Strålingsenergi og spektral sammensetning av optisk stråling. To sider av samme sak

Lev naturen kan ikke eksistere uten lys solstråling, som når jordens overflate, er praktisk talt den eneste energikilden for å opprettholde planetens varmebalanse, skape organisk materiale fototrofiske organismer i biosfæren, som til slutt sikrer dannelsen av et miljø som kan tilfredsstille de vitale behovene til alle levende vesener.
Lysregimet til ethvert habitat avhenger av dets geografiske breddegrad, høyde over havet, atmosfærens tilstand, vegetasjon, årstid og tid på døgnet, solaktivitet etc. Derfor er variasjonen av lysforhold på planeten vår ekstremt stor: fra så sterkt opplyste områder som høyland, ørkener, stepper, til skumringsbelysning i vanndyp og grotter.

Biologisk handling sollys avhenger av dens spektrale sammensetning, varighet, intensitet, daglig og sesongmessig periodisitet.

Solstråling er elektromagnetisk stråling i et bredt spekter av bølger som utgjør et kontinuerlig spektrum fra 290 til 3000 nm. Ultrafiolette stråler(UFL) kortere enn 290 nm, skadelig for levende organismer, absorberes av ozonlaget og når ikke jorden. Jorden når hovedsakelig infrarødt (ca. 50 % total stråling) og synlige (45 %) stråler av spekteret. Andelen av UFL, som har en bølgelengde på 290-380 nm, står for 5% av strålingsenergien. Langbølget UVL, som har høy fotonenergi, utmerker seg ved høy kjemisk aktivitet. I små doser har de en kraftig bakteriedrepende effekt, fremmer syntesen av visse vitaminer og pigmenter i planter, og hos dyr og mennesker - vitamin D; i tillegg forårsaker de solbrenthet hos mennesker, som er en beskyttende reaksjon på huden. infrarøde stråler bølgelengder over 710 nm har en termisk effekt.

I miljømessig den mest betydningsfulle er den synlige delen av spekteret (390-710 nm), eller fotosyntetisk aktiv stråling (PAR), som absorberes av kloroplastpigmenter og dermed har avgjørende i plantelivet. Synlig lys er nødvendig grønne planter for dannelsen av klorofyll, dannelsen av strukturen til kloroplaster; det regulerer funksjonen til stomatalapparatet, påvirker gassutveksling og transpirasjon, stimulerer biosyntesen av proteiner og nukleinsyrer, øker aktiviteten til en rekke lysfølsomme enzymer. Lys påvirker også deling og forlengelse av celler, vekstprosesser og utvikling av planter, bestemmer tidspunktet for blomstring og fruktsetting, og har en formende effekt.
Lys med ulike strålingsfrekvenser (og ulike farger i det synlige området) påvirker vekst, utvikling av planter og fotosyntese på ulike måter. Generelt absorberer planter blått og rødt, mens grønt reflekterer eller overfører. Som et resultat grønt lys brukt av bladene minst effektivt. Derfor er bladene til plantene stort sett grønne. Avhengigheten av planters absorpsjon og assimilering av energi på bølgelengden til lysstråling kalles energispekteret til fotosyntetisk aktiv stråling (stråling). I hovedsak er fotosyntetisk aktiv stråling en strøm av energi av et visst spektrum, vanligvis strålingskraften

Lysenergien som absorberes av planter brukes på fotosyntese, fotomorfogenese, syntese av klorofyll, og en del av energien brukes til oppvarming og gjenstråling. Aktiviteten til disse prosessene avhenger av bølgelengden på forskjellige måter. Ved å endre strålingskomponentene til de blå, grønne og røde delene av spekteret, er det mulig å påvirke spiring, vekst eller hemming av ulike biologiske prosesser og stadier av fotosyntesen. Studier har vist at PAR - stråling påvirker ikke bare planter, men bremser også betydelig utviklingen av patogene sopp og bakterier på bestrålte planter.

Alle planter oppfatter forskjellige bølgelengder i PAR-spekteret forskjellig. Dette skyldes ulik absorpsjon forskjellige typer pigmenter i blader. De viktigste bladpigmentene, klorofyll a og b, absorberer blått og rødt lys, karotenoider absorberer blått lys. Syntese av lysabsorpsjonsdata etter blader forskjellige kulturer tillot spesialister fra Design Bureau "Optimum" å beregne den effektive spektrale absorpsjonskurven til det "gjennomsnittlige" grønne bladet og spektrene for de viktigste landbruksavlingene (tomater, agurker, paprika).

Husk: en solrik sommerdag - og plutselig dukket det opp en sky på himmelen, det begynte å regne, som så ut til å "ikke merke" at solen fortsetter å skinne. Slikt regn kalles på folkemunne blindt. Regnet var ennå ikke over, og en flerfarget regnbue lyste allerede på himmelen (fig. 13.1). Hvorfor dukket hun opp?

Bryte ned sollys til et spektrum.

Selv i antikken ble det bemerket at Solstråle, som passerer gjennom et glassprisme, blir flerfarget. Det ble antatt at årsaken til dette fenomenet er egenskapen til et prisme for å farge lys. Er det virkelig slik, fant den eminente engelskmenn ut i 1665 vitenskapsmann Isaac Newton (1643-1727), etter å ha utført en rekke eksperimenter.

Ris. 13.1. En regnbue kan observeres, for eksempel i sprayen fra en fontene eller foss.

