A composição química da substância- a característica mais importante dos materiais utilizados pela humanidade. Sem seu conhecimento exato, é impossível planejar os processos tecnológicos na produção industrial com precisão satisfatória. Recentemente, os requisitos para determinar a composição química de uma substância tornaram-se ainda mais rigorosos: muitas áreas de atividade industrial e científica exigem materiais de certa "pureza" - esses são os requisitos para uma composição exata e fixa, bem como um rigoroso restrição à presença de impurezas de substâncias estranhas. Em conexão com essas tendências, métodos cada vez mais progressivos para determinar a composição química das substâncias estão sendo desenvolvidos. Estes incluem o método de análise espectral, que fornece um estudo preciso e rápido da química dos materiais.

fantasia de luz

A natureza da análise espectral

(espectroscopia) estuda a composição química das substâncias com base em sua capacidade de emitir e absorver luz. Sabe-se que cada elemento químico emite e absorve um espectro de luz característico apenas para ele, desde que possa ser reduzido ao estado gasoso.

De acordo com isso, é possível determinar a presença dessas substâncias em um determinado material pelo seu espectro inerente. Métodos modernos de análise espectral permitem estabelecer a presença de uma substância pesando até bilionésimos de grama em uma amostra - o indicador de intensidade de radiação é responsável por isso. A singularidade do espectro emitido por um átomo caracteriza sua profunda relação com a estrutura física.

A luz visível é a radiação de 3,8 *10 -7 antes 7,6*10 -7 m responsável por cores diferentes. As substâncias podem emitir luz apenas em um estado excitado (este estado é caracterizado por um aumento do nível de energia interna) na presença de uma fonte constante de energia.

Recebendo energia em excesso, os átomos da matéria a emitem na forma de luz e voltam ao seu estado normal de energia. É essa luz emitida pelos átomos que é usada para análise espectral. Os tipos mais comuns de radiação incluem: radiação térmica, eletroluminescência, catodoluminescência, quimioluminescência.

Análise espectral. Coloração de chama com íons metálicos

Tipos de análise espectral

Distinguir entre espectroscopia de emissão e de absorção. O método de espectroscopia de emissão é baseado nas propriedades dos elementos para emitir luz. Para excitar os átomos de uma substância, é usado aquecimento de alta temperatura, igual a várias centenas ou até milhares de graus - para isso, uma amostra da substância é colocada em uma chama ou no campo de poderosas descargas elétricas. Sob a influência da temperatura mais alta, as moléculas de uma substância são divididas em átomos.

Os átomos, recebendo energia em excesso, a irradiam na forma de quanta de luz de vários comprimentos de onda, que são registrados por dispositivos espectrais - dispositivos que retratam visualmente o espectro de luz resultante. Os dispositivos espectrais também servem como elemento de separação do sistema de espectroscopia, pois o fluxo de luz é somado de todas as substâncias presentes na amostra, e sua tarefa é dividir a matriz de luz total em espectros de elementos individuais e determinar sua intensidade, o que permitirá no futuro para tirar conclusões sobre o valor do elemento presente na massa total de substâncias.

• Dependendo dos métodos de observação e registro de espectros, os instrumentos espectrais são distinguidos: espectrógrafos e espectroscópios. Os primeiros registram o espectro em filme fotográfico, enquanto os segundos possibilitam a visualização do espectro para observação direta por uma pessoa através de telescópios especiais. Para determinar as dimensões, são utilizados microscópios especializados, que permitem determinar o comprimento de onda com alta precisão.
• Após o registro do espectro de luz, ele é submetido a uma análise minuciosa. As ondas de um determinado comprimento e sua posição no espectro são identificadas. Além disso, é realizada a proporção de sua posição com a pertença às substâncias desejadas. Isso é feito comparando os dados da posição das ondas com as informações localizadas nas tabelas metódicas, indicando os comprimentos de onda e espectros típicos dos elementos químicos.
• A espectroscopia de absorção é realizada de forma semelhante à espectroscopia de emissão. Neste caso, a substância é colocada entre a fonte de luz e o aparelho espectral. Ao passar pelo material analisado, a luz emitida atinge o aparato espectral com "dips" (linhas de absorção) em determinados comprimentos de onda - elas constituem o espectro absorvido do material em estudo. A sequência adicional do estudo é semelhante ao processo de espectroscopia de emissão acima.

Descoberta da análise espectral

Importância da espectroscopia para a ciência

A análise espectral permitiu à humanidade descobrir vários elementos que não podiam ser determinados pelos métodos tradicionais de registro de produtos químicos. São elementos como rubídio, césio, hélio (foi descoberto usando a espectroscopia do Sol - muito antes de sua descoberta na Terra), índio, gálio e outros. As linhas desses elementos foram encontradas nos espectros de emissão de gases e, no momento de seu estudo, não eram identificáveis.

Ficou claro que esses são elementos novos, até então desconhecidos. A espectroscopia teve um sério impacto na formação do tipo atual de indústrias metalúrgicas e de construção de máquinas, a indústria nuclear e a agricultura, onde se tornou uma das principais ferramentas de análise sistemática.

A espectroscopia tornou-se de grande importância na astrofísica.

Provocando um salto colossal na compreensão da estrutura do universo e afirmando o fato de que tudo o que existe consiste nos mesmos elementos, que, entre outras coisas, abundam na Terra. Hoje, o método de análise espectral permite aos cientistas determinar a composição química de estrelas, nebulosas, planetas e galáxias localizadas a bilhões de quilômetros da Terra - esses objetos, é claro, não são acessíveis a métodos de análise direta devido à sua grande distância.

Usando o método de espectroscopia de absorção, é possível estudar objetos espaciais distantes que não possuem radiação própria. Esse conhecimento nos permite estabelecer as características mais importantes dos objetos espaciais: pressão, temperatura, características da estrutura da estrutura e muito mais.

2.1. Modelo moderno da natureza da luz

Um corpo físico cuja temperatura está acima do zero absoluto irradia energia de radiação para o espaço circundante, e o próprio corpo é chamado de emissor. A energia é emitida tanto por emissores naturais (o Sol, estrelas, bioorganismos) devido a vários processos físicos que neles ocorrem, quanto por emissores artificiais devido à energia térmica, elétrica, mecânica e outros tipos de energia aplicados a eles, causando aquecimento do corpo físico.

A energia é irradiada para o espaço circundante na forma de partículas elementares - fótons, cada um com um quantum de energia. Considere na Figura 1.2.1 um esquema simplificado de radiação de energia.

Arroz. 1.2.1 - Esquema simplificado de radiação de energia radiante.

Sabe-se que um átomo de uma substância consiste em um núcleo e elétrons interligados por forças eletromagnéticas. Os elétrons estão em certos níveis de energia. O nível mais próximo do núcleo, no qual os elétrons estão localizados quando o átomo está em repouso, é chamado de nível fundamental. O) correspondente à fração mínima de energia. O resto dos níveis mais distantes do núcleo são excitados ( NO). Para a transição dos elétrons do nível fundamental para os excitados, é necessário transmitir energia adicional aos elétrons e a todo o átomo como um todo ( C). Absorvendo a energia aplicada, o átomo entra em um estado excitado e os elétrons se afastam do núcleo do átomo para níveis de energia mais altos (níveis excitados). Quanto maior a energia aplicada, mais os elétrons são removidos. Mas esse estado é instável e, devido à atração eletromagnética, os elétrons tendem a retornar ao nível do solo. Durante a transição de elétrons de um nível de energia para outro, uma porção mínima de energia radiante é liberada W f \u003d Q – quântico transportado por um fóton.

