Optilise kiirguse kiirgusenergia ja spektraalne koostis. Ühe mündi kaks külge

Elus loodus ei saa eksisteerida ilma valguseta, kuna Maa pinnale jõudev päikesekiirgus on praktiliselt ainuke energiaallikas planeedi soojusliku tasakaalu säilitamiseks, tekitades biosfääri fototroofsete organismide poolt orgaanilisi aineid, mis lõppkokkuvõttes tagab sellise keskkonna kujunemise, mis suudab rahuldada kõigi elusolendite elulisi vajadusi.
Iga elupaiga valgusrežiim sõltub selle geograafilisest laiuskraadist, kõrgusest merepinnast, atmosfääri seisundist, taimestikust, aastaajast ja kellaajast, päikese aktiivsusest jne. Seetõttu on meie planeedi valgustingimuste mitmekesisus äärmiselt suur: sellistest tugevalt valgustatud aladest nagu mägismaa, kõrbed, stepid kuni hämaras valgustuseni veesügavustes ja koobastes.

Päikesevalguse bioloogiline mõju sõltub selle spektraalsest koostisest, kestusest, intensiivsusest, päevasest ja hooajalisest perioodilisusest.

Päikesekiirgus on elektromagnetiline kiirgus laias lainevahemikus, mis moodustab pideva spektri vahemikus 290 kuni 3000 nm. Elusorganismidele kahjulikud ultraviolettkiired (UFL) lühemad kui 290 nm neelduvad osoonikihti ega jõua Maale. Maale jõuavad peamiselt infrapuna (umbes 50% kogu kiirgusest) ja nähtavad (45%) spektrikiired. UFL-i osa, mille lainepikkus on 290–380 nm, moodustab 5% kiirgusenergiast. Pikalainelised UVL-kiirgused, millel on kõrge footonenergia, eristuvad kõrge keemilise aktiivsuse poolest. Väikestes annustes on neil võimas bakteritsiidne toime, soodustavad teatud vitamiinide ja pigmentide sünteesi taimedes ning loomadel ja inimestel – D-vitamiini; lisaks põhjustavad need inimestel päikesepõletust, mis on naha kaitsereaktsioon. Infrapunakiirtel lainepikkusega üle 710 nm on termiline efekt.

Ökoloogilises mõttes on kõige olulisem spektri nähtav piirkond (390-710 nm) ehk fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus (PAR), mis neeldub kloroplasti pigmentide poolt ja on seega taimede elus määrava tähtsusega. Nähtavat valgust vajavad rohelised taimed klorofülli tekkeks, kloroplastide struktuuri kujunemiseks; see reguleerib stomataalse aparatuuri tööd, mõjutab gaasivahetust ja transpiratsiooni, stimuleerib valkude ja nukleiinhapete biosünteesi ning tõstab mitmete valgustundlike ensüümide aktiivsust. Valgus mõjutab ka rakkude jagunemist ja pikenemist, kasvuprotsesse ja taimede arengut, määrab õitsemise ja viljumise aja ning mõjub kujundavalt.
Erineva kiirgussagedusega (ja nähtavas vahemikus erinevat värvi) valgus mõjutab taimede kasvu, arengut ja fotosünteesi erineval viisil. Üldiselt neelavad taimed sinist ja punast, samas kui roheline peegeldab või edastab. Selle tulemusena kasutavad lehed rohelist valgust kõige vähem tõhusalt. Seetõttu on taimede lehed enamasti rohelised. Taimede energia neeldumise ja assimilatsiooni sõltuvust valguskiirguse lainepikkusest nimetatakse fotosünteetilise aktiivkiirguse (kiirguse) energiaspektriks. Sisuliselt on fotosünteetiline aktiivne kiirgus teatud spektriga energiavoog, tavaliselt kiirgusvõimsus

Taimede neeldunud valgusenergia kulub fotosünteesiks, fotomorfogeneesiks, klorofülli sünteesiks ning osa energiast kulub kütteks ja taaskiirguseks. Nende protsesside aktiivsus sõltub lainepikkusest erineval viisil. Spektri sinise, rohelise ja punase osa kiirguskomponente muutes on võimalik mõjutada erinevate bioloogiliste protsesside ja fotosünteesi etappide tärkamist, kasvu või pärssimist. Uuringud on näidanud, et PAR – kiirgus ei mõjuta mitte ainult taimi, vaid aeglustab oluliselt ka patogeensete seente ja bakterite arengut kiiritatud taimedel.

Kõik taimed tajuvad erinevaid lainepikkusi PAR-spektris erinevalt. See on tingitud erinevat tüüpi pigmentide erinevast imendumisest lehtedes. Peamised lehtede pigmendid klorofüllid a ja b neelavad sinist ja punast valgust, karotenoidid neelavad sinist valgust. Valguse neeldumisandmete üldistamine erinevate kultuuride lehtede järgi võimaldas Optimum Disainibüroo spetsialistidel arvutada "keskmise" rohelise lehe efektiivse spektraalse neeldumiskõvera ja põhiliste põllukultuuride (tomat, kurk, paprika) spektrid.

Pidage meeles: päikesepaisteline suvepäev - ja järsku ilmus taevasse pilv, hakkas sadama vihma, mis näis "ei märganud", et päike paistab jätkuvalt. Rahvasuus nimetatakse sellist vihma pimedaks. Vihm polnud veel lõppenud ja taevas säras juba mitmevärviline vikerkaar (joon. 13.1). Miks ta ilmus?

Päikesevalguse jaotamine spektriks.

Juba iidsetel aegadel märgati, et klaasprismat läbiv päikesekiir muutub mitmevärviliseks. Usuti, et selle nähtuse põhjuseks on prisma omadus valgust värvida. Kas see on tõesti nii, leidis väljapaistev inglise teadlane Isaac Newton (1643-1727) 1665. aastal katsete seeriat tehes.

