Licht und Farbe. Strahlungsenergie und spektrale Zusammensetzung optischer Strahlung

spektrale Zusammensetzung- spektrinė sudėtis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. spektrale Zusammensetzung; Spektrumkomposition vok. Spektralzusammensetzung, f rus. spektrale Zusammensetzung, m pranc. Komposition spectrale, f … Fizikos terminų žodynas

Physik. Qualitätsmethoden. .und Mengen. Bestimmung der Zusammensetzung in va, basierend auf der Erfassung und Untersuchung ihrer Spektren. Grundlage von S. a. Die Spektroskopie von Atomen und Molekülen wird nach dem Zweck der Analyse und der Art der Spektren klassifiziert. Atomic S. a. (ASA) definiert... ... Physische Enzyklopädie

Spektralanalyse, eine physikalische Methode zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der atomaren und molekularen Zusammensetzung einer Substanz, basierend auf der Untersuchung ihrer Spektren. Die physikalische Grundlage von S. a. ist die Spektroskopie von Atomen und Molekülen, sie wird klassifiziert nach... ...

Die Spektralanalyse ist eine Reihe von Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der Zusammensetzung eines Objekts, basierend auf der Untersuchung der Spektren der Wechselwirkung von Materie mit Strahlung, einschließlich der Spektren elektromagnetischer Strahlung, akustischer Wellen, ... ... Wikipedia

1860 von Bunsen und Kirchhoff eingeführt, die chemische Untersuchung einer Substanz anhand ihrer charakteristischen farbigen Linien, die beim Betrachten (während der Verflüchtigung) durch ein Prisma erkennbar sind. Erklärung von 25.000 Fremdwörtern... Wörterbuch der Fremdwörter der russischen Sprache

Siehe Spektroskopie. Geologisches Wörterbuch: in 2 Bänden. M.: Nedra. Herausgegeben von K. N. Paffengoltz et al. 1978. Spektralanalyse ... Geologische Enzyklopädie

SPEKTRALANALYSE- SPEKTRAANALYSE, eine der Analysemethoden, bei der Spektren verwendet werden (siehe Spektroskopie, Spektroskop), die von diesem oder jenem Körper beim Erhitzen abgegeben werden! oder wenn Strahlen durch Lösungen geleitet werden, wodurch ein kontinuierliches Spektrum entsteht. Für… … Große medizinische Enzyklopädie

I Die Spektralanalyse ist eine physikalische Methode zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der atomaren und molekularen Zusammensetzung eines Stoffes, basierend auf der Untersuchung seiner Spektren. Physikalische Basis von S. a. Spektroskopie von Atomen und Molekülen, ihre... ... Große sowjetische Enzyklopädie

Methode der Qualitäten. und Mengen. Bestimmung der Zusammensetzung in in, basierend auf der Untersuchung ihrer Emissions-, Absorptions-, Reflexions- und Lumineszenzspektren. Es gibt atomare und molekulare S. a., deren Aufgaben darin bestehen, das entsprechende zu bestimmen. elementar und... ... Chemische Enzyklopädie

Verbindung- ▲ Set-Element-Zusammensetzung Satz von Elementen, Komponenten dessen, was l. ganz; Fülleigenschaften. in welcher Zusammensetzung? einschließlich. ↓ Rezept. Rezept. Reichweite. spektral. Kaleidoskop (Musical #). Nomenklatur. Repertoirekomposition... ... Ideographisches Wörterbuch der russischen Sprache

Spektrale Röntgenanalyse- [Röntgenspektrumanalyse] ist eine Methode zur Bestimmung der Elemente, aus denen ein Stoff besteht, und ihrer Konzentrationen aus den Spektren charakteristischer Röntgenstrahlung. Siehe auch: Analyse elektrometrische Analyse chemische Analyse... Enzyklopädisches Wörterbuch der Metallurgie

Bücher

• Methoden der morphologischen Analyse von Bildern, Pytyev Yu.P.. Das mathematische Konzept der Bildform als (invariant in Bezug auf die Bedingungen für den Erhalt des Bildes) Merkmale der geometrischen Form des abgebildeten Objekts wird berücksichtigt. Berücksichtigt...
• Theorie der Funktechnikschaltungen, N. Zernov. Das Buch enthält eine systematische Darstellung der Theorie elektrischer Schaltkreise in der Funktechnik. Berücksichtigt werden lineare und nichtlineare Funkschaltungen sowie Methoden zu ihrer Analyse. Gegeben...

Die stärkste Wärmestrahlungsquelle, die das Leben auf der Erde bestimmt, ist die Sonne.

Das Spektrum der Sonne ist kontinuierlich, es enthält viele dunkle Fraunhofer-Linien . Im Jahr 1814 beschrieb Fraunhofer erstmals dunkle Linien gegen ein kontinuierliches Spektrum. Diese Linien im Sonnenspektrum entstehen durch die Absorption von Lichtquanten in den kälteren Schichten der Sonnenatmosphäre.

Das kontinuierliche Spektrum hat die höchste Intensität im Wellenlängenbereich 430–500 nm. Im sichtbaren und infraroten Bereich liegt das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung der Sonne nahe am Strahlungsspektrum eines absolut schwarzen Körpers mit einer Temperatur von 6000 K. Diese Temperatur entspricht der Temperatur der sichtbaren Oberfläche der Sonne – der Photosphäre . Im sichtbaren Bereich des Sonnenspektrums sind die H- und K-Linien des ionisierten Kalziums sowie die Linien der Balmer-Reihe des Wasserstoffs Hα, Hβ und Hγ am intensivsten.

Etwa 9 % der Energie im Sonnenspektrum stammen aus ultravioletter Strahlung mit Wellenlängen von 100 bis 400 nm. Die verbleibende Energie verteilt sich ungefähr zu gleichen Teilen auf den sichtbaren (400–760 nm) und den infraroten (760–5000 nm) Bereich des Spektrums.

Die Sonne ist eine starke Quelle für Radioemissionen. Radiowellen dringen in den interplanetaren Raum ein und werden von der Chromosphäre (Zentimeterwellen) und der Korona (Dezimeter- und Meterwellen) abgestrahlt. Die Radioemission der Sonne besteht aus zwei Komponenten – einer konstanten und einer variablen. Der konstante Anteil charakterisiert die Radioemission der stillen Sonne. Die Sonnenkorona sendet als schwarzer Körper mit einer Temperatur Radiowellen aus T= 106 K. Die variable Komponente der Radioemission der Sonne manifestiert sich in Form von Ausbrüchen und Lärmstürmen. Lärmstürme dauern mehrere Stunden bis mehrere Tage. 10 Minuten nach einer starken Sonneneruption nimmt die Radioemission der Sonne im Vergleich zur Radioemission der ruhigen Sonne um das Tausend- und sogar Millionenfache zu; Dieser Zustand dauert mehrere Minuten bis mehrere Stunden. Diese Radioemission ist nicht-thermischer Natur.

Die Flussdichte der Sonnenstrahlung im Röntgenbereich (0,1–10 nm) ist sehr gering (~5∙10–4 W/m2) und variiert stark mit Änderungen der Sonnenaktivität. Im Ultraviolettbereich bei Wellenlängen ab 200 bis 400 nm, das Sonnenspektrum wird auch durch die Gesetze der Schwarzkörperstrahlung beschrieben.

Im ultravioletten Bereich des Spektrums mit Wellenlängen unter 200 nm fällt die Intensität des kontinuierlichen Spektrums stark ab und es treten Emissionslinien auf. Die intensivste davon ist die Wasserstofflinie der Lyman-Reihe (λ = 121,5 nm). Bei einer Breite dieser Linie von etwa 0,1 nm entspricht dies einer Strahlungsflussdichte von etwa 5∙10–3 W/m2. Die Strahlungsintensität in der Leitung ist etwa 100-mal geringer. Auch helle Emissionslinien verschiedener Atome sind erkennbar; die wichtigsten Linien gehören zu Si I (λ = 181 nm), Mg II und Mg I, O II, O III, C III und anderen.

Kurzwellige ultraviolette Strahlung der Sonne tritt in der Nähe der Photosphäre auf. Röntgenstrahlung kommt aus der Chromosphäre ( T~ 104 K), oberhalb der Photosphäre gelegen, und die Korona ( T~ 106 K) – die äußere Hülle der Sonne. Radioemission bei Meterwellen entsteht in der Korona und bei Zentimeterwellen – in der Chromosphäre.

Der Sonnenstrahlungsfluss pro 1 m2 Fläche der Erdatmosphäre beträgt 1350 W. Diese Menge heißt Solarkonstante.

Gemessen wird die Intensität der direkten Sonnenstrahlung Aktinometer. Sein Funktionsprinzip basiert auf der Nutzung der Erwärmung der gezeichneten Körperoberflächen, die durch Sonneneinstrahlung erfolgt. Beim thermoelektrischen Aktinometer Savinov-Yanishevsky ist der empfangende Teil der Strahlung eine dünne, außen gezeichnete Scheibe 1. Die Thermoelementverbindungen 2 sind an die elektrisch isolierte Scheibe angelötet, die anderen Verbindungen 3 sind an einem Kupferring im Inneren des Gehäuses befestigt und sind schattiert. Unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung entsteht in der Thermosäule ein elektrischer Strom, dessen Stärke direkt proportional zum Strahlungsfluss ist.

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Sonnenlichtspektrum und Farbsehen

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Nach der Young-Hemholtz-Theorie des Farbsehens (1821–1894) kann die Wahrnehmung jeder Farbe durch Mischen spektral reiner Strahlung von Rot, Grün und Blau erreicht werden. Diese Theorie passt gut zu beobachteten Fakten und legt nahe, dass es im Auge nur drei Arten lichtempfindlicher Rezeptoren gibt. Sie unterscheiden sich in Bereichen der spektralen Empfindlichkeit voneinander. Rotes Licht betrifft hauptsächlich den ersten Empfängertyp, grünes Licht den zweiten und blaues Licht den dritten Empfängertyp. Durch Addition der Strahlung dieser drei Farben in verschiedenen Anteilen kann man jede beliebige Kombination der Anregung aller drei Arten lichtempfindlicher Elemente und damit die Wahrnehmung jeder Farbe erzielen. Wenn alle Rezeptoren gleichermaßen erregt sind, empfinden wir die Farbe Weiß; sind die Rezeptoren nicht erregt, empfinden wir die Farbe Schwarz. Aus diesem Grund erscheinen überlappende Bereiche von Rot, Grün und Blau als weißer Fleck.

Die Überlagerung von Rot und Blau ergibt Violett, Grün und Blau ergeben Türkis und Rot und Grün ergeben Gelb.

Die folgende Grafik zeigt die relative spektrale Empfindlichkeit des Auges gegenüber Strahlung verschiedener Wellenlängen (die sogenannte Sichtbarkeitskurve). Die rote Sichtbarkeitskurve entspricht der Empfindlichkeit des Auges bei Tageslicht und die blaue Kurve entspricht der Empfindlichkeit des Auges bei Dämmerungslicht. Die maximale Empfindlichkeit des Auges wird bei Tageslicht bei einer Wellenlänge von 555 nm und bei Dämmerungslicht bei einer Wellenlänge von 510 nm erreicht. Die maximale Empfindlichkeit des Auges wird in beiden Fällen als eins angenommen. Der Unterschied zwischen diesen beiden Sichtbarkeitskurven erklärt sich dadurch, dass Tages- und Dämmerungslicht von unterschiedlichen Rezeptoren im Auge wahrgenommen werden (Stäbchen im Dämmerungslicht und Zapfen im Tageslicht). Gleichzeitig ermöglichen die Stäbchen Schwarz-Weiß-Sicht und eine sehr hohe Empfindlichkeit. Zapfen ermöglichen es dem Menschen, Farben zu unterscheiden, ihre Empfindlichkeit ist jedoch viel geringer. Im Dunkeln funktionieren nur Stöcke – deshalb ist das wahrgenommene Bild nachts grau.