Um fóton tem massa e velocidade finitas e existe apenas em movimento. Absorvendo energia, o átomo absorve fótons, que deixam de existir, e sua energia é transferida para o átomo. Quando a energia é emitida, um átomo cria um fóton e sua energia é formada pelo átomo. Os fótons são emitidos para o espaço e absorvidos pelos corpos em porções separadas, ou seja, discretamente, e essa discrição determina a frequência da radiação. O movimento dos fótons no espaço ocorre na forma de ondas de oscilações eletromagnéticas senoidais harmônicas, caracterizadas por vários valores (Fig. 1.2.2):

O comprimento de onda que determina a distância entre dois pontos que estão na mesma fase de uma oscilação de onda. O comprimento de onda é indicado λ e é medido em metros m). Para emissões de luz, os comprimentos de onda são geralmente dados em nanômetros (nm). O nanômetro é uma unidade internacional conveniente e equivale a um milimícron. A Tabela 1.2.1 mostra a relação entre as diferentes unidades de comprimento e elas podem ser facilmente convertidas entre si.

Tabela 1.2.1.

Frequência, que determina o número de oscilações da onda por unidade de tempo. A frequência é indicada ν e medido em hertz (Hz).

O período de oscilação, que determina o tempo durante o qual ocorre uma oscilação completa da onda. O período é indicado T e é medido em segundos ( com).

O período é o inverso da frequência:

T=1/v , com (1.2.1)

A frequência das oscilações e o comprimento de onda da radiação eletromagnética estão interligados pelas seguintes relações:

ν \u003d C o /λ, Hz ou λ= C o / ν, m, (1.2.2)

Onde C o- a velocidade de propagação de ondas eletromagnéticas de qualquer comprimento no vácuo, é um valor constante e é igual à velocidade de propagação da luz 2,9979 10 8 ≈ 3 10 8 EM.

Fig.1.2.2. Esquema de oscilações senoidais com diferentes comprimentos de onda, onde λ2 >λ1 definindo T 1 - período, tempo de movimento do fóton do ponto 1 ao ponto 3 e T 2 - período, tempo de movimento do fóton do ponto 1 ao ponto 4; ao longo do eixo Y~W y.

A energia de um fóton - um quantum, de acordo com a fórmula de Planck, depende da frequência das oscilações eletromagnéticas:

W f \u003d h· ν , J,(1.2.3)

Onde h= 6,626 10 -34 J s- um coeficiente constante derivado pelo físico M. Planck e chamado constante de Planck.

A natureza física de todos os tipos de radiação eletromagnética é a mesma, ou seja, em todos os casos, a energia se propaga na forma de ondas eletromagnéticas de diferentes comprimentos, que correspondem a oscilações eletromagnéticas de diferentes frequências. Uma onda eletromagnética simples contém ondas elétricas e magnéticas que são perpendiculares entre si, mas oscilam na mesma fase (Fig.1.2.3).

Fig.1.2.3 - Imagem modular de uma onda eletromagnética simples ( uma) e o tipo de pacote de ondas (ao longo do eixo z) coincidindo em fase ( b).

Eles oscilam em uma direção perpendicular ao eixo z, que é chamado de vetor de propagação da onda. A velocidade da luz refere-se à velocidade com que a luz viaja na direção de propagação (direção z). Ondas elétricas e magnéticas também são frequentemente descritas por vetores. O vetor campo elétrico da onda interage com os campos elétricos nos átomos e, portanto, é muito importante para a apresentação posterior do material.

Seguindo o modelo de onda, a intensidade do fluxo de luz pode ser determinada pelo quadrado da amplitude uma vetor elétrico (Fig. 1.2.3), ou seja.

eu = ka 2, (1.2.4)

Onde k- constante. Portanto, quanto maior a amplitude da onda, mais intensa é a radiação. No entanto, na teoria corpuscular da luz, a amplitude não importa, pois o modelo é baseado no conceito de fótons. Portanto, é necessária outra maneira de descrever a intensidade da luz. No modelo corpuscular, a intensidade da luz é proporcional ao número de fótons por unidade de volume do fluxo de luz, ou seja, é proporcional à "densidade de fótons". Pode-se mostrar que ambos os conceitos de intensidade - densidade e amplitude - são consistentes entre si e a equação (1.2.4) é válida independentemente do modelo de luz utilizado. A intensidade da luz pode ser descrita como um fluxo de fótons ou a amplitude de uma onda. Ambos os conceitos são usados ​​dependendo de sua aplicação.

O vetor magnético da radiação eletromagnética não tem tanto interesse aqui quanto o vetor elétrico, pois somente o vetor elétrico pode interagir com elétrons e campos elétricos em um átomo ou molécula. Essa interação vetorial elétrica causa reflexão, refração e transmissão de ondas, bem como cor, reações químicas e aquecimento na maioria das substâncias. Todos esses fenômenos serão considerados em outras seções do livro.

Expressão hv frequentemente usado na descrição de reações químicas para indicar que um fóton de radiação eletromagnética é necessário para sua ocorrência. Por exemplo, uma reação importante para a visão humana envolve a isomerização induzida pela luz da vitamina MAS, contida na retina do olho. Valor hv caracteriza a energia da luz e não viola o balanço de massa de uma reação química.

2.2. Energia radiante e fluxo radiante.

A energia emitida na região do espectro óptico de radiação é chamada de energia radiante ou energia de radiação e denotar Nós(você também pode encontrar a designação de energia com a letra Q). Se a energia é transferida por todo o conjunto de comprimentos de onda que compõem a radiação, ela é chamada de integral e é medida nas mesmas unidades que outros tipos de energia ( joule, elétron-volt).

A potência total transportada pela radiação eletromagnética, independentemente de sua composição espectral, é chamada em engenharia de iluminação fluxo de radiação ou fluxo radiante, denotado Fe e é medido em watts ter):

F e = W e /t, ter. (1.2.5)

2.3. Composição espectral de radiações ópticas.

O espectro geral da radiação eletromagnética pode ser dividido em várias áreas principais:

1. Região das radiações cósmicas.

2. Região de radiação gama.

3. A região dos raios X.

4. A região do espectro óptico de radiação.

5. Região de ondas de rádio.

6. Área ultra-sônica e sônica.

7. Área de força.

A região de radiação óptica corresponde a ondas eletromagnéticas com comprimento de onda de 1 nm até 1 milímetros e pode ser dividido em três regiões: ultravioleta (UV), visível e infravermelha (IR).

A região ultravioleta da radiação óptica está dentro de 1 ... 380 nm. A Comissão Internacional de Iluminação (CIE) propôs a seguinte divisão da radiação UV com comprimentos de onda de 100 nm até 400 nm: UV-A - 315…400 nm; UV-B - 280…315 nm; UV-C –100…280 nm.

A radiação visível (luz), caindo na retina do olho, como resultado da transformação consciente da energia de um estímulo externo, causa uma sensação visual. A faixa de comprimento de onda dos componentes monocromáticos desta radiação corresponde a 380 ... 780 nm.

Os comprimentos de onda dos componentes monocromáticos da radiação infravermelha são maiores que os comprimentos de onda da radiação visível (mas não mais de 1 milímetros). O CCO propôs a seguinte divisão da área de radiação IR: IR-A - 780 ... 1400 nm; IR-V – 1400…3000 nm; IR-S - 3000 nm (3 Mkm)…10 6 nm (1milímetros).

São essas três áreas de radiação óptica que são de maior interesse para a engenharia de iluminação. Mas praticamente todas as radiações eletromagnéticas, em um grau ou outro, afetam os átomos e moléculas de várias substâncias. A Tabela 1.2.2 resume os fenômenos que ocorrem nas moléculas quando expostas à radiação eletromagnética de vários comprimentos de onda.

Tabela 1.2.2.

Todas as energias de radiação eletromagnética, que irradiam simultaneamente a Terra, reproduzem apenas fenômenos celestes. No entanto, em condições terrestres, se for necessário reproduzir radiação em uma ampla faixa de energias, é necessário ter várias fontes de energia; por exemplo, um fenômeno no qual os raios X são produzidos não excita simultaneamente as ondas de rádio e vice-versa. Deve-se notar que os fenômenos listados na Tabela. 1.2.2 como exemplo das reações de moléculas quando expostas a diferentes bandas de energia em uma substância, muitas vezes é conveniente usar para reproduzir esta energia. Assim, a luz visível ligar excitações eletrônicas de baixa energia na camada de valência de um átomo, no entanto, pode ser reproduzida pela remoção eletrônica da excitação na camada de valência de um átomo durante sua transição de níveis mais altos para o estado fundamental.

