Compoziția chimică a substanței- cea mai importantă caracteristică a materialelor folosite de omenire. Fără cunoștințele sale exacte, este imposibil să se planifice procesele tehnologice în producția industrială cu o acuratețe satisfăcătoare. Recent, cerințele pentru determinarea compoziției chimice a unei substanțe au devenit și mai stricte: multe domenii ale activității industriale și științifice necesită materiale de o anumită "puritate" - acestea sunt cerințele pentru o compoziție exactă, fixă, precum și o strictă restricție privind prezența impurităților substanțelor străine. În legătură cu aceste tendințe, se dezvoltă metode din ce în ce mai progresive de determinare a compoziției chimice a substanțelor. Acestea includ metoda de analiză spectrală, care oferă un studiu precis și rapid al chimiei materialelor.

fantezie de lumină

Natura analizei spectrale

(spectroscopie) studiază compoziția chimică a substanțelor pe baza capacității lor de a emite și absorbi lumină. Se știe că fiecare element chimic emite și absoarbe un spectru luminos caracteristic doar pentru acesta, cu condiția ca acesta să poată fi redus la stare gazoasă.

În conformitate cu aceasta, este posibil să se determine prezența acestor substanțe într-un anumit material prin spectrul lor inerent. Metodele moderne de analiză spectrală fac posibilă stabilirea prezenței unei substanțe care cântărește până la miliarde de grame într-o probă - indicatorul intensității radiației este responsabil pentru aceasta. Unicitatea spectrului emis de un atom caracterizează relația sa profundă cu structura fizică.

Lumina vizibilă este radiația de la 3,8 *10 -7 inainte de 7,6*10 -7 m responsabil pentru diferite culori. Substanțele pot emite lumină numai în stare excitată (această stare se caracterizează printr-un nivel crescut de internă) în prezența unei surse constante de energie.

Primind excesul de energie, atomii materiei o emit sub forma de lumina si revin la starea lor energetica normala. Această lumină emisă de atomi este folosită pentru analiza spectrală. Cele mai comune tipuri de radiații includ: radiații termice, electroluminiscență, catodoluminiscență, chemiluminiscență.

Analiza spectrală. Colorare la flacără cu ioni metalici

Tipuri de analiză spectrală

Distinge între spectroscopie de emisie și de absorbție. Metoda de spectroscopie de emisie se bazează pe proprietățile elementelor de a emite lumină. Pentru a excita atomii unei substanțe, se folosește încălzirea la temperatură înaltă, egală cu câteva sute sau chiar mii de grade - pentru aceasta, o probă de substanță este plasată într-o flacără sau în câmpul de descărcări electrice puternice. Sub influența celei mai ridicate temperaturi, moleculele unei substanțe sunt împărțite în atomi.

Atomii, care primesc energie în exces, o radiază sub formă de cuante de lumină de diferite lungimi de undă, care sunt înregistrate de dispozitive spectrale - dispozitive care descriu vizual spectrul de lumină rezultat. Dispozitivele spectrale servesc, de asemenea, ca element de separare al sistemului de spectroscopie, deoarece fluxul luminos este însumat din toate substanțele prezente în probă, iar sarcina acestuia este de a împărți matricea totală de lumină în spectre ale elementelor individuale și de a determina intensitatea acestora, ceea ce va permite pe viitor să tragă concluzii despre valoarea elementului prezent în masa totală a substanţelor.

• În funcție de metodele de observare și înregistrare a spectrelor, se disting instrumente spectrale: spectrografe și spectroscoape. Primele înregistrează spectrul pe filmul fotografic, în timp ce cele din urmă fac posibilă vizualizarea spectrului pentru observarea directă de către o persoană prin telescoape speciale. Pentru determinarea dimensiunilor se folosesc microscoape specializate, care permit determinarea lungimii de undă cu mare precizie.
• După înregistrarea spectrului luminos, acesta este supus unei analize amănunțite. Sunt identificate undele de o anumită lungime și poziția lor în spectru. În plus, se realizează raportul dintre poziția lor și apartenența la substanțele dorite. Acest lucru se realizează prin compararea datelor de poziție a undelor cu informațiile aflate în tabelele metodice, indicând lungimile de undă și spectrele tipice ale elementelor chimice.
• Spectroscopia de absorbție se realizează în mod similar cu spectroscopia de emisie. În acest caz, substanța este plasată între sursa de lumină și aparatul spectral. Trecând prin materialul analizat, lumina emisă ajunge în aparatul spectral cu „dips” (linii de absorbție) la anumite lungimi de undă – ele constituie spectrul absorbit al materialului studiat. Secvența ulterioară a studiului este similară cu procesul de mai sus de spectroscopie de emisie.

Descoperirea analizei spectrale

Semnificația spectroscopiei pentru știință

Analiza spectrală a permis omenirii să descopere mai multe elemente care nu au putut fi determinate prin metodele tradiționale de înregistrare a substanțelor chimice. Acestea sunt elemente precum rubidiu, cesiu, heliu (a fost descoperit cu ajutorul spectroscopiei Soarelui - cu mult înainte de descoperirea lui pe Pământ), indiu, galiu și altele. Liniile acestor elemente au fost găsite în spectrele de emisie ale gazelor, iar la momentul studiului lor erau neidentificabile.

A devenit clar că acestea sunt elemente noi, necunoscute până acum. Spectroscopia a avut un impact serios asupra formării tipului actual de industrii metalurgice și de construcții de mașini, industria nucleară și agricultură, unde a devenit unul dintre principalele instrumente de analiză sistematică.

Spectroscopia a devenit de mare importanță în astrofizică.

Provocând un salt colosal în înțelegerea structurii universului și afirmând faptul că tot ceea ce există este format din aceleași elemente, care, printre altele, abundă pe Pământ. Astăzi, metoda analizei spectrale permite oamenilor de știință să determine compoziția chimică a stelelor, nebuloaselor, planetelor și galaxiilor situate la miliarde de kilometri de Pământ - aceste obiecte, desigur, nu sunt accesibile metodelor de analiză directă din cauza distanței mari.

Folosind metoda spectroscopiei de absorbție, este posibil să se studieze obiecte spațiale îndepărtate care nu au propria radiație. Aceste cunoștințe fac posibilă stabilirea celor mai importante caracteristici ale obiectelor spațiale: presiunea, temperatura, caracteristicile structurii structurii și multe altele.

2.1. Model modern al naturii luminii

Un corp fizic a cărui temperatură este peste zero absolut radiază energie de radiație în spațiul înconjurător, iar corpul însuși este numit emițător. Energia este emisă atât de emițătorii naturali (Soarele, stele, bioorganisme) datorită diferitelor procese fizice care au loc în ei, cât și de emițătorii artificiali datorați energiei termice, electrice, mecanice și de altă natură aplicate acestora, determinând încălzirea corpului fizic.

Energia este radiată în spațiul înconjurător sub formă de particule elementare - fotoni, fiecare dintre ele având un cuantum de energie. Considerăm în Figura 1.2.1 o schemă simplificată a radiației energetice.

Orez. 1.2.1 - Schema simplificată de radiație a energiei radiante.

Se știe că un atom al unei substanțe este format dintr-un nucleu și electroni interconectați prin forțe electromagnetice. Electronii sunt la anumite niveluri de energie. Nivelul cel mai apropiat de nucleu, la care se află electronii atunci când atomul este în repaus, se numește nivelul solului ( O) corespunzătoare fracţiei minime de energie. Restul nivelurilor cele mai îndepărtate de nucleu sunt excitate ( LA). Pentru tranziția electronilor de la nivelul solului la cei excitați, este necesar să se imparte energie suplimentară electronilor și întregului atom în ansamblu ( W). Absorbind energia aplicată, atomul intră într-o stare excitată, iar electronii se îndepărtează de nucleul atomului la niveluri de energie mai înalte (niveluri excitate). Cu cât energia aplicată este mai mare, cu atât electronii sunt îndepărtați mai mult. Dar această stare este instabilă și, datorită atracției electromagnetice, electronii tind să se întoarcă la nivelul solului. În timpul tranziției electronilor de la un nivel de energie la altul, o porțiune minimă de energie radiantă este eliberată W f \u003d Q – cuantic purtat de un foton.