Wie wir anhand der Sichtbarkeitskurve erkennen können, ist das Auge in der Lage, Licht bei Wellenlängen von etwa 400 nm bis 760 nm wahrzunehmen. Unter Dunkeladaptationsbedingungen kann das Auge auch etwas Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von bis zu 950 nm und ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von mindestens 300 nm sehen. Die Grenzen des Frequenzbereichs des sichtbaren Lichts sowie die Form der Sichtbarkeitskurve des menschlichen Auges wurden im Laufe einer langen Evolution gebildet und an die Bedingungen der Beleuchtung irdischer Objekte durch Sonnenlicht angepasst die Bedingungen der Dämmerung und Nachtbeleuchtung. Tatsächlich wäre es biologisch unpraktisch, wenn das Auge Strahlung mit Wellenlängen von weniger als 290 nm empfangen könnte, da aufgrund der Anwesenheit der Ozonschicht in der Erdatmosphäre, die ultraviolette Strahlen absorbiert, das Spektrum der Sonnenstrahlung in der Nähe der Erde liegt Oberfläche endet praktisch bei einer Wellenlänge von 290 nm. Andererseits wäre es aufgrund der Wärmestrahlung des Auges selbst aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit gegenüber Infrarotstrahlung unmöglich, im Sonnenlicht zu funktionieren.

Für das Auge unsichtbare ultraviolette Strahlung wirkt sich dennoch auf die Haut aus. Unter dem Einfluss der ultravioletten Strahlung, die im Sonnenlicht vorhanden ist, entsteht in der Haut ein spezielles Pigment, das diesen Teil des Sonnenspektrums intensiv reflektiert. In diesem Fall erhält die Haut einen charakteristischen Farbton, der als Bräunung bezeichnet wird, und die Wahrscheinlichkeit einer Verbrennung wird erheblich verringert. Warum kann man nicht durch Fensterglas bräunen? Tatsache ist, dass gewöhnliches Fensterglas keine ultravioletten Strahlen durchlässt und daher das durch das Glas fallende Sonnenlicht keine Bräunung verursachen kann. Bräunen kann man nur durch Quarzglas, das für ultraviolettes Licht durchlässig ist.

Optisches Transmissionsspektrum von synthetischem Quarzglas Suprasil 300, optischem Glas BK 7 und gewöhnlichem Glas. Das sichtbare Lichtspektrum reicht etwa von 400 nm bis 800 nm.

Im Gegensatz zu gewöhnlichem Glas, das aus einer Mischung verschiedener Komponenten besteht, besteht Quarzglas nur aus Siliziumoxid und die Menge an Verunreinigungen anderer chemischer Elemente ist äußerst gering. Dies führt dazu, dass Quarzglas ein extrem breites Transmissionsspektrum und eine geringe Lichtabsorption aufweist (normales Fensterglas absorbiert so viel Licht wie 100 Meter dickes Quarzglas). Dies führt zur weit verbreiteten Verwendung von Quarzglas in der Optik. Wenn es die Mittel zulassen, können Sie eines der Fenster Ihrer Datscha mit Quarzglas verglasen und im Winter ein Sonnenbad nehmen.

Die spektrale Zusammensetzung der Sonnenstrahlung ändert sich je nach Höhe der Sonne über dem Horizont.

Nach der internationalen Klassifikation gibt es:

1. Infrarotstrahlung – 760-2600 (3000) nm

2. Sichtbare Strahlung – 400-760 nm

3. Ultraviolette Strahlung – an der Grenze zur Atmosphäre 400–100 nm, auf der Erdoberfläche – 400–290 nm

Alle Strahlungsarten unterscheiden sich voneinander in der Wellenlänge (Schwingungsfrequenz) und der Quantenenergie. Je kürzer die Wellenlänge, desto größer ist die Energie des Quants und desto ausgeprägter ist die biologische Wirkung dieser Strahlung.

Spektrale Zusammensetzung des Sonnenlichts

Folglich zeichnet sich ultraviolette Strahlung durch die größte biologische Aktivität aus.

Infrarotstrahlung macht den Großteil des Sonnenspektrums aus (bis zu 50 %). An der Grenze zur Atmosphäre nehmen ultraviolette Strahlen 5 % des Spektrums ein und 1 % der UV-Strahlung erreicht die Erdoberfläche. Der kurzwellige Teil der UV-Strahlung (weniger als 300 nm) wird durch die Ozonschicht der Erde blockiert.

Die Reaktion des Körpers auf Sonnenlicht ist das Ergebnis aller Teile des Spektrums. Sonnenstrahlung wird von Haut und Augen wahrgenommen. Die physiologische Wirkung der Sonnenstrahlen beruht auf verschiedenen photochemischen Reaktionen, deren Ablauf von der Wellenlänge und Energie der absorbierten Quanten der aktiven Strahlung abhängt.

Infrarotstrahlung

Infrarotstrahlung wird von jedem Körper erzeugt, dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt. Je stärker es erhitzt wird, also je höher seine Temperatur ist, desto höher ist die Intensität der Strahlung. Infrarotstrahlung durchdringt die Atmosphäre, Wasser, Boden, Kleidung und Fensterglas.

Der Absorptionskoeffizient von Infrarotstrahlen hängt von der Wellenlänge ab, die die Eindringtiefe bestimmt.

Basierend auf der Wellenlänge wird Infrarotstrahlung unterteilt in :

1.lange Welle(über 1400 nm) – wird von den Oberflächenschichten der Haut zurückgehalten und dringt bis zu einer Tiefe von 3 mm ein. Dadurch beschleunigt sich der Stoffwechsel, die Durchblutung, das Zellwachstum und die Geweberegeneration nehmen zu, in großen Dosen kann es jedoch zu einem brennenden Gefühl kommen .

2. Mittelwelle(Wellenlänge 1000 – 1400 nm)

3. Kurzwelle(Wellenlänge von 760 bis 1000 nm) hat eine große Durchschlagskraft. Dringt bis zu einer Tiefe von 4–5 cm ein, 14 % der Strahlen mit Wellenlängen von 1000–1400 nm – bis zu einer Tiefe von 3–4 cm.

IR-Strahlung hat :

1. thermischer Effekt – IR-Strahlung beeinflusst Moleküle und Atome von Stoffen, verstärkt ihre Schwingungsbewegungen und führt zu einer Erhöhung der Temperatur des Biosubstrats.

2. photochemische Wirkung – verbunden mit der Energieaufnahme durch Gewebe und Zellen, die zur Aktivierung enzymatischer Prozesse und damit zur Beschleunigung des Stoffwechsels, zur Bildung biologisch aktiver Substanzen und zur Stärkung von Regenerationsprozessen führt und Immunogenese.

IR-Strahlung hat lokale und allgemeine Wirkungen.

Wenn IF-Strahlung lokal dem Gewebe ausgesetzt wird, beschleunigt sie etwas biochemische Reaktionen, enzymatische und immunbiologische Prozesse, Zellwachstum und Geweberegeneration sowie die Durchblutung und verstärkt die biologische Wirkung von UV-Strahlen.

Die allgemeine Wirkung äußert sich in entzündungshemmenden, schmerzstillenden und allgemein tonisierenden Wirkungen. Diese Effekte werden in der Physiotherapie häufig genutzt – durch den Einsatz künstlicher Infrarotstrahlungsquellen zur Behandlung entzündlicher Erkrankungen, um Schmerzen bei Rheuma, Osteochondrose etc. zu lindern.

3. beeinflusst Klima und Mikroklima. Durch ungleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche und Verdunstung von Wasser kommt es zur Bewegung von Luft- und Wassermassen, zur Bildung von Zyklonen und Antizyklonen, warmen und kalten Strömungen, einer Vielzahl von Klimazonen und Wetterbedingungen, die sich indirekt auf den Menschen auswirken.

Bei optimaler Intensität erzeugt Infrarotstrahlung ein angenehmes Wärmegefühl.

Die negative Wirkung der Infrarotstrahlung ist mit einem thermischen Effekt verbunden, da es zu einer Überhitzung des Körpers durch Hitzeentwicklung oder Sonnenstich kommen kann.

Sichtbare Strahlung

Sichtbare Strahlung wirkt sich auf die Haut (dringt bis zu einer Tiefe von 2,5 cm) und die Augen aus. Die Haut absorbiert sichtbare Strahlen unterschiedlich. Rote Strahlen dringen bis zu einer Tiefe von 2,5 cm in einer Menge von 20 % ein, violette Strahlen bis zu 1 %.

Biologische Wirkung :

1. verursacht ein Lichtgefühl. Verbunden mit einem photochemischen Effekt, der sich in der Anregung von Molekülen visueller Pigmente in der Netzhaut äußert. Dadurch werden in der Netzhaut elektrische Impulse erzeugt, die das Lichtempfinden hervorrufen. Somit haben sichtbare Strahlen Informationswert (Informationen über Volumen, Farbe, Form usw.)

2. wirkt sich positiv auf den Körper aus, stimuliert seine lebenswichtigen Funktionen, verbessert das allgemeine Wohlbefinden, die emotionale Stimmung und steigert die Leistungsfähigkeit. Schlechte Beleuchtung wirkt sich negativ auf die Funktion des visuellen Analysators aus, wodurch schnell Ermüdung entsteht.

3. Verbessert den Stoffwechsel, die immunologische Reaktivität, verbessert die Aktivität anderer Analysatoren und aktiviert Erregungsprozesse in der Großhirnrinde.

4. thermischer Effekt – etwa 50 % der gesamten thermischen Energie des Sonnenspektrums stammt aus sichtbarer Strahlung.

5. Verbesserung der Umwelt

6. psychogene Bedeutung. Sichtbare Strahlung kann eine Reihe von Farben erzeugen, die unterschiedliche Auswirkungen auf den Menschen haben. Die Einstellung zu Farben ist sehr individuell und jede Farbe ruft bei einem Menschen bestimmte Empfindungen hervor (Blau – ein Gefühl der Kühle, beruhigende Wirkung, Grün – Ruhe, Zuverlässigkeit, leuchtendes Gelb – Irritation, Rot – Aufregung, Lila und Blau – deprimieren und fördern). Schlaf, Blau kann depressive Zustände verstärken).

7. Die Intensität und Farbe des sichtbaren Lichts ändert sich im Laufe des Tages, hat Signalcharakter, bestimmt den täglichen biologischen Rhythmus der menschlichen Aktivität und dient als Quelle für Reflexe und konditionierte Reflexaktivität.

Im Laufe der Evolution begann der Mensch, tagsüber einen aktiven Lebensstil zu führen. Sichtbares Licht beeinflusst Schlaf und Wachheit und damit die physiologischen Funktionen des Körpers (Regulierung der Körpertemperatur, Hormonspiegel usw.). Mittlerweile gibt es das Konzept des „Light-Hunger-Syndroms“, das durch verminderte Leistungsfähigkeit, emotionale Instabilität, gesteigerten Appetit und Schlafbedürfnis gekennzeichnet ist. Dieses Syndrom tritt bei Menschen in der Herbst-Winter-Periode auf, wenn sie am Polarkreis leben, bei Menschen, die in Nachtschichten arbeiten usw.

