Видимое излучение — Википедия

Видимое излучение
Изображение
Предыдущее по порядку ультрафиолетовое излучение
Следующее по порядку инфракрасное излучение
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Ви́димое излуче́ние — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом[1]. Чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению зависит от длины волны (частоты) излучения, при этом максимум чувствительности приходится на 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра[2]. Поскольку при удалении от точки максимума чувствительность спадает до нуля постепенно, указать точные границы спектрального диапазона видимого излучения невозможно. Обычно в качестве коротковолновой границы принимают участок 380—400 нм (790—750 ТГц), а в качестве длинноволновой — 760—780 нм (395—385 ТГц)[1][3]. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым излучением, или светом (в узком смысле этого слова).

Не всем цветам, которые различает человеческий глаз, соответствует какое-либо монохроматическое излучение. Такие оттенки, как розовый, бежевый или пурпурный, образуются только в результате смешения нескольких монохроматических излучений с различными длинами волн.

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

Многие виды животных способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящее в видимый диапазон. Например, пчёлы и многие другие насекомые воспринимают излучение в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар в цветах, также они способны различать поляризацию света. 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[4][5]. Крайне сложно устроенные глаза рака-богомола и вовсе могут различать как ближний ИК, так и ультрафиолетовое излучение, также способны различать и поляризацию.

История

[править | править код]
Круг цветов Ньютона из книги «Оптика» (1704), показывающий взаимосвязь между цветами и музыкальными нотами. Цвета спектра от красного до фиолетового разделены нотами, начиная с ре (D). Круг составляет полную октаву. Ньютон расположил красный и фиолетовый концы спектра друг рядом с другом, подчёркивая, что из смешения красного и фиолетового цветов образуется пурпурный.

Первые объяснения причин возникновения 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[6][7].

Ньютон первый использовал слово спектр (лат. spectrum — видение, появление) в печати в 1671 году, описывая свои оптические опыты. Он обнаружил, 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 в прозрачной среде с различной скоростью. 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[6][8]. Человеческий глаз относительно слабо восприимчив к частотам цвета индиго, ввиду чего некоторые люди не могут отличить его от голубого или фиолетового 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-жёлтые и голубые края, между которыми свет остаётся белым, а спектр появляется, если достаточно приблизить эти края друг к другу.

Длины волн, соответствующие различным цветам видимого излучения, были впервые представлены 12 ноября 1801 года в Бейкеровской лекции Томасом Юнгом, они получены путём перевода в длины волн параметров колец Ньютона, измеренных самим Исааком Ньютоном. Эти кольца Ньютон получал пропусканием через линзу, лежащую на ровной поверхности, соответствующей нужному цвету части разложенного призмой в спектр света, повторяя эксперимент для каждого из цветов[9]:30-31. Юнг представил полученные значения длин волн в виде таблицы, выразив во французских дюймах (1 дюйм = 27,07 мм)[10], будучи переведёнными в нанометры, их значения неплохо соответствуют современным, принятым для различных цветов. В 1821 году Йозеф Фраунгофер положил начало измерению длин волн спектральных линий, получив их от видимого излучения Солнца с помощью дифракционной решётки, измерив углы дифракции теодолитом и переведя в длины волн[11]. Как и Юнг, он выразил их во французских дюймах, переведённые в нанометры, они отличаются от современных на единицы[9]:39-41. Таким образом, ещё в начале XIX века стало возможным измерять длины волн видимого излучения с точностью до нескольких нанометров.

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 рецепторы трёх различных типов.