Un foton are o masă și o viteză finite și există doar în mișcare. Absorbând energie, atomul absoarbe fotoni, care încetează să mai existe, iar energia lor este transferată atomului. Când este emisă energie, un atom creează un foton și energia acestuia este formată de atom. Fotonii sunt emiși în spațiu și absorbiți de corpuri în porțiuni separate, adică discret, iar această discreție determină frecvența radiației. Mișcarea fotonilor în spațiu are loc sub formă de unde de oscilații electromagnetice sinusoidale armonice, care sunt caracterizate printr-un număr de valori (Fig. 1.2.2):

Lungimea de undă care determină distanța dintre două puncte care se află în aceeași fază a oscilației undei. Se notează lungimea de undă λ și se măsoară în metri m). Pentru emisiile de lumină, lungimile de undă sunt de obicei date în nanometri (nm). Nanometrul este o unitate internațională convenabilă și este echivalent cu un milimicron. Tabelul 1.2.1 arată relația dintre diferitele unități de lungime și ele pot fi ușor convertite între ele.

Tabelul 1.2.1.

Frecvența, care determină numărul de oscilații ale undei pe unitatea de timp. Se notează frecvența ν și măsurată în hertz (Hz).

Perioada de oscilație, care determină timpul în care are loc o oscilație completă a undei. Se notează perioada Tși se măsoară în secunde ( cu).

Perioada este reciproca frecvenței:

T=1/v , cu (1.2.1)

Frecvența oscilațiilor și lungimea de undă a radiației electromagnetice sunt interconectate prin următoarele relații:

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

Unde C o- viteza de propagare a undelor electromagnetice de orice lungime în vid, este o valoare constantă și este egală cu viteza de propagare a luminii 2,9979 10 8 ≈ 3 10 8 Domnișoară.

Fig.1.2.2. Schema oscilațiilor sinusoidale cu lungimi de undă diferite, unde λ2 >λ1 definire T 1 - perioada, timpul mișcării fotonului de la punctul 1 la punctul 3 și T 2 - perioada, timpul mișcării fotonului de la punctul 1 la punctul 4; de-a lungul axei Y~W y.

Energia unui foton - o cuantă, conform formulei lui Planck, depinde de frecvența oscilațiilor electromagnetice:

W f \u003d h· ν , J,(1.2.3)

Unde h= 6,626 10 -34 J s- un coeficient constant derivat de fizicianul M. Planck si numit constanta lui Planck.

Natura fizică a tuturor tipurilor de radiații electromagnetice este aceeași, adică în toate cazurile, energia se propagă sub formă de unde electromagnetice de lungimi diferite, care corespund oscilațiilor electromagnetice de diferite frecvențe. O undă electromagnetică simplă conține unde electrice și magnetice care sunt perpendiculare între ele, dar oscilează în aceeași fază (Fig.1.2.3).

Fig.1.2.3 - Imagine modulară a unei unde electromagnetice simple ( A) și tipul pachetului de undă (de-a lungul axei z) coincide în fază ( b).

Ele oscilează într-o direcție perpendiculară pe axă z, care se numește vector de propagare a undei. Viteza luminii se referă la viteza cu care lumina se deplasează în direcția de propagare (direcția z). Undele electrice și magnetice sunt adesea descrise de vectori. Vectorul câmpului electric al undei interacționează cu câmpurile electrice din atomi și, prin urmare, este foarte important pentru prezentarea ulterioară a materialului.

Urmând modelul de undă, intensitatea fluxului luminos poate fi determinată de pătratul amplitudinii A vector electric (Fig. 1.2.3), adică.

I = ka 2, (1.2.4)

Unde k- constant. Prin urmare, cu cât amplitudinea undei este mai mare, cu atât radiația este mai intensă. Cu toate acestea, în teoria corpusculară a luminii, amplitudinea nu contează, deoarece modelul se bazează pe conceptul de fotoni. Prin urmare, este nevoie de un alt mod de a descrie intensitatea luminii. În modelul corpuscular, intensitatea luminii este proporțională cu numărul de fotoni pe unitate de volum a fluxului luminos sau, cu alte cuvinte, este proporțională cu „densitatea fotonului”. Se poate demonstra că ambele concepte de intensitate - densitate și amplitudine - sunt consecvente între ele și ecuația (1.2.4) este valabilă indiferent de modelul de lumină utilizat. Intensitatea luminii poate fi vorbită ca un flux de fotoni sau amplitudinea unei unde. Ambele concepte sunt utilizate în funcție de aplicația lor.

Vectorul magnetic al radiației electromagnetice nu prezintă un asemenea interes aici ca vectorul electric, deoarece numai vectorul electric poate interacționa cu electronii și câmpurile electrice dintr-un atom sau moleculă. Această interacțiune cu vector electric provoacă reflexia, refracția și transmisia undelor, precum și culoarea, reacțiile chimice și încălzirea în majoritatea substanțelor. Toate aceste fenomene vor fi luate în considerare în alte secțiuni ale cărții.

Expresie hv adesea folosit în descrierea reacțiilor chimice pentru a indica faptul că un foton de radiație electromagnetică este necesar pentru apariția lor. De exemplu, o reacție importantă pentru vederea umană implică izomerizarea vitaminei indusă de lumină DAR, cuprinse în retina ochiului. Valoare hv caracterizează energia luminii și nu încalcă echilibrul de masă al unei reacții chimice.

2.2. Energie radiantă și flux radiant.

Energia emisă în regiunea spectrului optic al radiațiilor se numește energie radianta sau energie de radiație si denota Noi(puteți îndeplini și denumirea de energie cu litera Q). Dacă energia este transferată de întregul set de lungimi de undă care alcătuiesc radiația, atunci se numește integrală și se măsoară în aceleași unități ca și alte tipuri de energie ( joule, electron volt).

Puterea totală transportată de radiația electromagnetică, indiferent de compoziția sa spectrală, este numită în ingineria luminii flux de radiații sau curent radiant, notat Feși se măsoară în wați mar):

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

2.3. Compoziția spectrală a radiațiilor optice.

Spectrul general al radiațiilor electromagnetice poate fi împărțit în mai multe zone principale:

1. Regiunea radiațiilor cosmice.

2. Regiunea radiațiilor gamma.

3. Regiunea razelor X.

4. Regiunea spectrului optic al radiațiilor.

5. Regiunea undelor radio.

6. Zona ultrasonică și sonică.

7. Zona de forță.

Regiunea radiației optice corespunde undelor electromagnetice cu o lungime de undă de 1 nm pana la 1 mmși poate fi împărțit în trei regiuni: ultraviolete (UV), vizibile și infraroșii (IR).

Regiunea ultravioletă a radiației optice se află în intervalul 1 ... 380 nm. Comisia Internațională pentru Iluminare (CIE) a propus următoarea împărțire a radiațiilor UV cu lungimi de undă de la 100 nm până la 400 nm: UV-A - 315…400 nm; UV-B - 280…315 nm; UV-C –100…280 nm.

Radiația vizibilă (lumina), căzând pe retina ochiului, ca urmare a transformării conștiente a energiei unui stimul extern, provoacă o senzație vizuală. Gama de lungimi de undă a componentelor monocromatice ale acestei radiații corespunde la 380 ... 780 nm.

Lungimile de undă ale componentelor monocromatice ale radiației infraroșii sunt mai mari decât lungimile de undă ale radiației vizibile (dar nu mai mult de 1 mm). CCO a propus următoarea împărțire a zonei de radiație IR: IR-A - 780 ... 1400 nm; IR-V – 1400…3000 nm; IR-S - 3000 nm (3 Mkm)…10 6 nm (1mm).

Aceste trei zone de radiație optică sunt cele care prezintă cel mai mare interes pentru ingineria iluminatului. Dar practic toate radiațiile electromagnetice, într-o măsură sau alta, afectează atomii și moleculele diferitelor substanțe. Tabelul 1.2.2 sintetizează fenomenele care apar în molecule atunci când sunt expuse la radiații electromagnetice de diferite lungimi de undă.

Tabelul 1.2.2.

Toate energiile radiațiilor electromagnetice, care iradiază simultan Pământul, reproduc doar fenomene cerești. Totuși, în condiții terestre, dacă este necesară reproducerea radiațiilor într-o gamă largă de energii, este necesar să existe mai multe surse de energie; de exemplu, un fenomen în care sunt produse raze X nu excită simultan unde radio și invers. De remarcat faptul că fenomenele enumerate în tabel. 1.2.2 ca exemplu de reacții ale moleculelor atunci când sunt expuse la diferite benzi de energie pe o substanță, este adesea convenabil de utilizat pentru a reproduce această energie. Deci, lumina vizibilă va apel excitații electronice de energie scăzută în învelișul de valență a unui atom, cu toate acestea, pot fi reproduse prin îndepărtarea electronică a excitației din învelișul de valență a unui atom în timpul tranziției sale de la nivelurile superioare la starea fundamentală.

