V roku 1873 slávny britský fyzik D.K. Maxwell vytvára všeobecnú teóriu, ktorá popisuje procesy prebiehajúce vo vlnách, pričom boli prezentované vo forme vírových porúch. Následne sa väčšina jeho teoretických výpočtov brilantne potvrdila. V súčasnosti sa rozšírili, keďže samotné polia sa začali posudzovať z hľadiska procesov kvantovej fyziky. Zároveň bolo navrhnuté, že aj viditeľné svetlo nie je nič iné ako jedna z odrôd elektromagnetickej vlny. V roku 2009 to konečne dokázali fyzici (merala sa magnetická zložka svetelného toku). Jeho hlavný rozdiel od iných odrôd vo vlnovej dĺžke.
Všetci sme zvyknutí na svetlo, berieme ho ako samozrejmosť a málokedy si kladieme otázky: aká je vlnová dĺžka svetla, čo to je atď. Dokonca aj Biblia hovorí, že Boh stvoril svetlo v prvý deň stvorenia. Nepriamo to naznačuje dôležitosť tohto pre všetky živé veci. Viditeľné svetlo je žiarenie elektromagnetickej povahy, ktoré môže oko priamo detegovať. Zrakový orgán však nezachytáva celé spektrum vlny, ale len určitý interval: dolná hranica je približne 380 nm a horná 780 nm. Prečo "asi"? Pretože každý človek má inú citlivosť zraku a tieto limity sú orientačné. Celé spektrum je také rozsiahle, že je viditeľné iba 0,04 % ľudského viditeľného svetla.
Ak si v duchu predstavíte dvojrozmerné súradnice, vlnová dĺžka svetla v nanometroch bude vynesená pozdĺž horizontálnej osi a citlivosť očí bude indikovať vertikálnu os. V súlade s tým začiatok vlny padá na 780 a koniec - na 380. Vrchol sa dosiahne pri hodnote 555 nm. V rozsahu 10 nm - 380 nm je a infračervené 780 nm - 1 mm. Celková medzera, ktorá je súčtom ultrafialového, viditeľného a infračerveného žiarenia, je optické spektrum, aj keď to neznamená, že všetky je možné vidieť voľným okom. Vlnová dĺžka svetla je pre človeka najdôležitejšou vlastnosťou, pretože práve vďaka nej dokážeme rozlíšiť farby. Najjednoduchšie je zachytiť farebné odtiene na vrchole vlny (555 nm), ale na okrajoch, v oblastiach modrej a červenej farby, je to ťažšie. Preto práve pri určovaní odvodených odtieňov majú ľudia niekedy nezhody, pretože citlivosť očných receptorov je iná. Zaujímavé je, že 555 nm je zelené farebné spektrum, ktoré je najjasnejšie rozlíšiteľné. Je to náhoda, že tráva a listy sú zelené? Mimochodom, môžete vidieť časť infračerveného žiarenia, ak nasmerujete fotoaparát mobilný telefón(alebo digitálneho fotoaparátu) na LED funkčného diaľkového ovládača od domácich spotrebičov (TV, tuner a pod.).
Vlnová dĺžka červeného svetla zodpovedá 700 nm, teda takmer od samého okraja viditeľnej oblasti. Z toho vyplýva, že 10 konvenčných jednotiek žiarenia v tomto rozsahu zachytí oko ako jednu jednotku v zelenej farbe (555 nm). Ale vlnová dĺžka žltého svetla, ktorá je od 560 nm do 590 nm, sa nachádza bližšie k vrcholu vlny, takže chyby pri určovaní odtieňov ľudským okom sú menej časté.
Okrem rôznych farieb musíte v živote často riešiť aj bielu. V skutočnosti v spektre nie je žiadna biela. Získava sa zmiešaním troch základných farieb. Verí sa, že ak skombinujete všetkých sedem farieb dúhy rovnakej intenzity, získate čisto bielu. Zároveň zvyčajne aspoň jeden z nich prevláda, čo dodáva určitý odtieň. Môžete to urobiť jednoduchšie a namiešať len tri farby – červenú, modrú a zelenú. Existencia televíznych obrazoviek založených na lúčoch s tromi elektródami schopnými zobraziť bod biela farba, je toho priamym dôkazom.
Zodpovedá nejakému druhu monochromatického žiarenia. Odtiene ako ružová, béžová alebo fialová vznikajú len zmiešaním niekoľkých monochromatických žiarení s rôznymi vlnovými dĺžkami.
Viditeľné žiarenie vstupuje aj do „optického okna“, do oblasti spektra elektromagnetická radiácia, prakticky neabsorbované zemskou atmosférou. Čistý vzduch rozptyľuje modré svetlo oveľa silnejšie ako svetlo s dlhšími vlnovými dĺžkami (smerom k červenej strane spektra), takže poludňajšia obloha vyzerá modro.
Mnohé druhy zvierat sú schopné vidieť žiarenie, ktoré nie je viditeľné pre ľudské oko, to znamená, že nie je zahrnuté vo viditeľnom rozsahu. Napríklad včely a mnoho iného hmyzu vidia svetlo v ultrafialovom pásme, čo im pomáha nájsť nektár na kvetoch. Rastliny opelené hmyzom sú v lepšej pozícii z hľadiska rozmnožovania, ak sú svetlé v ultrafialovom spektre. Vtáky sú tiež schopné vidieť ultrafialové žiarenie (300-400 nm) a niektoré druhy majú dokonca na perách znaky, ktoré priťahujú partnera, viditeľné iba v ultrafialovom svetle.
Encyklopedický YouTube
1 / 5
✪ Infračervené svetlo: mimo viditeľného svetla
✪ Viditeľné žiarenie
✪ Dvojlom (viditeľné svetlo)
✪ O viditeľných a neviditeľných
✪ Luminiscencia a fosforescencia
titulky
Ľudstvo vždy priťahovala nočná obloha Kreslili sme obrázky z hviezd, sledovali planéty, videli sme znamenia a predpovede v nebeských objektoch. Ale vo vesmíre je stále toľko neznámeho. Obrovské vzdialenosti nás delia od objektov, ktoré by nám pomohli nájsť odpovede na najdôležitejšie otázky: Ako vznikli galaxie? Ako sa objavili hviezdy a planéty? Sú na iných planétach podmienky vhodné pre život? Aby sme mohli rozvíjať a testovať naše teórie, musíme vedieť, čo sa deje vo vesmíre. Preto vytvárame zariadenia, ktoré nám pomáhajú vidieť viac. Sú stále väčšie a väčšie. Všetko je silnejšie. Všetko je dokonalejšie. Časom sa astronómovia prestali spoliehať len na svetlo viditeľné voľným okom. Keď sa pozriete na svet okolo seba, vidíte takzvané „viditeľné svetlo“. Viditeľné svetlo je však len jednou z foriem žiarenia. Vo vesmíre existuje veľa rôznych druhov žiarenia. je všade. Naše telo sa naučilo vnímať viditeľné svetlo cez oči. Ale naučila sa vnímať aj iný druh žiarenia nazývaný infračervené svetlo. Naše telo to cíti ako teplo. Toto infračervené žiarenie objavil astronóm Frederick William Herschel. Herschel vedel, že hranol sa dá použiť na rozdelenie bieleho svetla do rôznych farieb. Chcel vedieť, či rôzne farby majú rôzne teploty. A ukázalo sa, že majú! Potom však Herschel zmeral teplotu prázdneho priestoru vedľa červenej. Svetlo nebolo vidno, ale teplota stúpala. Herschel teda objavil neviditeľné infračervené žiarenie. Teraz ľudstvo vie, že existujú druhy žiarenia neviditeľné pre oči. Môžu byť kdekoľvek. Všade okolo nás. Koľkí tam sú? Prečo existujú? čo skrývajú? Samozrejme, že sme to museli zistiť. Energia, ktorá sa šíri vesmírom vo forme vĺn, sa nazýva elektromagnetické žiarenie. Celý rozsah štúdií, od vysokoenergetických gama lúčov po nízkoenergetické rádiové vlny, sa nazýva elektromagnetické spektrum. Naše oči vidia iba viditeľné svetlo, ale môžeme postaviť zariadenia, ako sú infračervené kamery, aby sme videli aj iné typy svetla. Tieto človekom vytvorené „oči“ vidia pre nás neviditeľné svetlo a menia ho na obraz, ktorý je pre naše oči zrozumiteľný. Objekty môžu vyžarovať rôzne druhy žiarenia. Pozorovaním celého spektra položky môžeme vidieť skutočný obraz položky. Keď takéto zariadenia nasmerujeme na oblohu, odhalia nám vesmír v celej jeho kráse. Keď sa pozrieme na nočnú oblohu, vidíme hviezdy a planéty, galaxie a hmloviny iba vo viditeľnom svetle. Ale ak by bolo možné rozpoznať infračervené svetlo, obloha by vyzerala úplne inak. po prvé, dlhé vlny infračervené svetlo môže prechádzať cez oblaky plynu a prachu. Kratšie vlnové dĺžky viditeľného svetla sú pri prechode cez takéto zhluky častíc blokované alebo rozptýlené. Ukazuje sa, že pozorovaním infračerveného svetla môžeme vidieť predmety, ktoré vyžarujú teplo aj cez oblaky plynu a prachu. Ako táto novovytvorená hviezda. Objekty, ktoré samy o sebe nevyžarujú viditeľné svetlo, ako napríklad planéty, môžu byť dostatočne horúce na to, aby vyžarovali infračervené svetlo, čo nám umožňuje vidieť ich. A sledovaním infračerveného svetla hviezdy prechádzajúceho atmosférou môžeme študovať chemické zloženie planéty. Prachový chvost, ktorý za sebou zanechali vzdialené planéty počas ich formovania, tiež vyžaruje infračervené svetlo, čo nám pomáha pochopiť, ako sa rodia nové planéty. Infračervené svetlo nám teda pomáha vidieť objekty, ktoré sú v blízkosti. Ale okrem toho nám môže povedať o tom, ako sa prvé objekty vo vesmíre objavili bezprostredne po Veľkom tresku. Predstavte si, že posielate list na Zem z galaxie vzdialenej miliardy svetelných rokov. Bude to trvať neskutočne dlho! A keď konečne príde, kto si to prečíta, dozvie sa správy staré miliardy rokov. Svetlo úplne prvých hviezd vytvorených v mladom vesmíre sa správa úplne rovnako. Pred mnohými rokmi opúšťa hviezdy a cestuje vesmírom a prekonáva gigantické vzdialenosti medzi galaxiami. Keby sme to videli, videli by sme galaxie také, aké boli v ranom vesmíre. Ukázalo sa, že sme mohli vidieť minulosť! Ale bohužiaľ to nevidíme. prečo? Pretože vesmír sa rozpína. Ako svetlo cestuje priestorom, je natiahnuté touto expanziou. Prvé hviezdy žiarili hlavne vo viditeľnom a ultrafialovom spektre, ale natiahnutím sa zmenila vlnová dĺžka svetla a zmenilo sa na infračervené. Tento efekt sa nazýva „červený posun“. Jediný spôsob, ako vidieť svetlo zo vzdialených hviezd, ktoré sa k nám dostáva, je hľadať veľmi slabé infračervené svetlo. Jeho zberom môžeme znovu vytvoriť snímky úplne prvých galaxií, ktoré sa objavili vo vesmíre. Pri sledovaní zrodu prvých hviezd a galaxií si prehlbujeme vedomosti o tom, ako vznikol náš vesmír. Ako sa vesmír zmenil od prvých trblietavých hviezd k miliardám hviezd, ktoré dnes vidíme. Čo sa dozvedáme o tom, ako galaxie rástli a vyvíjali sa? Ako chaos raného vesmíru nadobudol poriadok a štruktúru? NASA v súčasnosti buduje nový vesmírny teleskop Jamesa Webba. S obrovským zrkadlom na zber infračerveného žiarenia a obežnou dráhou ďaleko za Mesiacom nám Webb umožní vidieť vesmír tak, ako sme ho nikdy predtým nevideli. Webb bude hľadať známky vody na planétach obiehajúcich okolo iných hviezd. Urobí fotografie z detstva nášho vesmíru. Uvidí hviezdy a planetárne systémy ukryté v zámotkoch prachu. Bude schopný nájsť odpovede na najdôležitejšie otázky vesmíru a možno aj na tie, na ktoré sme sa ešte nestihli opýtať. Odpovede, ktoré sa pred nami skrývajú v podobe infračerveného svetla. Všetko, čo musíme urobiť, je pozerať sa. [Infračervené svetlo: Za viditeľnosťou] [Ako funguje teleskop Jamesa Webba] Preklad a titulky: astronomyday.ru
Príbeh
Prvé vysvetlenia príčin vzniku spektra viditeľného žiarenia podali Isaac Newton v knihe „Optika“ a Johann Goethe v diele „Teória farieb“, no ešte pred nimi Roger Bacon pozoroval optické spektrum v r. pohár vody. Až o štyri storočia neskôr objavil Newton rozptyl svetla v hranoloch.
Newton ako prvý použil v roku 1671 v tlači slovo spektrum (lat. spektrum - videnie, vzhľad), opisujúce jeho optické experimenty. Zistil, že keď lúč svetla dopadá na povrch skleneného hranola pod uhlom k povrchu, časť svetla sa odráža a časť prechádza cez sklo a vytvára pásy rôznych farieb. Vedec navrhol, že svetlo pozostáva z prúdu častíc (teliesok) rôznych farieb a že častice rôznych farieb sa pohybujú v priehľadnom médiu rôznymi rýchlosťami. Podľa jeho predpokladu sa červené svetlo šírilo rýchlejšie ako fialové, a preto sa červený lúč na hranole nevychyľoval tak ako fialový. Z tohto dôvodu vzniklo viditeľné spektrum farieb.