For å få en smal stråle av sollys laget Newton et lite rundt hull i lukkeren. Da han installerte et glassprisme foran hullet, dukket det opp en flerfarget stripe på den motsatte veggen, som forskeren kalte spekteret. På stripen (som i regnbuen) pekte Newton ut syv farger: rød, oransje, gul, grønn, blå, indigo, fiolett (fig. 13.2, a).

Deretter, ved hjelp av en skjerm med et hull, skilte forskeren ut smale enfargede (monokromatiske) lysstråler fra en bred flerfarget stråle av stråler og rettet dem igjen til prismet. Slike stråler ble avbøyd av prismet, men ble ikke lenger dekomponert til et spektrum (fig. 13.2, b). I dette tilfellet ble den fiolette lysstrålen avbøyd mer enn andre, og den røde lysstrålen ble avbøyd mindre enn andre.

Resultatene av eksperimentene tillot Newton å trekke følgende konklusjoner:

1) en stråle av hvitt (sollys) lys består av lys forskjellige farger;

2) prismet «farger» ikke hvitt lys, men separerer det (spreder det til et spektrum) på grunn av forskjellig brytning av lysstråler med forskjellige farger.

ris. 13.2. Skjema av I. Newtons eksperimenter for å bestemme den spektrale sammensetningen av lys

Sammenlign fig. 13.1 og 13.2: regnbuens farger er fargene i spekteret. Og dette er ikke overraskende, for faktisk er regnbuen et stort spekter av sollys. En av grunnene til at en regnbue ser ut er at mange små vanndråper bryter det hvite sollyset.

Lær om spredning av lys

Newtons eksperimenter demonstrerte spesielt at det ble brutt inn glass prisme, fiolette lysstråler avbøyes alltid mer enn røde lysstråler. Dette betyr at for lysstråler av forskjellige farger er brytningsindeksen til glass forskjellig. Det er derfor en stråle av hvitt lys dekomponeres til et spektrum.

Fenomenet med dekomponering av lys til et spektrum, på grunn av avhengigheten av brytningsindeksen til mediet på fargen på lysstrålen, kalles lysspredning.

For de fleste transparente medier har fiolett lys den høyeste brytningsindeksen, og rødt lys har den laveste.

Hvilken fargestråle av lys - fiolett eller rød - forplanter seg i glass med større hastighet? Hint: Husk hvordan brytningsindeksen til et medium avhenger av lyshastigheten i det mediet.

Vi karakteriserer farger

I spekteret av sollys skilles tradisjonelt syv farger, og flere kan skilles. Men du vil aldri kunne fremheve for eksempel brun eller lilla farge. Disse fargene er sammensatte - de er dannet som et resultat av superposisjon (blanding) av spektrale (rene) farger i forskjellige proporsjoner. Noen spektralfarger danner hvite når de er lagt over hverandre. Slike par med spektralfarger kalles komplementære (fig. 13.3).

For menneskesyn spesiell betydning har tre primære spektralfarger - rød, grønn og blå: når de er lagt over hverandre, gir disse fargene et bredt utvalg av farger og nyanser.

Fargebildet på skjermene til en datamaskin, TV, telefon er basert på superposisjonen av de tre primære spektralfargene i forskjellige proporsjoner (fig. 13.4).

Ris. 13.5. Ulike kropper reflekterer, bryter og absorberer sollys på forskjellige måter, og takket være dette ser vi verden fargerik

Finn ut hvorfor verden er fargerik

Når vi vet at hvitt lys er sammensatt, er det mulig å forklare hvorfor verden rundt oss, opplyst av bare én kilde til hvitt lys - Solen, vi ser på som flerfarget (fig. 13.5).

Så overflaten på et ark med kontorpapir reflekterer like godt strålene i alle farger, så et ark opplyst med hvitt lys virker hvitt for oss. En blå ryggsekk opplyst av det samme hvite lyset reflekterer hovedsakelig strålene av blå farge og absorberer resten.

Hvilken farge tror du de fleste solsikkeblader reflekterer? plante blader?

Blått lys rettet mot røde roseblader vil bli nesten fullstendig absorbert av dem, siden kronbladene reflekterer overveiende røde stråler, mens resten absorberer. Derfor vil en rose opplyst med blått lys virke nesten svart for oss. Hvis du lyser med blått lys hvit snø, vil det virke blått for oss, fordi hvit snø reflekterer strålene i alle farger (inkludert blått). Men den svarte pelsen til en katt absorberer alle strålene godt, så katten vil virke svart når den blir opplyst av lys (fig. 13.6).

Merk! Siden fargen på kroppen avhenger av egenskapene til det innfallende lyset, er fargebegrepet meningsløst i mørket.

Ris. 13.6. Kroppsfarge avhenger av optiske egenskaper dens overflate, og på egenskapene til det innfallende lyset

Oppsummering

En stråle av hvitt lys består av lys i forskjellige farger. Det er syv spektralfarger: rød, oransje, gul, grønn, blå, indigo, fiolett.

Brytningsindeksen til lys, og dermed hastigheten på lysets forplantning i et medium, avhenger av fargen på lysstrålen. if Avhengigheten av brytningsindeksen til mediet av fargen på lysstrålen kalles spredning av lys. Vi ser verden rundt oss i forskjellige farger på grunn av at ulike kropper reflekterer, bryter og absorberer lys på forskjellige måter.