Cel mai scăzut tip de undă electromagnetică se găsește în generatoarele utilizate pentru a genera curent electric. În Ucraina, frecvența curentului alternativ electric industrial este standardizată și egală cu 50 Hz. Această frecvență reproduce lungimea de undă 6 10 6 m. Așa-numita gamă sonică și ultrasonică a radiațiilor electromagnetice este utilizată în tehnologia audio și ultrasonică.

Undele radio sunt undele electromagnetice de cea mai joasă energie care pot avea un efect direct asupra atomilor individuali. Cu toate acestea, energia acestor unde este atât de mică încât poate muta molecule întregi doar pe o distanță scurtă în spațiu (translație) și reorienta unele dintre nuclee în raport cu alte nuclee din molecule. Ultimul efect stă la baza metodei spectroscopice de rezonanță magnetică nucleară. Energiile corespunzătoare regiunii cu microunde fac ca moleculele de gaz să se rotească în jurul centrelor lor de masă și, de asemenea, schimbă orientarea reciprocă a electronilor. Primul efect este baza spectroscopiei cu microunde utilizată pentru a studia rotațiile moleculare, al doilea este baza spectroscopiei de rezonanță a spinului electronic utilizat pentru a studia starea electronilor nepereche în sistemele chimice.

Energiile corespunzătoare regiunii infraroșii intră în rezonanță cu vibrațiile atomilor din legăturile chimice. Acest efect este utilizat în spectroscopia în infraroșu. Energiile regiunilor vizibile și ultraviolete pot provoca excitarea electronilor în atomi și molecule cu transferul lor din stările de energie inferioară la cele superioare. Pe măsură ce energia fasciculelor crește, electronii excitați trec la o nouă stare de la niveluri de energie mai stabile. Spectroscopia de absorbție vizibilă se ocupă cu excitația electronilor din învelișurile cele mai exterioare ale atomilor și moleculelor, în timp ce spectroscopia de absorbție ultravioletă se ocupă cu excitațiile electronilor de energie mai mare din învelișurile exterioare și interioare. Radiația de raze X provoacă excitații de electroni în învelișurile interioare de electroni, deoarece are o lungime de undă care este apropiată de dimensiunea atomilor înșiși. Atomii pot provoca difracția de raze X. Excitația se află în centrul analizei spectrale de fluorescență cu raze X și al spectroscopiei fotoelectronului cu raze X (ESCA), în timp ce difracția este utilizată pentru a identifica rețeaua cristalină și a determina structura cristalului. Razele gamma sunt potrivite pentru aplicarea radiațiilor electromagnetice cu cea mai mare energie. Ele provoacă excitarea nucleelor ​​cu transferul lor de la stările de energie inferioară la cele superioare și stau la baza spectroscopiei Mössbauer.

O mare parte din gama de energie a radiațiilor electromagnetice are aplicații importante în fizică, chimie și biologie.

Totuși, în ceea ce privește operele de artă și materialele de iluminat, cele mai importante sunt energiile medii (ultraviolete, vizibile și infraroșii) datorită faptului că le afectează. Dacă aranjam secvenţial radiaţiile ultraviolete, vizibile şi infraroşii, vom obţine o clasificare mai detaliată (Fig.1.2.4).

Fig.1.2.4 - Regiunea extinsă a spectrului de radiații electromagnetice.

Radiațiile ultraviolete și infraroșii puternice au un efect dăunător asupra oamenilor: ultravioletele provoacă arsuri ale pielii și ochilor, iar infraroșul îngreunează munca din cauza cantității mari de căldură generată.

2.4. Radiația ultravioletă.

În spectrul electromagnetic al radiațiilor, regiunea ultravioletă ocupă o poziție intermediară între lumina vizibilă și razele X.

Radiația ultravioletă a fost descoperită de I. V. Ritter în 1801, care în experimentele sale a folosit lumina soarelui, o prismă de sticlă și o placă acoperită cu clorură de argint. Halogenii de argint sunt sensibili la radiațiile UV. Ritter a descoperit că placa s-a întunecat mai întâi în afara capătului violet al spectrului, apoi în regiunea violetă și în final în regiunea albastră, ceea ce a servit drept dovadă pentru existența radiațiilor cu lungimi de undă mai scurte decât cele ale razelor violete. Această gamă de lungimi de undă, invizibilă pentru ochi, a fost numită ultravioletă. În prezent, domeniul ultraviolet este definit aproximativ ca regiunea lungimilor de undă 1-400 nm. Pentru comoditate, această zonă este uneori subdivizată în secțiuni mai mici.

Interval 1–180 nm numită ultravioletă de vid datorită faptului că o astfel de radiație se transmite doar prin vid. Această parte cu lungime de undă scurtă a radiației ultraviolete, în special cu lungimi de undă mai scurte de 120 nm, aproape complet absorbit de toate materialele și mediile cunoscute, inclusiv de aer.
Interval 180–280 nm numită unde scurtă sau ultravioletă îndepărtată (regiune îndepărtată a spectrului ultraviolet). În acest interval de radiații trec cuarțul și gelatina fotografică. Emisiile din regiunea îndepărtată au proprietatea de a ozoniza aerul și
ucide bacteriile. Aceeași regiune de radiație ultravioletă este utilizată în sursele de lumină luminiscentă gaz-luminiscentă pentru a obține o fluorescență strălucitoare a compușilor luminoși care acoperă tuburile (pe interior) ale lămpilor fluorescente.

Interval de lungimi de undă 280–300 nm cunoscut sub numele de ultraviolet mediu. Aceste radiații se caracterizează prin capacitatea de a provoca roșeață și arsuri solare ale pielii umane, precum și un efect benefic (în anumite doze) asupra creșterii și dezvoltării animalelor și plantelor.

Interval 300–400 nm numite unde lungi sau aproape ultraviolete (spectrul aproape ultraviolet) și tocmai aceste radiații le transmite sticla obișnuită. Cu excepția soarelui și a tuburilor cu descărcare de mercur, radiația ultravioletă nu poate fi produsă de sursele utilizate în mod obișnuit pentru a crea lumină vizibilă. Regiunea de radiație ultravioletă cea mai apropiată de spectrul vizibil (320-400 nm) conține raze care sunt utilizate pe scară largă pentru analiza luminiscente, precum și pentru excitarea substanțelor luminoase în fotografia și filmarea luminiscente.

O caracteristică importantă a razelor ultraviolete care le distinge
de la razele X și alte radiații cu lungime de undă mai scurtă, este că acestea sunt refractate la interfața dintre medii cu densități diferite și reflectate de suprafețele oglinzilor. Acest lucru face posibilă focalizarea acestora cu o lentilă din materiale care transmit raze ultraviolete (fluorit, sticlă de cuarț, într-o oarecare măsură sticlă optică) și obținerea unei imagini ultraviolete invizibile reală care poate fi fixată pe film fotografic și astfel făcută vizibilă.

Cea mai puternică sursă naturală de radiații ultraviolete este soarele. Cu toate acestea, doar razele ultraviolete cu o lungime de undă de cel puțin 290 ajung pe suprafața pământului. nm. Razele ultraviolete cu lungime de undă mai scurtă sunt complet absorbite de ozon, care este conținut într-o cantitate relativ mare în stratosferă. Distribuția spectrală a radiațiilor ultraviolete depinde de înălțimea soarelui deasupra orizontului. Cu cât soarele este mai aproape de orizont, cu atât sunt mai puține raze ultraviolete în lumina soarelui. La o înălțime a soarelui de 1° deasupra orizontului, radiația solară care ajunge la suprafața pământului nu conține radiații cu lungimi de undă mai mici de 420 nm, adică razele ultraviolete din spectrul de radiații al soarelui răsărit și apus sunt complet absente.

Principalele surse artificiale de radiații ultraviolete în toate părțile regiunii ultraviolete a spectrului sunt lămpile cu mercur de înaltă presiune și lămpile cu mercur de ultraînaltă presiune.

Radiație în intervalul de lungimi de undă 200–400 nm este predominant, determină reacții fotochimice și ruperea legăturilor în mulți compuși organici. Cu toate acestea, aceste reacții fotochimice au și o latură pozitivă. Artiștii știu că expunând un obiect proaspăt vopsit la lumina zilei, accelerează uscarea și oxidarea uleiurilor și că acest lucru trebuie făcut înainte de a-l lăcui. Radiațiile ultraviolete pot fi utilizate în studiul peliculelor de vopsele și lacuri pentru a dovedi corecțiile efectuate. Sub acțiunea radiațiilor ultraviolete, compușii organici afectează adesea fluorescența reciprocă. De exemplu, rășina mastic și rășina dammar din lacul vechi dau o fluorescență galben-verde, a cărei intensitate se poate modifica în timp. Lacul artificial proaspăt nu are fluorescență. Ceara are un alb strălucitor și șelac are o fluorescență portocalie. Odată cu creșterea duratei de viață, intensitatea fluorescenței vopselelor pentru automobile tinde adesea să crească. Sub lumina ultravioletă, corecțiile recente ale picturilor apar violet sau negre. Cu toate acestea, de-a lungul anilor devin mai gri, în timp ce zonele nelacuite de vopsea închisă sunt de un maro violet intens. Sub lumină ultravioletă, deteriorarea hârtiei acoperite cu pete maronii („vulpe”) devine evidentă, precum și modificările și ștersăturile de pe hârtie veche. Materiale precum mineralele, oasele și dinții au fluorescență atunci când sunt expuse la radiații ultraviolete. Bijuteriile false care arată exact ca lucrurile reale în lumina zilei pot arăta complet diferit sub lumina ultravioletă. Cu toate acestea, radiațiile ultraviolete sunt foarte dăunătoare pentru multe opere de artă plastică.

Radiațiile ultraviolete puternice au un efect dăunător asupra oamenilor și provoacă arsuri la nivelul pielii și ochilor.

Trebuie remarcat faptul că împărțirea spectrului ultraviolet în regiunile enumerate este condiționată, deoarece proprietățile razelor ultraviolete caracteristice unei regiuni a spectrului sunt parțial inerente regiunilor învecinate, deși într-o măsură mai mică.

2.5. radiatii vizibile.

Aproape toți reprezentanții lumii animale au capacitatea de a „vedea” ceva. Ochiul uman răspunde doar la o mică parte din spectrul electromagnetic. Această zonă se numește vizibil. Este acceptat că pentru ochiul uman gama de lungimi de undă vizibile ocupă intervalul de la 380 la 780. nm. Cu toate acestea, această zonă nu este vizibilă pentru toate animalele și insectele. De exemplu, albinele pot vedea în regiunea aproape ultravioletă. Acest lucru le oferă capacitatea de a percepe diferențele de culori care sunt inaccesibile vederii umane. Reacția ochiului uman și a creierului la diferite lungimi de undă și intensitate luminoasă variază în intervalul 380 - 780 nm iar aceasta dă senzații numite culoare, textură, transparență etc. Lumina albă poate fi creată printr-un amestec al întregii secvențe de radiații monocromatice în partea vizibilă a spectrului, adică. un amestec de culori individuale (Fig. 1.2.5). În ceea ce privește ochiul uman, o astfel de combinație de radiații monocromatice individuale este posibilă, atunci când se creează doar impresia de lumină albă, deși poate să nu fie așa în ceea ce privește compoziția spectrală.

Orez. 1.2.5 - Descompunerea luminii vizibile „albe” în componente spectrale cu lungimi de undă diferite de la roșu (K) la violet (F).

Culoarea și originile sale au ocupat imaginația multor mari naturaliști. Cu toate acestea, doar I. Newton a reușit să dezvolte bazele teoriei culorilor. În 1672, Newton a arătat experimental că un fascicul de lumină albă care trece printr-o prismă de sticlă se descompune într-un spectru format dintr-un număr mare de culori (de la roșu la violet), care se schimbă treptat una la alta în punctele de tranziție. Aceste culori sunt componente, nu modificări, ale luminii albe. Orez. Figura 1.2.5 ilustrează această proprietate binecunoscută a materialelor transparente și a luminii. Explicația observațiilor experimentale ale lui Newton cu o prismă constă în faptul că lumina de toate lungimile de undă călătorește cu aceeași viteză doar într-un vid - vid. Cu toate acestea, în orice alt mediu, lumina de lungimi de undă diferite călătorește cu viteze diferite. Ca urmare, poate apărea separarea undelor. Descompunerea luminii albe de către un mediu în culori diferite sau, echivalent, în lungimi de undă diferite, se numește dispersie. Prin urmare, este convenabil să se subdivizeze intervalul vizibil în funcție de răspunsul diferit de culoare provocat în ochiul uman în șapte intervale, de la cea mai lungă la cea mai scurtă lungime de undă. Aceste intervale corespund roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet.

Deoarece atunci când lumina vizibilă (albă) este descompusă de o prismă într-un spectru continuu în aceasta din urmă, culorile trec ușor de la una la alta, este dificil să se determine cu exactitate limitele fiecărei culori și să le asocieze cu o anumită lungime de undă. Dar, aproximativ, arată așa:

violet - 380 ... 440 nm;

albastru - 440…480 nm;

albastru – 480…510 nm;

verde – 510…550 nm;

galben-verde - 550 ... 575 nm;

galben - 575 ... 585 nm;

portocaliu - 585…620 nm;

roșu - 620…780 nm.

Radiație electromagnetică cu o lungime de undă mai mare de 700 nmși mai puțin de 400 nm practic nu mai este percepută de ochi și, prin urmare, destul de des în literatura populară, în acest interval sunt stabilite limitele radiației vizibile, ceea ce nu corespunde situației reale.

Se întâmplă dispersie normală prezentată în fig. 1.2.5. Se observă pentru un mediu transparent incolor. Acest tip de dispersie este numit normal deoarece lumina roșie (cea mai lungă lungime de undă) are cea mai mare viteză și cea mai mică dispersie, în timp ce lumina violetă (cea mai scurtă lungime de undă) are cea mai mică viteză și cea mai mare dispersie. Între roșu și violet, alte culori sunt plasate secvenţial. Mai precis, dispersia luminii vizibile se modifică cu lungimea de undă aproximativ conform legii 1/λ 3 . Din acest motiv, cele mai scurte lungimi de undă au cea mai mare dispersie (1/λ 3 crește) și un grad mare de modificare a acesteia cu variații mici (funcția 1/λ 3 este neliniară în λ) în comparație cu undele lungi. De menționat că un alt tip de separare a luminii după lungimea de undă, numit dispersie anormală, observată într-un mediu colorat. În regiunea spectrului în care este absorbită lumina, cu dispersie anormală, undele cele mai lungi au o dispersie mai mare decât cele scurte. Prin urmare, succesiunea de culori în conformitate cu Fig. 1.2.5 nu este respectată. Lumina vizibilă poate provoca, de asemenea, multe reacții chimice.

Mecanismul de percepție a radiațiilor vizibile este descris în detaliu în §4.

2.6. Radiatii infrarosii.

Razele infrarosii sunt invizibile, nu sunt percepute de ochiul uman. Este posibil să se detecteze prezența și acțiunea lor numai în diferite moduri indirecte. Existența radiațiilor dincolo de regiunea roșie a spectrului vizibil a fost descoperită încă din 1800 de William Herschel. El a observat că un termometru înnegrit plasat în spectrul luminii solare detectează o creștere semnificativă a temperaturii. Acest experiment a dezvăluit că în natură există unde invizibile, cu o lungime de undă mai mare decât roșu, iar această radiație a devenit cunoscută sub numele de infraroșu. Desigur, efectele radiațiilor infraroșii sunt cunoscute încă din cele mai vechi timpuri. La urma urmei, radiația infraroșie cauzată de flacăra unui incendiu a fost unul dintre fenomenele care au avut cel mai mare impact asupra dezvoltării omenirii. Razele infraroșii apropiate de capătul cu lungime de undă lungă a părții vizibile a spectrului pot fi înregistrate fotografic. Fotografia în infraroșu a fost folosită din 1925, când au fost obținute sensibilizatori acea emulsie fotografică sensibilă la regiunea infraroșu a spectrului. Gama de energie a radiației infraroșii ocupă o zonă largă, începând din partea cu energie scăzută a spectrului vizibil, adică. regiunea infraroșu reală se află în afara părții roșii a spectrului vizibil, începând de la λ= 760 nm(linia de potasiu roșu închis) și se propagă mai departe spre lungimi de undă mai mari. Aria de la λ=760 nm până la λ=3500 nm este un domeniu de aplicații practice ale radiației infraroșii.

Există diverse metode de obținere a unei imagini în raze infraroșii: cu ajutorul convertoarelor electron-optice, metode bazate pe proprietățile razelor infraroșii de a stinge fosforescența, acționează asupra stratului fotografic și au efect termic.

Pe baza teoriei reacțiilor fotochimice, se poate presupune că fotografia în infraroșu, bazată pe sensibilizarea materialelor fotografice, este greu fezabilă în raze cu o lungime de undă mai mare de 2000. nm.

Radiația infraroșie provoacă efecte termice care pot schimba mecanic sau chimic materialele, în timp ce mecanismele fotochimice duc rareori la astfel de modificări. Când sunt expuse la radiații infraroșii, lemnul, sticla și ceramica suferă modificări mecanice, cum ar fi contracția, crăparea și uscarea. Ca să nu mai vorbim de pagubele enorme pe care radiațiile infraroșii le pot provoca asupra obiectelor de ceară. Dacă apar modificări chimice, acestea sunt de obicei un rezultat indirect al radiației infraroșii. Dacă o reacție chimică are deja loc, atunci fie că este lentă sau rapidă, căldura de la expunerea la radiația infraroșie va accelera întotdeauna reacția. Îngălbenirea filmelor de lac natural poate fi un rezultat direct al expunerii la radiații infraroșii. Cu toate acestea, foliile artificiale de lac nu sunt de obicei sensibile la radiațiile infraroșii.

Radiația infraroșie este utilizată în fotografia cu infraroșu, care este o metodă importantă pentru efectuarea cercetărilor asupra operelor de artă din muzee, galerii de artă. În unele cazuri, razele infraroșii pot pătrunde în lacurile opace vizual și în peliculele subțiri de vopsea și, folosind tuburi intensificatoare de imagine, echipamente de termoviziune și fotografie în infraroșu, dezvăluie nuanțe, desene sau zone corectate. Acestea. radiația infraroșie poate fi folosită pentru a vizualiza imagini prin filme opace, deoarece are lungimi de undă mai mari decât radiația vizibilă. În același timp, radiația infraroșie este împrăștiată în filmul de lac de particule mici mult mai puțin decât lumina vizibilă. Prin urmare, razele infraroșii pot pătrunde în straturile superioare și pot depăși opacitatea acestora. Devine posibil să observați detaliile desenului într-un strat de vopsea care s-a întunecat de lac vechi și murdărie. Uneori, falsurile pot fi detectate în acest fel, deoarece stratul inferior de vopsea este diferit de ceea ce este pe suprafață.

Metoda fotografică de fixare a unei imagini formate din raze infraroșii se bazează pe unele proprietăți ale radiației infraroșii:

1. Razele infraroșii sunt mai puțin susceptibile la împrăștiere în atmosferă, precum și în mediile tulburi în general. Ele trec prin ceața aerului și ceața ușoară mai bine decât razele de lumină vizibile. Acest lucru face posibilă tragerea de obiecte aflate la distanță mare, depășind ceața aerului.

2. Absorbția și reflectarea razelor infraroșii este diferită de razele din regiunea vizibilă a spectrului. Prin urmare, multe obiecte care par să fie aceleași ca culoare și luminozitate în lumina vizibilă, într-o fotografie realizată în raze infraroșii, au o distribuție complet diferită a tonurilor. Acest lucru vă permite să detectați multe caracteristici interesante și importante ale obiectului capturat. De exemplu, clorofila, care se găsește în frunzișul verde și în iarbă, absoarbe puternic razele vizibile cu lungime de undă scurtă și reflectă majoritatea razelor infraroșii. În plus, prin absorbția ultravioletelor
razele de vară, clorofila fluoresce în regiunea infraroșie. Drept urmare, în fotografiile realizate pe film infracromatic folosind un filtru roșu, verzile ies nenatural de alb, iar cerul albastru arată întunecat. Multe culori care par foarte strălucitoare pentru ochi, datorită absorbției aproape complete a razelor infraroșii, se dovedesc a fi aproape negre pe filmul infracromatic.

3. Razele infraroșii sunt capabile să pătrundă mediile care sunt opace la lumina vizibilă. Pielea umană, straturi subțiri de lemn, ebonită, cochilii întunecate de insecte și plante etc. sunt transparente la razele infraroșii.
Vasele de sânge sunt clar vizibile prin piele, care este transparentă la razele infraroșii.

4. Deoarece razele infraroșii sunt invizibile, fotografierea sub lumină infraroșie înseamnă în esență fotografierea în întuneric. O astfel de fotografie sau filmare este necesară în cazurile care necesită adaptarea la întuneric a ochilor, precum și în toate tipurile de cercetări psihologice.

În prezent, filmarea în raze infraroșii este folosită atât în ​​cinematografia științifică, cât și în producția de filme pentru a rezolva unele probleme vizuale, pentru a filma „de la zi la noapte”, pentru a crea cadre combinate pe fundalul unui ecran cu infraroșu - „mască rătăcitoare” metoda etc.

Radiația infraroșie puternică a unor corpuri de iluminat îngreunează munca echipei de filmare din cauza cantității mari de căldură generată.

2.7 Tipuri de spectre

Spectrele surselor de lumină se obțin prin descompunerea radiației acestora în termeni de lungimi de undă ( l) dispozitive spectrale și se caracterizează prin funcția de distribuție a energiei luminii emise în funcție de lungimea de undă. Radiația fluxului radiant de-a lungul spectrului de radiație poate avea loc cu o singură lungime de undă, cu mai multe lungimi de undă, precum și continuu în secțiuni separate sau în întreaga regiune a spectrului optic de radiație.

Monocromatic(din greaca. monos- unu, unu și chốma- culoare) radiația este radiație cu o singură frecvență sau lungime de undă. Radiație în intervalul de lungimi de undă de până la 10 nm numit omogen. Totalitatea formelor de radiații monocromatice sau omogene gamă.

Există spectre continue (continue), în dungi, linie și mixte. solid Spectrele (continue) sunt acelea în care componentele monocromatice umplu fără întreruperi intervalul de lungime de undă în care are loc radiația. Un astfel de spectru este tipic pentru lămpile cu incandescență (Fig. 1.2.6) și alte emițătoare de căldură.

Orez. 1.2.6 - Spectrul continuu al lămpilor incandescente

Orez. 1.2.7 - Spectrul de linii din radiații monocromatice

Orez. 1.2.8 - Lampă fluorescentă cu spectru mixt KinoFlo KF55

Orez. 1.2.9 - Spectrul complex al lămpii fluorescente KinoFlo Green

Guvernat spectrele constau din radiații monocromatice separate, care nu sunt adiacente una cu cealaltă (Fig. 1.2.7) și amestecat conţin o combinaţie de spectre (Fig.1.2.8). LA in dungi spectrele, componentele monocromatice formează grupuri (benzi) discrete sub forma multor linii strâns distanțate. Acest tip de radiație se mai numește dificil(Fig.1.2.9). Spectrele în dungi, linii și mixte sunt caracteristice surselor de lumină cu arc și descărcare în gaz.

Din întregul spectru de radiații de la sursele de lumină, numai lumina vizibilă, care acționează asupra elementelor sensibile la lumină ale ochiului, provoacă o senzație vizuală. Radiația vizibilă omogene, monocromatică, care pătrunde în ochi, provoacă senzația de lumină de o anumită culoare.

Sistem de valori ale luminii

O idee neclară a anumitor cantități de lumină este adesea cauza unor erori grave pe care specialiștii le fac atunci când proiectează și operează sisteme de iluminat.

Cunoașterea valorilor luminii este necesară pentru studenții și profesioniștii care lucrează în studiouri de televiziune, video sau film, și chiar pentru amatorii care filmează acasă. Acest lucru vă va ajuta să navigați corect în abundența de surse de lumină, filtre de lumină, corpuri de iluminat, pentru a înțelege funcțiile camerelor video legate de sensibilitatea la lumină, contrastul și reproducerea culorilor.

Întrucât cantitățile de lumină, care sunt o caracteristică numerică a emisiilor de lumină, provin din cantități fotometrice energetice, este indicat să le luăm în considerare împreună, pe baza primatului acestora din urmă. Mărimile și unitățile fotometrice sunt cele care caracterizează radiația optică. Termenul „fotometrie” este format din două cuvinte grecești: „phos” - lumină și " metreo " - Măsurez, și înseamnă măsurători de lumină. Există sisteme fotometrice de energie și sisteme fotometrice reduse de mărimi.

Cantități de energie– caracterizați radiația, indiferent de efectul acesteia asupra oricărui receptor de radiație. Cantități de energie, cum ar fi energia radiantă ( Noi ) și fluxul radiant ( Fe ) au fost discutate în secțiunea anterioară.Sunt exprimate în unități derivate din unitatea de energie ( Joule), iar denumirile lor folosesc indexul suplimentar „ e» ( W e , F e , I e , E e , L e ).

Cantități fotometrice reduse sau eficiente caracterizați radiația incidentă pe un anumit detector selectiv de radiații. Dacă ochiul uman servește ca un astfel de receptor, atunci valorile obținute se numesc „ ușoară", iar totalitatea lor este " sistem de valori ale luminii”.În denumirea literelor cantităților de lumină, puteți găsi indicele „v”.