O tipo de onda eletromagnética de menor energia é encontrado em geradores usados ​​para gerar corrente elétrica. Na Ucrânia, a frequência da corrente elétrica alternada industrial é padronizada e igual a 50 Hz. Esta frequência reproduz o comprimento de onda 6 10 6 m. A chamada faixa sônica e ultrassônica de radiação eletromagnética é usada na tecnologia de áudio e ultrassônica.

As ondas de rádio são as ondas eletromagnéticas de menor energia que podem ter um efeito direto em átomos individuais. No entanto, a energia dessas ondas é tão pequena que só pode mover moléculas inteiras a uma curta distância no espaço (tradução) e reorientar alguns dos núcleos em relação a outros núcleos nas moléculas. O último efeito está subjacente ao método espectroscópico de ressonância magnética nuclear. As energias correspondentes à região de micro-ondas fazem com que as moléculas do gás girem em torno de seus centros de massa e também mudem a orientação mútua dos elétrons. O primeiro efeito é a base da espectroscopia de micro-ondas usada para estudar rotações moleculares, o segundo é a base da espectroscopia de ressonância de spin de elétrons usada para estudar o estado de elétrons desemparelhados em sistemas químicos.

As energias correspondentes à região do infravermelho entram em ressonância com as vibrações dos átomos nas ligações químicas. Este efeito é usado na espectroscopia de infravermelho. As energias das regiões visível e ultravioleta podem causar a excitação de elétrons em átomos e moléculas com sua transferência de estados de energia mais baixos para os superiores. À medida que a energia dos feixes aumenta, os elétrons excitados se movem para um novo estado a partir de níveis de energia mais estáveis. A espectroscopia de absorção visível lida com a excitação de elétrons das camadas mais externas de átomos e moléculas, enquanto a espectroscopia de absorção ultravioleta lida com excitações de elétrons de alta energia das camadas externas e internas. A radiação de raios X causa excitações de elétrons nas camadas eletrônicas internas, uma vez que tem um comprimento de onda próximo ao tamanho dos próprios átomos. Os átomos podem causar difração de raios X. A excitação está no centro da análise de fluorescência espectral de raios-X e da espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (ESCA), enquanto a difração é usada para identificar a rede cristalina e determinar a estrutura cristalina. Os raios gama são adequados para a aplicação de radiação eletromagnética com a mais alta energia. Eles causam a excitação dos núcleos com sua transferência de estados de energia mais baixos para os mais altos e fundamentam a espectroscopia de Mössbauer.

Grande parte da faixa de energia da radiação eletromagnética tem aplicações importantes em física, química e biologia.

No entanto, no que diz respeito às obras de arte e aos materiais de iluminação, as mais importantes são as energias médias (ultravioleta, visível e infravermelho) pelo facto de as afectarem. Se organizarmos sequencialmente as radiações ultravioleta, visível e infravermelha, obteremos uma classificação mais detalhada (Fig.1.2.4).

Fig.1.2.4 - Região expandida do espectro de radiação eletromagnética.

A poderosa radiação ultravioleta e infravermelha tem um efeito nocivo para os seres humanos: o ultravioleta causa queimaduras na pele e nos olhos, e o infravermelho dificulta o trabalho devido à grande quantidade de calor gerado.

2.4. Radiação ultravioleta.

No espectro eletromagnético da radiação, a região ultravioleta ocupa uma posição intermediária entre a luz visível e os raios X.

A radiação ultravioleta foi descoberta por I. V. Ritter em 1801, que em seus experimentos utilizou a luz solar, um prisma de vidro e uma placa revestida com cloreto de prata. Os halogênios de prata são sensíveis à radiação UV. Ritter descobriu que a placa escureceu primeiro fora da extremidade violeta do espectro, depois na região violeta e, finalmente, na região azul, o que serviu como evidência da existência de radiação com comprimentos de onda menores que os dos raios violetas. Essa faixa de comprimentos de onda, invisíveis aos olhos, foi chamada de ultravioleta. Atualmente, a faixa ultravioleta é definida aproximadamente como a região de comprimentos de onda de 1 a 400 nm. Por conveniência, esta área às vezes é subdividida em seções menores.

Faixa 1-180 nm chamado de ultravioleta de vácuo devido ao fato de que tal radiação é transmitida apenas pelo vácuo. Esta parte de comprimento de onda curto da radiação ultravioleta, especialmente com comprimentos de onda menores que 120 nm, quase completamente absorvido por todos os materiais e meios conhecidos, incluindo o ar.
Faixa 180–280 nm chamado de ondas curtas ou ultravioleta distante (região distante do espectro ultravioleta). Nessa faixa de radiação passam o quartzo e a gelatina fotográfica. As emissões na região distante têm a propriedade de ozonizar o ar e
matar bactérias. A mesma região de radiação ultravioleta é utilizada em fontes de luz luminescente de gás-luminoso para obter fluorescência brilhante de compostos luminosos que cobrem os tubos (no interior) das lâmpadas fluorescentes.

Faixa de comprimento de onda 280–300 nm conhecido como ultravioleta médio. Essas radiações são caracterizadas pela capacidade de causar vermelhidão e queimaduras solares na pele humana, além de um efeito benéfico (em determinadas doses) no crescimento e desenvolvimento de animais e plantas.

Faixa 300–400 nm chamado de onda longa ou ultravioleta próximo (perto do espectro ultravioleta) e são essas radiações que o vidro comum transmite. Com exceção dos tubos de descarga do sol e do mercúrio, a radiação ultravioleta não pode ser produzida por fontes comumente usadas para produzir luz visível. A região de radiação ultravioleta mais próxima do espectro visível (320-400 nm) contém raios que são amplamente utilizados para análise luminescente, bem como para excitação de substâncias luminosas em fotografia e filmagem luminescente.

Uma característica importante dos raios ultravioleta que os distingue
de raios-X e outras radiações de comprimento de onda mais curto, é que eles são refratados na interface entre meios com densidades diferentes e refletidos em superfícies de espelho. Isso permite enfocá-los com uma lente feita de materiais que transmitem raios ultravioleta (fluorita, vidro de quartzo, até certo ponto vidro óptico) e obter uma imagem invisível ultravioleta real que pode ser fixada em filme fotográfico e assim tornada visível.

A fonte natural mais poderosa de radiação ultravioleta é o sol. No entanto, apenas os raios ultravioleta com um comprimento de onda de pelo menos 290 atingem a superfície da Terra. nm. Os raios ultravioleta de comprimentos de onda mais curtos são completamente absorvidos pelo ozônio, que está contido em uma quantidade relativamente grande na estratosfera. A distribuição espectral da radiação ultravioleta depende da altura do sol acima do horizonte. Quanto mais próximo o sol do horizonte, menos raios ultravioleta na luz solar. A uma altura do sol de 1° acima do horizonte, a radiação solar que atinge a superfície da Terra não contém radiação com comprimentos de onda inferiores a 420 nm, isto é, os raios ultravioletas no espectro de radiação do sol nascente e poente estão completamente ausentes.

As principais fontes artificiais de radiação ultravioleta em todas as partes da região ultravioleta do espectro são as lâmpadas de mercúrio de alta pressão e as lâmpadas de mercúrio de ultra-alta pressão.

