διάφορα φαινόμενα όταν φωτίζονται σώματα. Είναι εύκολο να δούμε ότι κάθε σώμα στο οποίο, για παράδειγμα, η μετάδοση είναι μεγάλη για το κόκκινο φως και ο συντελεστής ανάκλασης είναι μικρός και για το πράσινο, αντίθετα, θα εμφανίζεται κόκκινο στο εκπεμπόμενο φως και πράσινο στο ανακλώμενο φως. Τέτοιες ιδιότητες κατέχει, για παράδειγμα, η χλωροφύλλη - μια πράσινη ουσία που περιέχεται στα φύλλα των φυτών και προκαλεί το πράσινο χρώμα τους. Ένα διάλυμα (εκχύλισμα) χλωροφύλλης σε αλκοόλ αποδεικνύεται κόκκινο στο φως και πράσινο στην αντανάκλαση.

Τα σώματα στα οποία η απορρόφηση είναι μεγάλη για όλες τις ακτίνες και η ανάκλαση και η μετάδοση είναι πολύ μικρές, θα είναι μαύρα αδιαφανή σώματα (για παράδειγμα, αιθάλη). Για ένα πολύ λευκό αδιαφανές σώμα (οξείδιο του μαγνησίου), ο συντελεστής r είναι κοντά στη μονάδα για όλα τα μήκη κύματος και οι συντελεστές a και t πολύ μικρό. Το πλήρως διαφανές γυαλί έχει μικρούς συντελεστές ανάκλασης r και συντελεστές απορρόφησης a και διαπερατότητα t κοντά στη μονάδα για όλα τα μήκη κύματος. Αντίθετα, για το έγχρωμο γυαλί, για ορισμένα μήκη κύματος, οι συντελεστές t και r είναι πρακτικά ίσοι με μηδέν και, κατά συνέπεια, η τιμή του συντελεστή a είναι κοντά στη μονάδα. Η διαφορά στις τιμές των συντελεστών a, t και r και η εξάρτησή τους από το χρώμα (μήκος κύματος) προκαλούν μια εξαιρετική ποικιλία στα χρώματα και τις αποχρώσεις των διαφόρων σωμάτων.

§ 167. Χρωματιστά σώματα φωτισμένα από λευκό φως.Τα βαμμένα σώματα φαίνονται χρωματιστά όταν φωτίζονται με λευκό φως. Εάν το στρώμα του χρώματος είναι αρκετά παχύ, τότε το χρώμα του σώματος καθορίζεται από αυτό και δεν εξαρτάται από τις ιδιότητες των στρωμάτων που βρίσκονται κάτω από το χρώμα. Τυπικά, το χρώμα είναι μικροί κόκκοι που διαχέουν επιλεκτικά το φως και βυθίζονται σε μια διαφανή μάζα που τους δένει, όπως το λάδι. Οι συντελεστές a, r και t αυτών των κόκκων καθορίζουν τις ιδιότητες του χρώματος.

Η δράση της βαφής φαίνεται σχηματικά στο Σχ. 316. Το ανώτερο στρώμα αντανακλά σχεδόν εξίσου τα πάντα

Ρύζι. 316. Σχέδιο δράσης ενός στρώματος χρώματος

ακτίνες, δηλαδή λευκό φως προέρχεται από αυτό. Το μερίδιό της δεν είναι πολύ σημαντικό, περίπου 5%. Το υπόλοιπο 95% του φωτός διεισδύει βαθιά στο χρώμα και, διασκορπιζόμενο από τους κόκκους του, σβήνει. Σε αυτή την περίπτωση, μέρος του φωτός απορροφάται στους κόκκους του χρώματος και ορισμένες φασματικές περιοχές απορροφώνται σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό, ανάλογα με το χρώμα του χρώματος. Μέρος του φωτός που διεισδύει ακόμη βαθύτερα διασκορπίζεται στα επόμενα στρώματα κόκκων κλπ. Ως αποτέλεσμα, ένα σώμα φωτισμένο με λευκό φως θα έχει ένα χρώμα που καθορίζεται από τις τιμές των συντελεστών a, t και r για τους κόκκους του χρώματος που το καλύπτει.

