Chemické zloženie látky- najdôležitejšia charakteristika materiálov používaných ľudstvom. Bez jeho presných znalostí nie je možné s uspokojivou presnosťou plánovať technologické procesy v priemyselnej výrobe. V poslednej dobe sa požiadavky na určenie chemického zloženia látky ešte sprísnili: mnohé oblasti priemyselnej a vedeckej činnosti si vyžadujú materiály určitej „čistoty“ - to sú požiadavky na presné, pevné zloženie, ako aj prísne obmedzenie prítomnosti nečistôt cudzích látok. V súvislosti s týmito trendmi sa vyvíjajú stále progresívnejšie metódy zisťovania chemického zloženia látok. Medzi ne patrí metóda spektrálnej analýzy, ktorá poskytuje presné a rýchle štúdium chémie materiálov.

fantázia svetla

Povaha spektrálnej analýzy

(spektroskopia) študuje chemické zloženie látok na základe ich schopnosti emitovať a absorbovať svetlo. Je známe, že každý chemický prvok vyžaruje a absorbuje svetelné spektrum charakteristické len pre neho za predpokladu, že ho možno redukovať do plynného stavu.

V súlade s tým je možné určiť prítomnosť týchto látok v konkrétnom materiáli podľa ich vlastného spektra. Moderné metódy spektrálnej analýzy umožňujú zistiť prítomnosť látky s hmotnosťou až miliardtín gramu vo vzorke - za to je zodpovedný indikátor intenzity žiarenia. Jedinečnosť spektra emitovaného atómom charakterizuje jeho hlboký vzťah s fyzikálnou štruktúrou.

Viditeľné svetlo je žiarenie z 3,8 *10 -7 predtým 7,6*10 -7 m zodpovedný za rôzne farby. Látky môžu vyžarovať svetlo iba v excitovanom stave (tento stav je charakterizovaný zvýšenou úrovňou vnútorného ) v prítomnosti stáleho zdroja energie.

Atómy hmoty, ktoré prijímajú prebytočnú energiu, ju vyžarujú vo forme svetla a vracajú sa do normálneho energetického stavu. Práve toto svetlo vyžarované atómami sa používa na spektrálnu analýzu. Medzi najbežnejšie typy žiarenia patria: tepelné žiarenie, elektroluminiscencia, katodoluminiscencia, chemiluminiscencia.

Spektrálna analýza. Plameňové farbenie s kovovými iónmi

Typy spektrálnej analýzy

Rozlišujte medzi emisnou a absorpčnou spektroskopiou. Metóda emisnej spektroskopie je založená na vlastnostiach prvkov vyžarovať svetlo. Na excitáciu atómov látky sa používa vysokoteplotné zahrievanie, ktoré sa rovná niekoľkým stovkám alebo dokonca tisícom stupňov - na tento účel sa vzorka látky umiestni do plameňa alebo do oblasti silných elektrických výbojov. Pod vplyvom najvyššej teploty sa molekuly látky rozdelia na atómy.

Atómy, ktoré prijímajú prebytočnú energiu, ju vyžarujú vo forme svetelných kvánt rôznych vlnových dĺžok, ktoré zaznamenávajú spektrálne zariadenia – zariadenia, ktoré vizuálne zobrazujú výsledné svetelné spektrum. Spektrálne zariadenia slúžia aj ako oddeľovací prvok spektroskopického systému, pretože svetelný tok sa sčítava zo všetkých látok prítomných vo vzorke a jeho úlohou je rozdeliť celkové svetelné pole na spektrá jednotlivých prvkov a určiť ich intenzitu, čo umožní v budúcnosti vyvodiť závery o hodnote prvku prítomného v celkovej hmotnosti látok.

• V závislosti od metód pozorovania a zaznamenávania spektier sa rozlišujú spektrálne prístroje: spektrografy a spektroskopy. Prvé registrujú spektrum na fotografickom filme, zatiaľ čo druhé umožňujú prezeranie spektra na priame pozorovanie osobou prostredníctvom špeciálnych ďalekohľadov. Na určenie veľkosti sa používajú špecializované mikroskopy, ktoré umožňujú určiť vlnovú dĺžku s vysokou presnosťou.
• Po zaregistrovaní svetelného spektra sa podrobí dôkladnej analýze. Identifikujú sa vlny určitej dĺžky a ich poloha v spektre. Ďalej sa vykoná pomer ich polohy s príslušnosťou k požadovaným látkam. Robí sa to porovnaním údajov o polohe vĺn s informáciami umiestnenými v metodických tabuľkách s uvedením typických vlnových dĺžok a spektier chemických prvkov.
• Absorpčná spektroskopia sa vykonáva podobne ako emisná spektroskopia. V tomto prípade je látka umiestnená medzi svetelný zdroj a spektrálny prístroj. Prechodom cez analyzovaný materiál sa emitované svetlo dostane do spektrálneho aparátu s "ponormi" (absorpčnými čiarami) na určitých vlnových dĺžkach - tvoria absorbované spektrum skúmaného materiálu. Ďalšia postupnosť štúdie je podobná vyššie uvedenému procesu emisnej spektroskopie.

Objav spektrálnej analýzy

Význam spektroskopie pre vedu

Spektrálna analýza umožnila ľudstvu objaviť niekoľko prvkov, ktoré nebolo možné určiť tradičnými metódami registrácie chemikálií. Ide o prvky ako rubídium, cézium, hélium (objavené bolo pomocou spektroskopie Slnka – dávno pred jeho objavením na Zemi), indium, gálium a iné. Čiary týchto prvkov sa našli v emisnom spektre plynov a v čase ich štúdia boli neidentifikovateľné.

Ukázalo sa, že ide o nové, doteraz neznáme prvky. Spektroskopia mala závažný vplyv na formovanie súčasného typu hutníckeho a strojárskeho priemyslu, jadrového priemyslu a poľnohospodárstva, kde sa stala jedným z hlavných nástrojov systematickej analýzy.

Spektroskopia získala v astrofyzike veľký význam.

Vyprovokovať kolosálny skok v chápaní štruktúry vesmíru a utvrdiť sa v tom, že všetko, čo existuje, sa skladá z rovnakých prvkov, ktorými je na Zemi okrem iného veľa. Dnes metóda spektrálnej analýzy umožňuje vedcom určiť chemické zloženie hviezd, hmlovín, planét a galaxií nachádzajúcich sa miliardy kilometrov od Zeme - tieto objekty, samozrejme, nie sú prístupné metódam priamej analýzy kvôli ich veľkej vzdialenosti.

Pomocou metódy absorpčnej spektroskopie je možné študovať vzdialené vesmírne objekty, ktoré nemajú vlastné žiarenie. Tieto znalosti nám umožňujú určiť najdôležitejšie charakteristiky vesmírnych objektov: tlak, teplotu, vlastnosti štruktúry štruktúry a oveľa viac.

2.1. Moderný model povahy svetla

Fyzické telo, ktorého teplota je nad absolútnou nulou, vyžaruje energiu žiarenia do okolitého priestoru a samotné telo sa nazýva žiarič. Energiu vyžarujú prírodné žiariče (Slnko, hviezdy, bioorganizmy) v dôsledku rôznych fyzikálnych procesov, ktoré v nich prebiehajú, ako aj umelé žiariče v dôsledku tepelnej, elektrickej, mechanickej a iných druhov energie, ktorá je na ne aplikovaná a spôsobuje zahrievanie fyzického tela.

Energia je vyžarovaná do okolitého priestoru vo forme elementárnych častíc – fotónov, z ktorých každý má kvantum energie. Uvažujme na obrázku 1.2.1 zjednodušenú schému energetického vyžarovania.

Ryža. 1.2.1 - Zjednodušená schéma vyžarovania energie žiarenia.

Je známe, že atóm látky pozostáva z jadra a elektrónov navzájom spojených elektromagnetickými silami. Elektróny sú na určitých energetických úrovniach. Úroveň najbližšie k jadru, na ktorej sa nachádzajú elektróny, keď je atóm v pokoji, sa nazýva prízemná úroveň ( O) zodpovedajúci minimálnemu podielu energie. Zvyšné úrovne najďalej od jadra sú vzrušené ( AT). Na prechod elektrónov z úrovne zeme na excitované je potrebné dodať elektrónom a celému atómu ako celku dodatočnú energiu ( W). Absorbovaním aplikovanej energie sa atóm dostane do excitovaného stavu a elektróny sa vzdiali od jadra atómu na vyššie energetické hladiny (excitované hladiny). Čím väčšia je aplikovaná energia, tým vyššie sú elektróny odstránené. Tento stav je však nestabilný a v dôsledku elektromagnetickej príťažlivosti majú elektróny tendenciu vracať sa na zemskú úroveň. Pri prechode elektrónov z jednej energetickej hladiny na druhú sa uvoľní minimálna časť žiarivej energie W f \u003d Q – kvantový nesená fotónom.

