Какой диапазон длин волн у видимого спектра света в нанометрах

Как мы видим? Что мы видим?

Акт зрительного восприятия реализуется в несколько ступеней. В момент видения, световые частицы, известные как «фотоны», перемещаются от предмета к глазу, проходят через хрусталик глаза, где они преломляются, и фокусируются на сетчатке, выстилающей глаз изнутри. Здесь лучи преобразуются в электрические сигналы и передаются нейронами в зрительный центр в затылочной части мозга. Само восприятие зрительной информации происходит именно в этом центре мозга.

видео "КАК МЫ ВИДИМ?"

Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длиной волны приблизительно от 380 (фиолетовый) до 740 нм (красный). Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова).

Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра.

В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг. Таких оттенков, как розовый или маджента, нет в спектре видимого излучения, они образуются от смешения других цветов.

Видимое излучение также попадает в «оптическое окно», область спектра электромагнитного излучения, практически не поглощаемая земной атмосферой. Чистый воздух рассеивает голубой свет несколько сильнее, чем свет с большими длинами волн (в красную сторону спектра), поэтому полуденное небо выглядит голубым.

Многие виды животных способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящему в видимый диапазон. Например, пчёлы и многие другие насекомые видят свет в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар на цветах. Растения, опыляемые насекомыми, оказываются в более выгодном положении с точки зрения продолжения рода, если они ярки именно в ультрафиолетовом спектре. Птицы также способны видеть ультрафиолетовое излучение (300—400 нм), а некоторые виды имеют даже метки на оперении для привлечения партнёра, видимые только в ультрафиолете.

Белый солнечный свет состоит из всех лучей спектра, однако хороший белый свет можно получить также при смешении лучей только двух длин волн — из красной и сине-зеленой частей спектра.

Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля (то есть, взаимодействующих друг с другом электрического и магнитного полей).

Среди электромагнитных полей вообще, порожденных электрическими зарядами и их движением, принято относить собственно к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.

К электромагнитному излучению относятся радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и жесткое (гамма-) излучение (см. ниже, см. также рисунок).

Электромагнитное излучение способно распространяться в вакууме (пространстве, свободном от вещества), но в ряде случаев достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом (несколько изменяя при этом свое поведение).

Цвет — качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущенияи зависящая от ряда физических, физиологических и психологических факторов. Восприятие цвета определяется индивидуальностью человека, а также спектральным составом, цветовым и яркостным контрастом с окружающими источниками света, а также несветящимися объектами. Очень важны такие явления, как метамерия, индивидуальные наследственные особенности человеческого глаза (степень экспрессии полиморфных зрительных пигментов) и психики.

Ощущение цвета возникает в мозге при возбуждении и торможении цветочувствительных клеток — рецепторов глазной сетчатки человека или животного, — колбочек. Считается (хотя на сегодняшний день так никем и не доказано), что у человека и приматов существует три вида колбочек различающихся по спектральной чувствительности — ; (условно «красные»), ; (условно «зелёные») и ; (условно «синие»), соответственно. Светочувствительность колбочек невысока, поэтому для хорошего восприятия цвета необходима достаточная освещённость или яркость. Наиболее богаты цветовыми рецепторами центральные части сетчатки.

Каждое цветовое ощущение у человека может быть представлено в виде суммы ощущений этих трёх цветов (т. н. «трёхкомпонентная теория цветового зрения»). Установлено, что пресмыкающиеся, птицы и некоторые рыбы имеют более широкую область ощущаемого оптического излучения. Они воспринимают ближнее ультрафиолетовое излучение (300—380 нм), синюю, зелёную и красную часть спектра. При достижении необходимой для восприятия цвета яркости наиболее высокочувствительные рецепторы сумеречного зрения — палочки — автоматически отключаются.

Субъективное восприятие цвета зависит также от яркости и скорости его изменения (увеличения или уменьшения), адаптации глаза к фоновому свету (см. цветовая температура), от цвета соседних объектов, наличия дальтонизма и других объективных факторов; а также от того, к какой культуре принадлежит данный человек (способности осознания имени цвета); и от других, ситуативных, психологических моментов.

Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом. Нередко, под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра.

В физике свет изучается в разделе Оптика.

Свет может рассматриваться либо как электромагнитная волна, скорость распространения в вакуумекоторой постоянна, либо как поток фотонов: частиц, обладающих определённой энергией и нулевой массой покоя.