Schema formării unui sistem de cantități luminoase bazate pe cele energetice este prezentată în fig. 1.3.1.

Orez. 1.3.1 - Schema de formare a unui sistem de marimi luminoase

Fiecare dintre cantitățile luminoase ale cantităților are propriul său principiu fundamental energetic, din care sunt derivate:

· Flux de lumină F (F v,F v ) - principiul fundamental al fluxului radiant (fluxul radiației) Fe (F e)

· Puterea luminii eu (eu v ) - forța de radiație a energiei (tăria radiației) eu e

Iluminare E (E v ) - iluminare energetică (iradiere) E e

Luminozitate L (L v ) – luminozitate energetică Le

Acestea și alte cantități de energie și lumină de bază sunt rezumate în tabelul de la sfârșitul secțiunii. Mai jos vor fi luate în considerare în detaliu principalele cantități de lumină utilizate în practica unui cameraman.

Informații similare.

Fotografia are loc atât în ​​lumina naturală, cât și cu surse de lumină artificială: lămpi cu incandescență, lămpi cu descărcare în gaz, lămpi cu blitz, etc. Toate aceste surse diferă foarte mult între ele în ceea ce privește compoziția spectrală a luminii.Alegerea unei surse de lumină este influențată nu numai de condițiile specifice de filmare, ci și de caracteristicile de iluminare ale surselor. Dacă, la filmarea pe film alb-negru, se acordă atenție în primul rând intensității fluxului luminos al sursei de lumină și, într-o măsură mai mică, compoziției sale spectrale, atunci când se filmează pe film color, compoziția spectrală a luminii. are o importanță decisivă. Transmiterea culorilor tonale la fotografierea pe film alb-negru și a culorilor naturale la fotografierea în culoare, alegerea materialului sensibil la culoare și a filtrelor de lumină depinde de compoziția spectrală.

Când culoarea sursei de lumină se schimbă, se schimbă și scara de ton care transmite culorile obiectului. Compoziția spectrală a luminii, temperatura sa de culoare trebuie echilibrată cu sensibilitatea la culoare a materialului negativ. Numai în acest caz este posibilă redarea corectă a culorii.

Lumina zilei aparține grupului de surse de lumină de temperatură.

Suprafața pământului și tot ce se află pe el este iluminat fie de lumină mixtă, totală (radiație totală) de radiație solară directă și difuză care vine din cer și nori, fie pe vreme înnorată, când soarele este acoperit de nori, de lumina difuză a cerului. Locurile în care lumina directă a soarelui nu pătrunde sunt iluminate doar de lumina difuză a cerului (Fig. 6).

Și de la masă. Figura 3 arată cum se modifică compoziția spectrală a radiației solare în funcție de înălțimea soarelui.

Soarele răsare deosebit de repede dimineața și apune seara. Schimbările aproximative ale temperaturii de culoare pe parcursul zilei și în funcție de starea cerului sunt date în tabel. 4.

Dar modelul de fluctuații în compoziția spectrală și intensitatea radiației luminii naturale este încălcat în mod continuu din cauza modificărilor condițiilor meteorologice care apar în atmosferă (înnorirea, înălțimea, gradul și densitatea sunt foarte instabile, umiditatea și praful aerului, ceața, ceață etc.). Acești factori variabili aleatoriu sunt atât de strâns legați și împletite încât este foarte dificil să ținem cont de influența fiecăruia dintre ei.

Când soarele se ridică deasupra orizontului sau apune, arată ca o minge roșie cu o temperatură de culoare de aproximativ 1800 K. În acest moment, în drum spre pământ, razele soarelui pătrund în învelișul de aer care înconjoară planeta noastră și călătoresc cel mai mult. cale în atmosferă. Lungimea traseului luminii solare în atmosferă este de mare importanță, în special pentru partea cu lungime de undă scurtă a spectrului. În fluxul razelor solare, care au parcurs calea cea mai lungă în aer, nu există raze albastre-violete: acestea sunt filtrate de un strat de aer, care, modificând compoziția spectrală a luminii solare, acționează ca un galben. filtru de densitate variabilă. În timpul acoperirii parțiale cu nori, când soarele strălucește prin nori sau se află într-o ceață, partea de unde scurte a radiației slăbește și ea.

Radiația solară, ca urmare a reflexiilor multiple de către moleculele gazelor care formează aerul, suferă o împrăștiere moleculară. Culoarea vizibilă a stratului de aer deasupra pământului, culoarea cerului și se explică prin împrăștierea moleculară puternică a părții cu unde scurte a radiației solare. Imprăștirea moleculară este cauza ceață albastră în aer.

Ca urmare a împrăștierii unei părți din lumina soarelui de către atmosferă, cerul însuși devine o sursă de lumină (secundară) cu o culoare clar definită. În spectrul cerului albastru se observă o predominanță semnificativă a culorilor albastru și violet, toate celelalte culori sunt și ele conținute, dar într-o măsură mult mai mică (Fig. 6, curba 3).

Luminatorul difuz se confruntă, de asemenea, cu fluctuații puternice de temperatură a culorii, în funcție de faptul că lumina provine dintr-un cer albastru, fără nori sau dintr-un cer cețos sau înnorat.

Impuritățile mecanice sunt în permanență suspendate în diverse cantități în aer - particule tulburi (aerul în straturi groase poate fi considerat un mediu tulbure): particule de praf ridicate de curenții de aer ascendenți și vânt, mici picături de apă, vapori de apă, care contribuie la aspectul de ceață.Cantitatea scade odată cu înălțimea - nu se ridică peste 1000 m. ca urmare, cerul capătă o culoare albicioasă.Albirea cerului este facilitată și de umiditatea crescută, ceea ce determină formarea de ceață, albă cu o nuanță albastră.

Când apar norii, lumina albă reflectată de nori se adaugă la lumina cerului. Picături mari de apă care alcătuiesc norii împrăștie razele întregului spectru.

În apropierea orașelor mari, din cauza prafului ridicat al straturilor cele mai joase de aer, a apariției fumului, fumului și prafului în ele, cerul din apropierea orizontului devine gri sau alb în diferite nuanțe.

Pe măsură ce soarele se ridică mai sus și calea razelor în atmosferă devine mai scurtă, radiația de la roșu, roșcat la galben se transformă în gălbui. În același timp își schimbă culoarea și cerul. Albăstruie la început, devine roșiatică lângă soare la răsărit și la apus și se transformă în albastru pe măsură ce soarele răsare. Dacă aerul este transparent, cerul devine albastru.

La scurt timp după răsărit și cu puțin timp înainte de apus, temperatura culorii crește la 3000-3200K, ceea ce face posibilă filmarea pe film color de tip LN. La aproximativ o oră după răsărit, la înălțimea soarelui, temperatura sa de culoare se ridică la 3500 K. Radiația în acest moment este formată din raze jumătate roșii, un sfert galbene, iar sfert rămas este verde, albastru și violet. Umbrele, începând de la cea mai lungă, scad rapid, iar la o înălțime a soarelui de 15 ° devin aproape egale cu de patru ori lungimea obiectului. După-amiaza, când soarele coboară sub 13-15q, iar pe măsură ce se deplasează mai departe spre orizont și razele albastru-violete slăbesc, radiația capătă nuanțe distincte de la galben la roșu. Umbrele devin și ele mai lungi.Suprafețele orizontale în acest moment sunt iluminate în principal de cer și, sub influența efectului crescător al luminii împrăștiate a cerului, devin albastre, iar cele verticale sunt mai iluminate de lumina galbenă a soarelui. .

Calea parcursă de razele sale în atmosferă este mult scurtată și cea mai mare parte a radiațiilor unde scurte ajunge la suprafața pământului. Lumina totală a soarelui și a cerului cu un cer fără nori se stabilizează, devine albă și aproape că nu se schimbă odată cu înălțimea soarelui la acest moment al zilei.

Acesta este cel mai bun moment pentru filmare, mai ales pe film color DC, echilibrat pentru o temperatură de culoare de 5600-5800 K. Chiar dacă în acest moment apar unele modificări ale temperaturii de culoare a luminii, ele nu contează deloc pentru alb-negru. fotografiere, dar pentru culoare nu sunt atât de semnificative încât să înrăutățească vizibil redarea culorii. Schimbarea temperaturii de culoare a luminii naturale în timpul zilei este prezentată în Fig. 7.

pe care a căzut

Și cunoașterea înălțimii soarelui deasupra orizontului vă permite să determinați temperatura de culoare a luminii zilei.