Newton rozdelil svetlo na sedem farieb: červenú, oranžovú, žltú, zelenú, modrú, indigovú a fialovú. Číslo sedem si vybral z presvedčenia (odvodeného od starých gréckych sofistov), že existuje spojenie medzi farbami, hudobnými notami, predmetmi v slnečnej sústave a dňami v týždni. Ľudské oko je pomerne slabo citlivé na indigové frekvencie, takže niektorí ľudia ho nedokážu rozlíšiť od modrej alebo fialovej. Preto sa po Newtonovi často navrhovalo považovať indigo nie za nezávislú farbu, ale iba za odtieň fialovej alebo modrej (v západnej tradícii je však stále súčasťou spektra). V ruskej tradícii indigo zodpovedá modrej.
| Farba | Rozsah vlnových dĺžok, nm | Frekvenčný rozsah, THz | Energetický rozsah fotónov, eV |
|---|---|---|---|
| fialový | ≤450 | ≥667 | ≥2,75 |
| Modrá | 450-480 | 625-667 | 2,58-2,75 |
| modro zelená | 480-510 | 588-625 | 2,43-2,58 |
| zelená | 510-550 | 545-588 | 2,25-2,43 |
| žltá zelená | 550-570 | 526-545 | 2,17-2,25 |
| žltá | 570-590 | 508-526 | 2,10-2,17 |
| Oranžová | 590-630 | 476-508 | 1,97-2,10 |
| Červená | ≥630 | ≤476 | ≤1,97 |
Hranice rozsahov uvedených v tabuľke sú podmienené, ale v skutočnosti farby hladko prechádzajú do seba a umiestnenie hraníc medzi nimi viditeľných pre pozorovateľa závisí vo veľkej miere od podmienok pozorovania.
Spektrum elektromagnetických vĺn.
Elektromagnetické vlny sú klasifikované podľa ich vlnovej dĺžky alebo ich pridruženej vlnovej frekvencie. Poznamenávame tiež, že tieto parametre charakterizujú nielen vlnové, ale aj kvantové vlastnosti elektromagnetického poľa. Podľa toho je v prvom prípade elektromagnetická vlna opísaná klasickými zákonmi študovanými v tento objem, a v druhých - kvantových zákonoch, študovaných v zväzku 5 tejto príručky.
Zvážte koncept spektra elektromagnetických vĺn. Spektrum elektromagnetických vĺn je frekvenčné pásmo elektromagnetických vĺn, ktoré existujú v prírode.
Spektrum elektromagnetického žiarenia v poradí rastúcej frekvencie je:
1) rádiové vlny;
2) infračervené žiarenie;
3) vyžarovanie svetla;
4) röntgenové žiarenie;
5) Gama žiarenie.
Rôzne časti elektromagnetického spektra sa líšia v spôsobe, akým vyžarujú a prijímajú vlny patriace do tej či onej časti spektra. Z tohto dôvodu neexistujú žiadne ostré hranice medzi rôznymi časťami elektromagnetického spektra.
Rádiové vlny študuje klasická elektrodynamika. Infračervené svetlo a ultrafialové žiarenie študuje klasická optika aj kvantová fyzika. Röntgenové a gama žiarenie sa študuje v kvantovej a jadrovej fyzike.
Pozrime sa podrobnejšie na spektrum elektromagnetických vĺn.
Rádiové vlny.
Rádiové vlny sú elektromagnetické vlny s vlnovými dĺžkami väčšími ako 0,1 mm (frekvencia menšia ako 3 10 12 Hz = 3000 GHz).
Rádiové vlny sa delia na:
1. ultradlhé vlny s vlnovou dĺžkou väčšou ako 10 km (frekvencia menej ako 3 10 4 Hz = 30 kHz);
2. Dlhé vlny v rozsahu dĺžok od 10 km do 1 km (frekvencia v rozsahu 3 10 4 Hz - 3 10 5 Hz = 300 kHz);
3. Stredné vlny v rozsahu dĺžok od 1 km do 100 m (frekvencia v rozsahu 3 10 5 Hz -310 6 Hz = 3 MHz);
4. Krátke vlny v rozsahu vlnových dĺžok od 100m do 10m (frekvencia v rozsahu 310 6 Hz-310 7 Hz=30 MHz);
5. Ultrakrátke vlny s vlnovou dĺžkou menšou ako 10 m (frekvencia viac ako 310 7 Hz = 30 MHz).
Ultrakrátke vlny sa zase delia na:
a) metrové vlny;
b) centimetrové vlny;
c) milimetrové vlny;
d) submilimeter alebo mikrometer.
Vlny s vlnovou dĺžkou menšou ako 1 m (frekvencia menšia ako 300 MHz) sa nazývajú mikrovlny alebo mikrovlny.
Vzhľadom na veľké hodnoty vlnových dĺžok rádiového rozsahu v porovnaní s veľkosťou atómov možno uvažovať o šírení rádiových vĺn bez zohľadnenia atomistickej štruktúry média, t.j. fenomenologicky, ako je zvykom pri konštrukcii Maxwellovej teórie. Kvantové vlastnosti rádiových vĺn sa prejavujú len pre najkratšie vlny susediace s infračervenou časťou spektra a pri šírení tzv. ultrakrátke impulzy s trvaním rádovo 10 -12 s - 10 -15 s, porovnateľné s dobou oscilácií elektrónov vo vnútri atómov a molekúl.
Infračervené a svetelné žiarenie.
Infračervené, svetelné, vrátane ultrafialového žiarenia tvoria optickú oblasť spektra elektromagnetických vĺn v najširšom zmysle slova. Blízkosť spektrálnych úsekov uvedených vĺn viedla k podobnosti metód a nástrojov používaných na ich štúdium a praktické uplatnenie. Historicky sa na tieto účely používali šošovky, difrakčné mriežky, hranoly, diafragmy, opticky aktívne látky, ktoré sú súčasťou rôznych optických zariadení (interferometre, polarizátory, modulátory atď.).
Na druhej strane žiarenie optickej oblasti spektra má všeobecné vzory priechod rôznych médií, ktorý je možné získať pomocou geometrickej optiky, ktorá sa široko používa na výpočty a konštrukciu optických zariadení a kanálov na šírenie optických signálov.
Optické spektrum zaberá rozsah elektromagnetických vlnových dĺžok v rozsahu od 210 -6 m = 2 μm do 10 -8 m = 10nm (vo frekvencii od 1,510 14 Hz do 310 16 Hz). Horná hranica optického rozsahu je určená dlhovlnnou hranicou infračerveného rozsahu a spodná hranica krátkovlnnou hranicou ultrafialového žiarenia (obr. 2.14).
Šírka optického frekvenčného rozsahu je približne 18 oktáv 1 , z čoho optický rozsah predstavuje približne jednu oktávu (); pre ultrafialové - 5 oktáv (), pre infračervené žiarenie - 11 oktáv (
V optickej časti spektra nadobúdajú na význame javy spôsobené atomistickou štruktúrou hmoty. Z tohto dôvodu sa spolu s vlnovými vlastnosťami optického žiarenia objavujú aj kvantové vlastnosti.
Röntgenové a gama žiarenie.
V oblasti röntgenového a gama žiarenia vystupujú do popredia kvantové vlastnosti žiarenia.
Röntgenové žiarenie vzniká pri spomaľovaní rýchlo nabitých častíc (elektrónov, protónov atď.), Ako aj v dôsledku procesov prebiehajúcich vo vnútri elektrónových obalov atómov.
Gama žiarenie je dôsledkom javov vyskytujúcich sa vo vnútri atómových jadier, ako aj výsledkom jadrových reakcií. Hranica medzi röntgenovým a gama žiarením je podmienene určená veľkosťou energetického kvanta 2 zodpovedajúceho danej frekvencii žiarenia.
Röntgenové žiarenie pozostáva z elektromagnetických vĺn s dĺžkou 50 nm až 10 -3 nm, čo zodpovedá kvantovej energii 20 eV až 1 MeV.