Riis. 13.1. Vikerkaart võib täheldada näiteks purskkaevu või kose pihustamisel.

Kitsa päikesekiire saamiseks tegi Newton aknaluugi sisse väikese ümmarguse augu. Kui ta paigaldas augu ette klaasprisma, ilmus vastasseinale mitmevärviline riba, mida teadlane nimetas spektriks. Ribal (nagu vikerkaarel) tõi Newton välja seitse värvi: punane, oranž, kollane, roheline, sinine, indigo, violetne (joonis 13.2, a).

Seejärel eristas teadlane auguga ekraani kasutades laiast mitmevärvilisest kiirest kitsad ühevärvilised (monokromaatilised) valguskiired ja suunas need uuesti prismale. Sellised talad kaldusid prisma poolt kõrvale, kuid ei lagunenud enam spektriks (joon. 13.2, b). Sel juhul kaldus violetne valguskiir kõrvale rohkem kui teised ja punane valguskiir vähem kui teised.

Katsete tulemused võimaldasid Newtonil teha järgmised järeldused:

1) valge (päikesevalguse) valgusvihk koosneb erinevat värvi valgusest;

2) prisma ei “värvi” valget valgust, vaid eraldab selle (laotab spektriks) erinevat värvi valguskiirte erineva murdumise tõttu.

riis. 13.2. I. Newtoni katsete skeem valguse spektraalse koostise määramiseks

Võrdle joonis fig. 13.1 ja 13.2: vikerkaare värvid on spektri värvid. Ja see pole üllatav, sest tegelikult on vikerkaar tohutu päikesevalguse spekter. Vikerkaare ilmumise üks põhjusi on see, et paljud väikesed veepiisad murravad valget päikesevalgust.

Õppige valguse hajumise kohta

Newtoni katsed näitasid eelkõige, et klaasprismas murdudes kalduvad violetsed valguskiired alati rohkem kõrvale kui punased valguskiired. See tähendab, et erinevat värvi valguskiirte puhul on klaasi murdumisnäitaja erinev. Seetõttu laguneb valge valgusvihk spektriks.

Valguse spektriks lagunemise nähtust, mis on tingitud keskkonna murdumisnäitaja sõltuvusest valguskiire värvusest, nimetatakse valguse dispersiooniks.

Enamiku läbipaistvate kandjate puhul on violetsel valgusel kõrgeim murdumisnäitaja ja punasel valgusel madalaim.

Mis värvi valguskiir – violetne või punane – levib klaasis suurema kiirusega? Vihje: pidage meeles, kuidas keskkonna murdumisnäitaja sõltub valguse kiirusest selles keskkonnas.

Iseloomustame värve

Päikesevalguse spektris eristatakse traditsiooniliselt seitset värvi, eristada saab rohkemgi. Kuid te ei saa kunagi esile tõsta näiteks pruuni või lillat. Need värvid on liitvärvid – need tekivad spektraalsete (puhaste) värvide superpositsiooni (segamise) tulemusena erinevates proportsioonides. Mõned spektrivärvid moodustavad üksteise peale asetades valge. Selliseid spektraalvärvide paare nimetatakse komplementaarseteks (joon. 13.3).

Inimese nägemise jaoks on kolm peamist spektrivärvi – punane, roheline ja sinine – eriti olulised: üksteise peale asetades annavad need värvid väga erinevaid värve ja toone.

Värvipilt arvuti, teleri, telefoni ekraanidel põhineb kolme põhispektrivärvi superpositsioonil erinevates proportsioonides (joonis 13.4).

Riis. 13.5. Erinevad kehad peegeldavad, murduvad ja neelavad päikesevalgust erineval viisil ning tänu sellele näeme ümbritsevat maailma erinevates värvides.

Uurige, miks maailm on värviline

Teades, et valge valgus on liitvalgus, on võimalik selgitada, miks me ümbritsevat maailma, mida valgustab ainult üks valge valguse allikas – Päike, näeme mitmevärvilisena (joon. 13.5).

Niisiis peegeldab kontoripaberi lehe pind ühtviisi hästi kõikide värvide kiiri, nii et valge valgusega valgustatud leht tundub meile valge. Sinine seljakott, mida valgustab sama valge valgus, peegeldab valdavalt siniseid kiiri, samas neelab ülejäänu.

Mis värvi teie arvates peegeldub enamik päevalille kroonlehti? taime lehed?

Punastele roosilehtedele suunatud sinine valgus neeldub peaaegu täielikult, kuna kroonlehed peegeldavad valdavalt punaseid kiiri, ülejäänud aga neelavad. Seetõttu paistab sinise valgusega valgustatud roos meile peaaegu mustana. Kui valge lumi on valgustatud sinise valgusega, paistab see meile sinisena, sest valge lumi peegeldab kõigi värvide (ka siniste) kiiri. Kuid kassi must karv neelab kõik kiired hästi, nii et kass paistab iga valgusega valgustades must (joonis 13.6).

Märge! Kuna keha värvus sõltub langeva valguse omadustest, on pimedas värvi mõiste mõttetu.

Riis. 13.6. Keha värvus sõltub nii selle pinna optilistest omadustest kui ka langeva valguse omadustest.

Summeerida

Valge valgusvihk koosneb erinevat värvi valgusest. Spektraalseid värve on seitse: punane, oranž, kollane, roheline, sinine, indigo, violetne.