Фотон (от др.-греч. . род. пад. . «свет») — элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света). Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1. Этому свойству в классической электродинамике соответствует круговая правая и левая поляризация электромагнитной волны. Фотону, как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, он проявляет одновременно свойства частицы и волны. Фотоны обозначаются буквой , поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий); эти термины практически синонимичны. С точки зрения Стандартной модели фотон является калибровочным бозоном. Виртуальные фотоны являются переносчиками электромагнитного взаимодействия, таким образом обеспечивая взаимодействие, например, между двумя электрическими зарядами. Фотон — самая распространённая по численности частица во Вселенной. На один нуклон приходится не менее 20 миллиардов фотонов.

Человек «видит» своими «настроенными» органами чувств только небольшой участок (около 10%) электромагнитного спектра волн. Такие небольшие возможности нашего видения – получения информации, являются защитой от другой информации или сущностей, которые будут отстаивать свои диапазоны существования. Другие диапазоны электромагнитного спектра используются животными, насекомыми, рыбами, птицами т .д. И ВОЗМОЖНО другими сущностями, которые мы иногда видим, принимая их за пришельцев, Богов, приведений. Возможность «видения» зависит от многих складывающихся факторов. Частым примером таких видений бывает описание клинической смерти у больных, состояний «белой горячки», действия различных наркотических и психотропных веществ на сознание человека.

Далее в статье будет информация о синем цвете. Вспомните, что в детстве мы боимся темноты и нам кажутся разные страшилища…

Усиление или ослабление действий электромагнитных волн видимого излучения возникает на различных участках земной поверхности, аномальных зонах. Соблюдение и использование проверенных данных воздействия электромагнитных волн, позволяет кратно увеличивать эффект, не прибегая к использованию переработки ископаемых для получения промежуточных результатов.

Например, дополнительной гипотезой может быть объяснение, что «покидаемые» жилища населением – это воздействие «отрицательных» волн электромагнитного спектра через уменьшившейся или исчезнувший озоновый слой и смены электромагнитного поля.

Различные мегалитические сооружения, типа дольменов, или всем известный Стоунхендж — являются инструментом «получения» и передачи и использования различных волн электромагнитного спектра. Нахождение Гипербореи (Гора Меру на Северном полюсе) на севере не спроста. Высота размещена озонового слова на полюсах меньше. Получение и накапливание различной энергии там была выше. Т.к. толщина озонового слоя другая. «Видимость» повышается.

Чем опасен синий свет?
Солнечный свет — источник жизни на Земле, свет от Солнца доходит до нас за 8,3 мин. Хотя лишь 40% энергии солнечных лучей, попадающих на верхнюю границу атмосферы, преодолевают ее толщу, но и эта энергия не менее чем в 10 раз превышает ту, которая содержится во всех разведанных запасах подземного топлива. Солнце решающим образом повлияло на образование всех тел Солнечной системы и создало условия, которые привели к возникновению и развитию жизни на Земле. Однако длительное воздействие некоторых наиболее высокоэнергетичных диапазонов солнечного излучения представляет реальную опасность для многих живых организмов, в том числе и человека. На страницах журнала мы неоднократно рассказывали о том, с каким риском для глаз связано длительное воздействие ультрафиолетового света, однако, как показывают данные научных исследований, синий свет видимого диапазона также представляет определенную опасность.

Ультрафиолетовый и синий диапазоны солнечного излучения
Ультрафиолетовое излучение – это невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее часть спектральной области между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн 100–380 нм. Вся область ультрафиолетового излучения условно делится на ближнюю (200–380 нм) и далекую, или вакуумную (100–200 нм). Ближний УФ-диапазон, в свою очередь, подразделяется на три составляющих – UVA, UVB и UVC, отличающихся по своему воздействию на организм человека. UVC является наиболее коротковолновым и высокоэнергетичным ультрафиолетовым излучением с диапазоном длин волн 200–280 нм. UVB-излучение включает длины волн от 280 до 315 нм и является излучением средней энергии, представляющим опасность для органов зрения человека. Именно UVB способствует возникновению загара, фотокератита, в экстремальных случаях и заболеваний кожи. UVB практически полностью поглощается роговицей, но часть UVB-диапазона (300–315 нм) может проникать в глаза. UVA – это наиболее длинноволновая и наименее энергетичная составляющая ультрафиолета с диапазоном длин волн 315–380 нм. Роговица поглощает некоторое количество UVА, однако большая часть поглощается хрусталиком.