Τα χρώματα που απορροφούν το φως που πέφτει πάνω τους σε πολύ λεπτό στρώμα ονομάζονται κάλυμμα.Τα χρώματα, η δράση των οποίων οφείλεται στη συμμετοχή πολλών στρωμάτων κόκκων, ονομάζονται υαλοπίνακες.Τα τελευταία σας επιτρέπουν να επιτύχετε πολύ καλά αποτελέσματα αναμειγνύοντας διάφορους τύπους έγχρωμων κόκκων (σβήσιμο στην παλέτα). Ως αποτέλεσμα, μπορείτε να έχετε μια ποικιλία από χρωματικά εφέ. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι η ανάμειξη χρωμάτων υαλοπινάκων που αντιστοιχούν σε συμπληρωματικά χρώματα θα πρέπει να έχει ως αποτέλεσμα πολύ σκούρες αποχρώσεις. Πράγματι, αφήστε κόκκινους και πράσινους κόκκους να αναμειχθούν στο χρώμα. Το φως που διαχέεται από τους κόκκινους κόκκους θα απορροφηθεί από τους πράσινους κόκκους και το αντίστροφο, έτσι ώστε σχεδόν κανένα φως να μην διαφεύγει από το στρώμα βαφής. Έτσι, η ανάμειξη χρωμάτων δίνει τελείως διαφορετικά αποτελέσματα από την ανάμειξη φωτός των αντίστοιχων χρωμάτων. Αυτή η περίσταση πρέπει να λαμβάνεται υπόψη από τον καλλιτέχνη κατά την ανάμειξη χρωμάτων.

§ 168. Χρωματιστά σώματα φωτισμένα από χρωματιστό φως.Όλα τα παραπάνω ισχύουν για τον φωτισμό λευκού φωτός. Εάν η φασματική σύνθεση του προσπίπτοντος φωτός είναι σημαντικά διαφορετική από το φως της ημέρας, τότε τα εφέ φωτισμού μπορεί να είναι εντελώς διαφορετικά. Οι φωτεινές πολύχρωμες περιοχές μιας έγχρωμης εικόνας φαίνονται σκοτεινές εάν το προσπίπτον φως δεν έχει ακριβώς εκείνα τα μήκη κύματος για τα οποία αυτές οι περιοχές έχουν υψηλή ανακλαστικότητα. Ακόμη και η μετάβαση από το φως της ημέρας στον τεχνητό βραδινό φωτισμό μπορεί να αλλάξει σημαντικά την αναλογία των αποχρώσεων. Στο φως της ημέρας, η σχετική αναλογία των κίτρινων, πράσινων και μπλε ακτίνων είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι στο τεχνητό φως. Επομένως, τα κίτρινα και πράσινα υφάσματα φαίνονται πιο αμυδρά στο βραδινό φως από ό,τι κατά τη διάρκεια της ημέρας και τα υφάσματα που είναι μπλε στο φως της ημέρας συχνά φαίνονται εντελώς μαύρα κάτω από τις λάμπες. Αυτή η περίσταση πρέπει να ληφθεί υπόψη από τους καλλιτέχνες και τους διακοσμητές που επιλέγουν χρώματα για μια θεατρική παράσταση ή για μια παρέλαση που γίνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας στο ύπαιθρο.

Σε πολλές βιομηχανίες όπου η σωστή αξιολόγηση των αποχρώσεων είναι σημαντική, για παράδειγμα κατά τη διαλογή νημάτων, η εργασία στο βραδινό φως είναι πολύ δύσκολη ή και εντελώς αδύνατη. Επομένως, υπό τέτοιες συνθήκες, είναι λογικό να χρησιμοποιούνται λαμπτήρες φθορισμού, δηλαδή λαμπτήρες των οποίων η φασματική σύνθεση φωτός θα είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στη φασματική σύνθεση του φωτός της ημέρας (βλ. § 187).