Valguse murdumisnäitaja ja seega valguse levimise kiirus keskkonnas sõltub valguskiire värvist. kui Söötme murdumisnäitaja sõltuvust valguskiire värvusest nimetatakse valguse dispersiooniks. Me näeme ümbritsevat maailma erinevates värvides tänu sellele, et erinevad kehad peegeldavad, murduvad ja neelavad valgust erineval viisil.

testi küsimused

1. Kirjeldage I. Newtoni katseid valguse spektraalse koostise määramiseks.

2. Nimeta seitse spektrivärvi. 3. Mis värvi valguskiir murdub aines rohkem kui teised? vähem kui teised? kui 4. Defineeri valguse hajuvus. Millist loodusnähtust seostatakse hajutamisega? 5. Milliseid värve nimetatakse täiendavateks? 6. Nimetage spektri kolm põhivärvi. Miks neid nii kutsutakse? 7. Miks me näeme ümbritsevat maailma erinevates värvides?

Harjutus number 13

1. Kuidas näevad mustad tähed valgel paberil välja läbi rohelise klaasi vaadates? Milline näeb välja paberi värv?

2. Mis värvi valgus läbib sinist klaasi? sellest imendunud?

3. Läbi mis värvi klaasi ei näe valgele paberile lilla tindiga kirjutatud teksti?

4. Vees levivad punase, oranži ja sinise värvi valguskiired. Milline kiir levib kõige kiiremini?

5. Kasutage täiendavaid teabeallikaid ja uurige, miks taevas on sinine; Miks on päike loojangul sageli punane?

Eksperimentaalne ülesanne

"Vikerkaare loojad" Täitke madal anum veega ja asetage see vastu heledat seina. Asetage anuma põhjale nurga all lame peegel (vt joonist). Suunake valgusvihk peegli poole – seinale ilmub "päikesekiir". Uurige seda ja selgitage täheldatud nähtust.

Füüsika ja tehnoloogia Ukrainas

Kiievi Riiklik Ülikool. Taras Ševtšenko (KNU) asutati novembris 1833 Püha Vladimiri keiserliku ülikoolina. Ülikooli esimene rektor on silmapaistev teadlane-entsüklopedist Mihhail Aleksandrovitš Maksimovitš.

Tuntud teadlaste - matemaatikute, füüsikute, küberneetikute, astronoomide - nimed on seotud KNU-ga: D. A. Grave, M. F. Kravchuk, G. V. Pfeiffer, N. N. Bogolyubov, V. M. Glushkov, A. V. Skorokhod, P. V. S. V. V. Mikarich, Gikvenarich, Gikhmannedha, B. I. , N. N. Schiller, I. I. Kosonogov, A. G. Sitenko, V. E. Lashkarev, R F. Vogel, M. F. Handrikov, S. K. Vsekhsvjatski.

Maailmas on tuntud KNU teaduslikud koolkonnad - algebraline, tõenäosusteooria ja matemaatiline statistika, mehaanika, pooljuhtide füüsika, füüsikaline elektroonika ja pinnafüüsika, metallogeenne, uute materjalide optika jne. Gubersky.

See on õpiku materjal.

Valgus – kuumutatud või ergastatud aine poolt kiiratav elektromagnetkiirgus, mida tajub inimsilm. Sageli ei mõisteta valguse all mitte ainult nähtavat valgust, vaid ka sellega külgnevaid laia spektrialasid. Valguse üks omadusi on selle värvus, mille monokromaatilise kiirguse korral määrab lainepikkus ja komplekskiirguse korral selle spektraalne koostis.

Peamine valguse allikas on päike. Valgust, mida see kiirgab, peetakse valgeks. Valgus tuleb päikeselt erinevatel lainepikkustel.

Valguse temperatuur sõltub valguskiirguse võimsusest. Võimsus omakorda sõltub lainepikkusest.

Hõõglambi valgus näib valge, kuid selle spekter on punaselt nihutatud.

Luminofoorlambi valgus on nihutatud spektri violetse osa suunas, sellel on sinakas värvus ja kõrge värvitemperatuur.

Päikesevalgus mägismaal on nihkunud violetsete lainete poole. Selle põhjuseks on kõrgel kõrgusel valitsev haruldane atmosfäär.

Liivases kõrbes nihkub spekter punaste lainete poole, sest. päikesevalgusele lisandub kuuma liiva kiirgus.

Pildistamisel on vaja neid fakte arvesse võtta, teada saadaoleva valguskiirguse spektrit, et saada kvaliteetne pilt originaalis saadaolevate varjunditega.

See. Erineva pikkusega footonid pärinevad erinevatest valgusallikatest.

Värvus on tunne, mille inimese silmas ja ajus kutsub esile erineva lainepikkuse ja intensiivsusega valgus.

Erineva intensiivsusega kiirgus on objektiivselt olemas ja põhjustab teatud värvi tunde. Kuid iseenesest pole sellel värvi. Värvus esineb inimese nägemisorganites. See ei eksisteeri neist sõltumatult. Seetõttu ei saa seda pidada objektiivseks väärtuseks.

Värvuse kirjeldamiseks kasutatakse selle omaduste subjektiivseid kvalitatiivseid ja kvantitatiivseid hinnanguid.

Värvusaistingu põhjused on elektromagnetkiirgus, valgus, mille objektiivsed omadused on seotud värvi subjektiivsete omadustega, selle küllastuse, tooni, heledusega.

Värvitoon on subjektiivne. inimese visuaalse taju, valguse, intensiivsuse laine määratluse omaduste tõttu.

Temperatuuri, mille juures must keha kiirgab vaadeldava valgusega sama spektraalse koostisega valgust, nimetatakse värvitemperatuuriks. See näitab ainult kiirgusenergia spektraalset jaotust, mitte allika temperatuuri. Seega vastab sinise taeva valgus värvitemperatuurile umbes 12 500-25 000 K, s.t palju kõrgemale kui päikese temperatuur. Värvustemperatuuri väljendatakse kelvinites (K).