В отличие от ультрафиолета синий свет является видимым. Именно синие световые волны придают окраску небу (или любому другому предмету). Синий свет начинает видимый диапазон солнечного излучения – к нему относятся световые волны с длиной от 380 до 500 нм, которые имеют наиболее высокую энергию. Название «синий свет» в сущности является упрощенным, поскольку оно охватывает световые волны начиная от фиолетового диапазона (от 380 до 420 нм) и собственно синего (от 420 до 500 нм). Так как синие волны имеют наименьшую длину, они, согласно законам релеевского светорассеяния, наиболее интенсивно рассеиваются, поэтому значительная часть раздражающего блеска солнечного излучения обусловлена синим светом. Пока человек не достигает весьма почтенного возраста, синий свет не поглощается такими естественными физиологическими фильтрами, как слезная пленка, роговица, хрусталик и стекловидное тело глаза.
Наивысшая проницаемость коротковолнового видимого синего света обнаруживается в молодом возрасте и медленно сдвигается в более длинноволновый видимый диапазон по мере увеличения срока жизни человека.

Вредное воздействие синего света на сетчатку
Вредное воздействие синего света на сетчатку было впервые доказано в разнообразных исследованиях на животных. Воздействуя на обезьян большими дозами синего света, исследователи Харверт и Перлинг (Harwerth & Pereling) установили в 1971 году, что это приводит к продолжительной утрате спектральной чувствительности в синем диапазоне, возникающей из-за повреждений сетчатки. В 1980-е годы эти результаты были подтверждены другими учеными, которые обнаружили, что воздействие синим светом приводит к образованию фотохимических повреждений сетчатки, в особенности ее пигментного эпителия и фоторецепторов. В 1988 году в опытах на приматах Янг (Young) установил взаимосвязь между спектральным составом излучения и риском возникновения повреждений сетчатки. Он продемонстрировал, что достигающие сетчатки различные компоненты спектра излучения опасны в разной степени, а риск поражения экспоненциально возрастает с увеличением энергии фотонов. При воздействии на глаза светом диапазона от ближней инфракрасной области и до середины видимого спектра повреждающие эффекты незначительны и слабо зависят от продолжительности облучения. В то же время было обнаружено резкое увеличение повреждающего воздействия при достижении длины светового излучения 510 нм.

Согласно результатам этого исследования при равных условиях эксперимента синий свет в 15 раз более опасен для сетчатки, чем весь оставшийся диапазон видимого спектра.

Эти данные были подтверждены другими экспериментальными исследованиями, в том числе исследованием профессора Реме, который показал, что при облучении глаз крыс зеленым светом не обнаружено апоптоза или других вызванных светом повреждений, в то время как наблюдается массовая апоптическая гибель клеток после облучения синим светом. В исследованиях было показано, что изменение тканей после длительного воздействия ярким светом было таким же, какое связывают с симптомами возрастной дегенерации макулы.

Кумулятивное воздействие синего света
Уже давно было установлено, что старение сетчатки непосредственно зависит от продолжительности воздействия солнечного излучения. В настоящее время, хотя и нет абсолютно четких клинических доказательств, все большее число специалистов и экспертов убеждены, что кумулятивное воздействие синего света является фактором риска развития возрастной дегенерации макулы (ВДМ). Для установления четкой корреляции были проведены широкомасштабные эпидемиологические исследования. В 2004 году в США были опубликованы результаты исследования «The Beaver Dam Study», в котором участвовали 6 тыс. человек, а наблюдения проводились на протяжении 5–10 лет. Результаты исследования показали, что у людей, которые летом подвергаются воздействию солнечного света более 2 ч в день, риск развития ВДМ в 2 раза выше, чем у тех, кто проводит летом на солнце менее 2 ч. Однако не было выявлено однозначной взаимосвязи между длительностью солнечного облучения и частотой обнаружения ВДМ, что может свидетельствовать о кумулятивном характере повреждающего воздействия света, ответственного за риск ВДМ. Было указано, что кумулятивное воздействие солнечного света связано с риском возникновения ВДМ, что является скорее результатом воздействия видимого, а не ультрафиолетового света. Предыдущие исследования не обнаружили взаимосвязи между кумулятивным воздействием UBA- или UVB-диапазонов, но была установлена взаимосвязь между ВДМ и воздействием на глаза синего света. В настоящее время доказано повреждающее воздействие синего света на фоторецепторы и пигментный эпителий сетчатки. Синий свет вызывает фотохимическую реакцию, продуцирующую свободные радикалы, которые оказывают повреждающее воздействие на фоторецепторы – колбочки и палочки. Образующиеся вследствие фотохимической реакции продукты метаболизма не могут быть нормально утилизированы эпителием сетчатки, они накапливаются и вызывают ее дегенерацию.