Radiação na faixa de comprimento de onda 200-400 nmé predominante, causa reações fotoquímicas e quebra de ligações em muitos compostos orgânicos. No entanto, essas reações fotoquímicas também têm um lado positivo. Os artistas sabem que, ao expor um objeto recém-pintado à luz do dia, aceleram a secagem e a oxidação dos óleos, e que isso deve ser feito antes de envernizá-lo. A radiação ultravioleta pode ser utilizada no estudo de filmes de tintas e vernizes para comprovar as correções realizadas. Sob a ação da radiação ultravioleta, os compostos orgânicos geralmente afetam a fluorescência uns dos outros. Por exemplo, resina de mástique e resina de damar em verniz antigo dão uma fluorescência verde-amarelada, cuja intensidade pode mudar com o tempo. O verniz artificial fresco não fluoresce. A cera fluoresce branco brilhante e goma-laca fluoresce laranja. Com o aumento da vida útil, a intensidade de fluorescência das tintas automotivas geralmente tende a aumentar. Sob luz ultravioleta, as correções recentes nas pinturas aparecem roxas ou pretas. No entanto, com o passar dos anos, tornam-se mais acinzentadas, enquanto as áreas não envernizadas de tinta escura são de um marrom arroxeado profundo. Sob luz ultravioleta, o dano no papel coberto com manchas marrons (“raposa”) torna-se evidente, assim como as alterações e rasuras no papel antigo. Materiais como minerais, ossos e dentes fluorescem quando expostos à radiação ultravioleta. Jóias falsas que se parecem exatamente com a real à luz do dia podem parecer completamente diferentes sob luz ultravioleta. No entanto, a radiação ultravioleta é muito prejudicial para muitas obras de arte.

A poderosa radiação ultravioleta tem um efeito nocivo nos seres humanos e causa queimaduras na pele e nos olhos.

Deve-se notar que a divisão do espectro ultravioleta nas regiões listadas é condicional, uma vez que as propriedades dos raios ultravioleta características de uma região do espectro são parcialmente inerentes às regiões vizinhas, embora em menor grau.

2.5. radiação visível.

Quase todos os representantes do mundo animal têm a capacidade de “ver” algo. O olho humano responde apenas a uma pequena fração do espectro eletromagnético. Essa área é chamada visível. Aceita-se que para o olho humano a faixa de comprimentos de onda visíveis ocupe o intervalo de 380 a 780 nm. No entanto, esta área não é visível para todos os animais e insetos. Por exemplo, as abelhas podem ver na região ultravioleta próxima. Isso lhes dá a capacidade de perceber diferenças de cores que são inacessíveis à visão humana. A reação do olho humano e do cérebro a diferentes comprimentos de onda e intensidade de luz varia na faixa de 380 a 780 nm e isso dá sensações chamadas de cor, textura, transparência, etc. A luz branca pode ser criada por uma mistura de toda a sequência de radiações monocromáticas na parte visível do espectro, i. uma mistura de cores individuais (Fig. 1.2.5). Quanto ao olho humano, tal combinação de radiações monocromáticas individuais é possível, quando apenas a impressão de luz branca é criada, embora possa não ser em termos de composição espectral.

Arroz. 1.2.5 - Decomposição da luz visível "branca" em componentes espectrais com diferentes comprimentos de onda do vermelho (K) ao violeta (F).

A cor e suas origens ocuparam a imaginação de muitos grandes naturalistas. No entanto, apenas I. Newton conseguiu desenvolver os fundamentos da teoria das cores. Em 1672, Newton mostrou experimentalmente que um feixe de luz branca que passa por um prisma de vidro se decompõe em um espectro composto por um grande número de cores (do vermelho ao violeta), que gradualmente mudam umas para as outras nos pontos de transição. Essas cores são constituintes, não modificações, da luz branca. Arroz. A Figura 1.2.5 ilustra esta propriedade bem conhecida de materiais transparentes e luz. A explicação para as observações experimentais de Newton com um prisma está no fato de que a luz de todos os comprimentos de onda viaja na mesma velocidade apenas no vazio - vácuo. No entanto, em qualquer outro meio, a luz de diferentes comprimentos de onda viaja em velocidades diferentes. Como resultado, a separação de ondas pode ocorrer. A decomposição da luz branca por um meio em diferentes cores ou, equivalentemente, em diferentes comprimentos de onda, é chamada de dispersão. Portanto, é conveniente subdividir a faixa visível de acordo com a resposta de cor diferente eliciada no olho humano em sete intervalos que variam do comprimento de onda mais longo ao mais curto. Esses intervalos correspondem ao vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta.

Como quando a luz visível (branca) é decomposta por um prisma em um espectro contínuo no último, as cores passam suavemente umas para as outras, é difícil determinar com precisão os limites de cada cor e associá-los a um comprimento de onda específico. Mas mais ou menos eles se parecem com isso:

roxo - 380 ... 440 nm;

azul - 440…480 nm;

azul – 480…510 nm;

verde – 510…550 nm;

verde-amarelo - 550 ... 575 nm;

amarelo - 575 ... 585 nm;

laranja - 585…620 nm;

vermelho - 620…780 nm.

Radiação eletromagnética com comprimento de onda superior a 700 nm e menos de 400 nm praticamente não é mais percebido a olho nu e, portanto, com bastante frequência na literatura popular é nessa faixa que se estabelecem os limites da radiação visível, o que não corresponde à situação real.

Acontecendo dispersão normal mostrado na fig. 1.2.5. É observado para um meio transparente incolor. Esse tipo de dispersão é chamado de normal porque a luz vermelha (o comprimento de onda mais longo) tem a maior velocidade e a menor dispersão, enquanto a luz violeta (o comprimento de onda mais curto) tem a menor velocidade e a maior dispersão. Entre vermelho e roxo, outras cores são colocadas sequencialmente. Mais precisamente, a dispersão da luz visível muda com o comprimento de onda aproximadamente de acordo com a lei 1/λ 3 . Por esta razão, os comprimentos de onda mais curtos têm a maior dispersão (aumento de 1/λ 3) e um grande grau de sua mudança com pequenas variações (a função 1/λ 3 é não linear em λ) em relação às ondas longas. Deve-se mencionar que outro tipo de separação da luz por comprimento de onda, chamado dispersão anômala, observada em meio colorido. Na região do espectro em que a luz é absorvida, com dispersão anômala, as ondas mais longas têm maior dispersão que as curtas. Portanto, a sequência de cores de acordo com a Fig. 1.2.5 não é observado. A luz visível também pode causar muitas reações químicas.

O mecanismo de percepção das radiações visíveis é descrito em detalhes no §4.

2.6. Radiação infra-vermelha.

Os raios infravermelhos são invisíveis, não são percebidos pelo olho humano. É possível detectar sua presença e ação apenas de várias maneiras indiretas. A existência de radiação além da região vermelha do espectro visível foi descoberta já em 1800 por William Herschel. Ele notou que um termômetro enegrecido colocado no espectro da luz solar detecta um aumento significativo na temperatura. Esse experimento revelou que existem ondas invisíveis na natureza, com comprimento de onda maior que o vermelho, e essa radiação ficou conhecida como infravermelha. Claro, os efeitos da radiação infravermelha são conhecidos desde os tempos antigos. Afinal, a radiação infravermelha causada pela chama de um incêndio foi um dos fenômenos que mais impactou no desenvolvimento da humanidade. Os raios infravermelhos próximos à extremidade de comprimento de onda longo da parte visível do espectro podem ser registrados fotograficamente. A fotografia infravermelha vem sendo utilizada desde 1925, quando foram obtidos sensibilizadores que sensíveis à emulsão fotográfica à região infravermelha do espectro. A faixa de energia da radiação infravermelha ocupa uma ampla área, começando no lado de baixa energia do espectro visível, ou seja, a região real do infravermelho fica fora da parte vermelha do espectro visível, começando em λ= 760 nm(linha vermelha escura de potássio) e se propaga para comprimentos de onda mais longos. Área de λ=760 nm até λ=3500 nmé uma área de aplicações práticas da radiação infravermelha.

Existem vários métodos para obter uma imagem em raios infravermelhos: com a ajuda de conversores elétron-ópticos, métodos baseados nas propriedades dos raios infravermelhos para extinguir a fosforescência, atuam na camada fotográfica e têm efeito térmico.

Com base na teoria das reações fotoquímicas, pode-se supor que a fotografia infravermelha, baseada na sensibilização de materiais fotográficos, dificilmente é viável em raios com comprimento de onda superior a 2000 nm.