§ 169. Καμουφλάζ και αποκάλυψη.Ακόμη και με έντονο φωτισμό, δεν μπορούμε να διακρίνουμε σώματα των οποίων το χρώμα δεν διαφέρει από το χρώμα του περιβάλλοντος φόντου, δηλαδή σώματα για τα οποία ο συντελεστής r έχει πρακτικά τις ίδιες τιμές για όλα τα μήκη κύματος με το φόντο. Γι' αυτό, για παράδειγμα, είναι τόσο δύσκολο να διακρίνεις ζώα με λευκή γούνα ή ανθρώπους με λευκά ρούχα σε μια χιονισμένη πεδιάδα. Χρησιμοποιείται σε στρατιωτικές υποθέσεις για έγχρωμο καμουφλάζ στρατευμάτων και στρατιωτικών εγκαταστάσεων. Στη φύση, στη διαδικασία της φυσικής επιλογής, πολλά ζώα έχουν αποκτήσει προστατευτικό χρωματισμό (μιμητισμός).

Από τα προηγούμενα, είναι σαφές ότι η πιο τέλεια κάλυψη είναι η επιλογή ενός τέτοιου χρώματος, στο οποίο ο συντελεστής ανάκλασης r για όλα τα μήκη κύματος έχει τις ίδιες τιμές με αυτόν του περιβάλλοντος φόντου. Στην πράξη, αυτό είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί και επομένως συχνά περιορίζεται στην επιλογή των συντελεστών στενής ανάκλασης για την ακτινοβολία, η οποία παίζει ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στο φως της ημέρας και στην παρατήρηση των ματιών. Αυτό είναι κυρίως το κιτρινοπράσινο τμήμα του φάσματος, στο οποίο το μάτι είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο και το οποίο εκπροσωπείται πιο έντονα στο φως του ήλιου (φως της ημέρας). Ωστόσο, εάν τα αντικείμενα που καμουφλάρονται με τέτοιο τρόπο δεν παρατηρούνται με το μάτι, αλλά φωτογραφίζονται, τότε το καμουφλάζ μπορεί να χάσει τη σημασία του. Πράγματι, η ιώδης και η υπεριώδης ακτινοβολία είναι ιδιαίτερα ισχυρή σε μια φωτογραφική πλάκα. Επομένως, εάν για αυτήν την περιοχή του φάσματος οι συντελεστές ανάκλασης του αντικειμένου και του φόντου είναι αισθητά διαφορετικοί μεταξύ τους, τότε όταν παρατηρηθεί από το μάτι, ένα τέτοιο ελάττωμα κάλυψης θα περάσει απαρατήρητο, αλλά θα γίνει έντονα αισθητό στη φωτογραφία . Η ατέλεια του καμουφλάζ θα είναι επίσης καθαρά ορατή εάν παρατηρήσει κανείς μέσω ενός φίλτρου φωτός που πρακτικά εξαλείφει εκείνα τα μήκη κύματος για τα οποία έχει σχεδιαστεί κυρίως το καμουφλάζ, για παράδειγμα, μέσω ενός μπλε φίλτρου. Παρά τη σημαντική μείωση της φωτεινότητας ολόκληρης της εικόνας κατά την προβολή μέσω ενός τέτοιου φίλτρου, ενδέχεται να εμφανιστούν σε αυτήν λεπτομέρειες που ήταν κρυμμένες όταν παρατηρήθηκαν σε λευκό φως. Η αντιστοίχιση ενός φίλτρου με μια φωτογραφία μπορεί να έχει ένα ιδιαίτερα ισχυρό αποτέλεσμα. Επομένως, όταν επιλέγετε χρώματα κάλυψης, πρέπει να προσέχετε τον ορισμό του r για ένα αρκετά μεγάλο εύρος του φάσματος, συμπεριλαμβανομένων των υπέρυθρων και των υπεριωδών.