Gama žiarenie je elektromagnetické vlnenie s vlnovou dĺžkou menšou ako 10 -2 nm, čo zodpovedá energii fotónu väčšej ako 0,1 MeV.
elektromagnetická povaha svetla.
Svetlo je viditeľná časť spektra elektromagnetických vĺn, ktorých vlnové dĺžky zaberajú interval od 0,4 µm do 0,76 µm. Každá spektrálna zložka optického žiarenia môže byť spojená s určitou farbou. Farba spektrálnych zložiek optického žiarenia je určená ich vlnovou dĺžkou. Farba žiarenia sa pri znižovaní jeho vlnovej dĺžky mení nasledovne: červená, oranžová, žltá, zelená, azúrová, indigová, fialová.
Červené svetlo zodpovedajúce najdlhšej vlnovej dĺžke definuje červený koniec spektra. Fialové svetlo - zodpovedá fialovému okraju.
Prirodzené svetlo je bezfarebné a je superpozíciou elektromagnetických vĺn z celého viditeľného spektra. Prirodzené svetlo pochádza z emisie elektromagnetických vĺn excitovanými atómami. Povaha budenia môže byť rôzna: tepelná, chemická, elektromagnetická atď. V dôsledku excitácie atómy vyžarujú elektromagnetické vlny chaotickým spôsobom po dobu asi 10 -8 sekúnd. Keďže energetické spektrum excitácie atómov je dosť široké, z celého viditeľného spektra sa vyžarujú elektromagnetické vlny, ktorých počiatočná fáza, smer a polarizácia sú náhodné. Z tohto dôvodu prirodzené svetlo nie je polarizované. To znamená, že "hustota" spektrálnych zložiek elektromagnetických vĺn prirodzeného svetla, ktoré majú vzájomne kolmé polarizácie, je rovnaká.
Harmonické elektromagnetické vlny svetelného rozsahu sa nazývajú monochromatické. Pre monochromatickú svetelnú vlnu je jednou z hlavných charakteristík intenzita. Intenzita svetelnej vlny je priemerná hodnota hustoty toku energie (1,25) prenášanej vlnou:
kde je Poyntingov vektor.
Výpočet intenzity svetelnej, rovinnej, monochromatickej vlny s amplitúdou elektrické pole v homogénnom prostredí s dielektrickou a magnetickou permeabilitou podľa vzorca (1.35), berúc do úvahy (1.30) a (1.32), dáva:
kde je index lomu média; - vákuová impedancia.
Tradične sa optické javy zvažujú pomocou lúčov. Opis optických javov pomocou lúčov sa nazýva geometricko-optický. Pravidlá hľadania trajektórií lúčov vyvinuté v geometrickej optike sa v praxi široko používajú na analýzu optických javov a pri konštrukcii rôznych optických zariadení.
Uveďme definíciu lúča na základe elektromagnetického znázornenia svetelných vĺn. Po prvé, lúče sú čiary, pozdĺž ktorých sa šíria elektromagnetické vlny. Z tohto dôvodu je lúč priamka, v ktorej každom bode priemerný Poyntingov vektor elektromagnetickej vlny smeruje tangenciálne k tejto priamke.
V homogénnych izotropných prostrediach sa smer stredného Poyntingovho vektora zhoduje s normálou k povrchu vlny (rovnofázová plocha), t.j. pozdĺž vlnového vektora.
V homogénnych izotropných prostrediach sú teda lúče kolmé na príslušnú vlnoplochu elektromagnetickej vlny.
Zoberme si napríklad lúče vyžarované bodovým monochromatickým zdrojom svetla. Z hľadiska geometrickej optiky vychádza zo zdrojového bodu v radiálnom smere sústava lúčov. Z pozície elektromagnetickej podstaty svetla sa zo zdrojového bodu šíri sférické elektromagnetické vlnenie. V dostatočne veľkej vzdialenosti od zdroja možno zakrivenie čela vlny zanedbať, za predpokladu, že lokálne sférické vlnenie je rovinné. Rozdelením povrchu čela vlny na veľké množstvo lokálne plochých úsekov je možné stredom každého úseku nakresliť normálu, pozdĺž ktorej sa šíri rovinná vlna, t.j. v geometricko-optickej interpretácii lúča. Obidva prístupy teda poskytujú rovnaký opis uvažovaného príkladu.
Hlavnou úlohou geometrickej optiky je nájsť smer lúča (trajektóriu). Rovnica trajektórie sa nájde po vyriešení variačnej úlohy hľadania minima tzv. akcie na požadovaných trajektóriách. Bez toho, aby sme zachádzali do podrobností o prísnej formulácii a riešení tohto problému, môžeme predpokladať, že lúče sú trajektórie s najmenšou celkovou optickou dĺžkou. Toto tvrdenie je dôsledkom Fermatovho princípu.
Variačný prístup k určovaniu dráhy lúčov možno aplikovať aj na nehomogénne prostredia, t.j. také médiá, v ktorých je index lomu funkciou súradníc bodov prostredia. Ak funkcia opisuje tvar povrchu čela vlny v nehomogénnom prostredí, potom ju možno nájsť na základe riešenia parciálnej diferenciálnej rovnice, známej ako eikonalá rovnica, a v analytickej mechanike ako Hamilton-Jacobiho rovnica:
Matematický základ geometricko-optickej aproximácie elektromagnetickej teórie teda tvoria rôzne metódy určovania polí elektromagnetických vĺn na lúčoch na základe rovnice eikonal alebo iným spôsobom. Geometricko-optická aproximácia je v praxi široko používaná v rádioelektronike na výpočet tzv. kvázioptické systémy.
Na záver poznamenávame, že schopnosť opísať svetlo súčasne a z vlnových polôh riešením Maxwellových rovníc a pomocou lúčov, ktorých smer je určený z Hamiltonových-Jacobiho rovníc popisujúcich pohyb častíc, je jedným z prejavov. dualizmu svetla, ktorý, ako je známe, viedol k formulácii hlavných princípov kvantovej mechaniky.
1) Oktáva je podľa definície rozsah frekvencií medzi ľubovoľnou frekvenciou w a jej druhou harmonickou rovnajúcou sa 2w.
2) h=6,6310 -34 Jsec - Planckova konštanta.
Hoci sa elektromagnetické vlny všetkých frekvencií šíria vo vákuu rovnako – rýchlosťou svetla, ich interakcia s hmotou veľmi závisí od frekvencie (a tiež od vlnovej dĺžky a kvantovej energie). Podľa povahy interakcie s hmotou sa žiarenie delí na rozsahy: gama žiarenie, röntgenové žiarenie, ultrafialové, viditeľné svetlo, infračervené žiarenie a rádiové vlny, ktoré spolu tvoria elektromagnetické spektrum. Tieto rozsahy sa zase delia na podrozsahy a vo vede neexistuje jediná zavedená tradícia takéhoto delenia. Veľa závisí od aplikovaného technické prostriedky na tvorbu a registráciu žiarenia. Preto sú v každej oblasti vedy a techniky podrozsahy definované vlastným spôsobom a často dokonca posúvajú hranice hlavných rozsahov.