A radiação infravermelha causa efeitos térmicos que podem alterar mecanicamente ou quimicamente os materiais, enquanto os mecanismos fotoquímicos raramente levam a tais mudanças. Quando expostos à radiação infravermelha, madeira, vidro e cerâmica sofrem alterações mecânicas como retração, rachaduras e secagem. Sem falar no enorme dano que a radiação infravermelha pode causar em objetos de cera. Se ocorrerem alterações químicas, elas geralmente são um resultado indireto da radiação infravermelha. Se uma reação química já está ocorrendo, seja lenta ou rápida, o calor da exposição à radiação infravermelha sempre acelerará a reação. O amarelecimento dos filmes de laca natural pode ser resultado direto da exposição à radiação infravermelha. No entanto, os filmes de laca artificial geralmente não são sensíveis à radiação infravermelha.

A radiação infravermelha é usada na fotografia infravermelha, que é um método importante para a realização de pesquisas sobre obras de arte em museus, galerias de arte. Em alguns casos, os raios infravermelhos podem penetrar vernizes visualmente opacos e películas finas de tinta e, usando tubos intensificadores de imagem, equipamentos de imagem térmica e fotografia infravermelha, revelar tingimentos, desenhos ou áreas corrigidas. Aqueles. a radiação infravermelha pode ser usada para visualizar imagens através de filmes opacos porque tem comprimentos de onda mais longos do que a radiação visível. Ao mesmo tempo, a radiação infravermelha é espalhada no filme de laca por pequenas partículas muito menos do que a luz visível. Portanto, os raios infravermelhos podem penetrar nas camadas superiores e superar sua opacidade. Torna-se possível observar os detalhes do desenho em uma camada de tinta escurecida por verniz antigo e sujeira. Às vezes, as falsificações podem ser detectadas dessa maneira, pois a camada inferior da tinta é diferente da que está na superfície.

O método fotográfico de fixação de uma imagem formada por raios infravermelhos é baseado em algumas propriedades da radiação infravermelha:

1. Os raios infravermelhos são menos suscetíveis à dispersão na atmosfera, assim como em ambientes turvos em geral. Eles passam pela névoa do ar e pela névoa leve melhor do que os raios de luz visíveis. Isso possibilita atirar em objetos que estão a uma grande distância, superando a neblina do ar.

2. A absorção e reflexão dos raios infravermelhos é diferente dos raios da região visível do espectro. Portanto, muitos objetos que parecem ter a mesma cor e brilho na luz visível, em uma fotografia tirada em raios infravermelhos, têm uma distribuição de tons completamente diferente. Isso permite detectar muitos recursos interessantes e importantes do objeto capturado. Por exemplo, a clorofila, encontrada na folhagem verde viva e na grama, absorve fortemente os raios visíveis de comprimento de onda curto e reflete a maioria dos raios infravermelhos. Além disso, ao absorver raios ultravioleta
raios de verão, a clorofila fluoresce na região do infravermelho. Como resultado, em fotografias tiradas em filme infracromático usando um filtro vermelho, os verdes saem anormalmente brancos e os céus azuis parecem escuros. Muitas cores que parecem muito brilhantes aos olhos, devido à absorção quase completa dos raios infravermelhos, acabam sendo quase pretas no filme infracromático.

3. Os raios infravermelhos são capazes de penetrar em meios opacos à luz visível. Pele humana, finas camadas de madeira, ebonite, conchas escuras de insetos e plantas, etc., são transparentes aos raios infravermelhos.
Os vasos sanguíneos são claramente visíveis através da pele, que é transparente aos raios infravermelhos.

4. Como os raios infravermelhos são invisíveis, fotografar sob luz infravermelha é essencialmente fotografar no escuro. Tal fotografia ou filmagem é necessária em casos que exigem adaptação escura dos olhos, bem como em todos os tipos de pesquisas psicológicas.

Atualmente, a filmagem em raios infravermelhos é usada tanto na cinematografia científica quanto na produção de filmes para resolver alguns problemas visuais, filmar "dia para noite", criar quadros combinados no fundo de uma tela infravermelha - a "máscara errante" método, etc

A poderosa radiação infravermelha de algumas luminárias dificulta o trabalho da tripulação devido à grande quantidade de calor gerado.

2.7 Tipos de espectros

Os espectros de fontes de luz são obtidos pela decomposição de sua radiação em termos de comprimentos de onda ( eu) dispositivos espectrais e são caracterizados pela função de distribuição da energia da luz emitida em função do comprimento de onda. A radiação do fluxo radiante ao longo do espectro de radiação pode ocorrer com um comprimento de onda, com vários comprimentos de onda, e também continuamente em seções separadas ou em toda a região do espectro óptico de radiação.

Monocromático(do grego. monos- um, um e chốma- cor) radiação é radiação com uma frequência ou comprimento de onda. Radiação na faixa de comprimento de onda até 10 nm chamado homogênea. A totalidade das formas de radiação monocromáticas ou homogêneas alcance.

Existem espectros contínuos (contínuos), listrados, de linha e mistos. sólido espectros (contínuos) são aqueles em que os componentes monocromáticos preenchem sem quebras o intervalo de comprimento de onda dentro do qual a radiação ocorre. Tal espectro é típico para lâmpadas incandescentes (Fig. 1.2.6) e outros emissores de calor.

Arroz. 1.2.6 - Espectro contínuo de lâmpadas incandescentes

Arroz. 1.2.7 - Espectro de linha de radiações monocromáticas

Arroz. 1.2.8 - Lâmpada fluorescente de espectro misto KinoFlo KF55

Arroz. 1.2.9 - O espectro complexo da lâmpada fluorescente KinoFlo Green

Governado espectros consistem em radiações monocromáticas separadas não adjacentes umas às outras (Fig. 1.2.7), e misturado contêm uma combinação de espectros (Fig.1.2.8). NO listrado espectros, componentes monocromáticos formam grupos discretos (bandas) na forma de muitas linhas espaçadas. Esse tipo de radiação também é chamado de difícil(Fig.1.2.9). Espectros listrados, de linha e mistos são característicos de fontes de luz de arco e descarga de gás.

De todo o espectro de radiação das fontes de luz, apenas a luz visível, agindo nos elementos sensíveis à luz do olho, causa uma sensação visual. A radiação visível homogênea e monocromática, entrando no olho, causa a sensação de luz de uma determinada cor.

Sistema de valores de luz

Uma ideia difusa de certas quantidades de luz é muitas vezes a causa de erros graves que os especialistas cometem ao projetar e operar sistemas de iluminação.

O conhecimento dos valores da luz é necessário para estudantes e profissionais que trabalham em estúdios de televisão, vídeo ou cinema, e até mesmo amadores que gravam vídeos caseiros. Isso ajudará você a navegar corretamente na abundância de fontes de luz, filtros de luz, luminárias, para entender as funções das câmeras de vídeo relacionadas à sensibilidade à luz, contraste e reprodução de cores.

Uma vez que as grandezas luminosas, que são uma característica numérica das emissões luminosas, provêm de grandezas fotométricas de energia, é aconselhável considerá-las em conjunto, com base na primazia destas últimas. As grandezas e unidades fotométricas são aquelas que caracterizam a radiação óptica. O termo "fotometria" é formado a partir de duas palavras gregas: "phos" - luz e " metro " - Eu meço, e significa medições de luz. Existem sistemas fotométricos de energia e sistemas fotométricos reduzidos de grandezas.

Quantidades de energia– caracterizar a radiação independentemente do seu efeito em qualquer receptor de radiação. Quantidades de energia, como energia radiante ( Nós ) e fluxo radiante ( Fe ) foram discutidos na seção anterior. Eles são expressos em unidades derivadas da unidade de energia ( Joule), e suas designações usam o índice adicional “ e» ( W e , F e , I e , E e , L e ).

Quantidades fotométricas reduzidas ou efetivas caracterizar a radiação incidente em um determinado detector de radiação seletiva. Se o olho humano serve como tal receptor, os valores obtidos são chamados " leve", e sua totalidade é " sistema de valores de luz". Nas designações de letras das quantidades de luz, você pode encontrar o índice "v".