Kontrollspørsmål

1. Beskriv forsøkene til I. Newton for å bestemme den spektrale sammensetningen av lys.

2. Nevn syv spektralfarger. 3. Hvilken farge lysstråle brytes i materie mer enn andre? mindre enn andre? hvis 4. Definer spredningen av lys. Hvilken et naturfenomen relatert til spredning? 5. Hvilke farger kalles komplementære? 6. Nevn de tre primærfargene i spekteret. Hvorfor heter de det? 7. Hvorfor ser vi verden rundt oss i forskjellige farger?

Oppgave nummer 13

1. Hvordan vil svarte bokstaver på hvitt papir se ut når de sees gjennom grønt glass? Hvordan vil fargen på papiret se ut?

2. Hvilke lysfarger går gjennom blått glass? absorbert av det?

3. Gjennom hvilken farge på glass kan du ikke se tekst skrevet med lilla blekk på hvitt papir?

4. Lysstråler av rødt, oransje og blå blomster. Hvilken stråle forplanter seg raskest?

5. Bruk ytterligere informasjonskilder og finn ut hvorfor himmelen er blå; Hvorfor er solen ofte rød ved solnedgang?

Eksperimentell oppgave

"Rainbow Creators" Fyll et grunt kar med vann og plasser det mot en lett vegg. På bunnen av fartøyet, plasser i en vinkel flatt speil(se bilde). Rett en lysstråle mot speilet - en "solstråle" vil dukke opp på veggen. Undersøk det og forklar det observerte fenomenet.

Fysikk og teknologi i Ukraina

Kiev nasjonale universitet. Taras Shevchenko (KNU) ble grunnlagt i november 1833 som Imperial University of St. Vladimir. Den første rektoren ved universitetet er en fremragende vitenskapsmann-leksikon Mikhail Aleksandrovich Maksimovich.

Navnene på kjente vitenskapsmenn - matematikere, fysikere, kybernetikk, astronomer - er assosiert med KNU: D. A. Grave, M. F. Kravchuk, G. V. Pfeiffer, N. N. Bogolyubov, V. M. Glushkov, A. V. Skorokhod , I. G. I. K., V. G. I. , N. N. Schiller, I. I. Kosonogov, A. G. Sitenko, V. E. Lashkarev, RF. Vogel, M. F. Khandrikov, S. K. Vsekhsvyatsky.

Kjent i verden vitenskapelige skoler KNU - algebraisk, sannsynlighetsteori og matematisk statistikk, mekanikk, halvlederfysikk, fysisk elektronikk og overflatefysikk, metallogen, optikk av nye materialer og andre.

Dette er lærebokmateriale.

Lys - elektromagnetisk stråling som sendes ut av et oppvarmet eller opphisset stoff, oppfattet av det menneskelige øyet. Ofte forstås lys ikke bare som synlig lys, men også som brede områder av spekteret ved siden av det. En av egenskapene til lys er fargen, som for monokromatisk stråling bestemmes av bølgelengden, og for kompleks stråling - av dens spektrale sammensetning.

Hoved kilden til lys er solen. Lyset den sender ut anses å være hvitt. Fra solen kommer lys med forskjellige bølgelengder.

Lys har en temperatur som avhenger av kraften til lysstråling. På sin side avhenger kraften av bølgelengden.

Lyset fra en glødelampe virker hvitt, men spekteret er rødforskjøvet.

Lyset fra en fluorescerende lampe forskyves mot den fiolette delen av spekteret, har en blåaktig farge og høy fargetemperatur.

Lyset fra sollys i høylandet forskyves mot fiolette bølger. Dette er på grunn av den sjeldne atmosfæren i stor høyde.

I sandørkenen vil spekteret forskyves mot de røde bølgene, pga. strålingen fra varm sand tilføres sollyset.

Når du fotograferer, er det nødvendig å ta hensyn til disse fakta, for å kjenne spekteret til den tilgjengelige lysstrålingen for å få et bilde av høy kvalitet med nyansene som er tilgjengelige i originalen.

At. fra ulike kilder Lys reiser fotoner av forskjellig lengde.

Farge er følelsen fremkalt i det menneskelige øyet og hjernen av lys med varierende bølgelengder og intensiteter.

Stråling av forskjellig intensitet eksisterer objektivt og forårsaker en følelse bestemt farge. Men i seg selv har den ingen farge. Farge forekommer i organene til menneskelig syn. Den eksisterer ikke uavhengig av dem. Derfor kan det ikke anses som en objektiv verdi.

For å beskrive farge brukes subjektive kvalitative og kvantitative vurderinger av dens egenskaper.

Årsakene til fargesensasjoner er elektromagnetisk stråling, lys, hvis objektive egenskaper er assosiert med de subjektive egenskapene til farge, dens metning, tone, lysstyrke.

Fargetonen er subjektiv. på grunn av eiendommer visuell oppfatning menneskelig, lys, intensitetsbølgedefinisjon.

Temperaturen der absolutt svart kropp sender ut lys med samme spektrale sammensetning som lyset under vurdering kalles fargetemperaturen. Den indikerer bare spektralfordelingen av strålingsenergien, og ikke temperaturen til kilden. Ja, lys blå himmel tilsvarer en fargetemperatur på ca. 12.500-25.000 K, dvs. mye høyere enn solens temperatur. Fargetemperaturen er uttrykt i Kelvin (K).