Меланин – пигмент, обуславливающий цвет глаз, поглощает лучи света, защищая сетчатку и препятствуя ее повреждению. Люди со светлой кожей и голубыми или светлоокрашенными глазами потенциально более подвержены развитию ВДМ, так как у них меньшая концентрация меланина. Голубые глаза пропускают во внутренние структуры в 100 раз больше света, чем глаза темной окраски.

Для профилактики развития ВДМ следует применять очки с линзами, отрезающими синюю область видимого спектра. При одинаковых условиях воздействия синий свет в 15 раз более опасен для сетчатки, чем остальной свет видимого диапазона.

Как защитить глаза от синего света
Ультрафиолетовое излучение невидимо для наших глаз, поэтому мы пользуемся специальными приборами – УФ-тестерами или спектрофотометрами для оценки защитных свойств очковых линз в ультрафиолетовой области. В отличие от ультрафиолетового синий свет мы видим хорошо, поэтому во многих случаях можем оценить, насколько наши линзы отфильтровывают синий свет.

Очки, получившие название блю-блокеры (blue-blockers), появились в 1980-е годы, когда результаты вредного воздействия излучения синего диапазона видимого спектра еще не были так очевидны. Желтый цвет прошедшего через линзу света свидетельствует о поглощении линзой сине-фиолетовой группы, поэтому блю-блокеры, как правило, имеют желтый оттенок в своей окраске. Они могут быть желтыми, темно-желтыми, оранжевыми, зелеными, янтарными, коричневыми. Помимо защиты глаз блю-блокеры значительно улучшают контрастность изображения. Очки отфильтровывают синий свет, в результате чего исчезает хроматическая аберрация света на сетчатке, что увеличивает и разрешающую способность глаза. Блю-блокеры могут быть окрашенными в темные тона и поглощать до 90–92% света, а могут быть светлыми, если поглощают только фиолетово-синий диапазон видимого спектра. В том случае, когда линзы блю-блокеров поглощают более 80–85% лучей всех фиолетово-синих фрагментов видимого спектра, они могут изменить цвет наблюдаемых синих и зеленых предметов. Поэтому для обеспечения цветоразличения предметов всегда необходимо оставлять пропускание хотя бы малой части синих фрагментов света.

Видимое излучение

Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок [1] [2] спектра с длинами волн приблизительно от 380 (фиолетовый) до 780 нм (красный) [3] . Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова). [4] Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра.

В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг. Таких оттенков, как розовый или маджента, нет в спектре видимого излучения, они образуются от смешения других цветов.

Видимое излучение также попадает в «оптическое окно», область спектра электромагнитного излучения, практически не поглощаемая земной атмосферой. Чистый воздух рассеивает голубой свет несколько сильнее, чем свет с большими длинами волн (в красную сторону спектра), поэтому полуденное небо выглядит голубым.

Многие виды животных способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящему в видимый диапазон. Например, пчёлы и многие другие насекомые видят свет в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар на цветах. Растения, опыляемые насекомыми, оказываются в более выгодном положении с точки зрения продолжения рода, если они ярки именно в ультрафиолетовом спектре. Птицы также способны видеть ультрафиолетовое излучение (300—400 нм), а некоторые виды имеют даже метки на оперении для привлечения партнёра, видимые только в ультрафиолете. [5] [6]

Содержание

История

Первые объяснения спектра видимого излучения дали Исаак Ньютон в книге «Оптика» и Иоганн Гёте в работе «Теория Цветов», однако ещё до них Роджер Бэкон наблюдал оптический спектр в стакане с водой. Лишь спустя четыре века после этого Ньютон открыл дисперсию света в призмах. [7]

Ньютон первый использовал слово спектр (лат.  spectrum  — видение, появление) в печати в 1671 году, описывая свои оптические опыты. Он сделал наблюдение, что когда луч света падает на поверхность стеклянной призмы под углом к поверхности, часть света отражается, а часть проходит через стекло, образуя разноцветные полосы. Учёный предположил, что свет состоит из потока частиц (корпускул) разных цветов, и что частицы разного цвета движутся с различной скоростью в прозрачной среде. По его предположению, красный свет двигался быстрее чем фиолетовый, поэтому и красный луч отклонялся на призме не так сильно, как фиолетовый. Из-за этого и возникал видимый спектр цветов.

Ньютон разделил свет на семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, индиго и фиолетовый. Число семь он выбрал из убеждения (происходящего от древнегреческих софистов), что существует связь между цветами, музыкальными нотами, объектами Солнечной системы и днями недели. [8] [9] Человеческий глаз относительно слабо восприимчив к частотам цвета индиго, поэтому некоторые люди не могут отличить его от голубого или фиолетого цвета. Поэтому после Ньютона часто предлагалось считать индиго не самостоятельным цветом, а лишь оттенком фиолетового или голубого (однако он до сих пор включён в спектр в западной традиции). В русской традиции индиго соответствует синему цвету.