Pentru fiecare sezon și zi, puteți găsi lungimea umbrei folosind un dispozitiv simplu - un indicator (indicator) al umbrei. Pe carton se fixează o tijă sau un știft de o anumită lungime, de exemplu, I cm. Din punctul de atașare, ca din centru, se aplică semicercuri (Fig. 8) cu raze egale cu 0,5-6 ori înălțimea tijă proeminentă. Când cartonul este orizontal, umbra de pe tijă va indica înălțimea soarelui.

(la Kiev până la 63°). Pe măsură ce soarele se apropie de zenit, lumina capătă o nuanță albăstruie vizibilă, temperatura culorii crește la 6000-7000 K. De data aceasta (pentru Kiev 11.00-13.00) nu este potrivită pentru fotografie și din motive artistice.

Soarele este o sursă eficientă de radiații infraroșii. Iluminarea creată de partea infraroșie a radiației solare depinde de poziția soarelui pe cer și de gradul de transparență al atmosferei. În tabel. Figura 6 arată în procente radiația părților ultraviolete și infraroșii ale fluxului solar în timpul zilei pentru o atmosferă transparentă. Radiația fluxului solar în intervalul de la 3 la 70 este considerată 100%.

Tabelul arată că odată cu răsăritul soarelui, intensitatea radiației infraroșii slăbește vizibil.

Lămpile cu incandescență aparțin și ele grupului de surse de lumină de temperatură. Simplitatea și ușurința în utilizare le-au asigurat cea mai mare distribuție în fotografie și filmare. Există diferite tipuri de lămpi electrice cu incandescență. Acestea sunt lămpi de iluminat cu incandescență de uz casnic de diferite puteri, lămpi foto, lămpi cu oglindă, în care o parte a becului în formă de paraboloid este acoperită cu un strat de oglindă din aluminiu, lămpi de proiector (PZh), proiectoare de film (KPZh), lămpi de proiecție. În ultimii ani, lămpile cu halogen (iod-cuarț) au fost utilizate pe scară largă.

La lămpile de uz casnic, radiația maximă este în regiunea infraroșu a spectrului, în regiunea vizibilă predomină razele galben-roșii. După cum se poate observa din caracteristicile spectrale (vezi Fig. 6), radiația unei lămpi cu incandescență în regiunea roșie a spectrului depășește radiația în albastru-violet de 5-6 ori. Prin urmare, redarea culorii pe filmul alb-negru sub lumina lămpilor cu incandescență diferă puternic de redarea culorii la lumina zilei.

La o tensiune nominală de software, 127 și 220V, pentru lămpile cu incandescență de putere redusă (50-200 W), temperatura de culoare a luminii emise de un filament de wolfram este de 2600-2800 K, pentru mai puternice (500 și 1000 W) - aproximativ 3000 K, Pentru și mai puternice (peste 1000 W) temperatura culorii depășește 3000 K. Lămpile de uz casnic cu putere redusă și temperatură scăzută a culorii nu sunt potrivite pentru fotografia color.

Lămpile cu incandescență SLR (ZK) au o temperatură de culoare de 2800-3000K, pentru cele destinate fotografierii color - 3200-3300 K. Temperatura de culoare a lămpilor de proiector (PL) variază de la 3000 K pentru lămpile cu o putere de 500 W la 3200 K Pentru lămpi cu o putere de 5000-10.000 Mar Proiectate pentru filmarea color, lămpile KGShch și PZhK au aceeași temperatură de culoare pentru toate puterile. Pe măsură ce temperatura filamentului de tungsten al lămpii crește, temperatura culorii acesteia crește.

Lămpile foto destinate fotografiei diferă de cele obișnuite prin faptul că ard la tensiune crescută, cu o supraîncălzire mare. Datorită acestui fapt, nu numai intensitatea luminii crește semnificativ, ci și temperatura culorii. În comparație cu lămpile foto, lumina lămpilor de uz casnic este vizibil mai roșie.

Constanța temperaturii de culoare a lămpilor cu incandescență depinde de constanța tensiunii furnizate lămpii. Fluctuațiile de tensiune modifică temperatura filamentului de wolfram și, în consecință, temperatura de culoare a radiației.

Când filmați pe film alb-negru, constanta temperaturii de culoare a lămpilor cu incandescență nu este la fel de semnificativă ca pe culoare. Pe un film color reversibil, o abatere de la temperatura normală a culorii cu 50-100K este deja vizibilă. Fluctuațiile temperaturii culorii în funcție de modificarea tensiunii sunt prezentate în fig. 9. Tensiunea nominală este considerată 100%. De exemplu, atunci când tensiunea este redusă la 90% din temperatura nominală a culorii este redusă la 96% din cea originală. Această reducere a tensiunii reduce temperatura de culoare a lămpii de la 3200 la 3072 K.

În timpul arderii, ca urmare a pulverizării filamentului, suprafața acestuia scade și se formează o peliculă în interiorul balonului. În radiația unei astfel de lămpi există întotdeauna mai multe raze roșii decât într-una nouă de același tip.

Lumină - radiație electromagnetică emisă de o substanță încălzită sau excitată, percepută de ochiul uman. Adesea, lumina este înțeleasă nu numai ca lumină vizibilă, ci și ca zone largi ale spectrului adiacente acesteia. Una dintre caracteristicile luminii este culoarea sa, care pentru radiația monocromatică este determinată de lungimea de undă, iar pentru radiația complexă - de compoziția sa spectrală.

Principal sursa luminii este soarele. Lumina pe care o emite este considerată a fi albă. Lumina vine de la soare la diferite lungimi de undă.

Lumina are o temperatură care depinde de puterea radiației luminii. La rândul său, puterea depinde de lungimea de undă.

Lumina de la o lampă incandescentă pare albă, dar spectrul său este deplasat spre roșu.

Lumina de la o lampă fluorescentă este deplasată către partea violetă a spectrului, are o culoare albăstruie și o temperatură de culoare ridicată.

Lumina luminii soarelui din zonele înalte este deplasată spre valuri violete. Acest lucru se datorează atmosferei rarefiate la mare altitudine.

În deșertul nisipos, spectrul va fi deplasat către valurile roșii, deoarece. radiatia nisipului fierbinte se adauga la lumina soarelui.

La fotografiere, este necesar să se țină cont de aceste fapte, să cunoască spectrul radiației luminoase disponibile pentru a obține o imagine de înaltă calitate cu nuanțele disponibile în original.

Acea. Fotonii de lungimi diferite provin din surse de lumină diferite.

Culoarea este senzația evocată în ochiul și creierul uman de lumina de lungimi de undă și intensități diferite.

Radiațiile de intensitate diferită există în mod obiectiv și provoacă senzația unei anumite culori. Dar de la sine nu are culoare. Culoarea apare în organele vederii umane. Nu există independent de ei. Prin urmare, nu poate fi considerată o valoare obiectivă.

Pentru a descrie culoarea, se folosesc evaluări subiective calitative și cantitative ale caracteristicilor sale.

Cauzele senzațiilor de culoare sunt radiația electromagnetică, lumina, ale căror caracteristici obiective sunt asociate cu caracteristicile subiective ale culorii, saturația, tonul, luminozitatea acesteia.

Tonul de culoare este subiectiv. datorită proprietăților percepției vizuale umane, luminii, definiției undei de intensitate.

Temperatura la care un corp negru emite lumină de aceeași compoziție spectrală ca și lumina luată în considerare se numește temperatura de culoare. Indică doar distribuția spectrală a energiei radiației și nu temperatura sursei. Astfel, lumina cerului albastru corespunde unei temperaturi de culoare de aproximativ 12.500-25.000 K, adică mult mai mare decât temperatura soarelui. Temperatura de culoare este exprimată în Kelvin (K).

Conceptul de temperatură de culoare este aplicabil numai surselor de lumină termică (fierbinte). Lumina unei descărcări electrice în gaze și vapori de metal (sodiu, mercur, lămpi de neon) nu poate fi caracterizată prin valoarea temperaturii culorii.

Amintiți-vă: o zi însorită de vară - și deodată a apărut un nor pe cer, a început să plouă, care părea să „nu observe” că soarele continuă să strălucească. O astfel de ploaie este numită popular oarbă. Ploaia nu se terminase încă și un curcubeu multicolor strălucea deja pe cer (Fig. 13.1). De ce a apărut ea?

Descompunerea luminii soarelui într-un spectru.