Μερικές φορές χρησιμοποιούνται φίλτρα φωτός για τη βελτίωση της σωστής μετάδοσης του φωτισμού κατά τη φωτογράφηση. Λόγω του γεγονότος ότι τα μέγιστα ευαισθησίας του ματιού και της φωτογραφικής πλάκας βρίσκονται σε διαφορετικές περιοχές (κίτρινο-πράσινο για το μάτι, μπλε-ιώδες για το φωτογραφικό πιάτο), οι οπτικές και φωτογραφικές εντυπώσεις μπορεί να είναι αρκετά διαφορετικές. Η φιγούρα μιας κοπέλας ντυμένης με κίτρινη μπλούζα και μωβ φούστα φαίνεται στο μάτι ανοιχτόχρωμο στο πάνω μέρος και σκούρο στο κάτω μέρος. Σε μια φωτογραφική κάρτα, μπορεί να φαίνεται να φοράει μια σκούρα μπλούζα και μια ανοιχτόχρωμη φούστα. Εάν, από την άλλη πλευρά, τοποθετηθεί ένα κίτρινο φίλτρο φωτός μπροστά από έναν φωτογραφικό φακό, θα αλλάξει την αναλογία φωτισμού της φούστας και της μπλούζας προς μια κατεύθυνση που πλησιάζει την οπτική εντύπωση. Χρησιμοποιώντας, εξάλλου, ένα φωτογραφικό φιλμ με αυξημένη ευαισθησία σε μεγάλα μήκη κύματος (ορθοχρωματικό) σε σύγκριση με τα συμβατικά, μπορούμε να επιτύχουμε μια αρκετά σωστή αναπαραγωγή του φωτισμού του σχήματος.

§ 170. Κορεσμός χρωμάτων.Εκτός από τον προσδιορισμό του χρώματος - κόκκινο, κίτρινο, μπλε κ.λπ. - συχνά διακρίνουμε το χρώμα από τον κορεσμό, δηλαδή από την καθαρότητα της απόχρωσης, την απουσία υπόλευκης. Ένα παράδειγμα βαθιών ή κορεσμένων χρωμάτων είναι τα φασματικά χρώματα. Αντιπροσωπεύουν ένα στενό εύρος μηκών κύματος χωρίς την ανάμειξη άλλων χρωμάτων. Τα χρώματα των υφασμάτων και των χρωμάτων που καλύπτουν αντικείμενα είναι συνήθως λιγότερο κορεσμένα και περισσότερο ή λιγότερο υπόλευκα. Ο λόγος έγκειται στο γεγονός ότι ο συντελεστής ανάκλασης των περισσότερων χρωστικών δεν είναι ίσος με μηδέν για οποιοδήποτε μήκος κύματος. Έτσι, όταν ένα βαμμένο ύφασμα φωτίζεται με λευκό φως, παρατηρούμε σε διάσπαρτο φως κυρίως μια χρωματική περιοχή (για παράδειγμα, κόκκινο), αλλά μια αξιοσημείωτη ποσότητα άλλων μηκών κύματος αναμιγνύεται μαζί της, δίνοντας λευκό φως συνολικά. Αλλά αν ένα τέτοιο φως διάσπαρτο στον ιστό με υπεροχή ενός χρώματος (για παράδειγμα, κόκκινο) δεν κατευθύνεται απευθείας στο μάτι, αλλά αναγκαστεί να ανακλαστεί για δεύτερη φορά από τον ίδιο ιστό, τότε η αναλογία του κυρίαρχου χρώματος θα αυξηθεί σημαντικά σε σύγκριση με τα υπόλοιπα και η υπόλευκη θα μειωθεί .. Η πολλαπλή επανάληψη μιας τέτοιας διαδικασίας (εικ. 317) μπορεί να οδηγήσει σε ένα αρκετά κορεσμένο χρώμα.