O esquema da formação de um sistema de quantidades de luz baseado em energia é mostrado na fig. 1.3.1.

Arroz. 1.3.1 - Esquema para a formação de um sistema de quantidades de luz

Cada uma das quantidades de quantidades de luz tem seu próprio princípio fundamental de energia, do qual são derivadas:

· Fluxo de luz F (F v,F v ) - o princípio fundamental do fluxo radiante (fluxo de radiação) Fe (F e)

· O poder da luz EU (EU v ) - força de radiação de energia (força de radiação) eu e

Iluminação E (E v ) - iluminação de energia (irradiância) E e

Brilho eu (eu v ) – brilho de energia Le

Essas e outras quantidades básicas de energia e luz estão resumidas na tabela no final da seção. Abaixo, as principais quantidades de luz utilizadas na prática de um cinegrafista serão consideradas em detalhes.

Informações semelhantes.

A fotografia ocorre tanto com luz natural como com fontes de luz artificial: lâmpadas incandescentes, lâmpadas de descarga de gás, lâmpadas de flash, etc. Todas estas fontes diferem muito umas das outras em termos de composição espectral da luz. é influenciado não apenas pelas condições específicas de disparo, mas também pelas características de iluminação das fontes. Se, ao fotografar em filme preto e branco, é dada atenção principalmente à intensidade do fluxo luminoso da fonte de luz e, em menor grau, à sua composição espectral, ao fotografar em filme colorido, a composição espectral da luz é de importância decisiva. A transmissão de cores tonais ao fotografar em filme preto e branco e cores naturais ao fotografar em cores, a escolha de material sensível a cores e filtros de luz depende da composição espectral.

Quando a cor da fonte de luz muda, a escala de tons que transmite as cores do objeto também muda. A composição espectral da luz, sua temperatura de cor deve ser equilibrada com a sensibilidade de cor do material negativo. Somente neste caso é possível a reprodução de cores correta.

A luz do dia pertence ao grupo de fontes de luz de temperatura.

A superfície da Terra e tudo sobre ela são iluminados por luz mista, total (radiação total) de radiação solar direta e difusa vinda do céu e nuvens, ou em tempo nublado, quando o sol está coberto por nuvens, pela luz difusa do céu. Locais onde a luz direta do sol não penetra são iluminados apenas pela luz difusa do céu (Fig. 6).

E da mesa. A Figura 3 mostra como a composição espectral da radiação solar muda dependendo da altura do sol.

O sol nasce especialmente rápido de manhã e se põe à noite. As mudanças aproximadas nas temperaturas de cor ao longo do dia e dependendo do estado do céu são fornecidas na Tabela. 4.

Mas o padrão de flutuações na composição espectral e intensidade da radiação da luz do dia é continuamente violado devido a mudanças nas condições meteorológicas que ocorrem na atmosfera (nublado, altura, grau e densidade que são muito instáveis, umidade e poeira do ar, neblina, neblina, etc). Esses fatores de variáveis ​​aleatórias estão tão intimamente relacionados e entrelaçados que é muito difícil levar em conta a influência de cada um deles.

Quando o sol nasce acima do horizonte ou se põe, parece uma bola vermelha com uma temperatura de cor de cerca de 1800 K. Neste momento, a caminho da Terra, os raios do sol penetram na camada de ar que circunda nosso planeta e percorrem o mais longo caminho na atmosfera. O comprimento do caminho da luz solar na atmosfera é de grande importância, especialmente para a parte de comprimento de onda curto do espectro. No fluxo de raios do sol, que percorreu o caminho mais longo no ar, não há raios azul-violeta: eles são filtrados por uma camada de ar, que, alterando a composição espectral da luz solar, atua como um amarelo filtro de densidade variável. Durante a cobertura parcial de nuvens, quando o sol brilha através das nuvens ou está em uma neblina, a parte de ondas curtas da radiação também enfraquece.

A radiação solar como resultado de múltiplas reflexões pelas moléculas dos gases que compõem o ar sofre espalhamento molecular. A cor visível da camada de ar acima da terra, a cor do céu e são explicadas pela forte dispersão molecular da parte de ondas curtas da radiação solar. A dispersão molecular é a causa da névoa azul no ar.

Como resultado da dispersão de parte da luz solar pela atmosfera, o próprio céu torna-se uma fonte de luz (secundária) com uma cor claramente definida. No espectro do céu azul, observa-se uma predominância significativa das cores azul e violeta, todas as outras cores também estão contidas, mas em proporção muito menor (Fig. 6, curva 3).

A clarabóia difusa também sofre fortes flutuações de temperatura de cor, dependendo se a luz vem de um céu azul e sem nuvens ou de um céu coberto de neblina ou nuvens.

As impurezas mecânicas estão constantemente suspensas em várias quantidades no ar - partículas turvas (o ar em camadas espessas pode ser considerado um meio turvo): partículas de poeira levantadas por correntes de ar ascendentes e vento, pequenas gotas de água, vapor de água, que contribuem para a aparecimento de neblina. A quantidade diminui com a altura - eles não sobem acima de 1000 m. como resultado, o céu adquire uma cor esbranquiçada. O aumento da umidade do ar também contribui para o clareamento do céu, o que causa a formação de neblina, branco com uma tonalidade azul.

Quando as nuvens aparecem, a luz branca refletida das nuvens é adicionada à luz do céu. Grandes gotas de água que compõem as nuvens espalham os raios de todo o espectro.

Perto das grandes cidades, devido à alta poeira das camadas mais baixas do ar, ao aparecimento de fumaça, fumaça e poeira, o céu próximo ao horizonte fica cinza ou branco em diferentes tons.

À medida que o sol se eleva e o caminho dos raios na atmosfera se torna mais curto, a radiação do vermelho, do avermelhado ao amarelo se transforma em amarelada. Ao mesmo tempo, muda sua cor e o céu. Azulado no início, torna-se avermelhado perto do sol ao nascer e ao pôr do sol, e torna-se azul à medida que o sol nasce. Se o ar é transparente, o céu fica azul.

Logo após o nascer do sol e pouco antes do pôr do sol, a temperatura da cor sobe para 3000-3200K, o que torna possível filmar em filme colorido do tipo LN. Cerca de uma hora após o nascer do sol, no auge do sol, sua temperatura de cor sobe para 3500 K. A radiação neste momento consiste em metade vermelha, um quarto de raios amarelos, e o quarto restante é verde, azul e violeta. As sombras, começando pela mais longa, diminuem rapidamente e, a uma altura do sol de 15 °, tornam-se quase quatro vezes o comprimento do objeto. À tarde, quando o sol cai abaixo de 13-15q, e à medida que se aproxima do horizonte e os raios azul-violeta enfraquecem, a radiação adquire tons distintos de amarelo a vermelho. As sombras também se tornam mais longas, as superfícies horizontais neste momento são iluminadas principalmente pelo céu e, sob a influência do efeito crescente da luz difusa do céu, ficam azuis, e as verticais são mais iluminadas pela luz amarela do sol .

O caminho percorrido por seus raios na atmosfera é bastante encurtado e a maior parte da radiação de ondas curtas atinge a superfície da Terra. A luz total do sol e o céu com céu sem nuvens se estabiliza, fica branco e quase não muda com a altura do sol nesta hora do dia.

Este é o melhor momento para fotografar, especialmente em filme colorido DC, balanceado para uma temperatura de cor de 5600-5800 K. Mesmo que algumas mudanças na temperatura de cor da luz ocorram neste momento, elas não importam para preto e branco tiro, mas para a cor não são tão significativos a ponto de piorar visivelmente a reprodução de cores. A mudança na temperatura de cor da luz do dia durante o dia é mostrada na Fig. 7.

quem ela caiu

E conhecer a altura do sol acima do horizonte permite determinar a temperatura da cor da luz do dia.