Värvitemperatuuri mõiste on rakendatav ainult termiliste (kuumade) valgusallikate puhul. Elektrilahenduse valgust gaasides ja metalliaurudes (naatrium-, elavhõbe-, neoonlambid) ei saa iseloomustada värvitemperatuuri väärtusega.

Aine keemiline koostis- inimkonna kasutatavate materjalide kõige olulisem omadus. Ilma tema täpsete teadmisteta on võimatu kavandada tehnoloogilisi protsesse tööstuslikus tootmises rahuldava täpsusega. Viimasel ajal on aine keemilise koostise määramise nõuded muutunud veelgi karmimaks: paljud tööstus- ja teadustegevuse valdkonnad nõuavad teatud "puhtusega" materjale - need on nõuded nii täpsele, fikseeritud koostisele kui ka rangele. võõrainete lisandite olemasolu piiramine. Seoses nende suundumustega töötatakse välja üha progressiivsemaid meetodeid ainete keemilise koostise määramiseks. Nende hulka kuulub spektraalanalüüsi meetod, mis võimaldab materjalide keemiat täpselt ja kiiresti uurida.

valguse fantaasia

Spektraalanalüüsi olemus

(spektroskoopia) uurib ainete keemilist koostist nende valguse kiirgamise ja neelamise võime alusel. On teada, et iga keemiline element kiirgab ja neelab ainult talle iseloomulikku valgusspektrit, eeldusel, et seda saab taandada gaasilisse olekusse.

Vastavalt sellele on võimalik määrata nende ainete olemasolu konkreetses materjalis nende omase spektri järgi. Kaasaegsed spektraalanalüüsi meetodid võimaldavad tuvastada kuni miljardik grammi kaaluva aine olemasolu proovis - selle eest vastutab kiirguse intensiivsuse näitaja. Aatomi poolt kiiratava spektri ainulaadsus iseloomustab selle sügavat seost füüsilise struktuuriga.

Nähtav valgus on kiirgus 3,8 *10 -7 enne 7,6*10 -7 m vastutab erinevate värvide eest. Ained võivad valgust kiirgada ainult ergastatud olekus (seda seisundit iseloomustab sisemise suurenenud tase) pideva energiaallika juuresolekul.

Liigenergiat vastu võttes kiirgavad aine aatomid seda valguse kujul ja naasevad oma normaalsesse energiaolekusse. Just seda aatomite kiirgavat valgust kasutatakse spektraalanalüüsiks. Kõige levinumad kiirgustüübid on: soojuskiirgus, elektroluminestsents, katodoluminestsents, kemoluminestsents.

Spektraalanalüüs. Leekvärvimine metalliioonidega

Spektraalanalüüsi tüübid

Eristage emissiooni- ja neeldumisspektroskoopiat. Emissioonspektroskoopia meetod põhineb elementide valgust kiirgavatel omadustel. Aine aatomite ergastamiseks kasutatakse kõrge temperatuuriga kuumutamist, mis võrdub mitmesaja või isegi tuhande kraadiga - selleks asetatakse aine proov leeki või võimsate elektrilahenduste väljale. Kõrgeima temperatuuri mõjul jagunevad aine molekulid aatomiteks.

Aatomid, kes saavad üleliigset energiat, kiirgavad seda erineva lainepikkusega valguskvantide kujul, mis salvestatakse spektraalseadmetega - seadmete abil, mis kujutavad visuaalselt tekkivat valgusspektrit. Spektraalseadmed toimivad ka spektroskoopiasüsteemi eraldava elemendina, kuna valgusvoog summeeritakse kõigist proovis esinevatest ainetest ning selle ülesandeks on jagada kogu valgusmassiivi üksikute elementide spektriteks ja määrata nende intensiivsus, mis võimaldab edaspidi teha järeldusi ainete kogumassis esineva elemendi väärtuse kohta.

• Sõltuvalt spektrite vaatlemise ja salvestamise meetoditest eristatakse spektriinstrumente: spektrograafe ja spektroskoope. Esimesed registreerivad spektri fotofilmile, teised aga võimaldavad vaadata spektrit inimese vahetuks vaatluseks spetsiaalsete teleskoopide kaudu. Mõõtmete määramiseks kasutatakse spetsiaalseid mikroskoope, mis võimaldavad suure täpsusega määrata lainepikkust.
• Pärast valgusspektri registreerimist analüüsitakse seda põhjalikult. Tuvastatakse teatud pikkusega lained ja nende asukoht spektris. Lisaks tehakse nende positsiooni suhe soovitud ainetesse kuulumisega. Seda tehakse lainete asukoha andmete võrdlemisel metoodilistes tabelites leiduva teabega, mis näitab keemiliste elementide tüüpilisi lainepikkusi ja spektreid.
• Absorptsioonspektroskoopia viiakse läbi sarnaselt emissioonispektroskoopiaga. Sel juhul asetatakse aine valgusallika ja spektraalseadme vahele. Analüüsitavat materjali läbides jõuab kiirgav valgus spektraparatuuri teatud lainepikkustel "dippidega" (neeldumisjoontega) – need moodustavad uuritava materjali neeldumisspektri. Uuringu edasine järjekord on sarnane ülaltoodud emissioonispektroskoopia protsessiga.

Spektraalanalüüsi avastamine

Spekroskoopia tähtsus teadusele

Spektraalanalüüs võimaldas inimkonnal avastada mitmeid elemente, mida ei olnud võimalik kindlaks määrata traditsiooniliste kemikaalide registreerimismeetoditega. Need on sellised elemendid nagu rubiidium, tseesium, heelium (see avastati Päikese spektroskoopia abil - ammu enne selle avastamist Maal), indium, gallium ja teised. Nende elementide jooned leiti gaaside emissioonispektritest ja nende uurimise ajal olid need tuvastamatud.