Biologische Wirkungen verschiedener Teile des Sonnenstrahlungsspektrums

Ionisierende Strahlung. Diese Strahlung umfasst kosmische Strahlung sowie natürliche und vom Menschen verursachte Radioaktivität. Auf der Erdoberfläche ist diese Form der Einwirkung auf Organismen hauptsächlich mit dem natürlichen radioaktiven Hintergrund und in unserer Zeit mit einem starken Anstieg der Radioaktivität technogenen Ursprungs verbunden.

Die biologische Wirkung der Strahlung erfolgt hauptsächlich auf subzellulärer Ebene (Kerne, Mitochondrien, Mikrosomen). Die Abhängigkeit dieser Wirkung von der Strahlendosis ist nachgewiesen: Bei kleinen Dosierungen kann die schädigende Wirkung durch eine stimulierende ersetzt werden. Der Einfluss ionisierender Strahlung auf den genetischen Apparat (mutagene Wirkung) ist bekannt.

Ultraviolette Strahlung. Der Bereich mit der kürzesten Wellenlänge (200–280 nm) dieses Teils des Spektrums („ultraviolettes C“) wird aktiv von der Haut absorbiert; Es ist gefährlich für lebende Organismen, wird jedoch vom Ozonschirm fast vollständig absorbiert. Die nächste Zone ist UV-B mit einer Wellenlänge von 280–320 nm – der gefährlichste Teil des UV-Spektrums, der krebserregend wirkt. UV-B aktiviert einige Mikroorganismen, während andere UV-Wellenlängen für Mikroben schädlich sind. Der Großteil der UVB-Zone wird auch vom Ozonschild absorbiert.

Nur Strahlen mit einer Wellenlänge von etwa 300 nm erreichen die Erdoberfläche. Dieser Teil des Spektrums ist energiereich und hat vor allem eine chemische Wirkung auf lebende Organismen. UV-Strahlen stimulieren insbesondere die Prozesse der Zellsynthese.

Unter dem Einfluss dieser Strahlen wird im Körper Vitamin D synthetisiert, das den Stoffwechsel von Kalzium und Phosphor und damit das normale Wachstum und die normale Entwicklung des Skeletts reguliert. Dieses Vitamin ist besonders wichtig für einen wachsenden Organismus. Daher bringen viele Säugetiere, die ihre Jungen regelmäßig (normalerweise morgens) in Bauen zur Welt bringen, sie in sonnenbeschienene Gebiete. Auch das „Sonnenbaden“ ist für viele Vögel charakteristisch; Die Hauptaufgabe dieser Verhaltensform ist die Normalisierung des Stoffwechsels, die Synthese von Vitamin D und die Regulierung der Melaninproduktion. Die Wirkung von UV-Strahlung hängt von der Dosis ab: Zu viel UV-Strahlung ist schädlich für den Körper. Sich aktiv teilende Zellen sind besonders instabil gegenüber kurzwelliger Strahlung. Als Anpassung, um den Körper vor einer Überdosis UV-Strahlung zu schützen, bilden viele Lebewesen, darunter auch der Mensch, dunkle Pigmente, die diese Strahlen absorbieren. Das liegt in der Natur der Bräunung beim Menschen. Bei Fröschen und einigen anderen Amphibien und Fischen haben auf der Wasseroberfläche abgelegte Eier einen pigmentierten oberen Pol. Bei Wüstennagetieren wird eine Pigmentierung des Hodensacks festgestellt. Bei Gophern wurden pigmentierte Gehirnmembranen gefunden.

UV-Strahlung macht etwa 5-10 % der Gesamtstrahlung aus, die die Erdoberfläche erreicht.

Sichtbares Licht. Dieser Teil des Spektrums macht etwa 40–50 % der Sonnenenergie aus, die die Erde erreicht. Bei Tieren ist der sichtbare Teil des Spektrums vor allem mit der Orientierung in der Umwelt verbunden. Die visuelle Orientierung ist für die meisten tagaktiven Tiere charakteristisch und dient als Quelle komplexer Informationen über äußere Bedingungen. Die Effizienz der Wahrnehmung visueller Signale ist sehr unterschiedlich: von einfachen lichtempfindlichen Zellen, in denen Lichteinwirkungen auf Sehpigmente photochemisch in einen Nervenimpuls umgewandelt werden, bis hin zu komplexen Augen, die dreidimensionale Bilder in Farbe wahrnehmen können. Bei einer Reihe von Vögeln erstreckt sich die visuelle Wahrnehmung auf einen Teil der ultravioletten Zone des Spektrums. Viele Tiere nehmen Strahlung im nahen Infrarotbereich als sichtbares Licht wahr.

Viele nachtaktive Arten navigieren jedoch mit Hilfe ihrer Sehorgane, da absolute Dunkelheit im Lebensraum der Tiere selten ist. Die Abschwächung der Lichtintensität führt zu adaptiven Veränderungen der Sehorgane (Eulen, Ziegenmelker, einige nachtaktive Säugetiere).

Das Leben in völliger Dunkelheit geht meist mit einer Einschränkung der Sehorgane einher. Dies ist insbesondere charakteristisch für in Höhlen lebende Arten sowie für viele Bodentiere. Bodentiere behalten häufig lichtempfindliche Organe, wenn auch in reduzierter Form. Sie dienen dazu, Informationen über den Ausgang zur beleuchteten Fläche zu erhalten.

Im Ozean nimmt die Lichtintensität mit der Tiefe ab. Gleichzeitig verändert sich auch die spektrale Zusammensetzung: Sein kurzwelliger Anteil – blaue und cyanfarbene Strahlen – dringt am tiefsten ein. Die Beleuchtung im Flachwasser unterscheidet sich kaum von der an Land und die hier lebenden Fische haben einen hohen Anteil rotlichtempfindlicher Zapfen in ihrer Netzhaut. Fische, die im grünen Wasser der Küstenzone leben, haben solche Zapfen nicht und ihnen fehlen auch orange-empfindliche Zellen. Unter den Tiefseefischen haben die meisten nur eine Art blauempfindlicher Stäbchen in ihrer Netzhaut.

Es ist bekannt, dass in einer Tiefe von 800–950 m die Lichtintensität etwa 1 % der halbtägigen Beleuchtung an der Oberfläche beträgt.

Für die Lichtwahrnehmung reicht das noch aus. Eine weitere Tiefenzunahme ist bei einigen Arten mit einer Verminderung der Sehorgane verbunden, bei anderen mit der Entwicklung hypertrophierter Augen, die nur sehr schwaches Licht wahrnehmen können. Letzteres wird maßgeblich durch das Vorhandensein leuchtender Organismen in großen Tiefen bestimmt. Einige von ihnen sind in der Lage, eine Beleuchtung zu erzeugen, die über der Lichtempfindlichkeitsschwelle von Tieren liegt. Das blaue Leuchten (Wellenlänge 400-500 nm) entspricht der „Stimmung“ der Sehorgane von Tiefseetieren. Biologisches Leuchten wird auch von Fischen genutzt, indem sie symbiotische Beziehungen mit leuchtenden Mikroorganismen eingehen und spezielle Organe bilden, deren Licht zum Anlocken von Beute, zur gegenseitigen Erkennung, zur Unterscheidung der Geschlechter usw. verwendet wird.

Licht als Faktor der Photosynthese. Im Prozess der Photosynthese fungiert Licht als Energiequelle, die vom Pigmentsystem (Chlorophyll, in einigen Fällen seine Analoga) genutzt wird. Dadurch spaltet sich das Wassermolekül unter Freisetzung von Sauerstoffgas, und die vom photochemischen System gewonnene Energie wird zur Umwandlung von Kohlendioxid in Kohlenhydrate genutzt:

6CO2 + 12H2O Chlorophyll C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Die Fähigkeit, Strahlungsenergie im Chlorophyll und in den Sehpigmenten von Tieren zu nutzen, ist sehr ähnlich; Daher fällt im Spektrum der Sonnenstrahlung der Bereich der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR) praktisch mit dem Bereich des sichtbaren Teils des Spektrums mit einer Wellenlänge in der Größenordnung von 400–700 nm zusammen. Einige Bakterien mit Bakteriochlorophyllen sind in der Lage, Licht im langwelligen Teil des Spektrums (maximal im Bereich von 800–100 nm) zu absorbieren.

Ein grünes Blatt absorbiert durchschnittlich 75 % der auf es einfallenden Strahlungsenergie. Der Nutzungskoeffizient für die Photosynthese ist jedoch gering: etwa 10 % bei schwachem Licht und nur 1-2 % bei starkem Licht. Der Rest der Energie wird in Wärme umgewandelt, die für die Transpiration und andere Prozesse aufgewendet wird.

Die wichtigsten externen Faktoren, die das Niveau der Photosynthese beeinflussen, sind Temperatur, Licht, Kohlendioxid und Sauerstoff. Auf der Ebene der Pflanze selbst wird dieser Prozess durch den Gehalt an Chlorophyll und Wasser, Merkmale der Blattanatomie und die Konzentration von Enzymen beeinflusst.

Abhängigkeit der Photosynthese von der Temperatur gekennzeichnet durch eine Kurve, auf der Punkte (Zonen) von Maximum, Optimum und Minimum unterschieden werden. Die Mindesttemperatur, bei der Photosynthese möglich ist, ist artspezifisch und spiegelt die Anpassungsfähigkeit der Art an die Temperaturbedingungen der Umgebung wider. Bei vielen Arten fällt sie mit der Gefriertemperatur von Gewebeflüssigkeiten (-1, -2°C) zusammen, bei den kälteliebendsten Formen sinkt sie jedoch auf -5...-7°C. Die maximale Photosynthesetemperatur liegt im Durchschnitt 10–12 °C unter dem Hitzetodpunkt. Das Temperaturmaximum für die Photosynthese ist bei südlichen Pflanzen höher. Als optimale Temperaturzone für die Photosynthese gelten die thermischen Bedingungen, unter denen die Photosynthese 90 % ihres Maximalwertes erreicht; Dieser Bereich hängt von der Beleuchtung ab: Er nimmt zu, wenn die Verschattung zunimmt, und nimmt ab. Daher ist die Photosynthese bei schwachem Licht bei niedrigeren Temperaturen aktiver, und bei starkem Licht nimmt die Intensität dieses Prozesses mit steigender Temperatur zu.

Die Beleuchtung ist in ihrer Wirkung auf die Photosynthese durch das sogenannte gekennzeichnet Sättigungskurve: Mit zunehmender Beleuchtung steigt die CO2-Verbrauchskurve zunächst stark an, dann – bei Erreichen einer bestimmten Beleuchtungsschwelle – nimmt die Steigerung der Photosynthese ab, die Kurve nimmt die Form einer Hyperbel an. In dieser Abhängigkeit sind ökologische Muster deutlich erkennbar: Bei schattenliebenden Pflanzen tritt die Sättigung bei geringerer Beleuchtung ein als bei lichtliebenden Pflanzen. Im Dunkeln gehen die Assimilationskurven gegen Null: Die Freisetzung von CO2 bei der Atmung wird nicht durch seinen Verbrauch für die Photosynthese kompensiert. Als Mindestbeleuchtung wird die Mindestbeleuchtung bezeichnet, bei der die Aufnahme von Kohlendioxid für die Photosynthese seiner Freisetzung bei der Atmung entspricht Kompensationspunkt ; bei lichtliebenden Pflanzen liegt er höher als bei schattenliebenden Pflanzen. Darüber hinaus hängt die Position dieses Punktes von der CO2-Konzentration und der Temperatur ab.