Fotón má konečnú hmotnosť a rýchlosť a existuje iba v pohybe. Atóm absorbuje energiu, absorbuje fotóny, ktoré prestanú existovať a ich energia sa prenesie na atóm. Keď je energia emitovaná, atóm vytvorí fotón a jeho energiu tvorí atóm. Fotóny sú emitované do priestoru a absorbované telesami v oddelených častiach, t.j. diskrétne, a táto diskrétnosť určuje frekvenciu žiarenia. Pohyb fotónov v priestore sa vyskytuje vo forme vĺn harmonických sínusových elektromagnetických oscilácií, ktoré sa vyznačujú množstvom hodnôt (obr. 1.2.2):

Vlnová dĺžka, ktorá určuje vzdialenosť medzi dvoma bodmi, ktoré sú v rovnakej fáze kmitania vlny. Označuje sa vlnová dĺžka λ a meria sa v metroch m). Pre emisie svetla sa vlnové dĺžky zvyčajne uvádzajú v nanometrov (nm). Nanometer je vhodná medzinárodná jednotka a je ekvivalentom milimikrónu. Tabuľka 1.2.1 ukazuje vzťah medzi rôznymi jednotkami dĺžky a možno ich jednoducho navzájom previesť.

Tabuľka 1.2.1.

Frekvencia, ktorá určuje počet kmitov vĺn za jednotku času. Frekvencia je označená ν a merané v hertz (Hz).

Perióda kmitania, ktorá určuje čas, počas ktorého dôjde k úplnému rozkmitaniu vlny. Obdobie je označené T a meria sa v sekundách ( s).

Obdobie je prevrátená hodnota frekvencie:

T = 1/obj , s (1.2.1)

Frekvencia kmitov a vlnová dĺžka elektromagnetického žiarenia sú vzájomne prepojené nasledujúcimi vzťahmi:

ν \u003d C o /λ, Hz alebo A= Co/V, m, (1.2.2)

kde C o- rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn ľubovoľnej dĺžky vo vákuu je konštantná a rovná sa rýchlosti šírenia svetla 2,9979 10 8 ≈ 3 10 8 pani.

Obr.1.2.2. Schéma sínusových kmitov s rôznymi vlnovými dĺžkami, kde λ2 >λ1 definovanie T 1 - perióda, čas pohybu fotónu z bodu 1 do bodu 3 a T 2 - perióda, čas pohybu fotónu z bodu 1 do bodu 4; pozdĺž osi Y~W.

Energia fotónu - kvanta podľa Planckovho vzorca závisí od frekvencie elektromagnetických kmitov:

W f \u003d h· ν , J,(1.2.3)

kde h= 6,626 10-34 J s- konštantný koeficient odvodený fyzikom M. Planckom a tzv Planckova konštanta.

Fyzikálna podstata všetkých druhov elektromagnetického žiarenia je rovnaká, to znamená, že vo všetkých prípadoch sa energia šíri vo forme elektromagnetických vĺn rôznych dĺžok, ktoré zodpovedajú elektromagnetickým osciláciám rôznych frekvencií. Jednoduchá elektromagnetická vlna obsahuje elektrické a magnetické vlny, ktoré sú na seba kolmé, ale kmitajú v rovnakej fáze (obr.1.2.3).

Obr.1.2.3 - Modulárny obraz jednoduchej elektromagnetickej vlny ( a) a typ vlnového balíka (pozdĺž osi z) zhodujúce sa vo fáze ( b).

Kývajú v smere kolmom na os z, ktorý sa nazýva vektor šírenia vĺn. Rýchlosť svetla sa vzťahuje na rýchlosť, ktorou sa svetlo šíri v smere šírenia (smer z). Elektrické a magnetické vlny sú tiež často opísané vektormi. Vektor elektrického poľa vlny interaguje s elektrickými poľami v atómoch, a preto je veľmi dôležitý pre následnú prezentáciu materiálu.

Podľa vlnového modelu možno intenzitu svetelného toku určiť druhou mocninou amplitúdy a elektrický vektor (obr. 1.2.3), t.j.

ja = ako 2, (1.2.4)

kde k- konštantný. Preto čím väčšia je amplitúda vlny, tým intenzívnejšie je žiarenie. V korpuskulárnej teórii svetla však na amplitúde nezáleží, pretože model je založený na koncepte fotónov. Preto je potrebný iný spôsob popisu intenzity svetla. V korpuskulárnom modeli je intenzita svetla úmerná počtu fotónov na jednotku objemu svetelného toku, alebo inými slovami, je úmerná „hustote fotónov“. Dá sa ukázať, že oba pojmy intenzity – hustota a amplitúda – sú navzájom konzistentné a rovnica (1.2.4) platí bez ohľadu na použitý svetelný model. O intenzite svetla možno hovoriť ako o toku fotónov alebo o amplitúde vlny. Oba koncepty sa používajú v závislosti od ich aplikácie.

Magnetický vektor elektromagnetického žiarenia tu nie je taký zaujímavý ako elektrický vektor, pretože iba elektrický vektor môže interagovať s elektrónmi a elektrickými poľami v atóme alebo molekule. Táto elektrická vektorová interakcia spôsobuje odraz, lom a prenos vĺn, ako aj farbu, chemické reakcie a zahrievanie vo väčšine látok. Všetky tieto javy budú zvážené v iných častiach knihy.

Výraz hvčasto používané pri opise chemických reakcií na označenie toho, že na ich vznik je potrebný fotón elektromagnetického žiarenia. Napríklad reakcia dôležitá pre ľudské videnie zahŕňa svetlom indukovanú izomerizáciu vitamínu ALE, obsiahnuté v sietnici oka. Hodnota hv charakterizuje energiu svetla a neporušuje hmotnostnú rovnováhu chemickej reakcie.

2.2. Žiarivá energia a žiarivý tok.

Energia emitovaná v oblasti optického spektra žiarenia sa nazýva žiarivá energia alebo energia žiarenia a označujú W e(s označením energia sa môžete stretnúť aj s písm Q). Ak je energia prenášaná celým súborom vlnových dĺžok, ktoré tvoria žiarenie, potom sa nazýva integrálna a meria sa v rovnakých jednotkách ako iné typy energie ( joule, elektrónvolt).

Celkový výkon prenášaný elektromagnetickým žiarením, bez ohľadu na jeho spektrálne zloženie, sa nazýva v osvetľovacej technike tok žiarenia alebo žiarivý prúd, označené Fe a meria sa vo wattoch Ut):

Fe = We/t, Ut. (1.2.5)

2.3. Spektrálne zloženie optického žiarenia.

Všeobecné spektrum elektromagnetického žiarenia možno rozdeliť do niekoľkých hlavných oblastí:

1. Oblasť kozmického žiarenia.

2. Oblasť gama žiarenia.

3. Oblasť röntgenového žiarenia.

4. Oblasť optického spektra žiarenia.

5. Oblasť rádiových vĺn.

6. Ultrazvuková a zvuková oblasť.

7. Silová oblasť.

Oblasť optického žiarenia zodpovedá elektromagnetickým vlnám s vlnovou dĺžkou 1 nm až do 1 mm a možno ho rozdeliť do troch oblastí: ultrafialové (UV), viditeľné a infračervené (IR).

Ultrafialová oblasť optického žiarenia leží v rozmedzí 1 ... 380 nm. Medzinárodná komisia pre osvetlenie (CIE) navrhla nasledujúce rozdelenie UV žiarenia s vlnovými dĺžkami od 100 nm až 400 nm: UV-A - 315…400 nm; UV-B - 280…315 nm; UV-C –100…280 nm.

Viditeľné žiarenie (svetlo), dopadajúce na sietnicu oka, ako výsledok vedomej premeny energie vonkajšieho podnetu, spôsobuje zrakový vnem. Rozsah vlnových dĺžok monochromatických zložiek tohto žiarenia zodpovedá 380 ... 780 nm.

Vlnové dĺžky monochromatických zložiek infračerveného žiarenia sú väčšie ako vlnové dĺžky viditeľného žiarenia (ale nie viac ako 1 mm). CCO navrhlo nasledovné rozdelenie oblasti IR žiarenia: IR-A - 780 ... 1400 nm; IR-V – 1400…3000 nm; IR-S - 3000 nm (3 Mkm)…10 6 nm (1mm).

Práve tieto tri oblasti optického žiarenia sú pre svetelnú techniku ​​najzaujímavejšie. Ale prakticky všetky elektromagnetické žiarenia v tej či onej miere ovplyvňujú atómy a molekuly rôznych látok. Tabuľka 1.2.2 sumarizuje javy, ktoré sa vyskytujú v molekulách, keď sú vystavené elektromagnetickému žiareniu rôznych vlnových dĺžok.

Tabuľka 1.2.2.