Viditeľné žiarenie
Z celého spektra je ľudské oko schopné zachytiť žiarenie len vo veľmi úzkom rozsahu viditeľného svetla. Od jedného okraja k druhému sa frekvencia žiarenia (rovnako ako vlnová dĺžka a energia fotónu) mení menej ako dvojnásobne. Pre porovnanie, najdlhšie rádiové vlny sú 10 14-krát dlhšie ako viditeľné žiarenie a energeticky najaktívnejšie gama lúče sú 10 20-krát energickejšie. Napriek tomu sa po mnoho tisícročí väčšina informácií o svete okolo nás čerpala z oblasti viditeľného žiarenia, ktorého hranice sú určené vlastnosťami svetlocitlivých buniek ľudskej sietnice.
Rôzne vlnové dĺžky viditeľného svetla ľudia vnímajú ako rôzne farby – od červenej po fialovú. Tradičné rozdelenie viditeľného spektra na sedem farieb dúhy je kultúrnou konvenciou. Medzi farbami neexistujú jasné fyzické hranice. Angličania napríklad zvyčajne rozdeľujú dúhu na šesť farieb. Známe sú aj ďalšie možnosti. Len tri rôzne typy receptorov sú zodpovedné za vnímanie celej palety farieb a odtieňov viditeľného svetla, ktoré sú citlivé na červenú, zelenú a modrú. To vám umožňuje reprodukovať takmer akúkoľvek farbu zmiešaním týchto troch základných farieb na obrazovke.
Na príjem viditeľného svetla zo vzdialených kozmických zdrojov sa používajú konkávne zrkadlá, ktoré zbierajú žiarenie z veľkej plochy takmer do jedného bodu. Čím väčšie sú zrkadlá, tým výkonnejší je ďalekohľad. Zrkadlá musia byť vyrobené s mimoriadne vysokou presnosťou – odchýlky od ideálneho tvaru povrchu by nemali presiahnuť desatinu vlnovej dĺžky – 40 nanometrov, teda 0,04 mikrónu. A takáto presnosť by mala byť zachovaná pri akomkoľvek otočení zrkadla. To určuje vysoká cena veľké teleskopy. Priemer zrkadiel najväčších optických prístrojov - Keckových teleskopov na Havaji - je 10 metrov.
Hoci je atmosféra priehľadná pre viditeľné svetlo (označená modrými šípkami na plagáte), stále spôsobuje vážne rušenie pozorovaní. Aj keď zabudnete na mraky, atmosféra mierne ohýba lúče svetla, čo znižuje jasnosť obrazu. Navyše samotný vzduch rozptyľuje dopadajúce svetlo. Cez deň táto modrá žiara spôsobená rozptýleným svetlom Slnka neumožňuje astronomické pozorovania a v noci rozptýlené svetlo hviezd (a v posledných desaťročiach umelé osvetlenie oblohy vonkajším osvetlením z miest , autá a pod.) obmedzuje viditeľnosť najbledších objektov. Vyrovnať sa s týmito ťažkosťami umožňuje odstránenie teleskopov do vesmíru. Hubbleov teleskop má na pozemské pomery veľmi skromnú veľkosť – priemer 2,24 metra, no vďaka mimoatmosférickému umiestneniu umožnil uskutočniť mnohé prvotriedne astronomické objavy.
Ultrafialové žiarenie
Na strane krátkovlnnej dĺžky viditeľného svetla je ultrafialový rozsah, ktorý sa delí na blízky a vákuový. Podobne ako viditeľné svetlo, aj ultrafialové žiarenie prechádza atmosférou. Človek to nevníma zmyslami, ale v blízkosti ultrafialového žiarenia spôsobuje opálenie pokožky. Ide o ochrannú reakciu kože na určité chemické poruchy pod vplyvom ultrafialového žiarenia. Čím je vlnová dĺžka kratšia, tým väčšie rozrušenie môže ultrafialové žiarenie spôsobiť v biologických molekulách. Ak by všetko ultrafialové svetlo prešlo atmosférou, život na povrchu Zeme by bol nemožný. Nad určitou frekvenciou však atmosféra prestáva prenášať ultrafialové žiarenie, pretože energia jeho kvánt postačuje na zničenie (disociáciu) molekúl vzduchu. Jedným z prvých ultrafialových šokov je ozón, po ktorom nasleduje kyslík. Atmosférické plyny spoločne chránia povrch Zeme pred tvrdým ultrafialovým žiarením Slnka, ktoré sa nazýva vákuové žiarenie, keďže sa môže šíriť len prázdnotou (vákuom). Horná hranica ultrafialového vákua - 200 nm. Od tejto vlnovej dĺžky začne molekulárny kyslík (O 2) absorbovať ultrafialové svetlo.
Teleskopy pre blízke ultrafialové žiarenie sú postavené podľa rovnakých princípov ako pre viditeľný rozsah. Používajú aj zrkadlá potiahnuté tenkou reflexnou kovovou vrstvou, no musia byť vyrobené s ešte väčšou presnosťou. Blízke ultrafialové žiarenie je možné pozorovať zo Zeme, vákuum - iba z vesmíru.
röntgenového žiarenia
Neexistuje žiadna formálna hranica medzi tvrdým ultrafialovým a röntgenovým žiarením. Existujú dva hlavné prístupy k jeho definícii: na jednej strane je zvykom označovať röntgenové žiarenie, ktoré môže spôsobiť excitáciu atómových jadier - rovnako ako viditeľné a infračervené žiarenie excituje elektrónové obaly atómov a molekúl. V tomto prípade môže byť dokonca aj tvrdé vákuové ultrafialové v niektorých prípadoch označované ako röntgenové lúče. V inom prístupe žiarenie s vlnovou dĺžkou menšou ako je charakteristická veľkosť atómov (0,1 nm). Potom sa ukazuje, že väčšina mäkkého röntgenového rozsahu by sa mala považovať za supertvrdú ultrafialovú.
Mäkké röntgenové lúče sa môžu stále odrážať od lešteného kovu, ale iba s dopadom na pastvu - pod uhlom menším ako 1 stupeň. Tvrdšie žiarenie sa musí koncentrovať iným spôsobom. Na nastavenie smeru sa používajú úzke trubice, ktoré oddeľujú kvantá prichádzajúce zboku, a prijímačom je scintilátor, v ktorom röntgenové kvantá ionizujú atómy a tie, ktoré sa rekombinujú s elektrónmi, vyžarujú viditeľné alebo ultrafialové žiarenie, ktoré sa zaznamenáva pomocou fotoelektrónové multiplikátory. V tvrdých röntgenových teleskopoch sa totiž počítajú jednotlivé kvantá žiarenia a až potom sa pomocou počítača vytvorí obraz.
Od röntgenu po gama
Hranica, pri ktorej je röntgenový rozsah nahradený gama žiarením, je tiež podmienená. Zvyčajne je spojená s energiou kvant, ktoré sú emitované, keď jadrové reakcie(alebo naopak, možno ich nazvať). Ďalší prístup súvisí so skutočnosťou, že tepelné žiarenie sa zvyčajne nepripisuje rozsahu gama, bez ohľadu na to, aká vysoká je jeho energia. Vo vesmíre sú pozorované relatívne stabilné makroskopické objekty, zahriate na desiatky miliónov stupňov - to sú centrálne časti akrečných diskov okolo neutrónových hviezd a čiernych dier. Ale objekty s teplotou v miliardách stupňov – napríklad jadro masívnych červených obrov – sú takmer vždy pokryté nepriehľadnou škrupinou. Často sa však aj žiarenie v ich hĺbkach nazýva nie mäkké gama žiarenie, ale supertvrdé röntgenové lúče. Stabilné útvary s teplotami nad desiatkami miliárd stupňov sú v modernom vesmíre neznáme. To dáva dôvod domnievať sa, že gama žiarenie je vždy generované netepelným spôsobom. Hlavným mechanizmom je žiarenie zo zrážky nabitých častíc zrýchlených na rýchlosť blízku svetlu silnými elektromagnetickými poľami, napríklad v neutrónových hviezdach.