Kohlendioxid dient während der Photosynthese als Ressource für die Kohlenhydratsynthese. Der normale CO2-Gehalt in der Atmosphäre beträgt 0,57 mg/l. Eine Konzentrationssteigerung führt zu einer Steigerung der Photosynthese, jedoch nur bis zu bestimmten Grenzen; Bei einer Konzentration von 5–10 % (im Vergleich zum Normalwert – 0,03 %) wird die Photosynthese gehemmt. In Kombination mit der Reaktion auf andere Faktoren bestimmen Schwankungen der CO2-Konzentration die Aufrechterhaltung eines normalen Photosyntheseniveaus unter verschiedenen natürlichen Bedingungen. Solche Schwankungen sind auf den Tagesrhythmus der Photosynthese, natürliche Veränderungen der Intensität der Bodenatmung und einige andere Faktoren zurückzuführen. Beispielsweise können die täglichen CO2-Schwankungen in dichten Pflanzengemeinschaften 25 % der Durchschnittswerte erreichen.

Wasser, das auch an den Prozessen der Photosynthese beteiligt ist, schränkt diese selten ein. Indirekt kann jedoch Wassermangel (insbesondere saisonal) ein limitierender Faktor sein. In Westaustralien beispielsweise reduzieren einige Pflanzenarten während der Dürre die Photosynthese um 2/3 im Vergleich zum Frühjahr.

Biologische Rhythmen

Die besondere Bedeutung des Lichtfaktors liegt darin, dass die regelmäßige Dynamik der Lichtverhältnisse eine wichtige Rolle bei der Regulierung periodischer Phänomene im Leben von Pflanzen und Tieren spielt.

Von Beginn des Lebens auf der Erde an wurde es unter bestimmten Bedingungen durchgeführt rhythmisch wechselnde Umgebung . Der natürliche Wechsel von Tag und Nacht, sich regelmäßig wiederholende jahreszeitliche Veränderungen in einem Komplex von Faktoren – all dies erforderte eine Anpassung seitens lebender Organismen. Im Laufe der Evolution hat sich die radikalste Form einer solchen Anpassung entwickelt: die Konsistenz der Rhythmen der biologischen Aktivität verschiedener Lebewesen mit dem Ausmaß der täglichen und saisonalen Zyklizität eines Komplexes von Umweltbedingungen. Der Rhythmus allgemeiner Erscheinungsformen der Lebenstätigkeit und ihrer einzelnen Formen ist charakteristisch für alle Lebewesen. Es basiert auf der Spezifität biochemischer und physiologischer Reaktionen, die das Wesen des Lebens ausmachen und rhythmischer Natur sind. Die Dauer der Rhythmen einzelner Prozesse, die auf der Ebene des Suborganismus ablaufen, ist sehr unterschiedlich: von Sekundenbruchteilen (zum Beispiel Neuronenaktivität) bis zu mehreren Stunden (sekretorische Aktivität von Drüsen) und noch mehr.

Tagesrhythmus. Die tägliche Periodizität ist für die meisten Pflanzen- und Tierarten charakteristisch. Es gibt Formen mit Tages- oder Nachtaktivität; Bei manchen Arten kommt es unabhängig von der Tageszeit zu spontanen Aktivitätsausbrüchen; bei manchen Tieren ist die Aktivität in der Dämmerung charakteristisch. Der Zeitpunkt des Öffnens und Schließens von Blüten bei höheren Pflanzen, der Beginn oder das Ende des Wachzustands (oder umgekehrt des Schlafs) bei Tieren ist artspezifisch und zeichnet sich durch große Konstanz in seinem Verhältnis zum täglichen Beleuchtungszyklus aus.

Die allgemeine Art der Tieraktivität wird durch die folgenden Bedingungen bestimmt:

1) Art des Essens;

2) Beziehungen zu Raubtieren und Konkurrenten;

3) tägliche Veränderungen im Komplex abiotischer Faktoren usw.

Somit wird die tägliche Aktivität poikilothermer Tiere weitgehend durch das Umgebungstemperaturregime bestimmt; bei Amphibien - eine Kombination aus Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Unter den Nagetieren sind Arten, die sich von ballaststoffreicher Nahrung ernähren, meist rund um die Uhr aktiv. Samenfressende Formen, die konzentriertere Nahrung zu sich nehmen, legen den Erwerbszeitpunkt auf die Nachtperiode, in der der Einfluss von Raubtieren schwächer ist. Besonders ausgeprägt ist dies bei Vertretern offener Steppen- und Wüstenräume.

Zyklische Veränderungen des allgemeinen Niveaus der Vitalaktivität im Laufe des Tages sind mit den Rhythmen physiologischer Prozesse verbunden. Die aktive Periode ist durch einen hohen Energieverbrauch und dementsprechend eine erhöhte Aktivität eines Komplexes physiologischer Reaktionen gekennzeichnet.

Sonnenstrahlung

Doch tägliche Stoffwechselschwankungen sind nicht nur eine direkte Folge einer Steigerung der allgemeinen Aktivität, da es auch im Ruhezustand zu regelmäßigen Veränderungen des Stoffwechselniveaus kommt.

Der Beleuchtungsmodus fungiert als Signalfaktor, der den Start- und Endzeitpunkt der Aktivität bestimmt. Bei tagaktiven Tieren stimuliert die morgendliche Zunahme der Beleuchtung bei Erreichen einer bestimmten Schwelle den Beginn einer kräftigen Aktivität.

Bei nachtaktiven Arten korreliert der Beginn der Aktivität mit einer gewissen Abnahme der Beleuchtung, und ihr morgendlicher Anstieg bestimmt das Ende der aktiven Periode.

Lichtschwellen bestimmen die Start- und Endzeiten der Aktivität. Während der aktiven Tageszeit hat die Intensität der Tieraktivität meist einen pulsierenden, phasischen Charakter. So sind Sperlingsvögel während der Brutzeit morgens am aktivsten, dann nimmt ihre Aktivität ab und nimmt abends wieder zu. Für viele Tierarten ist eine ungleichmäßige Aktivitätsausprägung charakteristisch.

Tagesrhythmus. Die signalisierende und synchronisierende Rolle der Photoperiode zeigt sich deutlich unter experimentellen Bedingungen, wenn experimentelle Organismen vor dem Hintergrund konstanter Beleuchtung (meistens bei Aufbewahrung im Dunkeln) einen Tagesrhythmus zeigen, der für eine bestimmte Art in einer natürlichen Umgebung charakteristisch ist. Beispielsweise senken manche Pflanzen normalerweise nachts ihre Blätter oder falten sie und breiten sie tagsüber aus. Nachdem diese Pflanzen im Experiment in völliger Dunkelheit platziert wurden, behielten sie einen täglichen Rhythmus der Blattbewegung bei. In Experimenten wurde auch gezeigt, dass dieser Zyklus des Faltens und Aufrichtens der Blätter nicht genau einen Tag dauert, sondern etwas weniger – 22–22,5 Stunden.

Die zirkadianen Rhythmen des Lebens basieren auf erblich festgelegte endogene Zyklen physiologische Prozesse mit einem Zeitraum von nahezu 24 Stunden. Zyklische Prozesse dieser Art nennt man zirkadian oder zirkadian (aus dem Lateinischen circa – ungefähr, stirbt – Tag) Rhythmen. In ihrer „reinsten“ Form zeigen sich zirkadiane Rhythmen nur, wenn Tiere unter streng konstanten Bedingungen gehalten werden, also ohne Kontrolle durch sich ändernde Umweltfaktoren. Auf diese Weise identifiziert, weisen sie ein hohes Maß an Autonomie auf. Gleichzeitig lassen sich diese frei fließenden endogenen Rhythmen problemlos durch externe Zeitsensoren (Änderungen der Beleuchtung, Temperatur usw.) synchronisieren.

Ein charakteristisches Merkmal zirkadianer Rhythmen ist eine gewisse Diskrepanz zwischen ihrer Periode und dem gesamten astronomischen Tag.

Unterschiedliche Lichtverhältnisse haben einen gewissen Einfluss auf die Art der zirkadianen Rhythmen. Eine Erhöhung der Intensität der Dauerbeleuchtung führt bei nachtaktiven Arten zu einer Abnahme der Gesamtaktivität, einer leichten Verlängerung des Zyklus und einer Verkürzung seines aktiven Teils; mit abnehmender Beleuchtung sind gegenteilige Verschiebungen zu beobachten. Tagaktive Tiere zeigen dementsprechend die entgegengesetzten Reaktionen.

Saisonale Rhythmen. Die meisten Organismen, die unter Bedingungen saisonaler Veränderungen des Klimaregimes leben, zeichnen sich durch das Vorhandensein periodischer saisonaler Prozesse aus, die einen Komplex physiologischer Systeme abdecken und biologisch bedeutsame Veränderungen in den Aktivitätsformen bewirken. Bei Pflanzen ist dies auf die saisonale Natur der Fortpflanzung, einen bestimmten Zeitpunkt der Samenbildung, die Bildung von Knollen und andere Formen der Nährstoffspeicherung vor Beginn des Winters usw. zurückzuführen. Diese Prozesse sind endogen, genetisch programmiert; Bestimmte Wetterbedingungen verändern lediglich ihren Verlauf. Die wichtige Rolle der Photoperiode bei der Regulierung saisonaler periodischer Phänomene in Pflanzen wurde nachgewiesen.

Bei den meisten Tieren manifestieren sich auch saisonal verschiedene physiologische und biologische Prozesse: Fortpflanzung, Häutung, Winterschlaf, Migration usw. Evolutionär entstand die Saisonalität dieser Phänomene als Anpassung an zyklische Veränderungen der klimatischen Bedingungen. Die regelmäßige Wiederkehr saisonaler Zustände entsteht durch das Zusammenspiel angeborener endogener saisonaler Zyklen mit Informationen über den Zustand äußerer Bedingungen. Diese Wechselwirkungen synchronisieren die Manifestationen des endogenen Programms mit Perioden einer Kombination von Umweltfaktoren, die für eine bestimmte Aktivitätsform günstig sind, und gewährleisten die Anpassung des Körpers an den saisonalen Zustand der äußeren Bedingungen.

Zwölfjährige Rhythmen. Als endogene biologische Zyklen werden jährliche Periodizität bezeichnet zirkajährlich oder circan Rhythmen (von lateinisch circa – ungefähr, annus – Jahr). Sie basieren wie die circadianen auf einem System der freien Zeitmessung nach dem Prinzip einer biologischen Uhr. Unter natürlichen Bedingungen steht dieses System unter der Kontrolle externer Synchronisationsfaktoren, unter denen die Photoperiode bei nichttropischen Tieren die Hauptrolle spielt.

Die Erscheinungsformen zirkajährlicher Rhythmen können recht komplex sein, in jedem Fall enthalten sie jedoch den Mechanismus eines frei fließenden Zeitprogramms und der Steuerung durch das natürliche Lichtregime.