Ρύζι. 317. Λήψη κορεσμένου χρώματος όταν αντανακλάται από μια κόκκινη κουρτίνα

Αν η ένταση του προσπίπτοντος φωτός οποιουδήποτε μήκους κύματος συμβολίζεται με Εγώ, και ο συντελεστής ανάκλασης για το ίδιο μήκος κύματος - έως r, τότε μετά από μία μόνο ανάκλαση παίρνουμε την ένταση Εγώ r, μετά το διπλό Εγώ r 2, μετά από τρία Εγώ r 3, κ.λπ. Μπορεί να φανεί από αυτό ότι εάν το r για κάποια στενή φασματική περιοχή είναι, για παράδειγμα, 0,7, και για τις υπόλοιπες είναι 0,1, τότε μετά από μία μόνο ανάκλαση, η ακαθαρσία λευκού χρώματος είναι 1/7, δηλ. Δηλαδή, περίπου 15%, μετά από διπλή ανάκλαση 1/49, δηλαδή περίπου 2%, και μετά από τριπλή ανάκλαση 1/343, δηλαδή λιγότερο από 0,3%. Ένα τέτοιο φως μπορεί να θεωρηθεί αρκετά κορεσμένο.

Το περιγραφόμενο φαινόμενο εξηγεί τον κορεσμό των χρωμάτων των βελούδινων υφασμάτων, των κουρτινών που πέφτουν σε πτυχώσεις ή των ιπτάμενων πανό. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, υπάρχουν πολυάριθμα βαθουλώματα (βελούδο) ή πτυχώσεις έγχρωμου υλικού. Πέφτοντας πάνω τους, το λευκό φως υφίσταται πολλαπλές αντανακλάσεις πριν φτάσει στο μάτι του παρατηρητή. Σε αυτή την περίπτωση, φυσικά, το ύφασμα φαίνεται πιο σκούρο από, για παράδειγμα, μια λεία τεντωμένη λωρίδα από χρωματιστό σατέν. αλλά ο κορεσμός του χρώματος αυξάνεται τρομερά και το ύφασμα κερδίζει σε ομορφιά.

Στην § 167 αναφέραμε ότι το επιφανειακό στρώμα οποιουδήποτε χρώματος διασκορπίζει πάντα το λευκό φως. Αυτή η περίσταση χαλάει τον κορεσμό των χρωμάτων της εικόνας. Ως εκ τούτου, οι ελαιογραφίες συνήθως καλύπτονται με ένα στρώμα βερνικιού. Γεμίζοντας όλες τις ανομοιομορφίες του χρώματος, το βερνίκι δημιουργεί μια λεία επιφάνεια καθρέφτη της εικόνας. Το λευκό φως από αυτή την επιφάνεια δεν διασκορπίζεται προς όλες τις κατευθύνσεις, αλλά αντανακλάται προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Φυσικά, αν κοιτάξετε την εικόνα από μια ανεπιτυχώς επιλεγμένη θέση, τότε ένα τέτοιο φως θα είναι πολύ ενοχλητικό ("λάμψη"). Αλλά αν κοιτάξετε την εικόνα από άλλα μέρη, τότε χάρη στην επίστρωση λάκας, το λευκό φως από την επιφάνεια δεν εξαπλώνεται προς αυτές τις κατευθύνσεις και τα χρώματα της εικόνας κερδίζουν σε κορεσμό.

§ 171. Χρώμα ουρανού και αυγών.Η αλλαγή στη φασματική σύνθεση του φωτός που ανακλάται ή σκεδάζεται από την επιφάνεια των σωμάτων σχετίζεται με την παρουσία επιλεκτικής απορρόφησης και ανάκλασης, η οποία εκφράζεται ως η εξάρτηση των συντελεστών a και r από το μήκος κύματος.