Selgus, et tegemist on uute, senitundmatute elementidega. Spektroskoopia on avaldanud tõsist mõju praegust tüüpi metallurgia- ja masinaehitustööstuse, tuumatööstuse ja põllumajanduse kujunemisele, kus sellest on saanud üks peamisi süstemaatilise analüüsi tööriistu.

Spektroskoopia on astrofüüsikas saanud suure tähtsuse.

Kutsudes esile kolossaalse hüppe universumi ehituse mõistmisel ja kinnitades tõsiasja, et kõik olemasolev koosneb samadest elementidest, mida muuhulgas Maal leidub külluses. Tänapäeval võimaldab spektraalanalüüsi meetod teadlastel määrata Maast miljardite kilomeetrite kaugusel asuvate tähtede, udukogude, planeetide ja galaktikate keemilist koostist – need objektid ei ole nende suure kauguse tõttu otseste analüüsimeetoditega loomulikult ligipääsetavad.

Absorptsioonspektroskoopia meetodil on võimalik uurida kaugeid kosmoseobjekte, millel puudub oma kiirgus. Need teadmised võimaldavad kindlaks teha kosmoseobjektide olulisemad omadused: rõhk, temperatuur, konstruktsiooni struktuuri tunnused ja palju muud.

Newtoni katsed näitasid, et päikesevalgusel on keeruline iseloom. Sarnaselt ehk prismaga valguse koostist analüüsides võib veenduda, et enamiku teiste allikate (hõõglamp, kaarlamp jne) valgus on sama iseloomuga. Nende helendavate kehade spektreid võrreldes leiame, et spektrite vastavad lõigud on erineva heledusega, st energia jaotub erinevates spektrites erinevalt. Seda saate veelgi usaldusväärsemalt kontrollida, kui uurite spektreid termoelemendi abil (vt § 149).

Tavaliste allikate puhul pole need spektri erinevused kuigi olulised, kuid neid on lihtne tuvastada. Meie silm tuvastab isegi ilma spektraalseadme abita erinevusi nende allikate poolt antud valge valguse kvaliteedis. Seega tundub küünla valgus hõõglambiga võrreldes kollakas või isegi punakas ning viimane on päikesevalgusest märgatavalt kollasem.

Veelgi olulisem on erinevus, kui kuuma keha asemel on valgusallikaks gaasiga täidetud toru, mis hõõgub elektrilahenduse toimel. Selliseid torusid kasutatakse praegu helendavate kirjete või tänavavalgustuse jaoks. Mõned neist lahenduslambid annavad erekollast (naatriumlambid) või punast (neoonlambid) valgust, teised helendavad valkja valgusega (elavhõbe), mis erineb selgelt päikesest varjundiga. Sellistest allikatest pärineva valguse spektriuuringud näitavad, et nende spekter sisaldab ainult üksikuid, enam-vähem kitsaid värvilisi lõike.

Praeguseks on nad õppinud valmistama gaaslahenduslampe, mille valguse spektraalne koostis on väga lähedane päikese omale. Selliseid lampe nimetatakse luminofoorlambid(vt § 186).

Kui uurida läbi värvilise klaasi filtreeritud päikesevalgust või kaarlampi, erineb see originaalist märgatavalt. Silm hindab seda valgust värviliseks ja spektraalne lagunemine näitab, et enam-vähem olulised osad allika spektrist puuduvad või on selle spektris väga nõrgad.

§ 165. Kehade valgus ja värvid. Paragrahvis 164 kirjeldatud katsed näitavad, et valgus, mis tekitab meie silmas ühe või teise värvi tunde, on rohkem või vähem keerulise spektraalse koostisega. Selgub, et meie silm on valguse analüüsimiseks üsna ebatäiuslik aparaat, nii et mitmekesise spektraalse koostisega kiired võivad mõnikord jätta peaaegu sama värvi mulje. Sellegipoolest saame just silma abil teadmisi kogu meid ümbritseva maailma värvide mitmekesisusest.

Juhtumid, kus allikast tulev valgus on suunatud otse vaatleja silma, on suhteliselt haruldased. Palju sagedamini läbib valgus esmalt kehasid, murdudes ja neeldudes neis osaliselt või peegeldudes nende pinnalt enam-vähem täielikult. Seega võib meie silma jõudnud valguse spektraalne koostis oluliselt muutuda tänu ülalkirjeldatud peegeldumis-, neeldumis- jms protsessidele. ja võib isegi osa sellistest piirkondadest täielikult kõrvaldada, kuid ei lisa allikast tulnud valgusele nende lainepikkuste kiirgust, mida selles ei olnud. Sellised protsessid võivad aga toimuda ka (näiteks fluorestsentsnähtuste korral).

§ 166. Neeldumis-, peegeldus- ja ülekandetegurid. Sama valgusallikaga (näiteks päikesega) valgustatud erinevate objektide värvus on väga mitmekesine, hoolimata sellest, et kõiki neid objekte valgustab sama koostisega valgus. Selliste efektide puhul mängivad peamist rolli valguse peegeldumis- ja läbilaskvusnähtused. Nagu juba selgitatud, peegeldub kehale langev valgusvoog osaliselt (hajutatakse), osaliselt edastatakse ja osaliselt neeldub keha. Kõigis neis protsessides osaleva valgusvoo osakaal määratakse sobivate koefitsientide abil: peegeldus r, läbilaskvus t ja neeldumine a (vt § 76).

