Det synliga spektrumet

Upptäck genom vetenskapen vad som gör svart färg som det är och hur forskare utvecklar den verkliga rena versionen av svart

Upptäck genom vetenskapen vad som gör svart färg som det är och hur forskare utvecklar den verkliga rena versionen av svart Lär dig varför färgen svart ser ut som den ser ut och hur forskare skapar renare versioner av den. American Chemical Society (En Britannica Publishing Partner) Se alla videor för den här artikeln

Newton visade att färg är en ljuskvalitet. För att förstå färg är det därför nödvändigt att veta något om ljus. Som en form av elektromagnetisk strålning har ljus gemensamma egenskaper för både vågor och partiklar. Det kan ses som en ström av små energipaket som strålas ut med varierande frekvenser i en vågrörelse. Varje given ljusstråle har specifika värden för frekvens, våglängd och energi associerad med sig. Frekvensen, som är antalet vågor som passerar en fast punkt i rymden under en tidsenhet, uttrycks vanligen i enheter av hertz (1 Hz = 1 cykel per sekund). Våglängden är avståndet mellan motsvarande punkter för två på varandra följande vågor och uttrycks ofta i enheter av meter - till exempel nanometer (1 nm = 10−9meter). Ljusstrålens energi kan jämföras med den som en liten partikel rör sig med ljusets hastighet, förutom att ingen partikel som har en vilmassa kan röra sig med en sådan hastighet. Namnet foton , som används för den minsta kvantiteten ljus med en given våglängd, är tänkt att omfatta denna dualitet, inklusive både våg- och partikelegenskaperna inneboende inom vågmekanik och kvantmekanik. En fotonas energi uttrycks ofta i enheter av elektronvolt (1 eV = 1,602 × 10)−12erg); den är direkt proportionell mot frekvensen och omvänt proportionell mot våglängden.



Ljus är inte den enda typen av elektromagnetisk strålning - det är faktiskt bara ett litet segment av det totala elektromagnetiska spektrumet - men det är den form som ögat kan uppfatta. Ljusets våglängder sträcker sig från cirka 400 nm vid den violetta änden av spektrumet till 700 nm vid den röda änden ( ser tabell). (Gränserna för det synliga spektrumet definieras inte skarpt men varierar mellan individer. Det finns viss utsträckning för högintensivt ljus.) Vid kortare våglängder elektromagnetiskt spektrum sträcker sig till det ultravioletta strålningsområdet och fortsätter igenom Röntgen , gammastrålar och kosmiska strålar. Strax bortom den röda änden av spektrumet finns den längre vågen infraröd strålning strålar (som kan kännas som värme), mikrovågor och radiovågor. Strålning av en enda frekvens kallas monokromatisk. När denna frekvens faller inom det synliga spektrumet är den färguppfattning som är en mättad nyans.



Område för det synliga spektrumet
Färg* våglängd (nm) frekvens (1014Hz) energi (eV)
* Endast typiska värden.
röd (gräns) 700 4.29 1,77
netto 650 4,62 1,91
orange 600 5.00 2,06
gul 580 5.16 2.14
grön 550 5.45 2,25
cyan 500 5,99 2,48
blå 450 6,66 2,75
violett (gräns) 400 7.50 3.10

Lagarna i färgblandningen

Spektrumets färger kallas kromatiska färger; Det finns också icke-kromatiska färger som bruna, magenta och rosa. Termen akromatiska färger tillämpas ibland på den svart-grå-vita sekvensen. Enligt vissa uppskattningar kan ögat skilja 10 miljoner färger, som alla härrör från två typer av ljusblandning: additiv och subtraktiv. Som namnen antyder innebär tillsatsblandning tillsats av spektralkomponenter och subtraktiv blandning avser subtraktion eller absorption av delar av spektrumet.

förklara begreppet överlevnad för de starkaste

Additiv blandning sker när ljusstrålar kombineras. Färgcirkeln, först utformad av Newton, används fortfarande i stor utsträckning för färgdesign och är också användbar när man beaktar det kvalitativa beteendet hos blandning av ljusstrålar. Newtons färgcirkel kombinerar de spektrala färgerna rött, orange , gul, grön, cyan, indigo och blåviolett med den icke-spektrala färgen magenta (en blandning av blåviolett och rött ljusstrålar), som visas ifigur. Vitt är i centrum och produceras genom att blanda ljusstrålar med ungefär lika intensiteter av kompletterande färger (färger som är diametralt motsatta på färgcirkeln), såsom gul och blåviolett, grön och magenta, eller cyan och röd. Mellanfärger kan produceras genom att blanda ljusstrålar, så att blanda rött och gult ger orange, rött och blåviolett ger magenta, och så vidare.