Спектр видимого излучения

[править | править код]
Спектр цвета

При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разными углами. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены с помощью света одной длины волны (точнее, с очень узким диапазоном длин волн), называются спектральными цветами[12]. Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице[13]:

Цвет Диапазон длин волн, нм Диапазон частот, ТГц Диапазон энергии фотонов, эВ
Фиолетовый 380—450 667—789 2,75—3,26
Синий 450—480 625—667 2,58—2,75
Голубой 480—510 588—625 2,43—2,58
Зелёный 510—550 545—588 2,25—2,43
Салатовый 550—570 526—545 2,17—2,25
Жёлтый 570—590 508—526 2,10—2,17
Оранжевый 590—630 476—508 1,97—2,10
Красный 630—780 384—476 1,59—1,97

Указанные в таблице границы диапазонов носят условный характер, в действительности же цвета плавно переходят друг в друга, и расположение видимых наблюдателем границ между ними в большой степени зависит от условий наблюдения[13].

Для запоминания последовательности основных цветов радуги в русском языке используется мнемоническая фраза «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». В английском языке аналогично используется фраза Richard of York gave battle in vain (Red Orange Yellow Green Blue Indigo Violet), в британском английском — акроним Roy G. Biv.

Характеристики границ видимого излучения

[править | править код]
Длина волны, нм 380 780
Энергия фотонов, Дж 5,23⋅10−19 2,55⋅10−19
Энергия фотонов, эВ 3,26 1,59
Частота, Гц 7,89⋅1014 3,84⋅1014
Волновое число, см−1 1,65⋅105 0,81⋅105

См. также

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ 1 2 Гагарин А. П. Свет // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1994. — Т. 4: Пойнтинга — Робертсона — Стримеры. — С. 460. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
  2. ↑ ГОСТ 8.332-78. Государственная система обеспечения единства измерений. Световые измерения. Значения относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения. Дата обращения: 2 марта 2013. Архивировано из оригинала 4 октября 2013 года.
  3. ↑ ГОСТ 7601-78. Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин. Дата обращения: 12 октября 2016. Архивировано 30 ноября 2021 года.
  4. ↑ Cuthill, Innes C.; et al. Ultraviolet vision in birds // Advances in the Study of Behavior (англ.) / Peter J. B. Slater. — Oxford, England: Academic Press, 1997. — Vol. 29. — P. 161. — ISBN 978-0-12-004529-7.
  5. ↑ Jamieson, Barrie G. M. Reproductive Biology and Phylogeny of Birds (англ.). — Charlottesville VA: University of Virginia, 2007. — P. 128. — ISBN 1578083869.
  6. ↑ 1 2 Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света / Перевод Вавилова С. И. — 2-е изд. — М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1954. — С. 131. — 367 с. — (серия «Классики естествознания»). Архивировано 17 апреля 2012 года.
  7. ↑ Coffey, Peter. The Science of Logic: An Inquiry Into the Principles of Accurate Thought (англ.). — Longmans, 1912.
  8. ↑ Hutchison, Niels. Music For Measure: On the 300th Anniversary of Newton's Opticks. Colour Music (2004). Дата обращения: 11 августа 2006. Архивировано 20 февраля 2012 года.
  9. ↑ 1 2 Brand, John Charles Drury. Lines Of Light: The Sources Of. — CRC Press, 1995.
  10. ↑ Young, Thomas. The Bakerian Lecture. On the Theory of Light and Colours (англ.) // Philosophical Transactions of the Royal Society of London for the Year 1802 : journal. — 1802. — P. 39.
  11. ↑ Fraunhofer, Jos. Neue Modifikation des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben (нем.) // Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München für die Jahre 1821 und 1822 : magazin. — 1824. — Bd. VIII. — S. 1—76.
  12. ↑ Thomas J. Bruno, Paris D. N. Svoronos. CRC Handbook of Fundamental Spectroscopic Correlation Charts. Архивная копия от 17 января 2017 на Wayback Machine CRC Press, 2005.
  13. ↑ 1 2 Hunt R. W. C. The Reproduction of Colour. — 6th edition. — John Wiley & Sons, 2004. — P. 4—5. — 724 p. — ISBN 978-0-470-02425-6.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Видимое_излучение&oldid=136264663