Unter künstlichen Bedingungen, die die Wirkung externer Zeitsensoren völlig ausschließen, wurde festgestellt, dass der natürliche Verlauf des zirkannen Rhythmus meist etwas kürzer ist als der astronomische Jahresrhythmus. So wurden zwei Waldsänger – ein Waldsänger und ein Waldsänger im Alter von 6 Wochen – unter konstante Photoperiodenbedingungen (10 Stunden Licht und 14 Stunden Dunkelheit) gesetzt und unter diesen Bedingungen 10 bzw. 8 Jahre lang gehalten . Die Häutungsperioden dieser Vögel wiederholten sich regelmäßig im Abstand von 9,4–9,7 Monaten. Ähnliche Experimente mit anderen Vögeln führten zu ähnlichen Ergebnissen.

Zwei Seiten der selben Münze

Um Farbe zu „sehen“, sind zwei Dinge erforderlich: ein durch Licht beleuchtetes Objekt (die physikalische Komponente des Prozesses) und das menschliche Auge (die physiologische Komponente).

Aus physikalischer Sicht nehmen wir als Farbe eine Reihe elektromagnetischer Wellen eines bestimmten Frequenzbereichs wahr, die für das menschliche Auge wahrnehmbar sind.

Aus biologischer und menschlicher Physiologie sind zwei verschiedene Arten von Nervenzellen (Rezeptoren), Zapfen bzw. Stäbchen genannt, für die Farbwahrnehmung des menschlichen Auges verantwortlich, indem sie Lichtwellen absorbieren und einen Nervenimpuls an das Gehirn senden .

Bezüglich des menschlichen Auges ist zu beachten, dass alle Farben von verschiedenen Menschen unterschiedlich wahrgenommen werden – keine zwei Menschen nehmen dieselbe Farbe auf die gleiche Weise wahr. Sie können dies überprüfen, indem Sie ein Experiment durchführen, bei dem Sie Ihre Farbwahrnehmung mit der Wahrnehmung einer anderen Person vergleichen.

Spektrale Zusammensetzung des Lichts

Die Wissenschaft hat bewiesen, dass Licht ein elektromagnetisches Spektrum ist – eine Folge monochromatischer Strahlung, von denen jede einer bestimmten Wellenlänge elektromagnetischer Schwingung entspricht. Der optische Bereich des elektromagnetischen Strahlungsspektrums besteht aus drei Abschnitten: unsichtbarer ultravioletter Strahlung (Wellenlänge 10–400 nm), sichtbarer Lichtstrahlung (Wellenlänge 400–750 nm), die vom Auge als Licht wahrgenommen wird, und unsichtbarer Infrarotstrahlung (Wellenlänge 740 nm). - 1- 2 mm). Lichtstrahlung beeinflusst das Auge und verursacht das Farbempfinden, während elektromagnetische Wellen (nm) Strahlung die folgenden Farben haben:

• 390-440 Lila
• 440-480 blau
• 480-510 blau
• 510-550 grün
• 575-585 gelb
• 585-620 orange
• 630-770 rot

Das Sonnenlicht am Tag wird vom Menschen als das natürlichste empfunden. Allerdings ist das Licht von Glühlampen „wärmer“, das heißt, es enthält mehr Rottöne. Gleichzeitig weist die Beleuchtung von Leuchtstofflampen einen Überschuss an Blautönen auf und wirkt daher „kalt“.

Quantitative Eigenschaften von Licht

Lassen Sie uns die Konzepte der grundlegenden Lichtmengen und -einheiten vorstellen.

• Der Lichtstrom ist die Stärke der Strahlungsenergie, gemessen an der Lichtempfindung, die sie für das Auge erzeugt. Gemessen in Lumen (lm).
• Die Lichtstärke ist der Lichtstrom, der sich innerhalb eines Raumwinkels von 1 Steradiant ausbreitet. Sie wird in Candela (cd) gemessen.
• Die Beleuchtung ist die Menge des Lichtstroms, der auf eine Einheitsoberfläche fällt. Sie wird in Lux (lx) gemessen.
• Die Beleuchtungsstärke (Belichtung) ist das Produkt aus der Beleuchtung des lichtempfindlichen Elements und der Beleuchtungszeit (Verschlusszeit). Maßeinheit ist Lux-Sekunde (lx-s).

Lichtquellen

Es gibt mehrere Standardlichtquellen.

Elektrische Glühlampen

Als Standardstrahlung für elektrische Glühlampen gilt Licht einer Quelle mit einer Farbtemperatur von 2854 K.

Neuer Ausdruck

Die Farbtemperatur ist die Temperatur, bei der ein vollständig schwarzer Körper Licht mit derselben spektralen Zusammensetzung wie das betreffende Licht aussendet. Die Farbtemperatur wird in Kelvin (K) gemessen. So können Sie laut Standard für Monitore deren Farbtemperatur auf 9300 oder 6500 K einstellen, was einer blaueren oder eher gelben Farbe entspricht.

In der Fotografie können Glühlampen als Beleuchtung für allgemeines (diffuses) und gerichtetes Licht verwendet werden. Ein wichtiges Merkmal von Beleuchtungskörpern ist der Streuwinkel – der Winkel, innerhalb dessen die Lichtstärke des Beleuchtungsgeräts um nicht mehr als 10 % der Lichtstärke in Richtung der Achse reduziert wird.

Allgemeinlichtstrahler sollten einen großen Streuwinkel (60–80 Grad) haben, während gerichtete Lichtstrahler (Strahler) einen Streuwinkel haben sollten, der von eng (einige Grad) bis ziemlich breit (60 Grad) reicht.

Als Beleuchtungskörper werden in der Praxis Geräte mit Halogenlampen verwendet, beispielsweise „Svet-500“ oder „Luch-300“. Ein solcher Illuminator ist ein Reflektor, dessen Lichtquelle horizontal entlang der Achse des Reflektors platziert ist. Das Gerät ist für den Einbau von Glühlampen mit einer Leistung von 275 oder 500 W ausgelegt. Mit der versenkbaren Fassung können Sie die Lichtverteilung anpassen. Das Gerät eignet sich sowohl für Allgemein- als auch für gerichtete Beleuchtung. Der Winkel kann über zwei Klappen am Gerät begrenzt werden. Das Gerät ist auf einem Stativ montiert.

Sonne

Als Norm für direktes Sonnenlicht gilt nach internationaler Vereinbarung eine Strahlung mit einer Farbtemperatur von 5400 K.

Sonnenlicht kann durch die Atmosphäre gerichtet (direkt) oder gestreut werden. Es ist in der Intensität und spektralen Verteilung der Strahlungsenergie variabel. Das Spektrum der Sonnenstrahlung verändert sich beispielsweise je nachdem, wo sich das Objekt befindet – in der Sonne oder im Schatten.

In den frühen Morgen- und frühen Abendstunden enthält das Sonnenlicht deutlich mehr orange und rote Strahlen als zur Mittagszeit.

Wenn die Sonne aufgeht, nimmt nicht nur die Intensität des Lichts allmählich zu, sondern auch seine Farbtemperatur.

Die Art der Sonnenbeleuchtung wird ständig von der Atmosphäre beeinflusst. Bei Kumuluswolken verringert sich der Lichtkontrast im Vergleich zur Beleuchtung bei klarem, wolkenlosem Wetter um etwa das Zweifache.

Taschenlampen

Leuchtstofflampen und Fotoblitze haben ein Spektrum gleicher Energie, in dem die Energien aller monochromatischen Strahlung einander gleich sind. Mit anderen Worten: Elektronisch gepulste Fotoblitze haben ein Emissionsspektrum, das dem Tageslicht nahe kommt.

Eines der Hauptmerkmale eines Blitzes ist die Leitzahl – das Produkt aus der Entfernung vom Blitz zum Motiv und der Blendenzahl des Objektivs. Die Leitzahl hängt von der Blitzenergie, dem Streuwinkel des Lichtstrahls und der Bauform des Reflektors ab. Typischerweise wird die Leitzahl für Filme mit einer Empfindlichkeit von 100 ISO (65 GOST-Einheiten) angegeben.

Konzept des Farbmodells

Für eine mathematische Beschreibung der Farbe in Computergeräten ( Digitalkameras, Scanner, Drucker, Monitore) gibt es verschiedene Farbmodelle (oder Farbräume), wie zum Beispiel: CMYK, RGB, HSB, L*A*B* und andere. In solchen Modellen wird jeder Primärfarbe ein bestimmter digitaler Codewert zugewiesen. Lassen Sie uns dies anhand eines Beispiels erklären.

Machen Sie sich mit den Standardfarbmodellen für das Betriebssystem Windows XP vertraut Grafikeditor Führen Sie in MS Paint XP den Befehl aus: Start Alle Programme Standard Paint und dann den Befehl: Palette Palette ändern Farbe definieren (Abb. 1.1).

In dieser Abbildung sehen wir, dass die Farbe, die wir im Spektrum entsprechend der Zeigerposition ausgewählt haben, in jedem digitalen Gerät im HSB-Farbmodell mit den Nummern 84.200.120 oder im RGB-Farbmodell mit den Nummern 21.234.43 dargestellt wird.

NEUER AUSDRUCK

Farbmodelle (oder Farbräume) sind mathematisch präzise Mittel zur Beschreibung von Farben. Wenn Sie also das Farbsignal R21G234B43 an den Monitor senden, sollte auf jedem Monitor dieselbe Farbe erscheinen (in diesem Fall grün). NEUER AUSDRUCK

Wenn das sichtbare Lichtspektrum der Reihe nach (wie in einem Regenbogen) auf einem Kreis angeordnet wird, erhält man einen Farbkreis. Mithilfe des Farbkreises können Sie die Wechselwirkung verschiedener elektromagnetischer Wellen (Farben) deutlicher erkennen, wenn diese gemischt werden.

Der Farbkreis in der Fotografie ist von großer praktischer Bedeutung. Aus Abb. 1.2 können Sie sehen: Um eine Farbe in einem Bild zu verstärken, müssen Sie die Komplementärfarbe abschwächen, die sie ergänzt (die sich gegenüber im Farbkreis befindet). Um beispielsweise den gesamten Farbinhalt eines Bildes zu ändern, um die grüne Farbe zu verstärken, sollten Sie den Magenta-Anteil darin reduzieren. Wenn Sie den Anteil an Gelbtönen im Foto erhöhen möchten, sollten Sie die Intensität von Blau verringern . Auf diesem Prinzip beruht Farbkorrektur Bilder in Grafikeditoren(zum Beispiel in Adobe Photoshop).

Im Farbkreis gilt der obere rechte Sektor des Kreises als „warm“ und der untere linke Sektor als „kühl“. Diese Eigenschaft der Farbe als Wärme bestimmt maßgeblich die Wirkung der Farbe auf den Menschen. Zu den warmen Farben gehören Orange, Rot und Gelb. Hier sind Assoziationen mit Feuer möglich. Zu kühlen - Blau- und Cyantöne. Manche Menschen haben möglicherweise Assoziationen mit Eis. Warme Farben wirken nah und freundlich, während kalte Farben distanziert und unabhängig wirken. Durch den durchdachten Einsatz von kühlen und warmen Tönen können Sie Ihre fotografische Arbeit aufwerten.