Chiar și în cele mai vechi timpuri, s-a observat că raza de soare, care trece printr-o prismă de sticlă, devine multicoloră. Se credea că motivul acestui fenomen este proprietatea unei prisme de a colora lumina. Este cu adevărat așa, a aflat remarcabilul om de știință englez Isaac Newton (1643-1727) în 1665, efectuând o serie de experimente.

Orez. 13.1. Un curcubeu poate fi observat, de exemplu, în pulverizarea unei fântâni sau a unei cascade.

Pentru a obține un fascicul îngust de lumină solară, Newton a făcut o mică gaură rotundă în oblon. Când a instalat o prismă de sticlă în fața găurii, pe peretele opus a apărut o bandă multicoloră, pe care omul de știință l-a numit spectru. Pe bandă (ca și în curcubeu), Newton a evidențiat șapte culori: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo, violet (Fig. 13.2, a).

Apoi, folosind un ecran cu o gaură, omul de știință a evidențiat fascicule înguste de lumină (monocromatice) dintr-un fascicul larg de raze multicolore și le-a direcționat din nou către prismă. Astfel de fascicule au fost deviate de prismă, dar nu au mai fost descompuse într-un spectru (Fig. 13.2, b). În acest caz, fasciculul de lumină violet a fost deviat mai mult decât altele, iar fasciculul de lumină roșie a fost deviat mai puțin decât altele.

Rezultatele experimentelor i-au permis lui Newton să tragă următoarele concluzii:

1) un fascicul de lumină albă (lumina soarelui) este format din lumină de diferite culori;

2) prisma nu „colorează” lumina albă, ci o separă (o răspândește într-un spectru) datorită refracției diferite a fasciculelor de lumină de diferite culori.

orez. 13.2. Schema experimentelor lui I. Newton pentru determinarea compoziției spectrale a luminii

Comparați fig. 13.1 și 13.2: culorile curcubeului sunt culorile spectrului. Și acest lucru nu este surprinzător, pentru că, de fapt, curcubeul este un spectru imens de lumină solară. Unul dintre motivele apariției unui curcubeu este că multe picături mici de apă refractează lumina albă a soarelui.

Aflați despre dispersia luminii

Experimentele lui Newton au demonstrat, în special, că atunci când sunt refractate într-o prismă de sticlă, fasciculele de lumină violetă deviază întotdeauna mai mult decât fasciculele de lumină roșie. Aceasta înseamnă că pentru fasciculele de lumină de diferite culori, indicele de refracție al sticlei este diferit. De aceea un fascicul de lumină albă este descompus într-un spectru.

Fenomenul de descompunere a luminii într-un spectru, datorită dependenței indicelui de refracție al mediului de culoarea fasciculului luminos, se numește dispersie luminoasă.

Pentru majoritatea mediilor transparente, lumina violetă are cel mai mare indice de refracție, iar lumina roșie are cel mai scăzut.

Ce culoare fascicul de lumină - violet sau roșu - se propagă în sticlă cu o viteză mai mare? Sugestie: Amintiți-vă cum indicele de refracție al unui mediu depinde de viteza luminii în acel mediu.

Caracterizăm culorile

În spectrul luminii solare, în mod tradițional se disting șapte culori și se pot distinge mai multe. Dar niciodată nu vei putea evidenția, de exemplu, maro sau liliac. Aceste culori sunt compozite - se formează ca urmare a suprapunerii (amestecării) culorilor spectrale (pure) în diferite proporții. Unele culori spectrale, atunci când sunt suprapuse una peste alta, formează alb. Astfel de perechi de culori spectrale sunt numite complementare (Fig. 13.3).

Pentru vederea umană, cele trei culori spectrale principale - roșu, verde și albastru - au o importanță deosebită: atunci când sunt suprapuse, aceste culori dau o mare varietate de culori și nuanțe.

Imaginea color de pe ecranele unui computer, televizor, telefon se bazează pe suprapunerea celor trei culori spectrale primare în proporții diferite (Fig. 13.4).

Orez. 13.5. Corpuri diferite reflectă, refractă și absorb lumina soarelui în moduri diferite și, datorită acestui lucru, vedem lumea din jurul nostru în culori diferite.

Aflați de ce lumea este colorată

Știind că lumina albă este compusă, este posibil să explicăm de ce lumea din jurul nostru, iluminată de o singură sursă de lumină albă - Soarele, o vedem ca fiind multicoloră (Fig. 13.5).

Așadar, suprafața unei foi de hârtie de birou reflectă la fel de bine razele tuturor culorilor, așa că o foaie iluminată cu lumină albă ni se pare albă. Un rucsac albastru, iluminat de aceeași lumină albă, reflectă predominant razele albastre, absorbind în același timp restul.

Ce culoare crezi că reflectă majoritatea petalelor de floarea soarelui? frunze de plante?

Lumina albastră îndreptată către petalele de trandafir roșu va fi aproape complet absorbită de acestea, deoarece petalele reflectă predominant razele roșii, în timp ce restul absorb. Prin urmare, un trandafir iluminat cu lumină albastră ne va părea aproape negru. Dacă zăpada albă este iluminată cu lumină albastră, ne va părea albastră, deoarece zăpada albă reflectă razele tuturor culorilor (inclusiv albastrul). Dar blana neagră a unei pisici absoarbe bine toate razele, astfel încât pisica va apărea neagră atunci când este iluminată de orice lumină (Fig. 13.6).

Notă! Deoarece culoarea corpului depinde de caracteristicile luminii incidente, în întuneric conceptul de culoare este lipsit de sens.

Orez. 13.6. Culoarea unui corp depinde atât de proprietățile optice ale suprafeței sale, cât și de caracteristicile luminii incidente.

Rezumând

Un fascicul de lumină albă este format din lumină de diferite culori. Există șapte culori spectrale: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo, violet.

Indicele de refracție al luminii și, prin urmare, viteza de propagare a luminii într-un mediu, depinde de culoarea fasciculului de lumină. dacă Dependenţa indicelui de refracţie al mediului de culoarea fasciculului luminos se numeşte dispersia luminii. Vedem lumea din jurul nostru în culori diferite datorită faptului că diferite corpuri reflectă, refractă și absorb lumina în moduri diferite.

întrebări de test

1. Descrieți experimentele lui I. Newton pentru a determina compoziția spectrală a luminii.

2. Numiți șapte culori spectrale. 3. Ce culoare fascicul de lumină este refractat în materie mai mult decât în ​​altele? mai putin decat altii? dacă 4. Definiţi dispersia luminii. Ce fenomen natural este asociat cu dispersia? 5. Ce culori se numesc complementare? 6. Numiți cele trei culori primare ale spectrului. De ce se numesc asa? 7. De ce vedem lumea din jurul nostru în culori diferite?

Exercițiul numărul 13

1. Cum vor arăta literele negre de pe hârtie albă când sunt privite prin sticlă verde? Cum va arăta culoarea hârtiei?

2. Ce culori de lumină trec prin sticla albastră? absorbit de ea?

3. Prin ce culoare sticla nu se vede text scris cu cerneala mov pe hartie alba?

4. Faze de lumină de culori roșu, portocaliu și albastru se propagă în apă. Care fascicul se propagă cel mai rapid?

5. Folosește surse suplimentare de informații și află de ce cerul este albastru; De ce soarele este adesea roșu la apus?

Sarcina experimentală

„Creatorii curcubeului” Umpleți un vas puțin adânc cu apă și puneți-l pe un perete ușor. Așezați o oglindă plată într-un unghi pe fundul vasului (vezi figura). Îndreptați un fascicul de lumină către oglindă - o „rază de soare” va apărea pe perete. Examinează-l și explică fenomenul observat.

Fizica și tehnologie în Ucraina

Universitatea Națională din Kiev. Taras Shevchenko (KNU) a fost fondată în noiembrie 1833 ca Universitatea Imperială din Sf. Vladimir. Primul rector al universității este un remarcabil om de știință-encicloped Mihail Aleksandrovich Maksimovici.

Numele unor oameni de știință cunoscuți — matematicieni, fizicieni, cibernetici, astronomi — sunt asociate cu KNU: D. A. Grave, M. F. Kravchuk, G. V. Pfeiffer, N. N. Bogolyubov, V. M. Glushkov, A. V. Skorokhod, V. Skorokhod, V. , N. N. Schiller, I. I. Kosonogov, A. G. Sitenko, V. E. Lashkarev, R F. Vogel, M. F. Khandikov, S. K. Vsekhsvyatsky.

Școlile științifice ale KNU sunt cunoscute în lume - algebrică, teoria probabilității și statistică matematică, mecanică, fizica semiconductoarelor, electronică fizică și fizica suprafețelor, metalogenică, optică a materialelor noi etc. Gubersky.

Acesta este material de manual.