Iga näidatud koefitsient (a, r, t) võib sõltuda lainepikkusest (värvist), mille tõttu tekivad kehade valgustamisel mitmesugused efektid. On lihtne näha, et näiteks iga keha, mille läbilaskvus on punase valguse puhul suur ja peegelduskoefitsient väike, ja rohelise puhul, vastupidi, paistab läbiva valguse korral punasena ja peegeldunud valguses rohelisena. Selliseid omadusi omab näiteks klorofüll – roheline aine, mis sisaldub taimede lehtedes ja põhjustab nende rohelist värvi. Klorofülli lahus (ekstrakt) alkoholis osutub valguses punaseks ja peegelduses roheliseks.

Kehad, milles neeldumine on kõigi kiirte jaoks suur ning peegeldus ja läbilaskvus väga väikesed, on mustad läbipaistmatud kehad (näiteks tahm). Väga valge läbipaistmatu keha (magneesiumoksiid) korral on koefitsient r kõikide lainepikkuste puhul ühtsuse lähedal ning koefitsiendid a ja t väga väike. Täiesti läbipaistval klaasil on väikesed peegelduskoefitsiendid r ja neeldumiskoefitsiendid a ning läbilaskvus t kõikide lainepikkuste puhul ühtsusele lähedane; vastupidi, värvilise klaasi puhul on mõne lainepikkuse koefitsiendid t ja r praktiliselt võrdsed nulliga ja vastavalt on koefitsiendi a väärtus ühtsuse lähedane. Koefitsientide a, t ja r väärtuste erinevus ning nende sõltuvus värvist (lainepikkusest) põhjustavad erinevate kehade värvide ja toonide erakordset mitmekesisust.

§ 167. Valge valgusega valgustatud värvilised kehad. Värvitud kehad paistavad valge valgusega valgustamisel värvilised. Kui värvikiht on piisavalt paks, siis selle määrab korpuse värvuse ja see ei sõltu värvi all olevate kihtide omadustest. Tavaliselt on värv väikesed terad, mis hajutavad valgust valikuliselt ja on sukeldatud läbipaistvasse massi, mis neid seob, näiteks õli. Nende terade koefitsiendid a, r ja t määravad värvi omadused.

Värvi toime on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 316. Kõige ülemine kiht peegeldab peaaegu võrdselt kõike

Riis. 316. Värvikihi toimeskeem

kiired, st sealt tuleb valge valgus. Selle osakaal pole kuigi märkimisväärne, umbes 5%. Ülejäänud 95% valgusest tungib sügavale värvi sisse ja selle teradest hajutatuna kustub. Sel juhul neeldub osa valgusest värviteradesse ning teatud spektripiirkonnad neelduvad olenevalt värvi värvist suuremal või vähemal määral. Osa veelgi sügavamale tungivast valgusest hajub järgmistele terade kihtidele jne. Selle tulemusena saab valge valgusega valgustatud keha värvuse, mis on määratud koefitsientide a, t ja r väärtustega teradele. seda kattev värv.

Värve, mis neelavad neile väga õhukese kihina langevat valgust, nimetatakse kattes. Värve, mille toime tuleneb paljude terade kihtide osalemisest, nimetatakse klaasimine. Viimased võimaldavad saavutada väga häid efekte mitut tüüpi värviliste terade segamisel (paletil kustutamine). Selle tulemusena saate erinevaid värviefekte. Huvitav on märkida, et lisavärvidele vastavate klaaside värvide segamine peaks andma väga tumedaid toone. Tõepoolest, värvi sisse segagu punased ja rohelised terad. Punaste teradega hajutatud valgus neeldub roheliste teradega ja vastupidi, nii et värvikihist ei pääse valgus peaaegu üldse välja. Seega annab värvide segamine hoopis teistsuguseid tulemusi kui vastavate värvide valguse segamine. Seda asjaolu peaks kunstnik värvide segamisel meeles pidama.

§ 168. Värvilise valgusega valgustatud värvilised kehad. Kõik ülaltoodu kehtib valge valguse valgustuse kohta. Kui langeva valguse spektraalne koostis erineb oluliselt päevavalgusest, siis võivad valgusefektid olla täiesti erinevad. Eredad värvilised kohad värvipildil näevad tumedad välja, kui langeval valgusel puuduvad just need lainepikkused, mille puhul neil kohtadel on kõrge peegeldusvõime. Isegi üleminek päevavalguselt kunstlikule õhtuvalgustusele võib oluliselt muuta varjundite suhet. Päevavalguses on kollaste, roheliste ja siniste kiirte suhteline osakaal palju suurem kui tehisvalguses. Seetõttu tunduvad kollased ja rohelised kangad õhtuvalguses tuhmimad kui päevasel ajal ning päevavalguses sinised kangad paistavad lampide all sageli täiesti mustana. Selle asjaoluga peavad arvestama kunstnikud ja dekoraatorid, kes valivad värve teatrietendusele või päevasel ajal vabas õhus toimuvaks paraadiks.

Paljudes tööstusharudes, kus toonide õige hindamine on oluline, näiteks lõnga sorteerimisel, on õhtuvalguses töötamine väga raske või isegi täiesti võimatu. Seetõttu on sellistel tingimustel ratsionaalne kasutada luminofoorlampe ehk lampe, mille valguse spektraalne koostis oleks võimalikult lähedane päevavalguse spektraalkoostisele (vt § 187).

§ 169. Kamuflaaž ja paljastamine. Isegi ereda valgustuse korral ei suuda me eristada kehasid, mille värvus ei erine ümbritseva tausta värvist, st kehasid, mille koefitsient r on kõigi lainepikkuste jaoks praktiliselt samad kui taustal. Seetõttu on näiteks lumisel tasandikul nii raske eristada valge karvaga loomi või valgetes riietes inimesi. Seda kasutatakse sõjalistes asjades vägede ja sõjaväerajatiste värviliseks kamuflaažiks. Looduses on paljud loomad loodusliku valiku käigus omandanud kaitsva värvuse (mimikri).