Στη φύση, ένα άλλο φαινόμενο παίζει σημαντικό ρόλο, που οδηγεί σε αλλαγή της φασματικής σύνθεσης του ηλιακού φωτός. Το φως που φθάνει στον παρατηρητή από περιοχές του χωρίς σύννεφα στερεώματος, μακριά από τον Ήλιο, χαρακτηρίζεται από μια μάλλον κορεσμένη μπλε ή και μπλε απόχρωση. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι το φως του ουρανού είναι ηλιακό φως που διασκορπίζεται στο πάχος της ατμόσφαιρας του αέρα και ως εκ τούτου φτάνει στον παρατηρητή από όλες τις πλευρές, ακόμη και σε κατευθύνσεις μακριά από την κατεύθυνση προς τον Ήλιο. Ρύζι. 318 εξηγεί την προέλευση του διάσπαρτου φωτός του ουρανού. Θεωρητικές έρευνες και πειράματα έχουν δείξει ότι μια τέτοια σκέδαση συμβαίνει λόγω της μοριακής δομής του αέρα. ακόμη και εντελώς απαλλαγμένος από σκόνη αέρας διαχέεται

Ρύζι. 318. Προέλευση του χρώματος του ουρανού (το φως του Ήλιου που διασκορπίζεται από την ατμόσφαιρα). Τόσο το άμεσο φως του Ήλιου όσο και το φως που διασκορπίζεται στο πάχος της ατμόσφαιρας φτάνουν στην επιφάνεια της Γης (για παράδειγμα, σημείο Α). Το χρώμα αυτού του διάσπαρτου φωτός ονομάζεται χρώμα του ουρανού.

ηλιακό φως. Το φάσμα του φωτός που σκεδάζεται από τον αέρα διαφέρει σημαντικά από το φάσμα του άμεσου ηλιακού φωτός: στο ηλιακό φως, η μέγιστη ενέργεια πέφτει στο κιτρινοπράσινο τμήμα του φάσματος και στον φεγγίτη, η μέγιστη μετατοπίζεται στο μπλε μέρος. Ο λόγος έγκειται στο γεγονός ότι τα μικρά φωτεινά κύματα διασκορπίζονται πολύ περισσότερο από τα μακρά.Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του Άγγλου φυσικού John Strett Lord Rayleigh (1842-1919), που επιβεβαιώθηκαν με μετρήσεις, η ένταση του σκεδαζόμενου φωτός είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τέταρτη δύναμη του μήκους κύματος, εάν τα σωματίδια σκέδασης είναι μικρά σε σύγκριση με το μήκος κύματος του φωτός. , επομένως, οι βιολετί ακτίνες είναι διάσπαρτες σχεδόν 9 φορές ισχυρότερες από τις κόκκινες. Επομένως, το κιτρινωπό φως του Ήλιου, όταν διασκορπίζεται, μετατρέπεται σε μπλε χρώμα του ουρανού. Αυτό ισχύει για τη διασπορά σε καθαρό αέρα (στα βουνά, πάνω από τον ωκεανό). Η παρουσία σχετικά μεγάλων σωματιδίων σκόνης στον αέρα (στις πόλεις) προσθέτει στο διάσπαρτο μπλε φως το φως που ανακλάται από τα σωματίδια σκόνης, δηλαδή σχεδόν αμετάβλητο φως από τον Ήλιο. Χάρη σε αυτή την ακαθαρσία, το χρώμα του ουρανού γίνεται πιο υπόλευκο κάτω από αυτές τις συνθήκες.