Newtons Experimente zeigten, dass Sonnenlicht einen komplexen Charakter hat. Auf die gleiche Weise, d. h. durch Analyse der Lichtzusammensetzung mit einem Prisma, kann man davon überzeugt werden, dass das Licht der meisten anderen Quellen (Glühlampe, Bogenlampe usw.) den gleichen Charakter hat. Beim Vergleich der Spektren dieser leuchtenden Körper stellen wir fest, dass die entsprechenden Teile der Spektren unterschiedliche Helligkeiten aufweisen, das heißt, in verschiedenen Spektren ist die Energie unterschiedlich verteilt. Noch sicherer lässt sich dies überprüfen, wenn man die Spektren mit einem Thermoelement untersucht (siehe § 149).

Bei konventionellen Quellen fallen diese Unterschiede im Spektrum zwar nicht sehr ins Gewicht, können aber leicht erkannt werden. Unser Auge erkennt auch ohne die Hilfe eines Spektralapparats Unterschiede in der Qualität des von diesen Quellen abgegebenen weißen Lichts. So erscheint das Licht einer Kerze im Vergleich zu einer Glühlampe gelblich oder sogar rötlich, wobei letztere deutlich gelber ist als das Sonnenlicht.

Noch deutlicher sind die Unterschiede, wenn die Lichtquelle statt eines heißen Körpers eine mit einem Gas gefüllte Röhre ist, die unter dem Einfluss einer elektrischen Entladung glüht. Derzeit werden solche Röhren für Leuchtbeschriftungen oder Straßenbeleuchtungen eingesetzt. Manche von ihnen Gasentladungslampen geben helles gelbes (Natriumlampen) oder rotes (Neonlampen) Licht ab, andere leuchten mit einem weißlichen Licht (Quecksilberlampen), das sich im Farbton deutlich vom Sonnenlicht unterscheidet. Spektralstudien des Lichts solcher Quellen zeigen, dass ihr Spektrum nur einzelne, mehr oder weniger schmale Farbbereiche enthält.

Derzeit haben wir gelernt, Gasentladungslampen herzustellen, deren Licht eine spektrale Zusammensetzung hat, die der der Sonne sehr nahe kommt. Diese Lampen heißen Leuchtstofflampen(siehe § 186).

Betrachtet man das durch farbiges Glas gefilterte Licht der Sonne oder einer Bogenlampe, sieht es deutlich anders aus als das Original. Das Auge wertet dieses Licht als farbig und die spektrale Zerlegung zeigt, dass mehr oder weniger signifikante Teile des Quellspektrums fehlen oder im Spektrum nur sehr schwach vorhanden sind.

§ 165. Licht und Farben der Körper. Die in § 164 beschriebenen Experimente zeigen, dass das Licht, das in unserem Auge die Wahrnehmung der einen oder anderen Farbe hervorruft, eine mehr oder weniger komplexe spektrale Zusammensetzung hat. Es stellt sich heraus, dass unser Auge ein eher unvollkommener Apparat zur Lichtanalyse ist, sodass Strahlen unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung mitunter einen nahezu gleichen Farbeindruck hervorrufen können. Dennoch erlangen wir mit Hilfe des Auges Erkenntnisse über die ganze Farbvielfalt der Welt um uns herum.

Fälle, in denen Licht von einer Quelle direkt in das Auge des Betrachters gerichtet wird, sind relativ selten. Viel häufiger durchdringt Licht zunächst Körper, wird in ihnen gebrochen und teilweise absorbiert oder mehr oder weniger vollständig von ihrer Oberfläche reflektiert. So kann sich die spektrale Zusammensetzung des Lichts, das unser Auge erreicht, aufgrund der oben beschriebenen Prozesse der Reflexion, Absorption usw. erheblich verändern. In den allermeisten Fällen führen alle diese Prozesse nur zu einer Abschwächung bestimmter Spektralbereiche Einige können sogar vollständig aus solchen Bereichen entfernt werden, fügen aber nicht dem von der Quelle kommenden Licht Strahlung derjenigen Wellenlängen hinzu, die darin nicht vorhanden waren. Allerdings können solche Prozesse auch stattfinden (z. B. bei Fluoreszenzphänomenen).

§ 166. Absorptions-, Reflexions- und Transmissionskoeffizienten. Die Farbe verschiedener Objekte, die von derselben Lichtquelle (z. B. der Sonne) beleuchtet werden, kann sehr unterschiedlich sein, obwohl alle diese Objekte von Licht derselben Zusammensetzung beleuchtet werden. Die Hauptrolle bei solchen Effekten spielen die Phänomene der Lichtreflexion und -transmission. Wie bereits geklärt wurde, wird der auf einen Körper einfallende Lichtstrom vom Körper teilweise reflektiert (gestreut), teilweise durchgelassen und teilweise absorbiert. Der Anteil des Lichtstroms, der an jedem dieser Prozesse beteiligt ist, wird anhand der entsprechenden Koeffizienten bestimmt: Reflexion r, Transmission t und Absorption a (siehe § 76).

Jeder der angegebenen Koeffizienten (a, r, t) kann von der Wellenlänge (Farbe) abhängen, wodurch bei der Beleuchtung von Körpern verschiedene Effekte entstehen. Es ist nicht schwer zu erkennen, dass jeder Körper, bei dem beispielsweise der Transmissionskoeffizient für rotes Licht groß und der Reflexionskoeffizient klein ist und für grünes Licht dagegen, im durchgelassenen Licht rot und im reflektierten Licht grün erscheint . Solche Eigenschaften besitzt beispielsweise Chlorophyll, eine grüne Substanz, die in Pflanzenblättern enthalten ist und für deren grüne Farbe verantwortlich ist. Eine Lösung (ein Extrakt) von Chlorophyll in Alkohol erscheint in der Transmission rot und in der Reflexion grün.

Körper, bei denen die Absorption aller Strahlen hoch und die Reflexion und Transmission sehr gering sind, sind schwarze, undurchsichtige Körper (z. B. Ruß). Für einen sehr weißen undurchsichtigen Körper (Magnesiumoxid) liegt der Koeffizient r für alle Wellenlängen nahe bei Eins und die Koeffizienten a und t sehr klein. Vollständig transparentes Glas hat niedrige Reflexionskoeffizienten r, Absorptionskoeffizienten a und Transmissionskoeffizienten t, die für alle Wellenlängen nahe bei eins liegen. im Gegenteil, bei farbigem Glas sind die Koeffizienten t und r für einige Wellenlängen praktisch Null und dementsprechend liegt der Wert des Koeffizienten a nahe bei Eins. Der Unterschied in den Werten der Koeffizienten a, t und r und ihre Abhängigkeit von der Farbe (Wellenlänge) führen zu einer extremen Vielfalt der Farben und Schattierungen verschiedener Körper.

§ 167. Farbige Körper, beleuchtet durch weißes Licht. Bemalte Körper erscheinen farbig, wenn sie mit weißem Licht beleuchtet werden. Wenn die Lackschicht dick genug ist, wird die Farbe der Karosserie von ihr bestimmt und ist nicht von den Eigenschaften der darunter liegenden Schichten abhängig. Normalerweise handelt es sich bei der Farbe um kleine Körner, die das Licht selektiv streuen und in eine transparente Masse eingetaucht sind, die sie bindet, beispielsweise Öl. Die Koeffizienten a, r und t dieser Körner bestimmen die Eigenschaften der Farbe.

Die Wirkung von Farbe ist in Abb. schematisch dargestellt. 316. Die oberste Schicht spiegelt alles fast gleichmäßig wider

Reis. 316. Wirkungsschema einer Farbschicht

Strahlen, d.h. weißes Licht entsteht daraus. Sein Anteil ist mit etwa 5 % nicht sehr groß. Die restlichen 95 % des Lichts dringen tief in den Lack ein und treten, gestreut an seinen Körnern, wieder aus. Dabei wird ein Teil des Lichts in den Farbkörnern absorbiert, wobei bestimmte Spektralbereiche je nach Farbfarbe mehr oder weniger stark absorbiert werden. Ein Teil des Lichts, das noch tiefer eindringt, wird an den nächsten Kornschichten usw. gestreut. Infolgedessen hat ein mit weißem Licht beleuchteter Körper eine Farbe, die durch die Werte der Koeffizienten a, t und r für die Körner bestimmt wird der Farbe, die es bedeckt.

Als Farben werden Farben bezeichnet, die das auf sie einfallende Licht in einer sehr dünnen Schicht absorbieren Verstecke. Als Lacke werden Lacke bezeichnet, deren Wirkung auf der Beteiligung vieler Körnungsschichten beruht Glasur. Letztere ermöglichen es, durch Mischen mehrerer Farbkörnerarten (Aufstreichen auf der Palette) sehr gute Effekte zu erzielen. Dadurch können vielfältige Farbeffekte erzielt werden. Interessant ist, dass das Mischen von Lasurfarben, die Komplementärfarben entsprechen, zu sehr dunklen Farbtönen führen sollte. Lassen Sie tatsächlich rote und grüne Körner in die Farbe einmischen. Das von den roten Körnern gestreute Licht wird von den grünen Körnern absorbiert und umgekehrt, sodass nahezu kein Licht aus der Farbschicht austritt. Das Mischen von Farben führt also zu völlig anderen Ergebnissen als das Mischen von Licht entsprechender Farben. Diesen Umstand muss der Künstler beim Mischen von Farben berücksichtigen.

§ 168. Farbige Körper, beleuchtet durch farbiges Licht. Alle oben genannten Punkte gelten für die Beleuchtung mit weißem Licht. Unterscheidet sich die spektrale Zusammensetzung des einfallenden Lichts deutlich vom Tageslicht, können die Lichteffekte völlig anders ausfallen. Helle, farbige Stellen in einem Farbbild erscheinen dunkel, wenn dem einfallenden Licht genau die Wellenlängen fehlen, für die diese Stellen einen hohen Reflexionsgrad aufweisen. Schon der Übergang vom Tageslicht zum künstlichen Abendlicht kann das Farbverhältnis deutlich verändern. Bei Tageslicht ist der relative Anteil der gelben, grünen und blauen Strahlen viel größer als bei künstlichem Licht. Daher erscheinen gelbe und grüne Stoffe im Abendlicht schwächer als tagsüber und blaue Stoffe erscheinen bei Tageslicht unter Lampen oft völlig schwarz. Künstler und Dekorateure müssen diesen Umstand berücksichtigen, wenn sie Farben für eine Theateraufführung oder eine tagsüber im Freien stattfindende Parade auswählen.

In vielen Branchen, in denen es auf eine korrekte Farbtonbeurteilung ankommt, beispielsweise beim Sortieren von Garnen, ist das Arbeiten im Abendlicht sehr schwierig oder sogar völlig unmöglich. Daher ist es unter solchen Bedingungen sinnvoll, Leuchtstofflampen zu verwenden, d. h. Lampen, deren spektrale Lichtzusammensetzung der spektralen Zusammensetzung des Tageslichtlichts möglichst nahe kommt (siehe § 187).

§ 169. Maskierung und Demaskierung. Selbst bei hellem Licht sind wir nicht in der Lage, Körper zu unterscheiden, deren Farbe sich nicht von der Farbe des umgebenden Hintergrunds unterscheidet, also Körper, bei denen der Koeffizient r für alle Wellenlängen praktisch die gleichen Werte hat wie für den Hintergrund. Deshalb ist es beispielsweise so schwierig, in einer verschneiten Ebene zwischen Tieren mit weißem Fell und Menschen in weißer Kleidung zu unterscheiden. Dies wird im militärischen Bereich zur farblichen Tarnung von Truppen und militärischen Einrichtungen eingesetzt. In der Natur haben viele Tiere durch den Prozess der natürlichen Selektion Schutzfarben (Mimikry) erworben.

Aus dem oben Gesagten wird deutlich, dass die perfekteste Tarnung die Wahl einer Farbe ist, bei der der Reflexionskoeffizient r für alle Wellenlängen die gleichen Werte hat wie der des umgebenden Hintergrunds. In der Praxis ist dies nur sehr schwer zu erreichen und daher beschränkt man sich oft auf die Auswahl nahe beieinander liegender Reflexionskoeffizienten für die Strahlung, die bei Tageslicht- und Augenbeobachtung eine besonders wichtige Rolle spielt. Dabei handelt es sich überwiegend um den gelbgrünen Teil des Spektrums, für den das Auge besonders empfindlich ist und der im Sonnenlicht (Tageslicht) stärker vertreten ist als andere. Wenn derart getarnte Objekte jedoch nicht mit dem Auge betrachtet, sondern fotografiert werden, kann es sein, dass die Tarnung ihre Bedeutung verliert. Tatsächlich haben violette und ultraviolette Strahlung eine besonders starke Wirkung auf eine Fotoplatte. Wenn also für diesen Bereich des Spektrums die Reflexionskoeffizienten des Objekts und des Hintergrunds merklich voneinander abweichen, bleibt ein solcher Maskierungsfehler bei der Betrachtung mit dem Auge unbemerkt, macht sich aber auf dem Foto deutlich bemerkbar. Die Unvollkommenheit der Tarnung wird auch deutlich sichtbar, wenn man durch einen Lichtfilter beobachtet, der die Wellenlängen, für die die Tarnung hauptsächlich konzipiert ist, praktisch eliminiert, beispielsweise durch einen Blaufilter. Trotz einer deutlichen Abnahme der Helligkeit des gesamten Bildes bei Betrachtung durch einen solchen Filter können darauf Details erscheinen, die bei Betrachtung im weißen Licht verborgen blieben. Die Kombination eines Filters mit einem Foto kann einen besonders starken Effekt haben. Daher müssen Sie bei der Auswahl von Maskierungsfarben sorgfältig darauf achten, r für einen ziemlich breiten Bereich des Spektrums, einschließlich Infrarot und Ultraviolett, zu bestimmen.

Manchmal werden Lichtfilter verwendet, um die korrekte Lichtdurchlässigkeit beim Fotografieren zu verbessern. Aufgrund der Tatsache, dass die maximale Empfindlichkeit des Auges und der Fotoplatte in unterschiedlichen Bereichen liegt (für das Auge - gelbgrün, für die Fotoplatte - blau-violett), können visuelle und fotografische Eindrücke sehr unterschiedlich sein. Die Figur eines Mädchens, gekleidet in eine gelbe Bluse und einen lila Rock, erscheint dem Auge im oberen Teil hell und im unteren Teil dunkel. Auf einer Fotokarte scheint sie eine dunkle Bluse und einen hellen Rock zu tragen. Platziert man einen Gelbfilter vor der fotografischen Linse, verändert er das Beleuchtungsverhältnis von Rock und Bluse in eine Richtung, die dem visuellen Eindruck näher kommt. Durch die Verwendung zusätzlicher fotografischer Filme mit einer im Vergleich zu herkömmlichen Filmen erhöhten Empfindlichkeit gegenüber langen Wellen (orthochromatisch) können wir eine ziemlich korrekte Wiedergabe der Beleuchtung der Figur erreichen.

§ 170. Farbsättigung. Zusätzlich zur Farbbezeichnung – Rot, Gelb, Blau usw. – unterscheiden wir Farben oft nach der Sättigung, also nach der Reinheit des Farbtons, dem Fehlen von Weißtönen. Ein Beispiel für tiefe oder gesättigte Farben sind Spektralfarben. Sie repräsentieren einen schmalen Wellenlängenbereich ohne Beimischung anderer Farben. Die Farben von Stoffen und Farben, die Gegenstände bedecken, sind normalerweise weniger gesättigt und mehr oder weniger weißlich. Der Grund dafür ist, dass das Reflexionsvermögen der meisten Farbstoffe bei keiner Wellenlänge Null ist. Wenn wir also gefärbte Stoffe mit weißem Licht beleuchten, beobachten wir im diffusen Licht überwiegend einen Farbbereich (z. B. Rot), ihm sind jedoch merklich viele andere Wellenlängen beigemischt, die zusammen weißes Licht ergeben. Wenn jedoch solches von einem Gewebe gestreutes Licht mit einer vorherrschenden Farbe (z. B. Rot) nicht direkt in das Auge geleitet wird, sondern gezwungen wird, ein zweites Mal von demselben Gewebe reflektiert zu werden, dann wird der Anteil der vorherrschenden Farbe Die Farbe nimmt im Vergleich zum Rest deutlich zu und der Weißstich nimmt ab. Die mehrmalige Wiederholung dieses Vorgangs (Abb. 317) kann zu einer ziemlich gesättigten Farbe führen.

Reis. 317. Reiche Farben erhalten, wenn sie von roten Vorhängen reflektiert werden

Wenn die Intensität des einfallenden Lichts einer beliebigen Wellenlänge mit bezeichnet wird ICH, und der Reflexionskoeffizient für die gleiche Wellenlänge wird durch r ausgedrückt, dann erhalten wir nach einer einzelnen Reflexion die Intensität ICH r, nach dem Doppelten ICH r 2, nach dreimal ICH r 3 usw. Daraus ist klar, dass, wenn r für einen schmalen Spektralbereich beispielsweise gleich 0,7 und für den Rest gleich 0,1 ist, die Beimischung der weißen Farbe nach einer einzigen Reflexion 1/ beträgt 7, also etwa 15 %, nach zweifacher Reflexion 1/49, also etwa 2 %, und nach dreifacher Reflexion 1/343, also weniger als 0,3 %. Dieses Licht kann als ziemlich gesättigt angesehen werden.

Das beschriebene Phänomen erklärt die satten Farben von Samtstoffen, fließenden Falten von Vorhängen oder fliegenden Bannern. In all diesen Fällen gibt es zahlreiche Vertiefungen (Samt) oder Falten aus farbigem Material. Auf sie fallendes weißes Licht wird mehrfach reflektiert, bevor es das Auge des Betrachters erreicht. In diesem Fall erscheint der Stoff natürlich dunkler als beispielsweise ein glatt gespannter Streifen aus farbigem Satin; aber die Farbsättigung nimmt extrem stark zu und der Stoff gewinnt an Schönheit.

In § 167 haben wir erwähnt, dass die Oberflächenschicht jeder Farbe immer weißes Licht streut. Dieser Umstand beeinträchtigt die Farbsättigung des Bildes. Deshalb werden Ölgemälde meist mit einer Firnisschicht überzogen. Indem er alle Unebenheiten der Farbe ausfüllt, erzeugt der Firnis eine glatte, spiegelähnliche Oberfläche des Gemäldes. Weißes Licht von dieser Oberfläche wird nicht in alle Richtungen gestreut, sondern in eine bestimmte Richtung reflektiert. Wenn Sie das Bild natürlich aus einer erfolglos gewählten Position betrachten, ist dieses Licht sehr störend („Blendung“). Wenn wir das Gemälde jedoch von anderen Orten aus betrachten, breitet sich dank der Lackbeschichtung das weiße Licht von der Oberfläche nicht in diese Richtungen aus und die Farben des Gemäldes werden gesättigter.

§ 171. Die Farbe des Himmels und der Morgendämmerung. Eine Änderung der spektralen Zusammensetzung des von der Oberfläche von Körpern reflektierten oder gestreuten Lichts ist mit dem Vorhandensein selektiver Absorption und Reflexion verbunden, ausgedrückt als Funktion der Koeffizienten a und r auf der Wellenlänge.

In der Natur spielt ein weiteres Phänomen eine wichtige Rolle, das zu einer Veränderung der spektralen Zusammensetzung des Sonnenlichts führt. Das Licht, das den Beobachter aus sonnenfernen Bereichen des wolkenlosen Himmels erreicht, zeichnet sich durch einen eher gesättigten blauen oder sogar blauen Farbton aus. Es besteht kein Zweifel daran, dass das Licht des Himmels Sonnenlicht ist, das in der Dicke der Luftatmosphäre gestreut wird und daher den Beobachter von allen Seiten erreicht, auch in Richtungen, die weit von der Richtung der Sonne entfernt sind. Reis. 318 erklärt den Ursprung des diffusen Lichts des Himmels. Theoretische Untersuchungen und Experimente haben gezeigt, dass eine solche Streuung auf die molekulare Struktur der Luft zurückzuführen ist; selbst völlig staubfreie Luft entweicht

Reis. 318. Ursprung der Farbe des Himmels (von der Atmosphäre gestreutes Licht der Sonne). Sowohl direktes Licht der Sonne als auch in der Atmosphäre gestreutes Licht erreichen die Erdoberfläche (z. B. Punkt A). Die Farbe dieses Streulichts wird als Farbe des Himmels bezeichnet

Sonnenlicht. Das Spektrum des von der Luft gestreuten Lichts unterscheidet sich deutlich vom Spektrum des direkten Sonnenlichts: Im Sonnenlicht fällt die maximale Energie auf den gelbgrünen Teil des Spektrums, und im Licht des Himmels verschiebt sich das Maximum in den blauen Teil. Der Grund liegt darin, dass Kurze Lichtwellen werden viel stärker gestreut als lange. Nach den durch Messungen bestätigten Berechnungen des englischen Physikers John Strett Lord Rayleigh (1842-1919) ist die Intensität des Streulichts umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge, wenn die streuenden Teilchen im Vergleich zur Wellenlänge des Lichts klein sind Licht, daher werden violette Strahlen fast neunmal stärker gestreut als rote. Daher verwandelt sich das gelbliche Licht der Sonne, wenn es gestreut wird, in die blaue Farbe des Himmels. Dies ist der Fall bei der Ausbreitung in sauberer Luft (in den Bergen, über dem Meer). Das Vorhandensein relativ großer Staubpartikel in der Luft (in Städten) fügt dem gestreuten blauen Licht das von den Staubpartikeln reflektierte Licht hinzu, also nahezu unverändertes Licht der Sonne. Dank dieser Beimischung wird die Farbe des Himmels unter diesen Bedingungen weißlicher.

Die vorherrschende Streuung kurzer Wellen führt dazu, dass das direkte Licht der Sonne, das die Erde erreicht, gelber erscheint als bei der Beobachtung aus großer Höhe. Auf seinem Weg durch die Luft wird das Licht der Sonne teilweise seitlich gestreut, wobei kurze Wellen stärker streuen, sodass das Licht, das die Erde erreicht, relativ reicher an Strahlung aus dem langwelligen Teil des Spektrums wird. Besonders ausgeprägt ist dieses Phänomen beim Auf- und Untergang der Sonne (oder des Mondes), wenn direktes Licht eine viel größere Luftschicht durchdringt (Abb. 319). Dadurch haben Sonne und Mond bei Sonnenaufgang (oder Sonnenuntergang) einen kupfergelben, manchmal sogar rötlichen Farbton. In diesen Fällen

Reis. 319. Erklärung der roten Farbe des Mondes und der Sonne bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang: S 1 – die Leuchte im Zenit – ein kurzer Weg in der Atmosphäre (AB); S 2 – ein Stern am Horizont – ein langer Weg in der Atmosphäre (NO)

Wenn sich sehr kleine (deutlich kürzere Wellenlängen) Staubpartikel oder Feuchtigkeitströpfchen (Nebel) in der Luft befinden, folgt auch die durch sie verursachte Streuung dem Gesetz,

Reis. 320. Streuung von Licht durch eine trübe Flüssigkeit: einfallendes Licht – weiß, Streulicht – bläulich, durchgelassenes Licht – rötlich

nahe am Rayleighschen Gesetz, d. h. kurze Wellen werden überwiegend gestreut. In diesen Fällen kann die auf- und untergehende Sonne vollständig rot sein. Auch in der Atmosphäre schwebende Wolken werden rot. Dies ist der Ursprung der wunderschönen Rosa- und Rottöne der Morgen- und Abenddämmerung.