Гёте, в отличие от Ньютона, считал, что спектр возникает при наложении разных составных частей света. Наблюдая за широкими лучами света, он обнаружил, что при проходе через призму, на краях луча проявляются красно-желтые и голубые края, между которыми свет остаётся белым, а спектр появляется, если приблизить эти края достаточно близко друг к другу.

В XIX веке, после открытия ультрафиолетового и инфракрасного излучений, понимание видимого спектра стало более точным.

В начале XIX века Томас Юнг и Герман фон Гельмгольц также исследовали взаимосвязь между спектром видимого излучения и цветным зрением. Их теория цветного зрения верно предполагала, что для определения цвета глаз использует три различных вида рецепторов.

Характеристики границ видимого излучения

Длина волны, нм	740	380
Энергия фотонов, Дж	2,61·10 −19	4,97·10 −19
Энергия фотонов, эВ	1,6	3,1
Частота, Гц	3,94·10 14	7,49·10 14
Волновое число, см −1	1,32·10 4	2,50·10 4

Спектр видимого излучения

При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разным углом. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены световыми волнами одной длины (или очень узким диапазоном), называются спектральными цветами. [10] Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице:

Видимый свет: свойства, диапазон, спектр, источники

Видимый свет – это видимая часть электромагнитного излучения, т.е. видимое излучение, воспринимаемое сетчаткой человеческого глаза.

Видимый свет – единственный тип электромагнитных волн, известный людям с незапамятных времен, хотя его природа была неизвестна до 1860-х годов. Люди были очарованы оптическими явлениями, такими как радуга, видимая на фотографии. На протяжении веков спорили о том, имеет ли свет конечную скорость или распространяется мгновенно.

Из этой статьи вы узнаете, как стала понятна природа света и почему мы видим мир в цветах.

В 1861 году Джеймс Максвелл опубликовал уравнения, в которых доказал, что электричество и магнетизм являются двумя видами одного и того же явления – электромагнетизма. Уравнения Максвелла не только связно объяснили все электрические и магнитные явления, но и предсказали существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света c = 3 * 10 8 м / с. Естественным выводом было предположить, что свет – это электромагнитная волна.

Свойства

Электромагнитная волна характеризуется:

• частотой ν, которая представляет собой число полных циклов изменения магнитного или электрического поля в секунду, выраженное в герцах (Гц), 1 Гц = 1 с -1 .
• длиной волны λ, которая является расстоянием между ближайшими точками, где электрическое или магнитное поле находится в одной и той же фазе цикла.

Эти величины связаны между собой: чем выше частота, тем короче длина волны: ν = c / λ , где где c – скорость света.

Диапазон.

Видимый свет охватывает очень узкий диапазон в спектре электромагнитных волн, от 380 до 780 нм. Излучение меньшей длины волны является ультрафиолетовым, а излучение большей длины волны – инфракрасным.

Поэтому мы видим только очень ограниченную часть электромагнитного спектра, для остальной части электромагнитного спектра у нас нет сенсорных клеток, и мы вынуждены прибегать к техническим средствам. Часто информация, которую мы регистрируем с помощью технических средств, таких как инфракрасные камеры, затем “переводится” в цвета, которые мы видим.

Спектр

Человеческий глаз воспринимает свет разной длины волны как впечатление различных цветов (рис. 1).

• фиолетовый от 380 нм до 436 нм;
• синий от 436 нм до 495 нм;
• зеленый от 495 нм до 566 нм;
• желтый, от 566 нм до 589 нм;
• оранжевый 589 нм – 627 нм;
• красный от 627 нм до 780 нм.

Белый свет – это смесь всех цветов. Вы можете увидеть это, разложив свет в призме или посмотрев на радугу, которая возникает в результате дисперсии белого света на капельках воды в облаках.

Как получается, что мы видим мир в красках? Когда белый свет падает на тело, часть излучения поглощается, а часть отражается от его поверхности. Если тело поглощает свет от красного до зеленого и отражает синий и фиолетовый свет, то при рассмотрении в белом свете оно будет иметь оттенок синего или фиолетового, в зависимости от соотношения этих цветов в отраженном свете.