Všetky energie elektromagnetického žiarenia, ktoré súčasne ožarujú Zem, reprodukujú iba nebeské javy. Ak je však v pozemských podmienkach potrebné reprodukovať žiarenie v širokom spektre energií, je potrebné mať viacero zdrojov energie; napríklad jav, pri ktorom vznikajú röntgenové lúče, nebudí súčasne rádiové vlny a naopak. Je potrebné poznamenať, že javy uvedené v tabuľke. 1.2.2 ako príklad reakcií molekúl pri vystavení rôznym energetickým pásom na látke je často vhodné použiť na reprodukovať túto energiu. Takže viditeľné svetlo bude hovor nízkoenergetické elektrónové excitácie vo valenčnom obale atómu, možno ho však reprodukovať elektrónovým odstránením excitácie vo valenčnom obale atómu pri jeho prechode z vyšších úrovní nadol do základného stavu.

Elektromagnetické vlny s najnižšou energiou sa nachádzajú v generátoroch používaných na generovanie elektrického prúdu. Na Ukrajine je frekvencia priemyselného elektrického striedavého prúdu štandardizovaná a rovná sa 50 Hz. Táto frekvencia reprodukuje vlnovú dĺžku 6 10 6 m. V audio a ultrazvukovej technike sa využíva takzvaný zvukový a ultrazvukový rozsah elektromagnetického žiarenia.

Rádiové vlny sú elektromagnetické vlny s najnižšou energiou, ktoré môžu mať priamy vplyv na jednotlivé atómy. Energia týchto vĺn je však taká malá, že dokáže presunúť celé molekuly len na krátku vzdialenosť v priestore (translácia) a preorientovať niektoré jadrá vo vzťahu k iným jadrám v molekulách. Posledný efekt je základom spektroskopickej metódy nukleárnej magnetickej rezonancie. Energie zodpovedajúce mikrovlnnej oblasti spôsobujú, že molekuly plynu rotujú okolo svojich ťažísk a tiež menia vzájomnú orientáciu elektrónov. Prvý efekt je základom mikrovlnnej spektroskopie využívanej na štúdium rotácií molekúl, druhý je základom elektrónovej spinovej rezonančnej spektroskopie používanej na štúdium stavu nespárovaných elektrónov v chemických systémoch.

Energie zodpovedajúce infračervenej oblasti vstupujú do rezonancie s vibráciami atómov v chemických väzbách. Tento efekt sa využíva v infračervenej spektroskopii. Energie viditeľnej a ultrafialovej oblasti môžu spôsobiť excitáciu elektrónov v atómoch a molekulách s ich prechodom z nižších energetických stavov do vyšších. Keď sa energia lúčov zvyšuje, excitované elektróny sa pohybujú do nového stavu zo stabilnejších energetických hladín. Viditeľná absorpčná spektroskopia sa zaoberá excitáciou elektrónov z vonkajších obalov atómov a molekúl, zatiaľ čo ultrafialová absorpčná spektroskopia sa zaoberá excitáciami elektrónov s vyššou energiou z vonkajších aj vnútorných obalov. Röntgenové žiarenie spôsobuje excitáciu elektrónov vo vnútorných elektrónových obaloch, pretože má vlnovú dĺžku blízku veľkosti samotných atómov. Atómy môžu spôsobiť röntgenovú difrakciu. Excitácia je jadrom röntgenovej spektrálnej fluorescenčnej analýzy a röntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie (ESCA), zatiaľ čo difrakcia sa používa na identifikáciu kryštálovej mriežky a určenie kryštálovej štruktúry. Gama lúče sú vhodné na aplikáciu elektromagnetického žiarenia s najvyššou energiou. Spôsobujú excitáciu jadier s ich prechodom z nižších energetických stavov do vyšších a sú základom Mössbauerovej spektroskopie.

Veľká časť energetického rozsahu elektromagnetického žiarenia má dôležité aplikácie vo fyzike, chémii a biológii.

Pri umeleckých dielach a svetelných materiáloch sú však najdôležitejšie stredné energie (ultrafialové, viditeľné a infračervené) vzhľadom na to, že ich ovplyvňujú. Ak postupne zoradíme ultrafialové, viditeľné a infračervené žiarenie, dostaneme podrobnejšiu klasifikáciu (obr.1.2.4).

Obr.1.2.4 - Rozšírená oblasť spektra elektromagnetického žiarenia.

Silné ultrafialové a infračervené žiarenie má na človeka škodlivý vplyv: ultrafialové spôsobuje popáleniny kože a očí a infračervené sťažuje prácu pre veľké množstvo vznikajúceho tepla.

2.4. Ultrafialové žiarenie.

V elektromagnetickom spektre žiarenia zaujíma ultrafialová oblasť medzipolohu medzi viditeľným svetlom a röntgenovým žiarením.

Ultrafialové žiarenie objavil I. V. Ritter v roku 1801, ktorý pri svojich pokusoch použil slnečné svetlo, sklenený hranol a platňu potiahnutú chloridom strieborným. Halogény striebra sú citlivé na UV žiarenie. Ritter zistil, že platňa stmavla najskôr mimo fialového konca spektra, potom vo fialovej oblasti a nakoniec v modrej oblasti, čo slúžilo ako dôkaz existencie žiarenia s vlnovými dĺžkami kratšími ako majú fialové lúče. Tento okom neviditeľný rozsah vlnových dĺžok sa nazýval ultrafialový. V súčasnosti je ultrafialový rozsah definovaný približne ako oblasť vlnových dĺžok 1–400 nm. Pre pohodlie je táto oblasť niekedy rozdelená na menšie časti.

Rozsah 1–180 nm nazývané vákuové ultrafialové, pretože takéto žiarenie sa prenáša iba vákuom. Táto krátkovlnná časť ultrafialového žiarenia, najmä s vlnovými dĺžkami kratšími ako 120 nm, takmer úplne absorbované všetkými známymi materiálmi a médiami vrátane vzduchu.
Rozsah 180–280 nm nazývané krátkovlnné alebo ďaleké ultrafialové (vzdialená oblasť ultrafialového spektra). V tomto rozsahu žiarenia prechádza kremeň a fotografická želatína. Emisie v ďalekom regióne majú vlastnosť ozonizovať vzduch a
zabíjať baktérie. Rovnaká oblasť ultrafialového žiarenia sa používa v plynových luminiscenčných svetelných zdrojoch na získanie jasnej fluorescencie svietiacich zlúčenín, ktoré pokrývajú trubice (na vnútornej strane) žiariviek.

Rozsah vlnových dĺžok 280–300 nm známe ako stredné ultrafialové žiarenie. Tieto žiarenia sa vyznačujú schopnosťou spôsobiť začervenanie a spálenie ľudskej pokožky, ako aj priaznivý účinok (v určitých dávkach) na rast a vývoj zvierat a rastlín.

Rozsah 300–400 nm nazývané dlhovlnné alebo blízke ultrafialové (blízke ultrafialové spektrum) a práve tieto žiarenia prepúšťa bežné sklo. S výnimkou slnečných a ortuťových výbojok nemôže byť ultrafialové žiarenie produkované zdrojmi bežne používanými na vytváranie viditeľného svetla. Oblasť ultrafialového žiarenia najbližšie k viditeľnému spektru (320–400 nm) obsahuje lúče, ktoré sú široko používané na luminiscenčnú analýzu, ako aj na excitáciu svietiacich látok pri luminiscenčnej fotografii a filmovaní.

Dôležitou črtou ultrafialových lúčov, ktoré ich odlišujú
z röntgenového žiarenia a iných žiarení s kratšími vlnovými dĺžkami je, že sa lámu na rozhraní medzi médiami s rôznou hustotou a odrážajú sa od zrkadlových povrchov. To umožňuje zaostriť ich šošovkou vyrobenou z materiálov, ktoré prepúšťajú ultrafialové lúče (fluorit, kremenné sklo, do určitej miery optické sklo) a získať skutočný ultrafialový neviditeľný obraz, ktorý je možné upevniť na fotografický film a tak zviditeľniť.

Najsilnejším prírodným zdrojom ultrafialového žiarenia je slnko. Na zemský povrch sa však dostanú len ultrafialové lúče s vlnovou dĺžkou aspoň 290. nm. Ultrafialové lúče s kratšou vlnovou dĺžkou sú úplne absorbované ozónom, ktorý je v stratosfére obsiahnutý v pomerne veľkom množstve. Spektrálne rozloženie ultrafialového žiarenia závisí od výšky slnka nad horizontom. Čím bližšie je slnko k horizontu, tým menej ultrafialových lúčov je v slnečnom svetle. Vo výške slnka 1° nad horizontom slnečné žiarenie dopadajúce na zemský povrch neobsahuje žiarenie s vlnovými dĺžkami kratšími ako 420 nm, to znamená, že ultrafialové lúče v spektre žiarenia vychádzajúceho a zapadajúceho slnka úplne chýbajú.

Hlavnými umelými zdrojmi ultrafialového žiarenia vo všetkých častiach ultrafialovej oblasti spektra sú vysokotlakové ortuťové výbojky a ultravysokotlakové ortuťové výbojky.

Žiarenie v rozsahu vlnových dĺžok 200–400 nm prevláda, spôsobuje fotochemické reakcie a lámanie väzieb v mnohých organických zlúčeninách. Tieto fotochemické reakcie však majú aj pozitívnu stránku. Umelci vedia, že vystavením čerstvo natretého predmetu dennému svetlu urýchľujú schnutie a oxidáciu olejov a že to treba urobiť pred lakovaním. Ultrafialové žiarenie sa môže použiť pri štúdiu filmov farieb a lakov na preukázanie vykonaných korekcií. Pri pôsobení ultrafialového žiarenia organické zlúčeniny často navzájom ovplyvňujú fluorescenciu. Napríklad mastixová živica a damarová živica v starom laku dávajú žltozelenú fluorescenciu, ktorej intenzita sa môže časom meniť. Čerstvý umelý lak nefluoreskuje. Vosk fluoreskuje jasne bielo a šelak oranžovo. So zvyšujúcou sa životnosťou sa intenzita fluorescencie automobilových lakov často zvyšuje. Pod ultrafialovým svetlom sa nedávne korekcie v maľbách javia ako fialové alebo čierne. V priebehu rokov však zošednú, zatiaľ čo nenalakované oblasti tmavej farby sú sýto purpurovo hnedé. Pod ultrafialovým svetlom sú viditeľné poškodenia na papieri pokrytom hnedými ("líškovými") škvrnami, ako aj zmeny a výmazy na starom papieri. Materiály ako minerály, kosti a zuby pri vystavení ultrafialovému žiareniu fluoreskujú. Umelé šperky, ktoré na dennom svetle vyzerajú presne ako skutočné, môžu pod ultrafialovým svetlom vyzerať úplne inak. Ultrafialové žiarenie je však pre mnohé umelecké diela veľmi škodlivé.

Silné ultrafialové žiarenie má škodlivý vplyv na človeka a spôsobuje popáleniny kože a očí.

Je potrebné poznamenať, že rozdelenie ultrafialového spektra do uvedených oblastí je podmienené, pretože vlastnosti ultrafialových lúčov charakteristické pre jednu oblasť spektra sú čiastočne vlastné susedným oblastiam, aj keď v menšej miere.

2.5. viditeľné žiarenie.

Takmer všetci predstavitelia živočíšneho sveta majú schopnosť niečo „vidieť“. Ľudské oko reaguje len na nepatrnú časť elektromagnetického spektra. Táto oblasť je tzv viditeľné. Je akceptované, že pre ľudské oko rozsah viditeľných vlnových dĺžok zaberá interval od 380 do 780 nm. Táto oblasť však nie je viditeľná pre všetky zvieratá a hmyz. Napríklad včely môžu vidieť v blízkej ultrafialovej oblasti. To im dáva schopnosť vnímať rozdiely vo farbách, ktoré sú ľudskému zraku nedostupné. Reakcia ľudského oka a mozgu na rôzne vlnové dĺžky a intenzita svetla sa pohybuje v rozmedzí 380 - 780 nm a to dáva vnemy nazývané farba, textúra, priehľadnosť atď. Biele svetlo môže byť vytvorené zmiešaním celej sekvencie monochromatických žiarení vo viditeľnej časti spektra, t.j. zmes jednotlivých farieb (obr. 1.2.5). Čo sa týka ľudského oka, je možná taká kombinácia jednotlivých monochromatických žiarení, kedy vzniká len dojem bieleho svetla, aj keď to tak nemusí byť z hľadiska spektrálneho zloženia.

Ryža. 1.2.5 - Rozklad "bieleho" viditeľného svetla na spektrálne zložky s rôznymi vlnovými dĺžkami od červenej (K) po fialovú (F).

Farba a jej pôvod zamestnávali predstavivosť mnohých veľkých prírodovedcov. Avšak až I. Newtonovi sa podarilo rozvinúť základy teórie farieb. V roku 1672 Newton experimentálne ukázal, že lúč bieleho svetla prechádzajúci skleneným hranolom sa rozkladá na spektrum pozostávajúce z veľkého množstva farieb (od červenej po fialovú), ktoré sa v miestach prechodu postupne menia jedna na druhú. Tieto farby sú zložkami, nie modifikáciami bieleho svetla. Ryža. Obrázok 1.2.5 znázorňuje túto dobre známu vlastnosť priehľadných materiálov a svetla. Vysvetlenie Newtonových experimentálnych pozorovaní s hranolom spočíva v tom, že svetlo všetkých vlnových dĺžok sa pohybuje rovnakou rýchlosťou len v prázdnote – vo vákuu. Avšak v akomkoľvek inom médiu sa svetlo rôznych vlnových dĺžok šíri rôznymi rýchlosťami. V dôsledku toho môže dôjsť k oddeleniu vĺn. Rozklad bieleho svetla prostredím na rôzne farby alebo ekvivalentne na rôzne vlnové dĺžky sa nazýva disperzia. Je preto vhodné rozdeliť viditeľný rozsah podľa rôznych farebných odoziev vyvolaných v ľudskom oku do siedmich intervalov v rozsahu od najdlhšej po najkratšiu vlnovú dĺžku. Tieto intervaly zodpovedajú červenej, oranžovej, žltej, zelenej, modrej, indigovej a fialovej.

Pretože keď sa viditeľné (biele) svetlo rozloží hranolom na súvislé spektrum v druhom, farby hladko prechádzajú jedna do druhej, je ťažké presne určiť hranice každej farby a priradiť ich k určitej vlnovej dĺžke. Ale vyzerajú asi takto:

fialová - 380 ... 440 nm;

modrá - 440…480 nm;

modrá – 480…510 nm;

zelená – 510…550 nm;

žltozelená - 550 ... 575 nm;

žltá - 575 ... 585 nm;

oranžová - 585…620 nm;

červená - 620…780 nm.

Elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou viac ako 700 nm a menej ako 400 nm okom už prakticky nevníma, a preto sa v populárnej literatúre pomerne často stanovujú hranice viditeľného žiarenia, čo nezodpovedá skutočnému stavu.

Deje sa normálna disperzia znázornené na obr. 1.2.5. Pozoruje sa pre bezfarebné priehľadné médium. Tento druh disperzie sa nazýva normálny, pretože červené svetlo (najdlhšia vlnová dĺžka) má najvyššiu rýchlosť a najmenšiu disperziu, zatiaľ čo fialové svetlo (najkratšia vlnová dĺžka) má najnižšiu rýchlosť a najväčšiu disperziu. Medzi červenou a fialovou sú postupne umiestnené ďalšie farby. Presnejšie, disperzia viditeľného svetla sa mení s vlnovou dĺžkou približne podľa zákona 1/λ 3 . Z tohto dôvodu majú najkratšie vlnové dĺžky v porovnaní s dlhými vlnami najväčší rozptyl (zväčšuje sa 1/λ 3) a veľkú mieru jeho zmeny s malými odchýlkami (funkcia 1/λ 3 je v λ nelineárna). Treba spomenúť, že ďalší typ separácie svetla podľa vlnovej dĺžky, tzv anomálny rozptyl, pozorované vo farebnom médiu. V oblasti spektra, v ktorej je svetlo absorbované, s anomálnym rozptylom, majú najdlhšie vlny väčší rozptyl ako krátke. Preto postupnosť farieb v súlade s obr. 1.2.5 sa nedodržiava. Viditeľné svetlo môže tiež spôsobiť mnohé chemické reakcie.

Mechanizmus vnímania viditeľného žiarenia je podrobne popísaný v §4.

2.6. Infra červená radiácia.

Infračervené lúče sú neviditeľné, ľudské oko ich nevníma. Ich prítomnosť a pôsobenie je možné zistiť len rôznymi nepriamymi spôsobmi. Existenciu žiarenia za červenou oblasťou viditeľného spektra objavil už v roku 1800 William Herschel. Všimol si, že začiernený teplomer umiestnený v spektre slnečného žiarenia zaznamenáva výrazné zvýšenie teploty. Tento experiment odhalil, že v prírode existujú neviditeľné vlny s vlnovou dĺžkou dlhšou ako červená a toto žiarenie sa stalo známym ako infračervené. Samozrejme, účinky infračerveného žiarenia sú známe už od staroveku. Veď práve infračervené žiarenie spôsobené plameňom ohňa bolo jedným z javov, ktorý mal najväčší vplyv na vývoj ľudstva. Blízke infračervené lúče susediace s dlhou vlnovou dĺžkou viditeľnej časti spektra môžu byť zaznamenané fotograficky. Infračervená fotografia sa používa od roku 1925, kedy boli získané senzibilizátory citlivej fotografickej emulzie na infračervenú oblasť spektra. Energetický rozsah infračerveného žiarenia zaberá širokú oblasť, počnúc od nízkoenergetickej strany viditeľného spektra, t.j. skutočná infračervená oblasť leží mimo červenej časti viditeľného spektra, začínajúc od λ= 760 nm(tmavočervená draselná čiara) a šíri sa ďalej smerom k dlhším vlnovým dĺžkam. Oblasť od λ=760 nm až λ=3500 nm je oblasť praktických aplikácií infračerveného žiarenia.

Existujú rôzne metódy na získanie obrazu v infračervených lúčoch: pomocou elektrónoptických konvertorov, metódy založené na vlastnostiach infračervených lúčov zhášajú fosforescenciu, pôsobia na fotografickú vrstvu a majú tepelný účinok.

Na základe teórie fotochemických reakcií možno predpokladať, že infračervená fotografia, založená na senzibilizácii fotografických materiálov, je ťažko realizovateľná v lúčoch s vlnovou dĺžkou väčšou ako 2000 nm.

Infračervené žiarenie spôsobuje tepelné účinky, ktoré môžu mechanicky alebo chemicky meniť materiály, zatiaľ čo fotochemické mechanizmy zriedka vedú k takýmto zmenám. Pri vystavení infračervenému žiareniu drevo, sklo a keramika podliehajú mechanickým zmenám, ako je zmršťovanie, praskanie a sušenie. Nehovoriac o obrovských škodách, ktoré môže infračervené žiarenie na voskových predmetoch spôsobiť. Ak dôjde k chemickým zmenám, sú zvyčajne nepriamym dôsledkom infračerveného žiarenia. Ak už prebieha chemická reakcia, potom či už je pomalá alebo rýchla, teplo z vystavenia infračervenému žiareniu vždy reakciu urýchli. Žltnutie filmov z prírodného laku môže byť priamym dôsledkom vystavenia infračervenému žiareniu. Umelé lakové fólie však zvyčajne nie sú citlivé na infračervené žiarenie.

Infračervené žiarenie sa používa v infračervenej fotografii, ktorá je dôležitou metódou pri výskume umeleckých diel v múzeách, umeleckých galériách. V niektorých prípadoch môžu infračervené lúče preniknúť do vizuálne nepriehľadných lakov a tenkých náterových filmov a pomocou trubíc na zosilnenie obrazu, termovízneho zariadenia a infračervenej fotografie odhaliť tónovanie, kresby alebo opravené oblasti. Tie. infračervené žiarenie možno použiť na prezeranie obrázkov cez nepriehľadné filmy, pretože má dlhšie vlnové dĺžky ako viditeľné žiarenie. Zároveň je infračervené žiarenie rozptýlené v lakovom filme malými časticami oveľa menej ako viditeľné svetlo. Preto môžu infračervené lúče preniknúť do horných vrstiev a prekonať ich nepriehľadnosť. Je možné pozorovať detaily kresby vo vrstve farby, ktorá stmavla zo starého laku a nečistôt. Niekedy je možné týmto spôsobom odhaliť falzifikáty, pretože spodná vrstva farby sa líši od toho, čo je na povrchu.

Fotografická metóda fixácie obrazu vytvoreného infračervenými lúčmi je založená na niektorých vlastnostiach infračerveného žiarenia:

1. Infračervené lúče sú menej náchylné na rozptyl v atmosfére, ako aj v zakalených prostrediach vo všeobecnosti. Cez vzdušný opar a svetelnú hmlu prechádzajú lepšie ako viditeľné svetelné lúče. To umožňuje strieľať objekty, ktoré sú na veľkú vzdialenosť, čím sa prekonáva vzdušný opar.

2. Absorpcia a odraz infračervených lúčov je odlišný od lúčov viditeľnej oblasti spektra. Preto mnohé objekty, ktoré sa zdajú byť vo viditeľnom svetle rovnaké vo farbe a jase, na fotografii zhotovenej v infračervených lúčoch, majú úplne iné rozloženie tónov. To vám umožní odhaliť veľa zaujímavých a dôležitých funkcií snímaného objektu. Napríklad chlorofyl, ktorý sa nachádza v živých zelených listoch a tráve, silne absorbuje krátkovlnné viditeľné lúče a odráža väčšinu infračervených lúčov. Okrem toho absorbovaním ultrafialového žiarenia
letné lúče, chlorofyl fluoreskuje v infračervenej oblasti. Výsledkom je, že na fotografiách zhotovených na infrachromatický film s použitím červeného filtra sú zelené neprirodzene biele a modré nebo tmavé. Mnohé farby, ktoré sa oku javia ako veľmi jasné, v dôsledku ich takmer úplnej absorpcie infračervených lúčov, sa na infrachromatickom filme ukážu ako takmer čierne.

3. Infračervené lúče sú schopné prenikať médiami, ktoré sú nepriepustné pre viditeľné svetlo. Ľudská koža, tenké vrstvy dreva, ebonit, tmavé schránky hmyzu a rastlín atď. sú pre infračervené lúče priehľadné.
Krvné cievy sú jasne viditeľné cez kožu, ktorá je priehľadná pre infračervené lúče.

4. Keďže infračervené lúče sú neviditeľné, fotografovanie pod infračerveným svetlom je v podstate fotografovanie v tme. Takéto fotografovanie alebo filmovanie je nevyhnutné v prípadoch vyžadujúcich prispôsobenie očí tme, ako aj pri všetkých druhoch psychologických výskumov.

V súčasnosti sa filmovanie v infračervených lúčoch využíva ako vo vedeckej kinematografii, tak aj pri výrobe filmov na riešenie niektorých vizuálnych problémov, na natáčanie „zo dňa na noc“, na vytváranie kombinovaných snímok na pozadí infračervenej obrazovky – „túlavej masky“ metóda atď.

Výkonné infračervené žiarenie niektorých svietidiel sťažuje prácu posádky pre veľké množstvo vznikajúceho tepla.

2.7 Typy spektier

Spektrá svetelných zdrojov sa získavajú rozkladom ich žiarenia v zmysle vlnových dĺžok ( l) spektrálne zariadenia a vyznačujú sa distribučnou funkciou energie emitovaného svetla v závislosti od vlnovej dĺžky. Vyžarovanie žiarivého toku v spektre žiarenia môže prebiehať s jednou vlnovou dĺžkou, s viacerými vlnovými dĺžkami a tiež súvisle v oddelených úsekoch alebo v celej oblasti optického spektra žiarenia.

Jednofarebné(z gréčtiny. monos- jeden, jeden a chốma- farba) žiarenie je žiarenie s jednou frekvenciou alebo vlnovou dĺžkou. Žiarenie v rozsahu vlnových dĺžok do 10 nm volal homogénne. Formuje sa súhrn monochromatického alebo homogénneho žiarenia rozsah.

Existujú spojité (spojité), pruhované, čiarové a zmiešané spektrá. pevný(spojité) spektrá sú také spektrá, v ktorých monochromatické zložky vypĺňajú bez prerušenia interval vlnových dĺžok, v ktorom sa žiarenie vyskytuje. Takéto spektrum je typické pre žiarovky (obr. 1.2.6) a iné tepelné žiariče.

Ryža. 1.2.6 - Spojité spektrum žiaroviek

Ryža. 1.2.7 - Čiarové spektrum z monochromatických žiarení

Ryža. 1.2.8 - KinoFlo KF55 žiarivka so zmiešaným spektrom

Ryža. 1.2.9 - Komplexné spektrum žiarivky KinoFlo Green

Rozhodol spektrá pozostávajú zo samostatných monochromatických žiarení, ktoré spolu nesusedia (obr. 1.2.7), a zmiešané obsahujú kombináciu spektier (obr.1.2.8). AT pruhované spektier, monochromatické zložky tvoria diskrétne skupiny (pásy) vo forme mnohých tesne umiestnených čiar. Tento typ žiarenia sa nazýva aj ťažké(obr.1.2.9). Pruhované, čiarové a zmiešané spektrá sú charakteristické pre oblúkové svetelné zdroje a svetelné zdroje s plynovou výbojkou.

Z celého spektra žiarenia svetelných zdrojov len viditeľné svetlo, pôsobiace na svetlocitlivé prvky oka, spôsobuje zrakový vnem. Homogénne, monochromatické viditeľné žiarenie, ktoré vstupuje do oka, spôsobuje pocit svetla určitej farby.

Systém svetelných hodnôt

Nejasná predstava o určitých množstvách svetla je často príčinou vážnych chýb, ktorých sa špecialisti dopúšťajú pri navrhovaní a prevádzke osvetľovacích systémov.

Znalosť svetelných hodnôt je nevyhnutná pre študentov a profesionálov pracujúcich v televízii, video alebo filmových štúdiách a dokonca aj amatérov, ktorí natáčajú domáce video. Pomôže vám to správne sa orientovať v množstve svetelných zdrojov, svetelných filtrov, svietidiel, pochopiť funkcie videokamery súvisiace s citlivosťou na svetlo, kontrastom a reprodukciou farieb.

Keďže svetelné veličiny, ktoré sú číselnou charakteristikou svetelného žiarenia, pochádzajú z energetických fotometrických veličín, je vhodné ich posudzovať spoločne, na základe prednosti druhej menovanej. Fotometrické veličiny a jednotky sú tie, ktoré charakterizujú optické žiarenie. Pojem "fotometria" je vytvorený z dvoch gréckych slov: "phos" - svetlo a " metero " - Meriam a znamená meranie svetla. Existujú energetické fotometrické a redukované fotometrické systémy veličín.

Energetické množstvá– charakterizovať žiarenie bez ohľadu na jeho účinok na akýkoľvek prijímač žiarenia. Množstvo energie, ako je energia žiarenia ( my ) a žiarivý tok ( Fe ) boli diskutované v predchádzajúcej časti. Vyjadrujú sa v jednotkách odvodených od jednotky energie ( Joule), a ich označenia používajú dodatočný index „ e» ( W e, F e, I e, Ee, L e ).

Redukované alebo efektívne fotometrické veličiny charakterizovať žiarenie dopadajúce na daný selektívny detektor žiarenia. Ak ľudské oko slúži ako taký prijímač, potom sa získané hodnoty nazývajú „ svetlo" a ich súhrn je „ systém svetelných hodnôt“. V písmenových označeniach svetelných veličín nájdete index „v“.

Schéma vzniku sústavy svetelných veličín na základe energetických je na obr. 1.3.1.

Ryža. 1.3.1 - Schéma tvorby sústavy svetelných veličín

Každá z veličín svetla má svoj vlastný energetický základný princíp, z ktorého sú odvodené:

· Svetelný tok F (F v,F v ) - základný princíp žiarivého toku (radiačný tok) Fe (F e)

· Sila svetla ja (ja v ) - sila energetického žiarenia (sila žiarenia) ja e

Osvetlenie E (E v ) - energetické osvetlenie (žiarenie) E e

Jas L (L v ) – energetický jas Le

Tieto a ďalšie základné veličiny energie a svetla sú zhrnuté v tabuľke na konci časti. Nižšie sa budeme podrobne zaoberať hlavnými svetelnými veličinami používanými v praxi kameramana.

Podobné informácie.

Fotografovanie prebieha ako pri prirodzenom dennom svetle, tak aj pri umelých svetelných zdrojoch: žiarovky, plynové výbojky, zábleskové lampy atď. Všetky tieto zdroje sa od seba výrazne líšia spektrálnym zložením svetla. ovplyvnené nielen špecifickými podmienkami snímania, ale aj svetelnými charakteristikami zdrojov. Ak sa pri fotení na čiernobiely film dbá predovšetkým na intenzitu svetelného toku svetelného zdroja a v menšej miere na jeho spektrálne zloženie, tak pri fotení na farebný film sa spektrálne zloženie svetla má rozhodujúci význam. Prenos tonálnych farieb pri snímaní na čiernobiely film a prirodzených farieb pri snímaní farieb, výber farebne citlivého materiálu a svetelných filtrov závisí od spektrálneho zloženia.

Keď sa zmení farba svetelného zdroja, zmení sa aj tónová stupnica, ktorá vyjadruje farby objektu. Spektrálne zloženie svetla, jeho farebná teplota musí byť v rovnováhe s farebnou citlivosťou negatívneho materiálu. Iba v tomto prípade je možné správne podanie farieb.

Denné svetlo patrí do skupiny teplotných svetelných zdrojov.

Zemský povrch a všetko, čo je na ňom, je osvetlené buď zmiešaným, celkovým svetlom (celkovým žiarením) priameho slnečného a difúzneho žiarenia prichádzajúceho z oblohy a oblakov, alebo pri zamračenom počasí, keď je slnko zakryté mrakmi, rozptýleným svetlom oblohy. Miesta, kam nepreniká priame slnečné svetlo, osvetľuje len rozptýlené svetlo oblohy (obr. 6).

A od stola. Obrázok 3 ukazuje, ako sa mení spektrálne zloženie slnečného žiarenia v závislosti od výšky slnka.

Slnko ráno vychádza obzvlášť rýchlo a večer zapadá. Približné zmeny teploty farieb počas dňa a v závislosti od stavu oblohy sú uvedené v tabuľke. 4.

Vzorec kolísania spektrálneho zloženia a intenzity denného žiarenia sa však neustále porušuje v dôsledku zmien meteorologických podmienok vyskytujúcich sa v atmosfére (oblačnosť, výška, stupeň a hustota sú veľmi nestabilné, vlhkosť a prašnosť vzduchu, zákal, hmla atď.). Tieto náhodné premenné faktory spolu tak úzko súvisia a vzájomne sa prelínajú, že je veľmi ťažké brať do úvahy vplyv každého z nich.

Keď slnko vychádza nad horizont alebo zapadá, vyzerá ako červená guľa s farebnou teplotou asi 1800 K. V tomto čase na ceste k Zemi slnečné lúče prenikajú vzduchovým plášťom obklopujúcim našu planétu a cestujú najdlhšie cestu v atmosfére. Dĺžka dráhy slnečného svetla v atmosfére má veľký význam najmä pre krátkovlnnú časť spektra. V prúde slnečných lúčov, ktoré prešli najdlhšou dráhou vo vzduchu, nie sú žiadne modrofialové lúče: sú odfiltrované vrstvou vzduchu, ktorá zmenou spektrálneho zloženia slnečného žiarenia pôsobí ako žltá filter s premenlivou hustotou. Pri čiastočnej oblačnosti, keď slnko presvitá cez mraky alebo je v opare, slabne aj krátkovlnná časť žiarenia.

Slnečné žiarenie v dôsledku mnohonásobných odrazov molekúl plynov, ktoré tvoria vzduch, podlieha molekulárnemu rozptylu. Viditeľná farba vzduchovej vrstvy nad zemou, farba oblohy a sú vysvetlené silným molekulárnym rozptylom krátkovlnnej časti slnečného žiarenia. Molekulárny rozptyl je príčinou modrého zákalu vo vzduchu.

V dôsledku rozptylu časti slnečného svetla atmosférou sa samotná obloha stáva zdrojom svetla (sekundárnym) s jasne definovanou farbou. V spektre modrej oblohy je pozorovaná výrazná prevaha modrej a fialovej farby, obsiahnuté sú aj všetky ostatné farby, ale v oveľa menšej miere (obr. 6, krivka 3).

Rozptýlené svetlíky tiež zažívajú silné kolísanie farebnej teploty v závislosti od toho, či svetlo prichádza z modrej, bezoblačnej oblohy alebo z hmlistej či zamračenej oblohy.

Mechanické nečistoty sú neustále suspendované v rôznych množstvách vo vzduchu - zakalené častice (vzduch v hrubých vrstvách možno považovať za zakalené médium): prachové častice vznesené stúpajúcimi prúdmi vzduchu a vetrom, malé kvapky vody, vodná para, ktoré prispievajú k tzv. výskyt oparu.Množstvo klesá s výškou - nestúpajú nad 1000 m. v dôsledku toho obloha získava belavú farbu.K vybieleniu oblohy prispieva aj zvýšená vlhkosť vzduchu, čo spôsobuje tvorbu oparu, biela s modrým odtieňom.

Keď sa objavia mraky, k svetlu oblohy sa pridá biele svetlo odrazené od oblakov. Veľké kvapky vody, ktoré tvoria oblaky, rozptyľujú lúče celého spektra.

V blízkosti veľkých miest, v dôsledku vysokej prašnosti najnižších vrstiev vzduchu, výskytu výparov, dymu a prachu v nich, sa obloha pri horizonte zmení na sivú alebo bielu v rôznych odtieňoch.

Keď slnko stúpa vyššie a dráha lúčov v atmosfére sa skracuje, žiarenie od červenej, červenkastej cez žltú prechádza do žltkastého. Zároveň mení svoju farbu a oblohu. Najprv modrastý, pri východe a západe slnka sa v blízkosti slnka zmení na červenkastý a pri východe slnka sa zmení na modrý. Ak je vzduch priehľadný, obloha sa zmení na modrú.

Krátko po východe slnka a krátko pred západom slnka stúpne teplota farby na 3000-3200K, čo umožňuje snímanie na farebný film typu LN. Asi hodinu po východe slnka, vo výške slnka, jeho farebná teplota stúpne na 3500 K. Žiarenie v tomto čase pozostáva z polovice červených, jednej štvrtiny žltých lúčov a zvyšná štvrtina je zelená, modrá a fialová. Tiene, počnúc od najdlhšieho, sa rýchlo zmenšujú a pri výške slnka 15 ° sa takmer rovnajú štvornásobku dĺžky objektu. V popoludňajších hodinách, keď slnko klesne pod 13-15q a ako sa posúva ďalej k horizontu a modrofialové lúče slabnú, žiarenie nadobúda výrazné odtiene od žltej po červenú. Tiene sa tiež predlžujú, vodorovné plochy sú v tomto čase osvetlené najmä oblohou a vplyvom silnejúceho účinku rozptýleného svetla oblohy sa sfarbujú do modra a zvislé sú viac osvetlené žltým svetlom slnka. .

Dráha, ktorú prejdú jeho lúče v atmosfére, sa výrazne skráti a väčšina krátkovlnného žiarenia sa dostane na zemský povrch. Celkové svetlo slnka a oblohy s bezoblačnou oblohou sa ustáli, zbelie a takmer sa nemení s výškou slnka v túto dennú dobu.

Toto je najlepší čas na snímanie, najmä na jednosmerný farebný film, vyvážený na farebnú teplotu 5600-5800 K. Aj keď v tomto čase nastanú nejaké zmeny vo farebnej teplote svetla, pre čiernobielu farbu vôbec nezáleží. streľby, ale pre farbu nie sú také významné, aby výrazne zhoršili podanie farieb. Zmena teploty farby denného svetla počas dňa je znázornená na obr. 7.

koho padla

A znalosť výšky slnka nad horizontom vám umožňuje určiť farebnú teplotu denného svetla.

Pre každé ročné obdobie a deň si dĺžku tieňa zistíte pomocou jednoduchého prístroja – ukazovateľa (ukazovateľa) tieňa. Tyč alebo kolík určitej dĺžky je upevnený na kartóne, napríklad 1 cm. Z bodu pripevnenia, ako od stredu, sú aplikované polkruhy (obr. 8) s polomermi rovnými 0,5-6 násobku výšky vyčnievajúca tyč. Keď je kartón vodorovný, tieň z tyče bude ukazovať výšku slnka.

(v Kyjeve až 63°). Keď sa slnko blíži k zenitu, svetlo nadobudne citeľný modrastý nádych, teplota farieb vystúpi na 6000-7000 K. Tento čas (pre Kyjev 11.00-13.00) nie je vhodný na fotenie a z umeleckých dôvodov.

Slnko je účinným zdrojom infračerveného žiarenia. Osvetlenie vytvárané infračervenou časťou slnečného žiarenia závisí od polohy slnka na oblohe a od stupňa priehľadnosti atmosféry. V tabuľke. Obrázok 6 ukazuje v percentách žiarenie ultrafialovej a infračervenej časti slnečného toku počas dňa pre priehľadnú atmosféru. Žiarenie slnečného toku v rozsahu od 3 do 70 sa považuje za 100%.

Tabuľka ukazuje, že s východom slnka intenzita infračerveného žiarenia citeľne slabne.

Do skupiny teplotných svetelných zdrojov patria aj žiarovky. Jednoduchosť a jednoduchosť použitia im zabezpečili najväčšie rozšírenie pri fotografovaní a filmovaní. Existujú rôzne typy elektrických žiaroviek. Sú to domáce žiarovky rôzneho výkonu, fotografické lampy, zrkadlové lampy, v ktorých je časť žiarovky v tvare paraboloidu pokrytá zrkadlovou vrstvou hliníka, lampy do projektorov (PZh), lampy do filmových projektorov (KPZh), projekčné lampy. V posledných rokoch sa vo veľkej miere používajú halogénové (jódovo-kremenné) výbojky.

Vo svietidlách pre domácnosť je maximum žiarenia v infračervenej oblasti spektra, vo viditeľnej oblasti prevládajú žlto-červené lúče. Ako je zrejmé zo spektrálnych charakteristík (pozri obr. 6), žiarenie žiarovky v červenej oblasti spektra prevyšuje žiarenie v modrofialovej 5-6 krát. Preto sa podanie farieb na čiernobielom filme pod svetlom žiaroviek výrazne líši od podania farieb na dennom svetle.

Pri nominálnom napätí softvéru 127 a 220 V pre žiarovky s nízkym výkonom (50-200 W) je teplota farby svetla vyžarovaného volfrámovým vláknom 2600-2800 K, pre výkonnejšie (500 a 1000 W) - cca 3000 K, Pri ešte výkonnejších (nad 1000 W) teplota farby presahuje 3000 K. Nízkoenergetické domáce lampy s nízkou teplotou farby nie sú vhodné na farebnú fotografiu.

Zrkadlové žiarovky (ZK) majú farebnú teplotu 2800-3000K, pre tie, ktoré sú určené na farebné snímanie - 3200-3300 K. Farebná teplota lámp do projektorov (PL) sa pohybuje od 3000 K pre žiarovky s výkonom 500 W až 3200 K Pre svietidlá s výkonom 5000-10 000 Ut Lampy KGShch a PZhK, určené na farebné filmovanie, majú rovnakú teplotu farby pre všetky výkony. Keď sa teplota volfrámového vlákna žiarovky zvyšuje, zvyšuje sa jej farebná teplota.

Fotolampy určené na fotenie sa od bežných líšia tým, že horia pri zvýšenom napätí, s veľkým prehrievaním. Vďaka tomu sa výrazne zvýši nielen intenzita svetla, ale aj teplota farby. V porovnaní s fotolampami je svetlo domácich svietidiel citeľne červenšie.

Stálosť farebnej teploty žiaroviek závisí od stálosti napätia dodávaného do žiarovky. Kolísanie napätia mení teplotu volfrámového vlákna a následne aj teplotu farby žiarenia.

Pri snímaní na čiernobiely film nie je stálosť farebnej teploty žiaroviek taká významná ako pri farbe. Na reverzibilnom farebnom filme je už badateľná odchýlka od normálnej farebnej teploty o 50-100K. Kolísanie farebnej teploty v závislosti od zmeny napätia je znázornené na obr. 9. Menovité napätie sa považuje za 100 %. Napríklad, keď sa napätie zníži na 90 % nominálnej teploty farieb, zníži sa na 96 % pôvodnej. Toto zníženie napätia znižuje teplotu farby lampy z 3200 na 3072 K.

Počas spaľovania sa v dôsledku rozprašovania vlákna jeho povrch zmenšuje a na vnútornej strane banky sa vytvorí film. Vo žiarení takejto lampy je vždy viac červených lúčov ako v novej lampy rovnakého typu.

Svetlo - elektromagnetické žiarenie vyžarované zohriatou alebo excitovanou látkou, vnímané ľudským okom. Pod svetlom sa často rozumie nielen viditeľné svetlo, ale aj široké oblasti spektra, ktoré k nemu priliehajú. Jednou z charakteristík svetla je jeho farba, ktorá je pre monochromatické žiarenie určená vlnovou dĺžkou a pre komplexné žiarenie - jeho spektrálnym zložením.

Hlavná zdrojom svetla je slnko. Svetlo, ktoré vyžaruje, sa považuje za biele. Svetlo pochádza zo slnka v rôznych vlnových dĺžkach.

Svetlo má teplotu, ktorá závisí od sily svetelného žiarenia. Na druhej strane výkon závisí od vlnovej dĺžky.

Svetlo zo žiarovky sa javí ako biele, ale jeho spektrum je posunuté do červena.

Svetlo zo žiarivky je posunuté smerom k fialovej časti spektra, má modrastú farbu a vysokú farebnú teplotu.

Svetlo slnečného svetla na vysočine je posunuté smerom k fialovým vlnám. Je to spôsobené riedkou atmosférou vo vysokej nadmorskej výške.

V piesočnatej púšti bude spektrum posunuté smerom k červeným vlnám, pretože. k slnečnému žiareniu sa pridáva aj žiarenie horúceho piesku.

Pri fotografovaní je potrebné brať do úvahy tieto skutočnosti, poznať spektrum dostupného svetelného žiarenia, aby ste získali kvalitný obraz s odtieňmi dostupnými v origináli.

To. Fotóny rôznych dĺžok pochádzajú z rôznych svetelných zdrojov.

Farba je vnem, ktorý v ľudskom oku a mozgu vyvoláva svetlo rôznych vlnových dĺžok a intenzity.

Žiarenie rôznej intenzity objektívne existuje a spôsobuje pocit určitej farby. Ale sám o sebe nemá žiadnu farbu. Farba sa vyskytuje v orgánoch ľudského zraku. Nezávisle od nich neexistuje. Preto ho nemožno považovať za objektívnu hodnotu.

Na popis farby sa používajú subjektívne kvalitatívne a kvantitatívne hodnotenia jej charakteristík.

Príčiny farebných vnemov sú elektromagnetické žiarenie, svetlo, ktorého objektívne charakteristiky sú spojené so subjektívnymi charakteristikami farby, jej sýtosť, tón, jas.

Farebný tón je subjektívny. vzhľadom na vlastnosti ľudského zrakového vnímania, svetla, intenzity vlny definície.

Teplota, pri ktorej čierne teleso vyžaruje svetlo rovnakého spektrálneho zloženia ako uvažované svetlo, sa nazýva teplota farby. Udáva iba spektrálne rozloženie energie žiarenia, nie teplotu zdroja. Svetlu modrej oblohy teda zodpovedá teplota farby asi 12 500 – 25 000 K, t.j. oveľa vyššia ako teplota slnka. Teplota farby je vyjadrená v Kelvinoch (K).

Koncept farebnej teploty je použiteľný len pre tepelné (horúci) svetelné zdroje. Svetlo elektrického výboja v plynoch a kovových parách (sodík, ortuť, neónové výbojky) nemožno charakterizovať hodnotou farebnej teploty.

Pamätajte: slnečný letný deň - a zrazu sa na oblohe objavil mrak, začalo pršať, čo si akoby „nevšimlo“, že slnko stále svieti. Takýto dážď sa ľudovo nazýva slepý. Dážď ešte neskončil a na oblohe už svietila rôznofarebná dúha (obr. 13.1). Prečo sa objavila?

Rozloženie slnečného svetla na spektrum.

Už v dávnych dobách sa zistilo, že slnečný lúč prechádzajúci skleneným hranolom sa stáva viacfarebným. Verilo sa, že dôvodom tohto javu je vlastnosť hranola farbiť svetlo. Je to naozaj tak, zistil vynikajúci anglický vedec Isaac Newton (1643-1727) v roku 1665 vykonaním série experimentov.

Ryža. 13.1. Dúhu možno pozorovať napríklad v spreji fontány alebo vodopádu.

Aby Newton získal úzky lúč slnečného svetla, urobil do uzávierky malý okrúhly otvor. Keď pred otvor nainštaloval sklenený hranol, na protiľahlej stene sa objavil viacfarebný pás, ktorý vedec nazval spektrum. Na prúžku (ako na dúhe) Newton vyčlenil sedem farieb: červenú, oranžovú, žltú, zelenú, modrú, indigovú, fialovú (obr. 13.2, a).

Potom vedec pomocou clony s otvorom vyčlenil úzke jednofarebné (monochromatické) lúče svetla zo širokého viacfarebného lúča lúčov a opäť ich nasmeroval na hranol. Takéto lúče boli vychýlené hranolom, ale už neboli rozložené na spektrum (obr. 13.2, b). V tomto prípade bol lúč fialového svetla odklonený viac ako ostatné a lúč červeného svetla bol odklonený menej ako ostatné.

Výsledky experimentov umožnili Newtonovi vyvodiť tieto závery:

1) lúč bieleho (slnečného) svetla pozostáva zo svetla rôznych farieb;

2) hranol biele svetlo „nezafarbuje“, ale oddeľuje (rozkladá do spektra) v dôsledku rôzneho lomu svetelných lúčov rôznych farieb.

ryža. 13.2. Schéma pokusov I. Newtona na určenie spektrálneho zloženia svetla

Porovnaj obr. 13.1 a 13.2: farby dúhy sú farbami spektra. A to nie je prekvapujúce, pretože dúha je v skutočnosti obrovské spektrum slnečného svetla. Jedným z dôvodov vzhľadu dúhy je, že veľa malých kvapiek vody láme biele slnečné svetlo.

Prečítajte si o rozptyle svetla

Newtonove experimenty ukázali najmä to, že pri lámaní v sklenenom hranole sa lúče fialového svetla vždy odchyľujú viac ako lúče červeného svetla. To znamená, že pre svetelné lúče rôznych farieb je index lomu skla odlišný. Preto sa lúč bieleho svetla rozloží na spektrum.

Jav rozkladu svetla na spektrum v dôsledku závislosti indexu lomu prostredia od farby svetelného lúča sa nazýva disperzia svetla.

Pre väčšinu transparentných médií má fialové svetlo najvyšší index lomu a červené svetlo najnižší.

Aký farebný lúč svetla - fialový alebo červený - sa šíri v skle väčšou rýchlosťou? Tip: Pamätajte, že index lomu média závisí od rýchlosti svetla v tomto médiu.

Charakterizujeme farby

V spektre slnečného žiarenia sa tradične rozlišuje sedem farieb a možno ich rozlíšiť viac. Nikdy sa vám ale nepodarí zvýrazniť napríklad hnedú alebo fialovú. Tieto farby sú zložené - vznikajú ako výsledok superpozície (miešania) spektrálnych (čistých) farieb v rôznych pomeroch. Niektoré spektrálne farby, keď sa na seba naložia, tvoria bielu. Takéto dvojice spektrálnych farieb sa nazývajú komplementárne (obr. 13.3).

Pre ľudské videnie sú mimoriadne dôležité tri hlavné spektrálne farby - červená, zelená a modrá: keď sa prekrývajú, tieto farby poskytujú širokú škálu farieb a odtieňov.

Farebný obraz na obrazovkách počítača, TV, telefónu je založený na superpozícii troch primárnych spektrálnych farieb v rôznych pomeroch (obr. 13.4).

Ryža. 13.5. Rôzne telesá odrážajú, lámu a absorbujú slnečné svetlo rôznymi spôsobmi a vďaka tomu vidíme svet okolo seba v rôznych farbách.

Zistite, prečo je svet farebný

S vedomím, že biele svetlo je zložené, je možné vysvetliť, prečo svet okolo nás, osvetlený len jedným zdrojom bieleho svetla – Slnkom, vidíme ako viacfarebný (obr. 13.5).

Takže povrch listu kancelárskeho papiera rovnako dobre odráža lúče všetkých farieb, takže list osvetlený bielym svetlom sa nám zdá biely. Modrý batoh, osvetlený rovnakým bielym svetlom, prevažne odráža modré lúče, zatiaľ čo ostatné pohlcuje.

Akú farbu podľa vás odráža väčšina okvetných lístkov slnečnice? listy rastlín?

Modré svetlo nasmerované na lupienky červenej ruže nimi bude takmer úplne absorbované, pretože okvetné lístky odrážajú prevažne červené lúče, zatiaľ čo zvyšok absorbuje. Preto sa nám ruža osvetlená modrým svetlom bude javiť ako takmer čierna. Ak je biely sneh osvetlený modrým svetlom, bude sa nám javiť ako modrý, pretože biely sneh odráža lúče všetkých farieb (vrátane modrej). Čierna srsť mačky ale dobre pohlcuje všetky lúče, takže pri osvetlení akýmkoľvek svetlom bude mačka pôsobiť čierno (obr. 13.6).

Poznámka! Keďže farba tela závisí od vlastností dopadajúceho svetla, v tme je pojem farba bezvýznamný.

Ryža. 13.6. Farba telesa závisí od optických vlastností jeho povrchu a od charakteristík dopadajúceho svetla.

Zhrnutie

Lúč bieleho svetla pozostáva zo svetla rôznych farieb. Existuje sedem spektrálnych farieb: červená, oranžová, žltá, zelená, modrá, indigo, fialová.

Index lomu svetla, a teda aj rýchlosť šírenia svetla v médiu, závisí od farby svetelného lúča. ak Závislosť indexu lomu prostredia od farby svetelného lúča sa nazýva disperzia svetla. Svet okolo seba vidíme v rôznych farbách, pretože rôzne telesá odrážajú, lámu a pohlcujú svetlo rôznymi spôsobmi.

testovacie otázky

1. Opíšte pokusy I. Newtona na určenie spektrálneho zloženia svetla.

2. Vymenujte sedem spektrálnych farieb. 3. Aká farba svetelného lúča sa láme v hmote viac ako ostatné? menej ako ostatní? ak 4. Definujte rozptyl svetla. Aký prírodný jav je spojený s rozptylom? 5. Aké farby sa nazývajú komplementárne? 6. Vymenujte tri základné farby spektra. Prečo sa tak volajú? 7. Prečo vidíme svet okolo seba v rôznych farbách?

Cvičenie číslo 13

1. Ako budú vyzerať čierne písmená na bielom papieri pri pohľade cez zelené sklo? Ako bude vyzerať farba papiera?

2. Aké farby svetla prechádzajú cez modré sklo? absorbovaný tým?

3. Cez aké farebné sklo nevidíš text napísaný fialovým atramentom na bielom papieri?

4. Vo vode sa šíria svetelné lúče červenej, oranžovej a modrej farby. Ktorý lúč sa šíri najrýchlejšie?

5. Využite ďalšie zdroje informácií a zistite, prečo je obloha modrá; Prečo je slnko pri západe často červené?

Experimentálna úloha

"Tvorcovia dúhy" Naplňte plytkú nádobu vodou a postavte ju k svetlej stene. Umiestnite ploché zrkadlo pod uhlom na dno nádoby (pozri obrázok). Nasmerujte lúč svetla na zrkadlo - na stene sa objaví "slnečný lúč". Preskúmajte ho a vysvetlite pozorovaný jav.

Fyzika a technika na Ukrajine

Kyjevská národná univerzita. Taras Shevchenko (KNU) bol založený v novembri 1833 ako Imperial University of St. Vladimir. Prvým rektorom univerzity je vynikajúci vedec-encyklopedista Michail Aleksandrovič Maksimovič.

S KNU sa spájajú mená známych vedcov - matematikov, fyzikov, kybernetikov, astronómov: D. A. Grave, M. F. Kravčuk, G. V. Pfeiffer, N. N. Bogolyubov, V. M. Glushkov, A. V. Skorokhod, I. I. Avenari Gkhned, S. Mikhal, P. Mikhal, B. V. , N. N. Schiller, I. I. Kosonogov, A. G. Sitenko, V. E. Lashkarev, R F. Vogel, M. F. Chandrikov, S. K. Vsekhsvyatsky.

Vo svete sú známe vedecké školy KNU - algebraická, teória pravdepodobnosti a matematická štatistika, mechanika, fyzika polovodičov, fyzikálna elektronika a fyzika povrchov, metalogenéza, optika nových materiálov atď. Gubersky.

Toto je učebnicový materiál.