Konseptet med fargetemperatur gjelder kun for termiske (varme) lyskilder. Lyset fra en elektrisk utladning i gasser og metalldamper (natrium, kvikksølv, neonlamper) kan ikke karakteriseres av verdien av fargetemperaturen.

Stoffets kjemiske sammensetning- den viktigste egenskapen til materialene som brukes av menneskeheten. Uten hans eksakte kunnskap er det umulig å planlegge med noen tilfredsstillende nøyaktighet. teknologiske prosesser V industriell produksjon. I I det siste krav til å bestemme den kjemiske sammensetningen til et stoff er blitt enda strengere: mange produksjonsområder og vitenskapelig aktivitet krever materialer av en viss "renhet" - dette er kravene til en nøyaktig, fast sammensetning, samt en streng begrensning på tilstedeværelsen av urenheter av fremmede stoffer. I forbindelse med disse trendene utvikles flere og mer progressive metoder for å bestemme den kjemiske sammensetningen av stoffer. Disse inkluderer metoden for spektralanalyse, som gir en nøyaktig og rask studie av materialers kjemi.

fantasi om lys

Naturen til spektralanalyse

(spektroskopi) studier kjemisk oppbygning stoffer basert på deres evne til å avgi og absorbere lys. Det er kjent at hver kjemisk element sender ut og absorberer sitt eget karakteristiske lysspekter, forutsatt at det kan reduseres til gassform.

I samsvar med dette er det mulig å bestemme tilstedeværelsen av disse stoffene i et bestemt materiale ved deres iboende spektrum. Moderne metoder Spektralanalyse gjør det mulig å fastslå tilstedeværelsen av et stoff som veier opptil milliarddeler av et gram i en prøve - indikatoren for strålingsintensitet er ansvarlig for dette. Det unike med spekteret som sendes ut av et atom karakteriserer dets dype forhold til den fysiske strukturen.

Synlig lys er stråling fra 3,8 *10 -7 før 7,6*10 -7 m ansvarlig for forskjellige farger. Stoffer kan avgi lys bare i en opphisset tilstand (denne tilstanden er preget av økt nivå intern) i nærvær av en konstant energikilde.

Materiens atomer mottar overflødig energi, utstråler den i form av lys og går tilbake til sitt vanlige energitilstand. Det er dette lyset som sendes ut av atomene som brukes til spektralanalyse. De vanligste typene stråling inkluderer: termisk stråling, elektroluminescens, katodoluminescens, kjemiluminescens.

Spektralanalyse. Flammefarging med metallioner

Typer spektralanalyse

Skille mellom emisjons- og absorpsjonsspektroskopi. Metode emisjonsspektroskopi basert på egenskapene til elementene til å avgi lys. For å begeistre atomene til et stoff, brukes høytemperaturoppvarming, lik flere hundre eller til og med tusenvis av grader - for dette plasseres en prøve av stoffet i en flamme eller i feltet med kraftige elektriske utladninger. Under påvirkning høyeste temperatur Materiemolekyler brytes ned til atomer.

Atomer, som mottar overflødig energi, sender den ut i form av lyskvanter med forskjellige bølgelengder, som registreres av spektrale enheter - enheter som visuelt viser det resulterende lysspekteret. Spektralenheter fungerer også som et skilleelement i spektroskopisystemet, fordi lysfluksen summeres fra alle stoffene som er tilstede i prøven, og dens oppgave er å dele den totale lysserien i spektre av individuelle elementer og bestemme deres intensitet, som vil tillate i fremtiden å trekke konklusjoner om verdien av elementet som er tilstede i den totale massen av stoffer.

• Avhengig av metodene for å observere og registrere spektre, skilles spektrale instrumenter ut: spektrografer og spektroskoper. Førstnevnte registrerer spekteret på fotografisk film, mens sistnevnte gjør det mulig å se spekteret for direkte observasjon av en person gjennom spesielle teleskoper. Spesialiserte mikroskoper brukes til dimensjonering. høy presisjon bestemme bølgelengden.
• Etter registrering lysspekter det er gjenstand for gransking. Bølgene kommer ut viss lengde og deres plassering i spekteret. Videre utføres forholdet mellom deres posisjon og tilhørighet til de ønskede stoffene. Dette gjøres ved å sammenligne dataene for posisjonen til bølgene med informasjonen i de metodiske tabellene, som indikerer de typiske bølgelengdene og spektrene til kjemiske elementer.
• Absorpsjonsspektroskopi utføres på samme måte som emisjonsspektroskopi. I dette tilfellet plasseres stoffet mellom lyskilden og spektralapparatet. Passerer gjennom det analyserte materialet, når det utsendte lyset spektralapparatet med "dip" (absorpsjonslinjer) ved visse bølgelengder - de utgjør det absorberte spekteret til materialet som studeres. Den videre sekvensen av studien ligner på prosessen ovenfor med emisjonsspektroskopi.

Oppdagelse av spektralanalyse

Spektroskopiens betydning for vitenskapen

Spektralanalyse tillot menneskeheten å oppdage flere elementer som ikke kunne bestemmes tradisjonelle metoder registrering kjemiske substanser. Dette er elementer som rubidium, cesium, helium (det ble oppdaget ved hjelp av solens spektroskopi - lenge før den ble oppdaget på jorden), indium, gallium og andre. Linjene til disse elementene ble funnet i utslippsspektra av gasser, og på tidspunktet for studien deres var uidentifiserbare.