Видимый свет лишь слегка поглощается как атмосферой Земли, так и водой. Эта особенность чрезвычайно важна для жизни на Земле. Ему мы обязаны не только способностью видеть окружающее нас пространство, но и самим происхождением жизни на Земле. Жизнь не могла бы существовать без фотосинтеза, для которого необходим свет.

Свет имеет волновую природу, т.е. он подвержен различным физическим явлениям, характерным для волн, таким как дифракция или интерференция. Но в то же время он имеет корпускулярную природу – он состоит из фотонов, элементарных частиц с нулевым зарядом и массой покоя. Отсутствие массы покоя означает, что фотон не существует в состоянии покоя, он может двигаться только со скоростью света.

Энергия фотона прямо пропорциональна частоте волны и обратно пропорциональна длине электромагнитной волны:

E = h * ν = ( h * c ) / λ, где

где ν – частота волны, λ – длина волны, c = 3 * 10 8 – скорость света, h – постоянная Планка, h = 6,63*10- 34 Дж*с = 4,14*10 -15 эВ·c.

Смешивая вместе красные, синие и зеленые лучи света, можно получить любой цвет. Смешивание света равной интенсивности этих трех цветов дает белый свет (рис. 2). Изменяя пропорцию каждого цвета, можно получить другой цвет. Явление создания новых цветов путем наложения лучей видимого света разной длины называется аддитивным синтезом.

Рис. 2. Аддитивный синтез цвета

Чувствительность человеческого глаза к цветам обусловлена наличием в сетчатке трех типов фоторецепторов, называемых колбочками. Каждый тип колбочек чувствителен к разным цветам света: красному, зеленому и синему. В зависимости от соотношения этих трех цветов, регистрируемых колбочками, в мозге формируется впечатление о полученном цвете.

Центр области видимого света находится на длине волны около 555 нм, что соответствует желто-зеленому цвету. К свету этого цвета чувствительность глаза наиболее высока. Кривая чувствительности глаза стремится к нулю как на длинноволновой, так и на коротковолновой стороне (рис. 3).

Рис. 3. Чувствительность глаз к свету разной длины волны

Все современные мониторы, телевизоры, цифровые камеры и подобные устройства работают по принципу аддитивного смешивания цветов. Комбинируя цвета RGB (красный, зеленый, синий) в любом количестве комбинаций, можно получить широкий спектр производных цветов на экране.

Источники.

Источником видимого света может быть пламя свечи, газ в люминесцентной лампе или зажженная лампочка, а также отражающий солнечный свет объект.

Что такое свет: состав, свойства, цветовой спектр видимого излучения

С первых минут своего появления на свет человек сталкивается с таким природным явлением, как свет. На протяжении всей жизни это воспринимается, как нечто естественное. На самом деле видимый (равно как и невидимый глазом) свет представляет собой сложное физическое явление, которое изучалось многими учеными на протяжении веков.

Свет с точки зрения физики

С точки зрения физики, свет проявляет себя двояко:

1. Как электромагнитная волна (волновая теория света).
2. Как поток частиц (корпускулярная или эмиссионная теория).

Согласно первой теории, свет представляет собой электромагнитное излучение (подобно радиоволнам). Вторая теория утверждает, что световое излучение – поток частиц, обладающих импульсом (подобно летящим в пространстве шарикам).

Впервые электромагнитную теорию, объясняющую некоторые свойства и эффекты, предложил Максвелл. В дальнейшем это направление было развито Юнгом и Френелем.

На рубеже 19 и 20 веков выяснилось, что не все явления можно объяснить с помощью волновой теории. В некоторых эффектах свет проявлял себя, как поток частиц. Эти частицы назвали фотонами. Световое излучение снова стали рассматривать с этой стороны. Сторонником корпускулярной теории был и Альберт Эйнштейн.

По современным представлениям, обе эти теории находятся не в противоречии, но дополняют друг друга. Некоторые световые явления объясняются с точки зрения волновой теории, некоторые – с точки зрения корпускулярной.

Например, с точки зрения волновой теории объясняют различие цветов, воспринимаемых глазом, а также такие явления, как дифракция и интерференция. Однако законы геометрической оптики проще и логичнее объяснять с помощью корпускулярной теории.

Некоторые физические явления (например, давление света) объясняют с точки зрения как одной, так и другой теории.

Из чего состоит свет

Согласно современным представлениям, свет состоит из частиц – фотонов (реже употребляется название световые кванты). Это название ввел американец Гилберт Ньютон Льюис. Излучение света источником сводится к выбросу большого количества фотонов.

С точки зрения современной физики, фотон не имеет размеров, внутренней структуры, а также массы покоя. Последнее означает, что частица света может существовать, лишь двигаясь со скоростью света – около 300 000 км/с. Эта скорость постоянна в любой системе отсчета, если при этом фотон движется в вакууме. При попадании на непрозрачный физический объект световой квант либо отражается, либо поглощается. Фотон является электрически нейтральной частицей, то есть, его заряд равен нулю.

За эталон метра в мире взято расстояние, которое свет проходит за 1/299 792 458 секунды.

Основные характеристики и свойства света

Так как свет является электромагнитным излучением (подобно радиоволнам, только с очень высокой частотой), он имеет те же характеристики, что и любой колебательный процесс:

• частота;
• фаза;
• амплитуда.

В оптике, как и в других разделах физики, для длины волны света применяется буква λ, а частота света обозначается как общепринятой латинской буквой f, так и греческой буквой ν (ню).

Вместо частоты света для видимого излучения удобнее использовать длину волны, которая связана с частотой соотношением λ=с/ν, где с – скорость света в метрах в секунду. Чем выше частота, тем меньше длина волны.

Подавляющее большинство источников света испускают огромное количество фотонов с хаотически изменяющейся фазой. И лишь лазер «выдает» отрезки световых волн («цуги»), находящиеся в одной фазе. В этом случае говорят о когерентности излучения.

Понятия видимый и невидимый свет

Светом называют электромагнитное излучение, лежащее в оптическом диапазоне, который расположен на участке частот от 150 гигагерц (ГГц) до 100 петагерц (ПГц). Это соответствует длинам волн от 2 мм до 4 нм.

Но человеческий глаз способен воспринимать только часть этого участка с частотами, лежащими в пределах 400-800 ТГц (длины волн 760 – 380 нм). Этот участок спектра и называется видимым светом.

Границы видимого света довольно условны. Они определяются индивидуально для каждого человека.

Некоторые животные и насекомые могут не видеть некоторые участки видимого цвета, различаемые человеком. Так, глаз кошки малочувствителен к цветам длинноволнового участка, содержащего красные и желтые оттенки. Но зато они могут видеть свечение в начале ультрафиолетового сектора, недоступное людям.

На самом деле свет занимает небольшой участок в общем спектре электромагнитных колебаний, но он обладает совершенно определенными свойствами. Это позволило выделить науку о свете и его свойствах в отдельную область физики – оптику.

Говорить о том, что у света есть первооткрыватель, некорректно . Изучение оптических явлений началось еще в Античной Греции (по крайней мере, первые упоминания об опытах дошли с тех времен). Из относительно современных ученых, заложивших основы нынешней оптики, следует упомянуть Исаака Ньютона. Он изложил результаты своих исследований в трактате «Оптика, или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света». Английский ученый впервые ввел понятие спектра по отношению к цветовой гамме.

Количество основных цветов по Ньютону — семь – совпадает с количеством музыкальных нот. Английский ученый был убежден в связи между цветами, музыкой и физическими объектами.

Ньютон показал, что многие оттенки можно получить, смешивая различные цвета между собой. Считается также, что он выдвинул гипотезу о корпускулярной природе светового излучения. С другой стороны, на первом этапе научных изысканий сэр Исаак Ньютон был приверженцем эмиссионной теории света, однако через определенный период он склонился к мысли, что свет представляет собой волны.

Несколько позже свой труд «Теория цветов» издал немецкий ученый и поэт Иоганн Гете. Эта монография явилась серьезным вкладом в развитие оптики, как науки. Отличие подхода Гете от опытов Ньютона в том, что он изначально не смешивал цвета, а разлагал их посредством стеклянных призм.

Источники видимого излучения

Основным источником видимого света на Земле является Солнце. Именно солнечный свет воспринимается человеческим глазом, как естественный. Это излучение представляет собой смесь всех основных цветов, в чем легко убедиться, разлагая белый свет призмой. При естественном освещении органы зрения чувствуют себя наиболее комфортно, меньше всего устают, наиболее правильно воспринимают цвета.

Помимо видимого излучения, спектр солнечного света также содержит и ультрафиолетовую, и инфракрасную составляющую. Первая вызывает загар, вторая вносит вклад в нагревание атмосферы и земной поверхности.

Солнечного освещения не всегда бывает достаточно. Например, в зависимости от погоды или от времени суток. С древних времен человечество искало дополнительные источники видимого света. Сначала это был огонь – от костра, от лучины или от керосиновой лампы. Потом настала эра электрического освещения. Лампы накаливания прочно вошли в жизнь человека. Принцип их действия не так сильно отличается от костра или керосиновой лампы – свет излучает нагретое до высокой температуры тело.