Η κυρίαρχη διασπορά των βραχέων κυμάτων οδηγεί στο γεγονός ότι το άμεσο φως του Ήλιου που φτάνει στη Γη αποδεικνύεται πιο κίτρινο από ό,τι όταν το βλέπουμε από μεγάλο ύψος. Κατά τη διαδρομή του στον αέρα, το φως του Ήλιου είναι μερικώς διασκορπισμένο στα πλάγια και τα σύντομα κύματα διασκορπίζονται πιο έντονα, έτσι ώστε το φως που φτάνει στη Γη γίνεται σχετικά πλουσιότερο στην ακτινοβολία του τμήματος μακρών κυμάτων του φάσμα. Αυτό το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα έντονο κατά την ανατολή και τη δύση του ηλίου (ή τη σελήνη), όταν το άμεσο φως διέρχεται από πολύ μεγαλύτερο πάχος αέρα (Εικ. 319). Εξαιτίας αυτού, ο Ήλιος και η Σελήνη κατά την ανατολή (ή τη δύση του ηλίου) έχουν μια χάλκινη-κίτρινη, μερικές φορές ακόμη και κοκκινωπή απόχρωση. Σε αυτές τις περιπτώσεις

Ρύζι. 319. Επεξήγηση του κόκκινου χρώματος της Σελήνης και του Ήλιου κατά την ανατολή και τη δύση του ηλίου: S 1 - το φωτιστικό στο ζενίθ - μια σύντομη διαδρομή στην ατμόσφαιρα (AB). S 2 - αστέρι στον ορίζοντα - πολύ μακριά στην ατμόσφαιρα (CB)

όταν υπάρχουν πολύ μικρά (σημαντικά μικρότερα μήκη κύματος) σωματίδια σκόνης ή σταγονίδια υγρασίας (ομίχλη) στον αέρα, η διασπορά που προκαλούνται από αυτά ακολουθεί επίσης το νόμο,

Ρύζι. 320. Σκέδαση φωτός από θολό υγρό: προσπίπτον φως - λευκό, διάσπαρτο φως - γαλαζωπό, εκπεμπόμενο φως - κοκκινωπό

κοντά στον νόμο του Rayleigh, δηλαδή, τα μικρά κύματα είναι κυρίως διάσπαρτα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο Ήλιος που ανατέλλει και δύει μπορεί να είναι εντελώς κόκκινος. Τα σύννεφα που επιπλέουν στην ατμόσφαιρα γίνονται επίσης κόκκινα. Αυτή είναι η προέλευση των όμορφων ροζ και κόκκινων των πρωινών και βραδινών αυγών.

Μπορείτε να παρατηρήσετε την περιγραφόμενη αλλαγή χρώματος κατά τη διασπορά εάν περάσετε μια δέσμη φωτός από ένα φανάρι μέσα από ένα δοχείο (Εικ. 320) γεμάτο με ένα θολό υγρό, δηλαδή ένα υγρό που περιέχει μικρά αιωρούμενα σωματίδια (για παράδειγμα, νερό με λίγα σταγόνες γάλα). Το φως που πηγαίνει στα πλάγια (διάχυτο) είναι αισθητά πιο μπλε από το άμεσο φως του φαναριού. Εάν το πάχος του θολού υγρού είναι αρκετά σημαντικό, τότε το φως που έχει περάσει από το δοχείο χάνει τόσο σημαντικό μέρος των ακτίνων βραχέων κυμάτων (μπλε και βιολετί) κατά τη διασπορά που αποδεικνύεται πορτοκαλί ή ακόμη και κόκκινο. Το 1883, έγινε μια ισχυρή ηφαιστειακή έκρηξη στο νησί Κρακατόα, η οποία κατέστρεψε το νησί κατά το ήμισυ και έριξε μια τεράστια ποσότητα από τη μικρότερη σκόνη στην ατμόσφαιρα. Για αρκετά χρόνια, αυτή η σκόνη, που διασκορπίστηκε από τα ρεύματα αέρα σε τεράστιες αποστάσεις, σκόρπισε την ατμόσφαιρα, προκαλώντας έντονες κόκκινες αυγές.