Det ble klart at dette er nye, hittil ukjente elementer. Spektroskopi har hatt en alvorlig innflytelse på dannelsen av den nåværende typen metallurgisk og maskinbyggende industri, atomindustrien, Jordbruk, hvor det har blitt et av hovedverktøyene for systematisk analyse.

Spektroskopi har blitt av stor betydning i astrofysikk.

Provosere et kolossalt sprang i forståelsen av universets struktur og hevde det faktum at alt som eksisterer består av de samme elementene, som blant annet florerer på jorden. I dag lar metoden for spektralanalyse forskere bestemme den kjemiske sammensetningen av stjerner, tåker, planeter og galakser som ligger milliarder av kilometer fra jorden - disse objektene er selvfølgelig ikke tilgjengelige for metoder direkte analyse på grunn av den store avstanden.

Ved hjelp av metoden for absorpsjonsspektroskopi er det mulig å studere fjerne romobjekter som ikke har sin egen stråling. Denne kunnskapen gjør det mulig å etablere de viktigste egenskapene romobjekter: trykk, temperatur, funksjoner i strukturen til strukturen og mye mer.

Newtons eksperimenter viste at sollys har kompleks natur. På lignende måte, det vil si ved å analysere lysets sammensetning ved hjelp av et prisme, kan man overbevises om at lyset fra de fleste andre kilder (glødelampe, buelampe osv.) har samme karakter. Ved å sammenligne spektrene til disse lyslegemene finner vi at de tilsvarende delene av spektrene har forskjellig lysstyrke, dvs. energien er fordelt forskjellig i forskjellige spektre. Du kan verifisere dette enda mer pålitelig hvis du studerer spektrene ved hjelp av et termoelement (se § 149).

For vanlige kilder er disse forskjellene i spekteret ikke særlig signifikante, men de kan lett oppdages. Øyet vårt, selv uten hjelp av et spektralapparat, oppdager forskjeller i kvaliteten på det hvite lyset gitt av disse kildene. Dermed virker lyset fra et stearinlys gulaktig eller til og med rødlig sammenlignet med en glødelampe, og sistnevnte er merkbart gulere enn sollys.

Mer mer betydelige forskjeller, hvis lyskilden i stedet for en varm kropp er et rør fylt med gass som lyser under påvirkning av en elektrisk utladning. Slike rør brukes i dag til lysende inskripsjoner eller gatebelysning. Noen av dem utladningslamper gi knallgult (natriumlamper) eller rødt (neonlamper) lys, andre lyser med et hvitaktig lys (kvikksølv), tydelig forskjellig i skygge fra solen. Spektralstudier av lys fra slike kilder viser at deres spektrum kun inneholder individuelle, mer eller mindre smale, fargede seksjoner.

For tiden har de lært hvordan man produserer gassutladningslamper, hvis lys har en spektral sammensetning svært nær solens. Slike lamper kalles fluorescerende lamper(se § 186).

Hvis du undersøker lyset fra solen eller en buelampe, filtrert gjennom farget glass, vil det være merkbart forskjellig fra originalen. Øyet vil vurdere dette lyset som farget, og spektral dekomponering vil finne at mer eller mindre betydelige deler av kildespekteret er fraværende eller svært svake i spekteret.

§ 165. Lys og farger på kropper. Forsøkene beskrevet i § 164 viser at lyset som forårsaker følelsen av en eller annen farge i øyet vårt har en mer eller mindre kompleks spektral sammensetning. Det viser seg at øyet vårt er ganske ufullkomment apparat for analyse av lys, slik at stråler med ulik spektral sammensetning noen ganger kan produsere nesten samme fargeinntrykk. Likevel er det ved hjelp av øyet vi får kunnskap om hele mangfoldet av farger i verden rundt oss.

Tilfeller der lys fra en kilde rettes direkte inn i observatørens øye er relativt sjeldne. Mye oftere passerer lys først gjennom legemer, blir brutt og delvis absorbert i dem, eller mer eller mindre fullstendig reflektert fra overflaten deres. Dermed kan den spektrale sammensetningen av lyset som har nådd øyet vårt endres betydelig på grunn av prosessene med refleksjon, absorpsjon etc. beskrevet ovenfor.I de aller fleste tilfeller fører alle slike prosesser bare til svekkelse av visse spektralområder og kan til og med helt eliminere noen fra slike områder, men legg ikke til lyset som kom fra kilden, strålingen fra de bølgelengdene som ikke var i den. Imidlertid kan slike prosesser også finne sted (for eksempel ved fluorescensfenomener).

§ 166. Koeffisienter for absorpsjon, refleksjon og transmisjon. Farge ulike gjenstander, opplyst av den samme lyskilden (for eksempel solen), er veldig mangfoldig, til tross for at alle disse objektene er opplyst av lys av samme sammensetning. Hovedrollen i slike effekter spilles av fenomenene refleksjon og overføring av lys. Som allerede avklart, blir lysstrømmen som faller inn på kroppen delvis reflektert (spredt), delvis overført og delvis absorbert av kroppen. Andelen av lysstrømmen som er involvert i hver av disse prosessene bestemmes ved å bruke de passende koeffisientene: refleksjon r, transmisjon t og absorpsjon a (se § 76).

Hver av de indikerte koeffisientene (a, r, t) kan avhenge av bølgelengden (fargen), på grunn av hvilke ulike effekter oppstår ved belysning av legemer. Det er lett å se at ethvert legeme der for eksempel transmittansen er stor for rødt lys, og refleksjonskoeffisienten er liten, og for grønt tvert imot, vil virke rødt i gjennomlyst lys og grønt i reflektert lys. Slike egenskaper besittes for eksempel av klorofyll, et grønt stoff som finnes i bladene til planter og forårsaker grønn farge deres. En løsning (ekstrakt) av klorofyll i alkohol viser seg å være rød i lyset, og grønn i refleksjonen.

Legemer der absorpsjonen er stor for alle stråler, og refleksjon og transmisjon er svært små, vil være svarte ugjennomsiktige legemer (for eksempel sot). For et veldig hvitt ugjennomsiktig legeme (magnesiumoksid) er koeffisienten r nær enhet for alle bølgelengder, og koeffisientene a og t veldig liten. Helt gjennomsiktig glass har små refleksjonskoeffisienter r og absorpsjonskoeffisienter a og en transmittans t nær enhet for alle bølgelengder; tvert imot, for farget glass, for noen bølgelengder, er koeffisientene t og r praktisk talt lik null, og følgelig er verdien av koeffisienten a nær enhet. Forskjellen i verdiene til koeffisientene a, t og r og deres avhengighet av farge (bølgelengde) forårsaker en ekstrem variasjon i farger og nyanser. ulike organer.

§ 167. Fargede kropper opplyst av hvitt lys. Malte kropper ser farget ut når de er opplyst med hvitt lys. Hvis malingslaget er tykt nok, bestemmes fargen på kroppen av det og avhenger ikke av egenskapene til lagene som ligger under malingen. Vanligvis er maling små korn som selektivt sprer lys og er nedsenket i en gjennomsiktig masse som binder dem, for eksempel olje. Koeffisientene a, r og t til disse kornene bestemmer egenskapene til malingen.

Virkningen av malingen er skjematisk vist i fig. 316. Det øverste laget reflekterer nesten likt alt

Ris. 316. Virkemåte for et lag maling

stråler, altså fra ham blir hvit lys. Dens andel er ikke særlig betydelig, omtrent 5%. De resterende 95 % av lyset trenger dypt inn i malingen og blir spredt av kornene og slukker. I dette tilfellet absorberes en del av lyset i malingskornene, og visse spektrale områder absorberes i større eller mindre grad, avhengig av fargen på malingen. En del av lyset som trenger inn enda dypere spres på de neste lagene med korn osv. Som et resultat vil en kropp opplyst med hvitt lys ha en farge bestemt av verdiene til koeffisientene a, t og r for kornene av malingen som dekker det.

Maling som absorberer lys som faller på dem i et veldig tynt lag kalles dekker. Maling, hvis handling skyldes deltakelsen av mange lag med korn, kalles innglassing. Sistnevnte gjør det mulig å oppnå svært gode effekter ved å blande flere varianter av fargede korn (slette på paletten). Som et resultat kan du få en rekke fargeeffekter. Det er interessant å merke seg at blanding av glassfarger tilsvarende komplementærfarger bør gi svært mørke nyanser. Faktisk, la røde og grønne korn blandes i malingen. Lyset som spres av de røde kornene vil absorberes av de grønne kornene og omvendt, slik at nesten ikke noe lys slipper ut av malingslaget. Dermed gir blanding av farger helt andre resultater enn å blande lys av tilsvarende farger. Denne omstendigheten bør huskes av kunstneren når du blander maling.

§ 168. Fargede kropper opplyst av farget lys. Alt det ovennevnte gjelder for belysning av hvitt lys. Hvis den spektrale sammensetningen av det innfallende lyset er vesentlig forskjellig fra dagslys, kan lyseffektene være helt annerledes. Lyse fargerike områder av et fargebilde ser mørke ut hvis det innfallende lyset mangler nettopp de bølgelengdene som disse områdene har høy reflektivitet for. Selv overgangen fra dagslys til kunstig kveldsbelysning kan endre forholdet mellom nyanser betydelig. I dagslys er den relative andelen av gule, grønne og blå stråler mye større enn i kunstig lys. Derfor fremstår gule og grønne stoffer svakere i kveldslyset enn på dagtid, og stoffer som er blå i dagslys fremstår ofte som helt svarte under lamper. Denne omstendigheten må tas i betraktning av kunstnere og dekoratører som velger farger for en teaterforestilling eller for en parade som finner sted på dagtid i friluft.

I mange bransjer hvor riktig vurdering av nyanser er viktig, for eksempel ved sortering av garn, er arbeid i kveldslys svært vanskelig eller til og med helt umulig. Derfor, under slike forhold, er det rasjonelt å bruke lysrør, det vil si lamper hvis spektrale sammensetning av lys vil være så nær som mulig den spektrale sammensetningen av dagslys (se § 187).

§ 169. Kamuflasje og avmaskering. Selv med sterk belysning er vi ikke i stand til å skille mellom kropper hvis farge ikke er forskjellig fra fargen på bakgrunnen rundt, dvs. kropper der koeffisienten r har praktisk talt samme verdier for alle bølgelengder som for bakgrunnen. Derfor er det for eksempel så vanskelig å skille dyr med hvit pels eller mennesker i hvite klær på en snøslette. Dette brukes i militære anliggender for fargekamuflasje av tropper og militære anlegg. I naturen, i prosessen med naturlig utvalg, har mange dyr fått en beskyttende farge (mimicry).