Para cada estação e dia, você pode encontrar o comprimento da sombra usando um dispositivo simples - um ponteiro (indicador) da sombra. Uma haste ou um pino de um determinado comprimento é fixado em papelão, por exemplo, 1 cm. Do ponto de fixação, a partir do centro, são aplicados semicírculos (Fig. 8) com raios iguais a 0,5-6 vezes a altura do haste saliente. Quando o papelão estiver na horizontal, a sombra da haste indicará a altura do sol.

(em Kiev até 63°). À medida que o sol se aproxima do zênite, a luz adquire um tom azulado perceptível, a temperatura da cor aumenta para 6000-7000 K. Desta vez (para Kiev 11.00-13.00) não é adequado para fotografia e por razões artísticas.

O sol é uma fonte eficiente de radiação infravermelha. A iluminação criada pela parte infravermelha da radiação solar depende da posição do sol no céu e do grau de transparência da atmosfera. Na tabela. A Figura 6 mostra a porcentagem de radiação das partes ultravioleta e infravermelha do fluxo solar durante o dia para uma atmosfera transparente. A radiação do fluxo solar na faixa de 3 a 70 é considerada como 100%.

A tabela mostra que com o nascer do sol, a intensidade da radiação infravermelha enfraquece visivelmente.

As lâmpadas incandescentes também pertencem ao grupo de fontes de luz de temperatura. A simplicidade e a facilidade de uso proporcionaram a eles a maior distribuição em fotografia e filmagem. Existem diferentes tipos de lâmpadas incandescentes elétricas. São lâmpadas de iluminação incandescentes domésticas de diferentes potências, lâmpadas fotográficas, lâmpadas de espelho, nas quais parte da lâmpada em forma de parabolóide é coberta com uma camada espelhada de alumínio, lâmpadas de projetor (PZh), projetores de filme (KPZh), lâmpadas de projeção. Nos últimos anos, as lâmpadas halógenas (iodo-quartzo) têm sido amplamente utilizadas.

Nas lâmpadas domésticas, a radiação máxima está na região do infravermelho do espectro, na região do visível predominam os raios amarelo-vermelho. Como pode ser visto pelas características espectrais (ver Fig. 6), a radiação de uma lâmpada incandescente na região vermelha do espectro excede a radiação no azul-violeta em 5-6 vezes. Portanto, a reprodução de cores em um filme preto e branco sob a luz de lâmpadas incandescentes difere nitidamente da reprodução de cores à luz do dia.

A uma tensão nominal de software, 127 e 220V, para lâmpadas incandescentes de baixa potência (50-200 W), a temperatura de cor da luz emitida por um filamento de tungstênio é de 2600-2800 K, para lâmpadas mais potentes (500 e 1000 W) - cerca de 3000 K, para uma temperatura de cor ainda mais potente (acima de 1000 W) excede 3000 K. Lâmpadas domésticas de baixa potência com temperatura de cor baixa não são adequadas para fotografia colorida.

As lâmpadas incandescentes SLR (ZK) têm uma temperatura de cor de 2800-3000K, para aquelas destinadas à captura de cores - 3200-3300 K. A temperatura de cor das lâmpadas do projetor (PL) varia de 3000 K para lâmpadas com potência de 500 W a 3200 K Para lâmpadas com potência de 5000-10,000 ter Concebidas para filmagens a cores, as lâmpadas KGShch e PZhK têm a mesma temperatura de cor para todas as potências. À medida que a temperatura do filamento de tungstênio da lâmpada aumenta, sua temperatura de cor aumenta.

As lâmpadas fotográficas destinadas à fotografia diferem das comuns, pois queimam com tensão aumentada, com grande superaquecimento. Devido a isso, não apenas a intensidade da luz é significativamente aumentada, mas também a temperatura da cor é aumentada. Em comparação com as lâmpadas fotográficas, a luz das lâmpadas domésticas é visivelmente mais vermelha.

A constância da temperatura de cor das lâmpadas incandescentes depende da constância da tensão fornecida à lâmpada. As flutuações de tensão alteram a temperatura do filamento de tungstênio e, consequentemente, a temperatura de cor da radiação.

Ao fotografar em filme preto e branco, a constância da temperatura de cor das lâmpadas incandescentes não é tão significativa quanto na cor. Em um filme colorido reversível, já é perceptível um desvio da temperatura de cor normal em 50-100K. As flutuações na temperatura de cor dependendo da mudança de voltagem são mostradas na fig. 9. A tensão nominal é considerada como 100%. Por exemplo, quando a tensão é reduzida para 90% da temperatura de cor nominal é reduzida para 96% do original. Esta redução na tensão reduz a temperatura de cor da lâmpada de 3200 para 3072 K.

Durante a combustão, como resultado da pulverização do filamento, a sua superfície diminui e forma-se uma película no interior do frasco. Na radiação de tal lâmpada há sempre mais raios vermelhos do que em uma nova do mesmo tipo.

Luz - radiação eletromagnética emitida por uma substância aquecida ou excitada, percebida pelo olho humano. Muitas vezes, a luz é entendida não apenas como luz visível, mas também como amplas áreas do espectro adjacentes a ela. Uma das características da luz é sua cor, que para radiação monocromática é determinada pelo comprimento de onda e para radiação complexa - por sua composição espectral.

Principal a fonte de luz é o sol. A luz que emite é considerada branca. A luz vem do sol em diferentes comprimentos de onda.

A luz tem uma temperatura que depende da potência da radiação luminosa. Por sua vez, a potência depende do comprimento de onda.

A luz de uma lâmpada incandescente parece branca, mas seu espectro é desviado para o vermelho.

A luz de uma lâmpada fluorescente é deslocada para a parte violeta do espectro, tem uma cor azulada e uma alta temperatura de cor.

A luz da luz solar nas terras altas é deslocada para ondas violetas. Isto é devido à atmosfera rarefeita em alta altitude.

No deserto arenoso, o espectro será deslocado para as ondas vermelhas, porque. a radiação da areia quente é adicionada à luz solar.

Ao fotografar, é necessário levar em consideração esses fatos, conhecer o espectro da radiação de luz disponível para obter uma imagem de alta qualidade com os tons disponíveis no original.

Que. Fótons de diferentes comprimentos vêm de diferentes fontes de luz.

A cor é a sensação evocada no olho e no cérebro humanos pela luz de comprimentos de onda e intensidades variados.

A radiação de intensidade diferente existe objetivamente e causa a sensação de uma determinada cor. Mas por si só não tem cor. A cor ocorre nos órgãos da visão humana. Não existe independentemente deles. Portanto, não pode ser considerado um valor objetivo.

Para descrever a cor, são utilizadas avaliações qualitativas e quantitativas subjetivas de suas características.

As causas das sensações de cor são a radiação eletromagnética, a luz, cujas características objetivas estão associadas às características subjetivas da cor, sua saturação, tom, brilho.

O tom da cor é subjetivo. devido às propriedades da percepção visual humana, luz, definição de onda de intensidade.

A temperatura na qual um corpo negro emite luz com a mesma composição espectral da luz em consideração é chamada de temperatura de cor. Indica apenas a distribuição espectral da energia da radiação, e não a temperatura da fonte. Assim, a luz do céu azul corresponde a uma temperatura de cor de cerca de 12.500-25.000 K, ou seja, muito superior à temperatura do sol. A temperatura da cor é expressa em Kelvin (K).

O conceito de temperatura de cor é aplicável apenas a fontes de luz térmicas (quentes). A luz de uma descarga elétrica em gases e vapores metálicos (sódio, mercúrio, lâmpadas de néon) não pode ser caracterizada pelo valor da temperatura de cor.

Lembre-se: um dia ensolarado de verão - e de repente uma nuvem apareceu no céu, começou a chover, que parecia “não perceber” que o sol continua a brilhar. Essa chuva é popularmente chamada de cega. A chuva ainda não havia terminado e um arco-íris multicolorido já brilhava no céu (Fig. 13.1). Por que ela apareceu?

Quebrando a luz solar em um espectro.