Gama žiarenie
Rozdelenie gama žiarenia do čiastkových pásiem je ešte podmienenejšie. Medzi ultra vysoké energie patria gama kvantá, ktorých generovanie je nad rámec možností moderné technológie. Všetky zdroje takéhoto žiarenia sú spojené výlučne s vesmírom. Ale keďže technológia má tendenciu sa vyvíjať, túto definíciu nemožno nazvať jasnou.
Atmosféra nás chráni aj pred gama žiarením. V mäkkých a tvrdých podrozsahoch ho úplne absorbuje. Ultravysoké energetické kvantá, narážajúce na jadrá atómov v atmosfére, generujú kaskády častíc, ktorých energia postupne klesá a rozptyľuje sa. Prvé vrstvy častíc v nich sa však pohybujú rýchlejšie ako rýchlosť svetla. vo vzduchu. Za takýchto podmienok nabité častice generujú takzvané brzdné žiarenie (Čerenkovovo), do istej miery podobné zvukovému žiareniu. rázová vlna z nadzvukových lietadiel. Ultrafialové a viditeľné kvantá brzdného žiarenia dosahujú zemský povrch, kde ich zachytávajú špeciálne teleskopy. Dá sa povedať, že súčasťou ďalekohľadu sa stáva aj samotná atmosféra a to umožňuje pozorovať supervysokoenergetické gama žiarenie zo Zeme. Toto je na plagáte označené červenými šípkami.
Ešte energickejšie kvantá – ultravysoké energie – generujú také silné kaskády častíc, že prepichnú atmosféru a dostanú sa na zemský povrch. Nazývajú sa rozsiahle vzduchové sprchy (EAS) a zaznamenávajú ich scintilačné senzory. Častice EAS spolu s prirodzenou rádioaktivitou pozemských hornín môžu poškodiť biologické molekuly, najmä DNA, a spôsobiť mutácie v živých organizmoch. Prispievajú tak k evolúcii života na Zemi. Ak by však bola ich intenzita výrazne vyššia, mohlo by sa to stať vážnou prekážkou života. Našťastie, čím vyššia je energia gama lúčov, tým sú vzácnejšie. Najenergetickejšie kvantá s energiou okolo 10 20 eV prichádzajú približne raz za sto rokov na kilometer štvorcový zemského povrchu. Pôvod takýchto energetických gama kvánt stále nie je úplne jasný. Kvantá nemôžu mať oveľa vyššiu energiu, pretože nad určitým prahom začnú interagovať s reliktným mikrovlnným žiarením, čo vedie k vytvoreniu nabitých častíc. Inými slovami, vesmír je nepriehľadný pre žiarenie výrazne energickejšie ako 10 21 – 10 24 eV.
Infra červená radiácia
Prechodom z viditeľného svetla na stranu spektra s dlhou vlnovou dĺžkou sa dostaneme do infračerveného rozsahu. Blízke infračervené žiarenie sa fyzicky nelíši od viditeľného svetla, okrem toho, že ho sietnica nevníma. Môže byť zaregistrované rovnakými prístrojmi, najmä ďalekohľadmi, ako viditeľné svetlo. Infračervené žiarenie človek cíti aj pokožkou – ako teplo. Práve vďaka infračervenému žiareniu je nám teplo sedieť pri ohni. Väčšinu energie spaľovania odvádza prúd vzduchu nahor, na ktorom varíme vodu v hrnci a infračervené (a viditeľné) žiarenie vyžarujú do strán molekuly plynu, splodiny horenia a žeravé častice uhlia.
So zvyšujúcou sa vlnovou dĺžkou sa atmosféra stáva menej transparentnou pre infračervené žiarenie. Je to spôsobené takzvanými vibračno-rotačnými absorpčnými pásmi molekúl atmosférického plynu. Keďže ide o kvantové objekty, molekuly sa nemôžu ľubovoľne otáčať ani oscilovať, ako závažia na pružine. Každá molekula má svoj vlastný súbor energií (a podľa toho aj frekvencie žiarenia), ktoré môže ukladať vo forme vibračných a rotačných pohybov. Aj pre nie najzložitejšie molekuly vzduchu je však množina týchto frekvencií taká rozsiahla, že v skutočnosti atmosféra pohltí všetko žiarenie v niektorých častiach infračerveného spektra – ide o takzvané infračervené absorpčné pásma. Sú popretkávané malými plochami, v ktorých sa na zemský povrch dostáva kozmické infračervené žiarenie – ide o takzvané priehľadné okná, ktorých je asi tucet. Ich existenciu na plagáte znázorňujú rozptýlené modré šípky v infračervenom spektre. Je zaujímavé, že k absorpcii IR žiarenia takmer úplne dochádza v nižších vrstvách atmosféry v dôsledku zvýšenia hustoty vzduchu v blízkosti zemského povrchu. To umožňuje pozorovanie takmer v celom infračervenom rozsahu z balónov a vysokohorských lietadiel, ktoré stúpajú do stratosféry.
Rozdelenie infračerveného žiarenia do podrozsahov je tiež veľmi podmienené. Hranica medzi blízkym a stredným infračerveným žiarením je nakreslená približne v oblasti absolútnej teploty 300 K, ktorá je typická pre objekty na zemskom povrchu. Preto sú všetky, vrátane zariadení, výkonnými zdrojmi infračerveného žiarenia. Aby sa v takýchto podmienkach izolovalo žiarenie kozmického zdroja, musí sa zariadenie ochladiť na teplotu blízku absolútnej nule a vytiahnuť z atmosféry, ktorá sama o sebe intenzívne žiari v strednom IR rozsahu - je to spôsobené týmto žiarením že Zem rozptyľuje do vesmíru energiu neustále prichádzajúcu zo Slnka. Hlavným typom prijímača žiarenia v tomto rozsahu je bolometer, teda, zjednodušene povedané, malé čierne teleso pohlcujúce žiarenie, spojené s ultra presným teplomerom.
Ďaleký infračervený rozsah je jedným z najťažších, a to ako na generovanie, tak aj na detekciu žiarenia. AT nedávne časy vďaka vývoju špeciálnych materiálov a ultrarýchlej elektroniky sa s ňou naučili celkom efektívne pracovať. V strojárstve sa často nazýva terahertzové žiarenie. V súčasnosti prebieha vývoj bezkontaktných skenerov na určovanie chemické zloženie objekty založené na generátoroch terahertzového žiarenia. Na letiskových kontrolách budú môcť odhaliť plastické trhaviny a drogy.
V astronómii sa tento rozsah často označuje ako submilimetrové žiarenie. Je to zaujímavé, pretože v ňom (ako aj v susednom mikrovlnnom rozsahu) sa pozoruje reliktné žiarenie vesmíru. Submilimetrové žiarenie nedosahuje morskú hladinu, ale je pohlcované najmä v najnižších vrstvách atmosféry. Preto sa v horách Čile a Mexika v nadmorskej výške okolo 5 000 metrov nad morom teraz stavajú veľké submilimetrové teleskopy – v Mexiku 50-metrové a v Čile pole 64 ďalekohľadov s priemerom 12 metrov.
Mikrovlny a rádiové vlny
Infračervený rozsah susedí s rádiovým vyžarovaním, ktoré pokrýva celý dlhovlnný okraj elektromagnetického spektra. Energia kvantov v rádiovom dosahu je veľmi malá. Zvyčajne nestačí na výrazné zmeny v štruktúre atómov a molekúl, ale stačí na interakciu s rotačnými úrovňami molekúl, napríklad vody. Energia rádiových vĺn je dostatočná aj na pôsobenie na voľné elektróny, napríklad vo vodičoch. Kolísanie elektromagnetického poľa rádiovej vlny spôsobuje synchrónne oscilácie elektrónov v anténe, teda striedavý elektrický prúd.
Pri vysokej intenzite mikrovlnného žiarenia môže tento prúd spôsobiť výrazné zahrievanie látky. Táto vlastnosť sa používa na ohrev potravín obsahujúcich vodu mikrovlnné rúry. Mikrovlnné žiarenie sa označuje aj ako mikrovlnné žiarenie. Ide o podpásmo rádiovej emisie s najkratšou vlnovou dĺžkou s vlnovou dĺžkou 1 mm do 30 cm. Mikrovlnné žiarenie preniká do hrúbky výrobkov až do hĺbky niekoľkých centimetrov, čím je zabezpečený ohrev v celom objeme, a nie len z povrchu, ako je to v prípade infračerveného žiarenia na grile. Všetky mobilné telefóny a miestne rádiové komunikačné systémy, ako napríklad protokoly Bluetooth a WiFi používané bezdrôtovými elektronickými zariadeniami, fungujú aj v mikrovlnnom rozsahu.
Čím dlhšia je rádiová vlna, tým menej energie nesie a tým je ťažšie ju zaregistrovať. Na príjem je k elektrickému obvodu pripojená anténa, v ktorej dochádza k elektrickým osciláciám pri pôsobení rádiových vĺn. Pri náraze v rezonancii s vlastnou frekvenciou sa oscilácie zosilnia a možno ich zaregistrovať. Na zachytenie rádiových vĺn prichádzajúcich z vesmíru sa používajú anténne zrkadlá parabolického tvaru, ktoré zbierajú rádiové vyžarovanie po celej svojej ploche a sústreďujú ho na malú anténu. To zvyšuje citlivosť prístroja.
Väčšina mikrovlnného žiarenia (začínajúc vlnovou dĺžkou 3–5 mm) prechádza atmosférou. To isté možno povedať o ultrakrátkych vlnách (VHF), na ktorých vysielajú miestne televízne a rozhlasové stanice (vrátane FM staníc) a prebieha vesmírna rádiová komunikácia. Vyžarovanie ich vysielačov je zaznamenané len v rámci viditeľnosti antén. Okno atmosférickej priehľadnosti v rádiovom dosahu (modré šípky na plagáte) končí približne na vlnovej dĺžke 10–30 metrov.
Dlhšie rádiové vlny sa odrážajú od zemskej ionosféry. To neumožňuje pozorovanie kozmických rádiových zdrojov na dlhších vlnových dĺžkach, ale poskytuje možnosť globálnej krátkovlnnej rádiovej komunikácie. Rádiové vlny v rozsahu od 10 do 100 metrov môžu obchádzať celú Zem, pričom sa mnohokrát odrážajú od ionosféry a zemského povrchu. Pravda, ich rozloženie závisí od stavu ionosféry, ktorý je silne ovplyvnený slnečnou aktivitou. Krátkovlnná komunikácia preto nie je kvalitná a spoľahlivá.
Stredné a dlhé vlny sa tiež odrážajú od ionosféry, ale so vzdialenosťou silnejšie tlmia. Aby bol signál zachytený na vzdialenosť viac ako tisíc kilometrov, sú potrebné veľmi výkonné vysielače. Ultradlhé rádiové vlny s dĺžkou stoviek a tisícok kilometrov obchádzajú Zem už nie vďaka ionosfére, ale vďaka vlnovým efektom, ktoré im umožňujú preniknúť aj do určitej hĺbky pod hladinu oceánu. Táto nehnuteľnosť sa používa na núdzová komunikácia s ponorenými bojovými ponorkami. Ostatné rádiové vlny neprechádzajú cez morskú vodu, ktorá je vďaka soliam v nej rozpusteným dobrým vodičom a pohlcuje alebo odráža rádiové žiarenie.
Nie je známy žiadny teoretický limit pre dĺžku rádiových vĺn. V praxi bolo experimentálne možné vytvoriť a zaregistrovať rádiovú vlnu s vlnovou dĺžkou 38 tisíc km. km(frekvencia 8 Hz).
1. VLASTNOSTI VNÍMANIA FAREB.
Teraz je známe, že farba je reprezentáciou viditeľnej časti spektra elektromagnetického žiarenia osobou. Svetlo je vnímané fotoreceptormi umiestnenými v zadnej časti zrenice. Tieto receptory premieňajú energiu elektromagnetického žiarenia na elektrické signály. Receptory sú sústredené väčšinou v obmedzenej oblasti sietnice alebo sietnice nazývanej fovea. Táto časť sietnice je schopná vnímať detaily obrazu a farby oveľa lepšie ako jej zvyšok. Pomocou očných svalov sa jamka posúva tak, aby vnímala rôzne oblasti životné prostredie. Zorné pole, v ktorom sú detaily dobre rozlíšené a farba je obmedzená na približne 2 stupne.
Existujú dva typy receptorov: tyčinky a čapíky. Tyčinky sú aktívne len pri extrémne zlých svetelných podmienkach (nočné videnie) a nemajú praktický význam pri vnímaní farebných obrazov; sú koncentrovanejšie pozdĺž okraja zorného poľa. Kužele sú zodpovedné za vnímanie farieb a sú sústredené vo fovee. Existujú tri typy kužeľov, ktoré snímajú dlhé, stredné a krátke vlnové dĺžky svetla.
Každý typ kužeľa má svoju vlastnú spektrálnu citlivosť. Približne sa verí, že prvý typ vníma svetelné vlny s dĺžkou 400 až 500 nm (podmienečne „modrá“ farebná zložka), druhý – od 500 do 600 nm (podmienečne „zelená“ zložka) a tretí – od 600 do 700 nm (podmienečne "červená" zložka). Farba je vnímaná v závislosti od vlnovej dĺžky a intenzity prítomného svetla.
Oko je najcitlivejšie na zelené lúče, najmenej na modré. Experimentálne sa zistilo, že spomedzi žiarení rovnakej sily je najväčší svetelný vnem spôsobený monochromatickým žltozelené žiarenie s vlnovou dĺžkou 555 nm. Spektrálna citlivosť oka závisí od okolitého svetla. Za súmraku sa maximálna spektrálna svetelná účinnosť posúva smerom k modrému žiareniu, čo je spôsobené rozdielnou spektrálnou citlivosťou tyčiniek a kužeľov. V tme má modrá väčší účinok ako červená, s rovnakým výkonom žiarenia a naopak vo svetle.
Rôzni ľudia vnímajú rovnakú farbu rôzne. Vnímanie farieb sa mení s vekom, závisí od zrakovej ostrosti, nálady a ďalších faktorov. Takéto rozdiely sa však týkajú najmä jemných odtieňov farieb, takže vo všeobecnosti možno tvrdiť, že väčšina ľudí vníma základné farby rovnako.
2. ČO JE FARBA?
čo je farba? Fyzika vníma svetlo ako elektromagnetické vlnenie. Vlna je jednoducho zmena stavu média alebo poľa, ktoré sa šíri v priestore určitou rýchlosťou. Každá vlna má dĺžku - to je vzdialenosť medzi hrebeňmi vlny.
Vlnové dĺžky, ktoré je ľudské oko schopné vnímať, sa nazývajú viditeľné svetlo. Napríklad svetlo s najdlhšou vlnovou dĺžkou vnímame ako červené a svetlo s najkratšou vlnovou dĺžkou ako fialové. Zároveň stojí za zmienku, že aj naše ucho vníma vlny, len veľmi veľkej vlnovej dĺžky a trochu iného charakteru. Zvuk je vibrácia hmoty. Napríklad vo vákuu nie sú žiadne častice hmoty (napríklad vzduch). A nie je tam žiadny zvuk, zvuková vlna sa nešíri vo vákuu.
Jednotkou merania vlnovej dĺžky optickej oblasti spektra žiarenia je nanometer (nm);
1 nm = 1 x 10 -3 mikróny (mikrón) = 1 x 10-6 mm (milimetre).
Farby, ktoré vnímame, sa líšia v závislosti od vlnovej dĺžky viditeľného svetla:
Farba |
Vlnová dĺžka, nm |
Červená |
od 620 do 760 |
Oranžová |
od 585 do 620 |
žltá |
od 575 do 585 |
zelená |
od 510 do 575 |
Modrá |
od 480 do 510 |
Modrá |
od 450 do 480 |
fialový |
od 380 do 450 |
Poradie usporiadania farieb je ľahko zapamätateľné podľa skratiek slov: každý poľovník chce vedieť, kde bažant sedí.
Medzi farbami nie je ostrý okraj, ale medzi vyššie uvedenými farbami chýba biela ...
Ide o to, že žiadna špecifická vlnová dĺžka nezodpovedá bielemu svetlu. Hranice rozsahov bieleho svetla a jeho základných farieb sú však zvyčajne charakterizované ich vlnovými dĺžkami vo vákuu. Biele svetlo je teda komplexné svetlo, súbor vĺn s dĺžkami od 380 do 760 nm.
Dôvodom, prečo je človek schopný vidieť svetlo, je účinok svetla určitých vlnových dĺžok na sietnicu oka.
Keď svetlo prechádza látkou, ktorá má uhol lomu, svetlo sa rozkladá na farby, z ktorých pozostáva, pričom sa mení rýchlosť aj vlnová dĺžka a frekvencia kmitov svetla zostáva nezmenená.
Svetlo s vlnovými dĺžkami dlhšími ako je najdlhšia vo viditeľnom spektre svetla (červená) sa nazýva infračervené ( z latinského slova infra - dole; teda pod tou časťou spektra, ktorú oko dokáže vnímať). A svetlo s vlnovými dĺžkami kratšími ako najkratšie vo viditeľnom spektre sa nazýva ultrafialové (z latinského slova ultra - viac, nad; teda vlnovú dĺžku vyššiu, než akú dokáže vnímať oko).
Infračervené ani ultrafialové svetlo nie je prístupné ľudskému oku, rovnako ako mnoho iných druhov vĺn. Môžeme však vnímať obrovskú škálu rôznych farieb (vlnový pás).
3. FAREBNÁ HARMÓNIA.
V teórii farieb obsahuje farebné koliesko všetky farby viditeľné pre ľudí, od fialovej po červenú. Farebné koliesko ukazuje, ako farby navzájom súvisia, a umožňuje vám určiť harmonické kombinácie týchto farieb podľa určitých pravidiel.
Čierna, biela a sivá nie sú vyznačené na farebnom koliesku, pretože, prísne vzaté, nejde o farby. Toto sú neutrálne tóny.
3.1. Farebné kombinácie.
Farebné schémy zobrazujú harmonické kombinácie farieb. Všimnite si, že farby môžu a mali by sa meniť v sýtosti a ľahkosť (jas). A mimochodom, ďalšia harmónia, ktorá sa často nachádza: nasýtením. Obrázok ukazuje možné možnosti farebnej harmónie.
Neaplikujte farby v rovnakých množstvách. Vylepšite jednu farbu ako pozadie a druhú nechajte len ako akcent. Je zaujímavé, že keď sa zmiešajú, doplnkové farby dávajú sivú farbu (mimochodom, tri základné farby). Ak ich teda nanesiete vedľa seba a vo veľkom množstve, tak oči diváka splynú do siva!
S týmto použitím môžete experimentovať výber farby .
4. VNÍMANIE HĹBKY.
Dôležitú úlohu pri vytváraní farebnej kompozície zohráva rozdelenie farieb na teplé a studené. Toto rozdelenie je dobre vidieť na farebnom koliesku (pozri obrázky vyššie). Na tomto kruhu vyniká „teplej“ červeno-žltej oblasti a „studená“ modrá oblasť oddelené zvislou čiarou. Toto rozdelenie je ťažké vysvetliť na úrovni fyziky - rozdelenie na „dva tábory“ sa vyskytuje skôr na podvedomej úrovni.
Od detstva sme si zvykli, že slnko, oheň, rohy a všetky zdroje tepla majú červené a žlté odtiene, a sneh, voda, obloha - modro-modrá a modro-zelené odtiene. Toto je zafixované v našom podvedomí a diktuje nám to vnímanie farieb. No nájdu sa aj „porušovatelia“ tohto delenia. Takže svetlo béžový mesiac, bordové farby sú studené farby a svetlomodrá žiara vyhrievaných telies má teplú farbu.
Svetlé, teplé farby vytvárajú efekt pohybu smerom k divákovi a javia sa bližšie. Teplý farby priťahujú pozornosť a sú vhodné na zdôraznenie dôležitých prvkov publikácie.
studené farby Zdá sa, že sa vzďaľujú a vytvárajú efekt vzďaľovania sa od diváka. V kombinácii studené farby môže vyvolať pocit odcudzenia a izolácie, alebo naopak upokojiť a povzbudiť.
Pohybový efekt spôsobený kombináciou teplých a studených farieb využívajú dizajnéri. Pre pozadie, ktoré si vyberú studené odtiene a teplé pre objekty v popredí. Ak sa teda pozriete na fotografie zhotovené na prezentáciách a tlačových konferenciách, pred modrým pozadím uvidíte reproduktory. Takéto pozadie dáva význam a dôležitosť postave rečníka. Táto technika môže byť odporúčaná začínajúcim dizajnérom.
Spravidla lepšie fungujú farebné riešenia založené na dominancii studenej alebo teplej škály farieb, a nie na jednotnej zmesi odtieňov. Zároveň v kombináciách dominuje teplé tóny, na ozdobenie výberu a zvýšenie kontrastumôže byť použité studené odtiene a naopak.