В настоящий момент доминирующую позицию занимают светодиодные осветительные приборы. Они излучают свет по другому принципу – фотоны испускаются во время рекомбинации носителей заряда в полупроводниковом переходе. Основное достоинство таких излучателей – экономичность. Этот параметр важен, не менее важна и низкая цена светоизлучающего элемента. Однако качество освещения оценивается по главной характеристике – близость спектра излучения к естественному. Чем ближе окраска света к солнечному, тем комфортнее для глаз считается свет.

Цветовой спектр света

Видимый свет занимает определенный участок электромагнитного спектра. В его границах излучение может иметь различную длину волны, что воспринимается человеческим глазом, как свет различного цвета.

Белый свет, попадая на тела, частично отражается, частично поглощается. Если тело поглощает свет полностью, оно выглядит черным, если полностью отражает – белым. Большинство тел поглощают и отражают определенные участки спектра. Отраженный цвет и определяет, как цветовая окраска тела воспринимается человеческим глазом.

Например, если предмет поглощает все цвета, кроме зеленого (а зеленый он отражает), то мы и видим предмет зеленым.

Поэтому нормальное восприятие цвета можно получить только при освещении, близком к естественному. Если освещать зеленый предмет светом, в котором не будет соответствующей составляющей (например, красным или близким к нему), то этот предмет будет казаться серым. Ведь он не может отразить тот цвет, который на него не падает.

Cиний цвет и его оттенки занимают самый коротковолновый (и высокочастотный) участок спектра, на самом краю переходя в фиолетовый цвет. С повышением частоты излучение переходит в ультрафиолетовый сектор и перестает быть видимым. Длинноволновый (низкочастотный) участок занимают оттенки красного. Если частота света еще ниже, он относится к граничащему с видимым инфракрасному сектору, который также не воспринимается человеческим глазом.

Некоторые цвета отсутствуют в спектре видимого света, их можно получить только смешением цветов. Кроме того, истинный белый цвет, который глазом воспринимается, как естественное освещение, содержит все длины волн видимой части. Наблюдать это в природе можно на примере радуги. При определенных условиях в атмосфере, происходит разложение полного спектра на составляющие цвета.

Ни один источник (кроме, с оговорками, лазера) не дает свет строго определенной длины волны (монохроматический свет). В большинстве случаев излучается смешанный свет, в спектре которого присутствуют несколько линий с разной длиной волны.

Наибольшее количество комбинаций цветов можно получить, смешивая красный, синий и зеленый цвета в различных соотношениях. Доступные оттенки перерывают почти весь спектр, которые может видеть человеческий глаз. Поэтому по принципу RGB (Red, Green, Blue) построены многочисленные устройства формирования изображения, начиная с цветных телевизоров, заканчивая светодиодными лентами. Но с помощью этих трех цветов получить естественный белый не получится – придется подмешивать дополнительные цвета.

Длина световой волны

Свет с различной длиной волны воспринимается глазом, как различный цвет. Кроме того, от длины волны света зависит энергия, переносимая световыми квантами. Зависимость энергии от частоты вывел немецкий ученый Макс Планк. Его знаменитая формула выглядит так:

E=h*ν, где:

• E – энергия фотона, Дж;
• ν – частота излучения, Гц;
• h – постоянная планка, приблизительно равная 6,626 −34 кг·м 2 ·с −1 (Дж·с).

Переходя от частоты к длине волны, можно записать формулу Планка в виде E=h*c/λ. Очевидно, что чем короче волна (выше частота), тем выше энергия фотона. Наибольшую энергию несет синее и фиолетовое излучение, наименьшую – оранжевое и красное.

Связь длины волны, цвета и энергии сведена в таблицу.

Цвет	Длина волны, нм	Энергия, эВ
Красный	635..770	2,82..3,26
Оранжевый	590..635	2,56..2,82
Желтый	565..590	2,48..2,56
Зеленый	520..565	2,19..2,48
Голубой	500..520	2,48..2,56
Синий	450..500	2,56..2,82
Фиолетовый	380..450	2,82..3,26

На самом деле четкой границы между цветами нет – многое зависит от индивидуального восприятия. То, что одному человеку кажется оттенком зеленого, другой индивидуум может воспринимать, как голубой цвет.

Заключение

Свойства света изучаются уже несколько веков. Науке, казалось бы, известно об этом физическом явлении, все. На самом деле, световое излучение таит в себе еще немало неизведанного, задач и вызовов хватит не на одно поколение ученых.

Инженер-электрик. Специалист по проектированию и эксплуатации электротехнических изделий.