Ainda na antiguidade, percebeu-se que o raio de sol, passando por um prisma de vidro, torna-se multicolorido. Acreditava-se que a razão para este fenômeno é a propriedade de um prisma para colorir a luz. É realmente assim, o notável cientista inglês Isaac Newton (1643-1727) descobriu em 1665 ao realizar uma série de experimentos.

Arroz. 13.1. Um arco-íris pode ser observado, por exemplo, no borrifo de uma fonte ou cachoeira.

Para obter um feixe estreito de luz solar, Newton fez um pequeno orifício redondo no obturador. Quando ele instalou um prisma de vidro na frente do buraco, uma faixa multicolorida apareceu na parede oposta, que o cientista chamou de espectro. Na faixa (como no arco-íris), Newton destacou sete cores: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo, violeta (Fig. 13.2, a).

Então, usando uma tela com um buraco, o cientista destacou feixes de luz estreitos de uma cor (monocromática) de um amplo feixe multicolorido de raios e os direcionou novamente para o prisma. Tais feixes foram desviados pelo prisma, mas não foram mais decompostos em um espectro (Fig. 13.2, b). Neste caso, o feixe de luz violeta foi desviado mais do que os outros, e o feixe de luz vermelha foi desviado menos do que os outros.

Os resultados dos experimentos permitiram a Newton tirar as seguintes conclusões:

1) um feixe de luz branca (luz solar) consiste em luz de cores diferentes;

2) o prisma não “colore” a luz branca, mas a separa (espalha-a em um espectro) devido à refração diferente de feixes de luz de cores diferentes.

arroz. 13.2. Esquema dos experimentos de I. Newton para determinar a composição espectral da luz

Compare fig. 13.1 e 13.2: as cores do arco-íris são as cores do espectro. E isso não é surpreendente, porque na verdade o arco-íris é um enorme espectro de luz solar. Uma das razões para o aparecimento de um arco-íris é que muitas pequenas gotas de água refratam a luz branca do sol.

Aprenda sobre a dispersão da luz

Os experimentos de Newton demonstraram, em particular, que quando refratados em um prisma de vidro, os feixes de luz violeta sempre se desviam mais do que os feixes de luz vermelha. Isso significa que, para feixes de luz de cores diferentes, o índice de refração do vidro é diferente. É por isso que um feixe de luz branca é decomposto em um espectro.

O fenômeno de decomposição da luz em um espectro, devido à dependência do índice de refração do meio com a cor do feixe de luz, é chamado de dispersão da luz.

Para a maioria dos meios transparentes, a luz violeta tem o índice de refração mais alto e a luz vermelha tem o menor.

Que raio de luz de cor - violeta ou vermelho - se propaga no vidro com maior velocidade? Dica: Lembre-se de como o índice de refração de um meio depende da velocidade da luz nesse meio.

Caracterizamos as cores

No espectro da luz solar, sete cores são tradicionalmente distinguidas, e mais podem ser distinguidas. Mas você nunca poderá destacar, por exemplo, marrom ou lilás. Essas cores são compostas - são formadas como resultado da superposição (mistura) de cores espectrais (puras) em diferentes proporções. Algumas cores espectrais, quando sobrepostas umas às outras, formam o branco. Esses pares de cores espectrais são chamados complementares (Fig. 13.3).

Para a visão humana, as três principais cores espectrais - vermelho, verde e azul - são de particular importância: quando sobrepostas, essas cores dão uma grande variedade de cores e tonalidades.

A imagem colorida nas telas de um computador, TV, telefone é baseada na superposição das três cores espectrais primárias em diferentes proporções (Fig. 13.4).

Arroz. 13.5. Diferentes corpos refletem, refratam e absorvem a luz solar de maneiras diferentes e, graças a isso, vemos o mundo ao nosso redor em cores diferentes.

Descubra por que o mundo é colorido

Sabendo que a luz branca é composta, é possível explicar por que o mundo ao nosso redor, iluminado por apenas uma fonte de luz branca - o Sol, vemos como multicolorido (Fig. 13.5).

Assim, a superfície de uma folha de papel de escritório reflete igualmente bem os raios de todas as cores, de modo que uma folha iluminada com luz branca nos parece branca. Uma mochila azul, iluminada pela mesma luz branca, reflete predominantemente os raios azuis, enquanto absorve o resto.

Que cor você acha que a maioria das pétalas de girassol reflete? folhas de plantas?

A luz azul direcionada às pétalas de rosas vermelhas será quase completamente absorvida por elas, já que as pétalas refletem predominantemente raios vermelhos, enquanto o restante absorve. Portanto, uma rosa iluminada com luz azul parecerá quase preta para nós. Se a neve branca for iluminada com luz azul, ela parecerá azul para nós, porque a neve branca reflete os raios de todas as cores (incluindo o azul). Mas o pelo preto de um gato absorve bem todos os raios, então o gato parecerá preto quando iluminado por qualquer luz (Fig. 13.6).

Observação! Como a cor do corpo depende das características da luz incidente, no escuro o conceito de cor não tem sentido.

Arroz. 13.6. A cor de um corpo depende tanto das propriedades ópticas de sua superfície quanto das características da luz incidente.

Resumindo

Um feixe de luz branca consiste em luz de cores diferentes. Existem sete cores espectrais: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo, violeta.

O índice de refração da luz e, portanto, a velocidade de propagação da luz em um meio, depende da cor do feixe de luz. if A dependência do índice de refração do meio na cor do feixe de luz é chamada de dispersão da luz. Vemos o mundo ao nosso redor em cores diferentes devido ao fato de que diferentes corpos refletem, refratam e absorvem a luz de maneiras diferentes.

perguntas do teste

1. Descreva as experiências de I. Newton para determinar a composição espectral da luz.

2. Cite sete cores espectrais. 3. Que cor de feixe de luz é refratada na matéria mais do que em outros? menos que outros? se 4. Defina a dispersão da luz. Que fenômeno natural está associado à dispersão? 5. Quais cores são chamadas de complementares? 6. Nomeie as três cores primárias do espectro. Por que eles são chamados assim? 7. Por que vemos o mundo ao nosso redor em cores diferentes?

Exercício número 13

1. Como serão as letras pretas em papel branco quando vistas através de um vidro verde? Qual será a cor do papel?

2. Que cores de luz passam pelo vidro azul? absorvido por ele?

3. Através de que cor de vidro você não consegue ver o texto escrito em tinta roxa em papel branco?

4. Feixes de luz nas cores vermelho, laranja e azul se propagam na água. Qual feixe se propaga mais rápido?

5. Use fontes de informação adicionais e descubra porque o céu é azul; Por que o sol geralmente fica vermelho ao pôr do sol?

Tarefa experimental

"Criadores de Arco-Íris" Encha um recipiente raso com água e coloque-o contra uma parede leve. Coloque um espelho plano em ângulo no fundo do recipiente (veja a figura). Direcione um feixe de luz para o espelho - um "raio de sol" aparecerá na parede. Examine-o e explique o fenômeno observado.

Física e tecnologia na Ucrânia

Universidade Nacional de Kiev. Taras Shevchenko (KNU) foi fundada em novembro de 1833 como a Universidade Imperial de São Vladimir. O primeiro reitor da universidade é um excelente cientista-enciclopedista Mikhail Aleksandrovich Maksimovich.

Os nomes de cientistas conhecidos - matemáticos, físicos, cibernéticos, astrônomos - estão associados a KNU: D. A. Grave, M. F. Kravchuk, G. V. Pfeiffer, N. N. Bogolyubov, V. M. Glushkov, A. V. Skorokhod, I. I. Gikhman, B. V. Gnedenko, V. S. Mikhalevich, M. P. Avenarius , N. N. Schiller, I. I. Kosonogov, A. G. Sitenko, V. E. Lashkarev, R F. Vogel, M. F. Khandrikov, S. K. Vsekhsvyatsky.

As escolas científicas de KNU são conhecidas no mundo - algébrica, teoria da probabilidade e estatística matemática, mecânica, física de semicondutores, eletrônica física e física de superfície, metalogenética, óptica de novos materiais, etc. Gubersky.

Este é um material didático.