En form av Newton

En form av Newtons färgcirkel. Encyclopædia Britannica, Inc.

De tre tillsatsfärgerna är röda, gröna och blåa; detta innebär att genom att ytterligare blanda färgerna rött, grönt och blått i varierande mängder kan nästan alla andra färger produceras, och när de tre primärerna läggs i lika stora mängder, produceras vitt.

Tillsatsblandning kan demonstreras fysiskt genom att använda tre bildprojektorer utrustade med filter så att en projektor lyser en stråle av mättat rött ljus på en vit skärm, en annan en stråle av mättat blått ljus och den tredje en stråle av mättat grönt ljus. Tillsatsblandning sker där balkarna överlappar varandra (och därmed läggs ihop), som visas ifigur (vänster). Där röda och gröna balkar överlappar varandra produceras gult. Om mer rött ljus läggs till eller om intensiteten på det gröna ljuset minskar blir ljusblandningen orange. På samma sätt produceras en gulgrön om det finns mer grönt ljus än rött ljus.



(Vänster) Tillsatsblandningen av rött, grönt och blått. (Höger) Den subtraktiva blandningen av magenta, gul och cyan.

(Vänster) Tillsatsblandningen av rött, grönt och blått. (Höger) Den subtraktiva blandningen av magenta, gul och cyan. Encyclopædia Britannica, Inc.

Subtraktiv färgblandning involverar absorption och selektiv transmission eller reflektion av ljus. Det inträffar när färgämnen (såsom pigment eller färgämnen ) blandas eller när flera färgade filter sätts in i en enda vitt ljusstråle. Till exempel, om en projektor är utrustad med ett djupt rött filter, kommer filtret att sända rött ljus och absorbera andra färger. Om projektorn är utrustad med ett starkt grönt filter absorberas rött ljus och endast grönt ljus sänds. Om projektorn därför är utrustad med både röda och gröna filter kommer alla färger att absorberas och inget ljus överförs, vilket resulterar i svart. På samma sätt absorberar ett gult pigment blått och violett ljus samtidigt som det reflekterar gult, grönt och rött ljus (det gröna och röda kombineras ytterligare för att producera mer gult). Blått pigment absorberar främst gult, orange och rött ljus. Om de gula och blåa pigmenten blandas kommer grönt att produceras eftersom det är den enda spektralkomponenten som inte absorberas starkt av något pigment.

Eftersom tillsatsprocesser har störst spektrum när primärerna är röda, gröna och blå, är det rimligt att förvänta sig att den största spektrumet i subtraktiva processer kommer att uppnås när primärerna är respektive rödaabsorberande, grönabsorberande och blåa -absorberande. Färgen på en bild som absorberar rött ljus vid överföring av alla andra strålningar är blågrönt, ofta kallat cyan. En bild som endast absorberar grönt ljus överför både blått och rött ljus och dess färg är magenta. Den blåabsorberande bilden sänder endast grönt ljus och rött ljus och färgen är gul. Därför är de subtraktiva primärerna cyan, magenta och gula ( ser figur, höger).



Inga begrepp inom färgfältet har traditionellt varit mer förvirrade än de som just diskuterats. Denna förvirring kan spåras till två vanliga felaktiga namn: den subtraktiva primära cyan, som är rätt blågrön, kallas vanligtvis blå; och den subtraktiva primära magenta kallas vanligtvis rött. I dessa termer blir de subtraktiva primärerna röda, gula och blåa; och de vars erfarenhet till största delen är begränsad till subtraktiva blandningar har god anledning att undra varför fysikern insisterar på att betrakta rött, grönt och blått som de primära färgerna. Förvirringen löses genast när man inser att rött, grönt och blått väljs som tillsatsprimärer eftersom de ger den största färgskalan i blandningar. Av samma anledning är de subtraktiva primärerna rödaabsorberande (cyan), grönabsorberande (magenta) och blåabsorberande (gul).