Fra det foregående er det klart at den mest perfekte maskeringen er valget av en slik farge, der refleksjonskoeffisienten r for alle bølgelengder har de samme verdiene som for bakgrunnen rundt. I praksis er dette svært vanskelig å oppnå, og derfor er det ofte begrenset til valg av nærrefleksjonskoeffisienter for stråling, som spiller en spesielt viktig rolle ved dagslys og øyeobservasjon. Dette er hovedsakelig den gulgrønne delen av spekteret, som øyet er spesielt følsomt for og som er sterkere representert i sollys (dagslys). Men hvis objektene som er kamuflert på en slik måte ikke observeres med øyet, men fotograferes, kan kamuflasjen miste sin betydning. Faktisk er den fotografiske platen spesielt påvirket av fiolett og ultrafiolett stråling. Derfor, hvis refleksjonskoeffisientene til objektet og bakgrunnen for denne delen av spekteret er merkbart forskjellige fra hverandre, vil en slik maskeringsfeil gå ubemerket når den observeres av øyet, men den vil gjøre seg skarpt følt på fotografiet . Ufullkommenheten ved kamuflasje vil også være tydelig synlig hvis man observerer gjennom et lysfilter som praktisk talt eliminerer de bølgelengdene som kamuflasjen primært er designet for, for eksempel gjennom et blått filter. Til tross for en betydelig reduksjon i lysstyrken til hele bildet når det sees gjennom et slikt filter, kan detaljer som ble skjult når de ble observert i hvitt lys vises på det. Å kombinere et filter med et fotografi kan gi spesielt sterk effekt. Derfor, når man velger maskeringsfarger, må man være oppmerksom på definisjonen av r for et ganske bredt spekter av spekteret, inkludert infrarød og ultrafiolett.

Noen ganger brukes lysfiltre for å forbedre riktig overføring av belysning ved fotografering. På grunn av det faktum at følsomhetsmaksima for øyet og den fotografiske platen ligger i forskjellige områder (gulgrønn for øyet, blåfiolett for den fotografiske platen), kan visuelle og fotografiske inntrykk være ganske forskjellige. Figuren av en jente kledd i en gul bluse og et lilla skjørt ser ut til å være lys i øvre del og mørk i nedre del. På et fotografisk kort kan hun se ut til å ha på seg en mørk bluse og et lyst skjørt. Hvis det derimot plasseres et gult lysfilter foran en fotografisk linse, vil det endre forholdet mellom belysning av skjørt og blus i en retning som nærmer seg det visuelle inntrykket. Ved å bruke dessuten en fotografisk film med økt følsomhet for lange bølgelengder (ortokromatisk) sammenlignet med konvensjonelle, kan vi oppnå en ganske korrekt gjengivelse av belysningen av figuren.

§ 170. Metning av farger. I tillegg til betegnelsen på farge - rød, gul, blå, etc. - skiller vi ofte farge ved metning, det vil si av renheten til nyansen, fraværet av hvithet. Et eksempel på dype eller mettede farger er spektralfarger. De representerer et smalt område av bølgelengder uten blanding av andre farger. Fargene på stoffer og maling som dekker gjenstander er vanligvis mindre mettede og mer eller mindre hvitaktige. Årsaken ligger i det faktum at refleksjonskoeffisienten til de fleste fargestoffer ikke er lik null for noen bølgelengde. Når et farget stoff belyses med hvitt lys, observerer vi i spredt lys hovedsakelig ett fargeområde (for eksempel rødt), men en merkbar mengde andre bølgelengder er blandet med det, og gir hvitt lys samlet. Men hvis et slikt vevspredt lys med en overvekt av én farge (for eksempel rødt) ikke rettes direkte inn i øyet, men tvinges til å reflekteres en gang til fra samme vev, vil andelen av den dominerende fargen øke betydelig sammenlignet med resten og hvitheten vil avta .. Flere repetisjoner av en slik prosess (fig. 317) kan resultere i en tilstrekkelig mettet farge.

Ris. 317. Får en mettet farge når den reflekteres fra et rødt draperi

Hvis intensiteten av innfallende lys av en hvilken som helst bølgelengde er angitt med Jeg, og refleksjonskoeffisienten for samme bølgelengde - gjennom r, så etter en enkelt refleksjon får vi intensiteten Jeg r, etter dobbel Jeg r 2 , etter tre Jeg r 3 osv. Av dette kan man se at hvis r for et smalt spektralområde er for eksempel 0,7, og for resten er det 0,1, så etter en enkelt refleksjon er urenheten hvit farge er 1/7, dvs. ca. 15 %, etter en dobbel refleksjon 1/49, dvs. ca. 2 %, og etter en trippel refleksjon 1/343, dvs. mindre enn 0,3 %. Slikt lys kan betraktes som ganske mettet.

Det beskrevne fenomenet forklarer metningen av fargene på fløyelsstoffer, draperier som faller i folder eller flygende bannere. I alle disse tilfellene er det mange fordypninger (fløyel) eller folder av farget materiale. Når det faller på dem, gjennomgår hvitt lys flere refleksjoner før det når observatørens øye. I dette tilfellet virker stoffet selvfølgelig mørkere enn for eksempel en glatt strukket stripe av farget sateng; men metningen av fargen øker enormt, og stoffet vinner i skjønnhet.

I § ​​167 nevnte vi at overflatelaget til enhver maling alltid sprer hvitt lys. Denne omstendigheten ødelegger metningen av fargene i bildet. Derfor er oljemalerier vanligvis dekket med et lag med lakk. Ved å fylle ut alle ujevnheter i malingen skaper lakken en jevn speiloverflate malerier. Hvitt lys fra denne overflaten spres ikke i alle retninger, men reflekteres i en bestemt retning. Selvfølgelig, hvis du ser på bildet fra en mislykket valgt posisjon, vil slikt lys være veldig forstyrrende ("glød"). Men hvis du ser på bildet fra andre steder, så, takket være lakkbelegget, sprer det hvite lyset fra overflaten seg ikke i disse retningene, og fargene på bildet vinner i metning.

§ 171. Farge på himmel og daggry. Endringen i den spektrale sammensetningen av lys reflektert eller spredt av overflaten av kropper er assosiert med tilstedeværelsen av selektiv absorpsjon og refleksjon, som uttrykkes som avhengigheten av koeffisientene a og r på bølgelengden.

I naturen spiller et annet fenomen en viktig rolle, noe som fører til en endring i den spektrale sammensetningen av sollys. Lys som når observatøren fra skyfrie områder himmelens hvelv, langt fra solen, er preget av en ganske mettet blå eller til og med blå fargetone. Det er ingen tvil om at himmelens lys er lyset fra solen spredt i dypet av luft atmosfære og når derfor observatøren fra alle sider, selv i retninger langt fra solens retning. Ris. 318 forklarer opprinnelsen til det spredte lyset på himmelen. Teoretisk studie og forsøk har vist at slik spredning oppstår pga molekylær struktur luft; selv helt støvfri luft forsvinner

Ris. 318. Opprinnelsen til himmelens farge (solens lys spredt av atmosfæren). Både solens direkte lys og lyset spredt i atmosfærens tykkelse når jordoverflaten (for eksempel punkt A). Fargen på dette spredte lyset kalles himmelens farge.

sollys. Spekteret av lys spredt av luft skiller seg markant fra spekteret av direkte sollys: i sollys faller den maksimale energien på den gulgrønne delen av spekteret, og i takvindu blir maksimum forskjøvet til den blå delen. Årsaken ligger i det faktum at korte lysbølger sprer mye mer enn lange. Ifølge beregninger Engelsk fysikk John Strett Lord Rayleigh (1842-1919), bekreftet ved målinger, er intensiteten av spredt lys omvendt proporsjonal med fjerde potens av bølgelengden, hvis spredningspartiklene er små sammenlignet med lysets bølgelengde, blir derfor fiolette stråler spredt nesten 9 ganger sterkere enn røde. Derfor blir solens gulaktige lys, når den er spredt, til en blå farge på himmelen. Dette er tilfellet for spredning i ren luft (i fjellet, over havet). Tilstedeværelsen av relativt store støvpartikler i luften (i byer) legger til det spredte blå lyset lyset som reflekteres av støvpartikler, dvs. nesten uendret lys fra solen. Takket være denne urenheten blir fargen på himmelen mer hvitaktig under disse forholdene.

Den dominerende spredningen av korte bølger fører til at det direkte lyset fra solen som når jorden viser seg å være mer gult enn når det sees fra stor høyde. På sin vei gjennom luften blir sollyset delvis spredt til sidene, og kortbølgene er sterkere spredt, slik at lyset som når jorden blir relativt rikere på strålingen fra den langbølgede delen av spektrum. Dette fenomenet er spesielt uttalt ved soloppgang og solnedgang (eller månen), når direkte lys passerer gjennom en mye større lufttykkelse (fig. 319). På grunn av dette har solen og månen ved soloppgang (eller solnedgang) en kobbergul, noen ganger til og med rødlig fargetone. I de tilfellene

Ris. 319. Forklaring av den røde fargen på Månen og Solen ved soloppgang og solnedgang: S 1 - lyset i senit - en kort vei i atmosfæren (AB); S 2 - lys i horisonten - en lang vei i atmosfæren (NE)

når det er svært små (betydelig mindre bølgelengder) støvpartikler eller fuktighetsdråper (tåke) i luften, følger spredningen forårsaket av dem også loven,

Ris. 320. Spredning av lys av en grumset væske: innfallende lys - hvitt, spredt lys - blåaktig, transmittert lys - rødlig

nær Rayleigh-loven, dvs. korte bølger er hovedsakelig spredt. I disse tilfellene kan den stigende og nedgående solen være helt rød. Skyer som flyter i atmosfæren blir også røde. Dette er opprinnelsen til de vakre rosa og røde fra morgen- og kveldsgryene.

Du kan observere den beskrevne fargeendringen under spredning hvis du sender en lysstråle fra en lanterne gjennom et kar (fig. 320) fylt med en uklar væske, det vil si en væske som inneholder små suspenderte partikler (for eksempel vann med noen få dråper melk). Lyset som går til sidene (diffundert) er merkbart blåere enn det direkte lyset fra lykten. Hvis tykkelsen på den grumsete væsken er ganske betydelig, mister lyset som har passert gjennom fartøyet en så betydelig del av kortbølgestrålene (blå og fiolett) under spredning at det viser seg å være oransje og til og med rødt. I 1883 var det et kraftig vulkanutbrudd på øya Krakatau, som halvveis ødela øya og kastet den ut i atmosfæren stor mengde det minste støvet. I flere år forsøplet dette støvet, spredt av luftstrømmer over store avstander, atmosfæren og forårsaket intense røde daggry.