Eelnevast on selge, et kõige täiuslikum maskeering on sellise värvi valimine, mille puhul peegelduskoefitsient r kõigi lainepikkuste jaoks on samade väärtustega kui ümbritseval taustal. Praktikas on seda väga raske saavutada ja seetõttu piirdutakse sageli kiirguse lähipeegeldustegurite valikuga, mis mängib eriti olulist rolli päevavalguse ja silmavaatluses. See on valdavalt spektri kollakasroheline osa, mille suhtes silm on eriti tundlik ja mis on päikesevalguses (päevavalguses) tugevamini esindatud. Kui aga niimoodi maskeeritud esemeid mitte silmaga jälgida, vaid pildistada, siis võib kamuflaaž kaotada oma tähtsuse. Tõepoolest, violetne ja ultraviolettkiirgus on fotoplaadil eriti tugev. Seega, kui selle spektripiirkonna puhul on objekti ja tausta peegelduskoefitsiendid üksteisest märgatavalt erinevad, siis silmaga jälgides jääb selline maskeerimisviga märkamatuks, kuid see annab fotol teravalt tunda. . Kamuflaaži ebatäiuslikkus on selgelt nähtav ka siis, kui vaadeldakse läbi valgusfiltri, mis praktiliselt välistab need lainepikkused, mille jaoks kamuflaaž on eelkõige mõeldud, näiteks läbi sinise filtri. Vaatamata kogu pildi heleduse olulisele vähenemisele läbi sellise filtri vaadates võivad sellele ilmuda detailid, mis valges valguses vaadeldes peidus olid. Filtri sidumisel fotoga võib olla eriti võimas efekt. Seetõttu tuleb maskeerivate värvide valimisel olla tähelepanelik r määratluse suhtes üsna laia spektrivahemiku jaoks, sealhulgas infrapuna- ja ultraviolettkiirguse jaoks.

Valgusfiltreid kasutatakse mõnikord valguse õige edastamise parandamiseks pildistamisel. Kuna silma ja fotoplaadi tundlikkuse maksimumid asuvad erinevates piirkondades (silm kollakasroheline, fotoplaadil sinine-violett), võivad visuaalsed ja fotograafilised muljed olla üsna erinevad. Kollasesse pluusi ja lillasse seelikusse riietatud tüdruku figuur tundub silmale olevat ülevalt hele ja alumisest osast tume. Fotokaardil võib tunduda, et ta kannab tumedat pluusi ja heledat seelikut. Kui seevastu fotoobjektiivi ette asetada kollane valgusfilter, muudab see seeliku ja pluusi valgustuse suhet visuaalsele muljele lähenevas suunas. Kasutades lisaks tavapärastega võrreldes kõrgendatud tundlikkusega pikkade lainepikkuste suhtes (ortokromaatiline) fotofilmi, saame saavutada figuuri valgustatuse üsna korrektse reprodutseerimise.

§ 170. Värvide küllastus. Lisaks värvi tähistusele - punane, kollane, sinine jne - eristame värvi sageli küllastuse, st tooni puhtuse, valksuse puudumise järgi. Sügavate või küllastunud värvide näide on spektraalvärvid. Need esindavad kitsast lainepikkuste vahemikku ilma teiste värvide segunemiseta. Esemeid katvate kangaste ja värvide värvid on tavaliselt vähem küllastunud ja enam-vähem valkjad. Põhjus peitub selles, et enamiku värvainete peegelduskoefitsient ei ole ühegi lainepikkuse puhul võrdne nulliga. Seega, kui värvitud kangast valgustada valge valgusega, siis me vaatleme hajutatud valguses peamiselt ühte värvipiirkonda (näiteks punast), kuid sellega segatakse märgatavalt palju muid lainepikkusi, andes kokkuvõttes valget valgust. Aga kui selline ühevärvilise ülekaaluga (näiteks punase) kudede hajutatud valgus ei suunata otse silma, vaid on sunnitud teist korda samast koest peegelduma, siis domineeriva värvi osakaal langeb. suureneb võrreldes ülejäänutega oluliselt ja valkjasus väheneb .. Sellise protsessi mitmekordne kordamine ( joon. 317) võib anda piisavalt küllastunud värvi.

Riis. 317. Küllastunud värvi saamine punaselt drapeeringult peegeldumisel

Kui mis tahes lainepikkusega langeva valguse intensiivsust tähistatakse ma, ja peegelduskoefitsient sama lainepikkuse jaoks - läbi r, siis pärast ühte peegeldust saame intensiivsuse ma r, pärast topelt ma r 2, pärast kolme ma r 3 jne Siit on näha, et kui mõne kitsa spektripiirkonna r on näiteks 0,7 ja ülejäänu puhul 0,1, siis pärast ühekordset peegeldust on valge värvi lisand 1/7, st et et on umbes 15%, pärast kahekordset peegeldust 1/49, s.o umbes 2%, ja pärast kolmekordset peegeldust 1/343, st vähem kui 0,3%. Sellist valgust võib pidada üsna küllastunud.

Kirjeldatud nähtus selgitab sametkangaste, voltides langevate eesriiete või lendlevate bännerite värviküllasust. Kõigil neil juhtudel esineb arvukalt süvendeid (samet) või värvilise aine volte. Neile langedes peegeldub valge valgus mitu korda enne, kui see jõuab vaatleja silma. Sel juhul tundub kangas loomulikult tumedam kui näiteks sile venitatud värvilise satiini riba; kuid värvi küllastus suureneb tohutult ja kangas võidab ilu.

