Лаврухин Д.В. Колориметрия - файл n1.doc

Лаврухин Д.В. Колориметрия
скачать (1090 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1090kb.19.11.2012 18:46скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

2.Формирование цвета предметов


Итак, мы поняли, чем определяется спектральный состав излучения, а значит, и воспринимаемый нами цвет, различных светящихся тел. Теперь рассмотрим вопрос о формировании цвета окружающих предметов.

Р
ассмотрим формирование хроматических и ахроматических цветов на примере отражающих (непрозрачных) тел. Пусть для простоты, тело освещается белым солнечным светом.

Рис. 4.6 Образование цвета для несветящегося предмета, отражающего свет

Цвет тела является ахроматическим, если оно обладает неизбирательным отражением, то есть отражает в равной мере все волны, входящие в состав белого света (естественно, в видимом участке спектра) – на рисунке 4.6 это кривые 1,2 и 3.

Если тело обладает селективным отражением, то начинает проявляться та или иная окраска – на рисунке 4.6 это кривая 4 (в данном случае, тело в меньшей степени отражает синие и красные лучи). Отметим, что форма линии 4 вполне реалистична: любые тела всегда в той или иной мере отражают все лучи из падающего на них излучения. Не существует веществ, которые бы полностью отражали лучи одного определенного участка спектра и полностью поглощали все остальные.

3.Методика оценки цвета излучения с непрерывным спектром


Предваряя описание алгоритма, укажем, что он в равной степени применим и для оценки цвета источников излучения и для несветящихся тел.

В случае непрозрачных предметов следует рассматривать отраженное излучение, в случае прозрачных предметов – прошедшее через предмет излучение. Единственное дополнительное требование: внешний источник света должен обладать непрерывным спектром (солнце, лампа накаливания и т.п.).

Последовательность действий:

  1. Разбиваем спектр рассматриваемого излучения на три цветные зоны
    (данная разбивка определяется физиологией глаза):

380  480 нм – «Синяя» («С»),
480  560 нм – «Зелёная» («З»),

560  780 нм – «Красная» («К»)

  1. В пределах каждой зоны графически или расчетным путем определяем среднее значение мощности излучения «Р». Полученную величину для зоны «С» обозначаем Рс , для зоны «3» – Рз, для зоны «К» – Рк . Таким образом, можно считать, что вместо светового потока со сложным спектром, на глаз наблюдателя одновременно воздействуют только три излучателя разных цветов, обладающие известными мощностями: Рс , Рз и Рк .

  2. Результирующий цвет определяется соотношением мощностей излучателей Рс , Рз и Рк с помощью таблицы 2:

Таблица 2. Правило оценки цвета излучения

Преобладающей зоны нет:

Рс  Рз Рк

Ахроматический цвет:
– белый, серый или черный
(в зависимости от мощности)

Преобладает одна зона:

Рс

Р3

Рк

Хроматический цвет:

  • синий

  • зеленый

  • красный

Преобладают две зоны:

Рк ~ Рз

Рк > Рз

Рс ~ Рз

Рс ~ Рк

Рс > Рк

Хроматический цвет:

  • желтый

  • оранжевый

  • голубой

  • пурпурный

  • фиолетовый

В качестве примера практического использования алгоритма, на рисунке 4.7 показаны необходимые построения для двух спектров (случай «а» соответствует телу, коэффициент отражения которого был изображен ранее – под номером 4 на рисунке 4.6).

Р
ис. 4
.7 Две иллюстрации использования алгоритма оценки цвета

) – излучение имеет желтый цвет; (б) – излучение красного цвета.

ЗАМЕЧАНИЕ

При изучении взаимосвязи между спектральным составом излучения и цветом были экспериментально установлены два важных факта:

  1. Если излучения отличаются по цвету, это всегда означает, что они различаются по своему спектральному составу

  2. (Свойство метамеризма цвета)

Одинаковые по цвету излучения не обязательно должны обладать одинаковым спектральным составом

Тема 5. Источники света. Элементы фотометрии

1.Основные виды источников излучения


Большинство окружающих нас предметов сами по себе не испускают света, то есть являются несамосветящимися. Рассматривая их цвет, мы особо отметили, что он определяется способностью этих тел к отражению / пропусканию света от внешних источников излучения. Таким образом, цвет тел оказывается напрямую связанным со спектральными («цветовыми») характеристиками источников света.

Рассмотрим источники света, получившие наибольшее распространение.

А). Источники с нагретым телом.

Т
акие источники исторически возникли самыми первыми. Они обладают непрерывным спектром излучения. В основы их работы положен хорошо известный из физики факт: всякое нагретое тело является источником излучения. При низких температурах тела испускают в основном инфракрасные лучи, примерно с Т~5000С начинает появляться видимое глазом красноватое свечение. Если продолжить нагрев, то цвет излучения изменится: красный ? жёлтый ? белый ? голубовато-белый, параллельно увеличивается яркость источника.