Den beschriebenen Farbumschlag bei der Streuung können Sie beobachten, wenn Sie einen Lichtstrahl einer Taschenlampe durch ein Gefäß (Abb. 320) schicken, das mit einer trüben Flüssigkeit gefüllt ist, also einer Flüssigkeit, die kleine Schwebeteilchen enthält (z. B. Wasser mit einigen wenigen). Tropfen Milch). Von den Seiten einfallendes (diffuses) Licht ist deutlich blauer als das direkte Licht einer Taschenlampe. Wenn die Dicke der trüben Flüssigkeit recht groß ist, verliert das durch das Gefäß hindurchtretende Licht bei der Streuung einen so erheblichen Teil der kurzwelligen Strahlen (blau und violett), dass es orange und sogar rot wird. Im Jahr 1883 ereignete sich auf der Insel Krakatau ein gewaltiger Vulkanausbruch, der die Insel zur Hälfte zerstörte und eine große Menge winzigen Staubs in die Atmosphäre schleuderte. Mehrere Jahre lang verschmutzte dieser Staub, der durch Luftströmungen über weite Strecken verstreut wurde, die Atmosphäre und verursachte intensiv rote Morgendämmerungen.

Die wichtigste natürliche Lichtquelle ist die Sonne. Das Licht, das es aussendet, wird genannt Weiß. Im Jahr 1672 zeigte Newton, indem er Sonnenlicht durch ein Glasprisma schickte, dass es aus einer Mischung von Strahlung verschiedener Wellenlängen oder, was dasselbe ist, verschiedener Farben in ungefähr gleichen Anteilen besteht.

1.1.3.1. Bunte Temperatur

Verschiedene Lichtquellen geben unterschiedliche Lichtzusammensetzungen ab. Bei der Farbfotografie ist es sehr wichtig, die Zusammensetzung des Lichts zu kennen, das das Motiv beleuchtet. Um Licht anhand seiner spektralen Zusammensetzung zu charakterisieren, wird das Konzept der Farbtemperatur verwendet.

Jeder erhitzte Körper ist eine Quelle elektromagnetischer Strahlung. Bei niedrigen Temperaturen emittieren sie nur unsichtbare langwellige Strahlung. Mit steigender Körpertemperatur beginnen sie zunächst mit dunkelrotem, dann mit leuchtend rotem, gelbem, weißem und schließlich bläulich-weißem Licht zu leuchten (das Leuchten eines elektrischen Schweißlichtbogens). Somit besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Temperatur eines Leuchtkörpers und der Farbe der Strahlung. Es wurde im Detail für einen absolut schwarzen Körper untersucht (ein Körper, der alle auf ihn einfallende Strahlung absorbiert).

Mit anderen Worten: Für jeden Temperaturwert eines absolut schwarzen Körpers ist die Zusammensetzung des von ihm emittierten Lichts bekannt. Auf dieser Grundlage wird die spektrale Zusammensetzung des Lichts durch die Farbtemperatur charakterisiert – die Temperatur eines absolut schwarzen Körpers, bei der er Licht derselben spektralen Zusammensetzung wie der untersuchte Körper aussendet.

Die Farbtemperatur wird in absoluten Temperatureinheiten ausgedrückt – Kelvin. Sein Wert charakterisiert die Energieverteilung (Leistung) der Lichtstrahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge (und nicht von der Temperatur der Lichtquelle). Für einen absolut schwarzen Körper ist diese Verteilung in Abb. dargestellt. 1.5. Mit zunehmender Temperatur nimmt die gesamte Strahlungsenergie zu und das Maximum verschiebt sich zu kürzeren Wellen. Das heißt, je höher die Farbtemperatur der Lichtquelle, desto mehr kurzwellige Strahlung enthält sie – Blau, Indigo und Violett. In der Strahlung einer Lichtquelle mit niedriger Farbtemperatur überwiegen langwellige Anteile – die Farben Gelb, Orange und Rot

Die Eigenschaften eines vollständig schwarzen Körpers besitzen kleine Löcher im Hohlraum eines undurchsichtigen Körpers. Die Oberfläche der Sonne, heiße Kohle und Kerzenflamme kommen ihr in ihren Eigenschaften nahe. Glühlampen, Blitzlampen und einige andere thermische Lichtquellen haben Emissionsspektren, die in ihrer Form den Emissionsspektren von Schwarzkörpern ähneln, allerdings mit geringerer Emissionsleistung. Für sie gilt das Konzept der Farbtemperatur. Das Konzept der Farbtemperatur ist auf einige Lichtquellen nicht anwendbar: Laser, Gaslichtröhren, Leuchtfarben und Organismen (weitere Einzelheiten zu Lichtquellen und ihren Eigenschaften finden Sie in Abschnitt 5.1).

Die Farbtemperatur einiger Lichtquellen ist in der Tabelle angegeben. 1.1,

1.1.3.2. Körperfärbung

Die spektrale Zusammensetzung des Lichts, das einen transparenten Körper durchdringt, kann je nach Eigenschaften des Körpers mehr oder weniger stark variieren. Wenn es Strahlung aller Wellenlängen gleichermaßen durchlässt, ändert sich die spektrale Zusammensetzung des durchtretenden Lichts nicht und es selbst wird als ungefärbt wahrgenommen. Beispiele für solche Körper sind hochtransparentes Glas, destilliertes Wasser, einige transparente Kunststoffe, Gelatine mit darin verteilten Mikrokristallen aus metallischem Silber (Fotoschicht in der Schwarzweißfotografie). Ungefärbte transparente Körper verändern lediglich die Strahlungsenergie.

Als farbig werden Körper wahrgenommen, die Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge unterschiedlich durchlassen und dadurch die spektrale Zusammensetzung des durch sie hindurchtretenden Lichts verändern. Nehmen wir zum Beispiel an, dass der Körper blaue und grüne Strahlen stärker absorbiert als rote. Im Licht, das diesen Körper durchdringt, überwiegen rote Strahlen und der Körper wird als rot gefärbt wahrgenommen, was als Änderung der Farbtemperatur des Lichts (in unserem Fall als Abnahme) interpretiert werden kann. Die Fähigkeit eines Mediums, Strahlung verschiedener Wellenlängen ungleichmäßig zu übertragen, wird durch die spektrale Transmissionskurve und ihre inverse spektrale Absorptionskurve sowie die optische Dichtekurve beschrieben.

In der Fotografie werden spezielle Farbglasfilter eingesetzt, um die spektrale Zusammensetzung des Lichts zu verändern. Die folgenden werden am häufigsten verwendet:

Zusatzstoff(oder zonal, farblich getrennt) Lichtfilter eine der Primärfarben (Blau, Grün oder Rot) passieren und die anderen beiden absorbieren (Abb. 1.6).

Reis. 1.6. Spektrale Absorptionskurven additiver Lichtfilter: Blau (C), Grün (G) und Rot (R). (D λ – spektrale optische Dichte)

Subtraktiv(oder korrigierend) Lichtfilter absorbieren eine der Grundfarben und übertragen die anderen beiden (Abb. 1.7). Die Farben subtraktiver Filter sind Cyan, Magenta und Gelb. Beim Drucken eines farbfotografischen Bildes werden sowohl additive als auch subtraktive Filter verwendet.

Reis. 1.7. Spektrale Absorptionskurven subtraktiver Lichtfilter: Gelb (Y), Magenta (P) und Cyan (C) (D λ – spektrale optische Dichte)

Kompensationsfilter Wandeln Sie Tageslicht mit der Spektralverteilung von Glühlampen in Licht um und umgekehrt (wird beim Fotografieren verwendet).

Nicht-aktinische Beleuchtungsfilter (Labor) haben die maximale Transmission in der Zone, in der die lichtempfindlichen Schichten am wenigsten empfindlich sind. Zur Bearbeitung von Negativ- und Umkehrmaterialien wird Filter Nr. 170 verwendet – ein sehr dichter dunkelgrüner Filter, der sehr schwaches Licht durchlässt (Amateurfotografen arbeiten bei der Bearbeitung dieser Art von Fotomaterialien meist in völliger Dunkelheit). Verwenden Sie bei der Verarbeitung von Farbpositivfilmen und Fotopapieren einen weniger dichten grünlich-braunen Filter Nr. 166.

Die meisten in der Natur vorkommenden Objekte strahlen selbst kein Licht aus. Sichtbar werden sie dadurch, dass sie das auf sie fallende Licht reflektieren.

Undurchsichtige Objekte absorbieren zwangsläufig einen Teil des auf sie fallenden Lichts. Der Grad der Absorption (und damit der Reflexion) von Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge ist für verschiedene reflektierende Oberflächen nicht gleich.

Die Oberfläche eines undurchsichtigen Objekts, das das Licht aller sichtbaren Strahlung gleichermaßen reflektiert, also nur die Strahlungsenergie verändert, wird als ungefärbt wahrgenommen – weiß, schwarz oder in verschiedenen Grautönen. Diese Reflexion wird als wahllos bezeichnet.

Ein Gegenstand, der Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge ungleich reflektiert (absorbiert), also die spektrale Zusammensetzung des reflektierten Lichts verändert, wird als farbig wahrgenommen. Wenn ein Objekt beispielsweise grüne und rote Strahlen absorbiert und blaue reflektiert, dann sehen wir es als blau.

Der Grad der Reflexion verschiedener Strahlungen kann anhand der spektralen Reflexionskurve beurteilt werden, die die Abhängigkeit der Energie des reflektierten Lichts von der Wellenlänge ausdrückt.

Farbstoffe- Stoffe, die Strahlung einer bestimmten spektralen Zusammensetzung selektiv absorbieren. Indem wir sie auf die Oberfläche eines Objekts auftragen, können wir dessen Reflexionsvermögen, also ihre Farbe, deutlich verändern. Weitere Informationen zur Rolle von Farbstoffen in der Farbfotografie finden Sie in den Absätzen. 2.2.2 und 3.1.2.

Die Farbe (Farbe) eines Objekts wird durch die spektrale Zusammensetzung des von ihm reflektierten Lichts bestimmt. Dies bedeutet, dass es nicht nur vom Reflexionsvermögen der Oberfläche abhängt, sondern auch von der spektralen Zusammensetzung des sie beleuchtenden Lichts. Wird ein Objekt mit Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung beleuchtet, ist auch das reflektierte Licht unterschiedlich. Diese Faktoren bzw. ihre verschiedenen Kombinationen bestimmen die gesamte Farbvielfalt nicht selbstleuchtender Objekte in der Natur.