Paragrahvis 167 mainisime, et igasuguse värvi pinnakiht hajutab alati valget valgust. See asjaolu rikub pildi värvide küllastumist. Seetõttu on õlimaalid tavaliselt kaetud lakikihiga. Täites kõik värvi ebatasasused, loob lakk pildile sileda peegelpinna. Sellelt pinnalt tulev valge valgus ei haju igas suunas, vaid peegeldub teatud suunas. Muidugi, kui vaadata pilti ebaõnnestunult valitud asendist, siis selline valgus on väga häiriv ("helendab"). Kui aga vaadata pilti mujalt, siis tänu lakkkattele ei levi pinnalt tulev valge valgus nendes suundades ning pildi värvid võidavad küllastuses.

§ 171. Taeva ja koidikute värvus. Kehade pinnalt peegeldunud või hajutatud valguse spektraalse koostise muutus on seotud selektiivse neeldumise ja peegelduse esinemisega, mis väljendub koefitsientide a ja r sõltuvusena lainepikkusest.

Looduses mängib olulist rolli veel üks nähtus, mis viib päikesevalguse spektraalse koostise muutumiseni. Pilveta taevalaotuse Päikesest kaugel asuvatelt aladelt vaatlejani jõudvat valgust iseloomustab küllalt küllastunud sinine või isegi sinine toon. Pole kahtlustki, et taevavalgus on õhuatmosfääri paksusesse hajutatud päikesevalgus, mis jõuab seetõttu vaatlejani igalt poolt, ka Päikese suunast kaugel asuvates suundades. Riis. 318 selgitab taeva hajutatud valguse päritolu. Teoreetilised uuringud ja katsed on näidanud, et selline hajumine toimub õhu molekulaarstruktuuri tõttu; isegi täiesti tolmuvaba õhk hajub

Riis. 318. Taeva värvi (atmosfääri poolt hajutatud Päikese valguse) päritolu. Nii Päikese otsevalgus kui ka atmosfääri paksuses hajutatud valgus jõuavad Maa pinnale (näiteks punkti A). Selle hajutatud valguse värvi nimetatakse taeva värviks.

päikesevalgus. Õhuga hajutatud valguse spekter erineb märgatavalt otsese päikesevalguse spektrist: päikesevalguses langeb maksimaalne energia spektri kollakasrohelisele osale ja katuseakna puhul nihkub maksimum sinisele osale. Põhjus peitub selles, lühikesed valguslained hajuvad palju rohkem kui pikad. Inglise füüsiku John Stretti Lord Rayleighi (1842-1919) mõõtmistega kinnitatud arvutuste kohaselt on hajutatud valguse intensiivsus pöördvõrdeline lainepikkuse neljanda astmega, kui hajuvad osakesed on valguse lainepikkusega võrreldes väikesed. Seetõttu on violetsed kiired hajutatud peaaegu 9 korda tugevamalt kui punased. Seetõttu muutub Päikese kollakas valgus hajudes siniseks taevavärviks. See kehtib puhtas õhus (mägedes, ookeani kohal) hajumise puhul. Suhteliselt suurte tolmuosakeste olemasolu õhus (linnades) lisab hajutatud sinisele valgusele tolmuosakestest peegelduva valguse ehk peaaegu muutumatu Päikesest lähtuva valguse. Tänu sellele lisandile muutub taeva värv nendes tingimustes valkjamaks.

Valdav lühilainete hajumine viib selleni, et Maale jõudev Päikese otsevalgus osutub kollakamaks kui suurelt kõrguselt vaadatuna. Teel läbi õhu hajub Päikese valgus osaliselt külgedele ja lühilained tugevamalt, nii et Maale jõudev valgus muutub pikalainelise kiirguse poolest suhteliselt rikkamaks. See nähtus on eriti ilmne päikesetõusu ja -loojangu (või kuu) ajal, kui otsene valgus läbib palju suurema paksuse õhu (joonis 319). Tänu sellele on Päike ja Kuu päikesetõusul (või -loojangul) vaskkollase, kohati isegi punaka tooniga. Nendel juhtudel

Riis. 319. Kuu ja Päikese punase värvuse seletus päikesetõusul ja päikeseloojangul: S 1 - valgusti seniidis - lühike tee atmosfääris (AB); S 2 - täht silmapiiril - pikk tee atmosfääris (CB)

kui õhus on väga väikesed (oluliselt väiksema lainepikkusega) tolmuosakesed või niiskuspiisad (udu), järgib ka nende põhjustatud hajumine seadust,

Riis. 320. Valguse hajumine häguse vedeliku poolt: langev valgus - valge, hajutatud valgus - sinakas, läbiv valgus - punakas

lähedane Rayleigh' seadusele, st lühilained on valdavalt hajutatud. Nendel juhtudel võib tõusev ja loojuv Päike olla täiesti punane. Punaseks lähevad ka atmosfääris hõljuvad pilved. Siit on pärit hommiku- ja õhtukoidikute kaunid roosad ja punased.

Kirjeldatud värvimuutust saate hajumise ajal jälgida, kui lasete laternast tulev valgusvihk läbi anuma (joonis 320), mis on täidetud häguse vedelikuga, st väikeseid hõljuvaid osakesi sisaldava vedelikuga (näiteks vähesel määral vett). tilgad piima). Külgedele suunduv valgus (hajutatud) on märgatavalt sinisem kui laterna otsevalgus. Kui häguse vedeliku paksus on üsna märkimisväärne, siis anumat läbinud valgus kaotab hajumise käigus nii olulise osa lühilainelistest kiirtest (sinine ja violetne), et see osutub oranžiks ja isegi punaseks. 1883. aastal toimus Krakatoa saarel tugev vulkaanipurse, mis hävitas saare pooleldi ja paiskas atmosfääri tohutul hulgal väikseimat tolmu. Mitu aastat risustas see õhuvoolude poolt suurte vahemaade taha hajutatud tolm atmosfääri, põhjustades intensiivseid punaseid koitu.