Рис. 5.1 Спектр излучения абсолютно черных тел с разной температурой

Идеальным нагретым телом является так называемое «абсолютно черное тело». Хорошей моделью абсолютно черного тела может служить внутренняя поверхность горячего пустотелого шара с небольшим отверстием, через которое и наблюдают излучение. Установлено, что спектральный состав излучения абсолютно черного тела не зависит от его химической природы, а определяется только температурой тела.

Основные параметры излучения абсолютно черного тела описываются двумя законам:

мах Т = b, (5.1)

где  мах - измеряется в нанометрах (нм), Т – абсолютная температура тела (подставляется в Кельвинах), b =2.9·106 нм·К - постоянная Вина.

R=Т4, (5.2)

где R- измеряется в «Вт/м2», Т – абсолютная температура тела (подставляется в Кельвинах),  = 5,67·10–8 Вт/(м2·К4) - постоянная Стефана-Больцмана.

Излучение конкретного источника с нагретым телом можно охарактеризовать путем сравнения с различными по температуре абсолютно черными телами. Соответствующую характеристику источника света называют «цветовая температура».

Цветовая температура источника (Тс) – это такая температура абсолютно черного тела, при которой цвет его излучения совпадает с цветом излучения рассматриваемого источника.

ПРИМЕРЫ:

1). Лампа накаливания - нагретым телом является нить из вольфрама.

Различают несколько видов ламп накаливания:

2). Солнце – нагретым телом является поверхность Солнца.

Излучение Солнца за пределами атмосферы Земли характеризуется Тс =6560К.

Проходя через атмосферу, солнечный свет трансформируется: частично поглощается, частично - рассеивается, вследствие чего его спектр изменяется. Свет, освещающий земную поверхность, складывается из прямого солнечного света и света, рассеянного небосводом. Поэтому суммарное излучение («дневной свет») в зависимости от времени года, дня и погодных условий может иметь различную цветовую температуру. Некоторые цифры:

Цвет чистого неба (голубой ) – Тс=10 000 К  30 000 К.

Прямой солнечный свет, без учета света небосвода – Тс  5000 К (точное значение 5200 К).

Б). Газоразрядные лампы

В основу работы таких ламп положено явление свечения газов или паров металлов, возникающее при пропускании через них электрического тока.

ПРИМЕРЫ:

1). Ртутная лампа

Мы наблюдаем свечение паров ртути внутри лампы. Спектр излучения - линейчатый.


Буквами обозначен цвет линий.

Несмотря на наличие только четырех сильных линий в спектре, излучение лампы вызывает у наблюдателя ощущение белого цвета


Рис. 5.2 Фрагмент спектра излучения ртутной лампы (видимая глазом область)

2). Люминесцентная лампа («лампа дневного света»)

Представляет собой ртутную лампу, колба которой изнутри покрыта особым светящимся составом люминофором. Помимо изображенных на рис. 5.2 линий, в спектре ртути присутствуют еще две чрезвычайно сильные ультрафиолетовые линии - 185нм и 254нм. Их излучение и возбуждает свечение люминофора. Таким образом, спектр лампы дневного света смешанный: в нем содержится и линейчатое излучение паров ртути и непрерывное излучение люминофора.

3).Неоновые лампы («плазменные индикаторы»)

Светится газ неон. Спектр излучения – линейчатый, обычно обладает красным цветом.

В). Полупроводниковые источники света

В основу работы данных источников положено явление свечения особых полупроводниковых структур (так называемых «p-n переходов» или «гетеропереходов» ) при пропускании через них электрического тока. Эти источники света являются самыми совершенными и высокотехнологичными на сегодняшний день. Они получили широкое распространение буквально на наших глазах, в течение последних 3ч5 лет. Важной особенностью полупроводниковых источников света является очень высокая эффективность преобразования электрической энергии в световое излучение: КПД может достигать 80ч90%! При том устройства технологичны, необычайно компактны и долговечны.

ПРИМЕРЫ:

  1. Светодиод

Спектр такого источника представляет собой «единственную линию» – то есть содержит волны с очень близкой длиной. Другими словами, светодиод излучает практически спектрально-чистое (монохроматическое) излучение. При необходимости, изготавливают светодиоды различных цветов. Комбинируя несколько разноцветных светодиодов, можно получить белый свет.

  1. Лазер

Спектр излучения источника так же состоит из единственной линии, которая в данном приборе является максимально узкой - в лазерах различие испускаемых световых волн по длине приближается к своему минимально теоретически возможному значению. Поэтому как для науки, так и для прикладных задач лазер является уникальным источником излучения. В частности, его луч способен преодолеть десятки километров, практически не расширяясь.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации