Světlo a barva: základy základů. Vlnová délka
Úvod …………………………………………………………………………… 1. Pojem teploty barev ……………………………………… ……… .. 1.1. Tabulka číselných hodnot teploty barev běžných světelných zdrojů …………………………………………………………………… .. 1.2. Diagram chromatičnosti XYZ ……………………………………………………….
1.3 Index slunečního světla a podání barev (CRI)
2. Metody měření teploty barev …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………
Úvod.
Podle našich psychologických vjemů jsou barvy teplé a horké, někdy studené a velmi studené. Ve skutečnosti jsou všechny barvy horké, velmi horké, protože každá barva má svou vlastní teplotu a je velmi vysoká. Jakýkoli předmět ve světě kolem nás má teplotu nad absolutní nulou, což znamená, že vyzařuje tepelné záření. I led, který má negativní teplotu, je zdrojem tepelného záření. Je těžké tomu uvěřit, ale je to pravda. V přírodě není teplota -89 ° C nejnižší, dokonce i nižších teplot lze dosáhnout, ovšem zatím, v laboratorních podmínkách. Nejnižší teplota, která je v současnosti v našem vesmíru teoreticky možná, je teplota absolutní nuly a rovná se -273,15 ° C. Při takové teplotě se pohyb molekul hmoty zastaví a tělo úplně přestane vyzařovat jakékoli záření (tepelné, ultrafialové a ještě viditelnější). Úplná tma, žádný život, žádné teplo. Někteří z vás pravděpodobně vědí, že teplota barev se měří v Kelvinech. Ti, kteří si domů koupili energeticky úsporné žárovky, viděli na obalu nápis: 2700K nebo 3500K nebo 4500K. To je přesně teplota barev vyzařování světla z žárovky. Proč se ale měří v Kelvinech a co znamená Kelvin? Tato jednotka měření byla navržena v roce 1848. William Thomson (aka Lord Kelvin) a je oficiálně schválen v Mezinárodním systému jednotek. Ve fyzice a vědách přímo souvisejících s fyzikou je termodynamická teplota měřena právě Kelviny. Začátek zprávy teplotní stupnice začíná na 0 Kelvinech, což znamená - 273,15 stupňů Celsia. To znamená, že 0K je absolutní nulová teplota. Teplotu můžete snadno převést z Celsia na Kelvin. K tomu stačí přidat číslo 273. Například 0 ° C je 273 K, pak 1 ° C je 274 K, analogicky je teplota lidského těla 36,6 ° C je 36,6 + 273,15 = 309,75 K. Je to tak jednoduché.
Kapitola 1. Pojem teploty barev.
Pokusme se zjistit, jaká je teplota barev.
Zdroje světla jsou tělesa žhnoucí na vysoké teploty, jejichž tepelné vibrace atomů způsobují záření ve formě elektromagnetických vln různých délek. Záření, v závislosti na vlnové délce, má svou vlastní barvu. Při nízkých teplotách a podle toho na delších vlnových délkách převládá záření s teplou, načervenalou barvou světelného toku a při vyšších teplotách s poklesem vlnové délky se studenou, modro-modrou barvou. Jednotka vlnové délky je nanometr (nm), 1 nm = 1 /1 000 000 mm. V 17. století Isaac Newton rozložil takzvané bílé denní světlo hranolem a získal spektrum sestávající ze sedmi barev: červené, oranžové, žluté, zelené, modré, modré, fialové a v důsledku různých experimentů dokázal, že jakoukoli spektrální barvu lze získat smícháním světelných toků, skládajících se z různých poměrů tří barev - červené, zelené a modré, které se nazývaly hlavní. Tak se objevila třísložková teorie.
Lidské oko vnímá barvu světla díky receptorům, takzvaným kuželům, které mají tři odrůdy, z nichž každá vnímá jednu ze tří primárních barev - červenou, zelenou nebo modrou a ke každému z nich má svoji vlastní citlivost. Lidské oko vnímá elektromagnetické vlny v rozmezí od 780 do 380 nanometrů. Toto je viditelná část spektra. V důsledku toho musí mít světelné přijímače informačních nosičů - kinematografie a fotografický film nebo matice kamery citlivost na barvu shodnou s okem. Senzibilizované filmy a matice videokamer vnímají elektromagnetické vlny v mírně širším rozsahu, přičemž zachycují infračervené záření (IR) v rozsahu 780–900 nm v blízkosti červené zóny a ultrafialové (UV) záření v rozmezí 380–300 nanometrů, což je blízké fialové. Tato oblast spektra, ve které působí geometrická optika a materiály citlivé na světlo, se nazývá optický rozsah.
Kromě adaptace na světlo a tmu má lidské oko také takzvanou barevnou adaptaci, díky které s různými zdroji, s různými poměry vlnových délek primárních barev, vnímá barvy správně. Film a matrice nemají takové vlastnosti, jsou vyváženy pro určitou teplotu barev.
Vyhřívané těleso má v závislosti na teplotě ohřevu ve svém záření jiný poměr různých vlnových délek a podle toho i jinou barvu světelného toku. Standardem, podle kterého se určuje chromatičnost záření, je absolutně černé těleso (ABB), tzv. Planckův vysílač. Absolutní černé těleso - virtuální těleso, které absorbuje 100% světla dopadajícího na něj, je popsáno zákony tepelného záření. A teplota barev je teplota černého tělesa ve stupních Kelvina, při které se chromatičnost jeho záření shoduje s chromatičností daného zdroje záření. Rozdíl mezi teplotní stupnicí ve stupních Celsia, kde je bod tuhnutí vody brán jako nula, a stupnicí ve stupních Kelvina je -273, 16, protože referenčním bodem v Kelvinově stupnici je teplota, při které je jakýkoli pohyb atomů v těle se zastaví a podle toho se zastaví jakékoli záření, takzvaná absolutní nula, což odpovídá teplotě Celsia -273,16 stupňů. To znamená, že 0 stupňů Kelvina odpovídá teplotě -273,16 stupňů. Celsia.
Hlavním přirozeným zdrojem světla je pro nás Slunce a různé zdroje světla - oheň ve formě ohně, zápalky, pochodně a osvětlení od domácích spotřebičů, spotřebičů pro technické účely a konče profesionálními svítidly navrženými speciálně pro kinematografii a televizi. Jak v domácích spotřebičích, tak v profesionálních se používají různé lampy (nebudeme se dotýkat jejich principu fungování a konstrukčních rozdílů) s různými energetickými poměry v jejich emisních spektrech primárních barev, které lze vyjádřit hodnotou barevné teploty . Všechny světelné zdroje jsou rozděleny do dvou hlavních skupin. První, s teplota barvy(Ttsv.) 5600 0K, bílé denní světlo (DS), v jehož emisi převládá krátkovlnná, studená část optického spektra, posledně jmenované jsou žárovky (LN) s Ttsv.- 32 000K a převahou v emisi dlouhé vlny, teplé části optického spektra.
Jak to všechno začíná? Všechno začíná od nuly, včetně vyzařování světla. Černá je absence světla vůbec. Z hlediska barev je černá 0 intenzity záření, 0 sytosti, 0 odstínů (prostě neexistuje), to je úplná absence všech barev vůbec. Proč vidíme předmět černý, ale protože téměř úplně absorbuje veškeré světlo dopadající na něj. Existuje něco jako úplně černé tělo. Idealizovaný předmět se nazývá absolutně černé těleso, které absorbuje veškeré záření na něj dopadající a nic neodráží. Samozřejmě, ve skutečnosti je to nedosažitelné a absolutně černá těla v přírodě neexistují. Ani předměty, které se nám zdají černé, ve skutečnosti nejsou úplně černé. Ale je možné udělat model téměř úplně černého těla. Model je kostka s dutou strukturou uvnitř, v krychli byl vytvořen malý otvor, kterým světelné paprsky pronikají do krychle. Design je poněkud podobný ptačí budce. Podívejte se na obrázek (1).
Obrázek 1). - Model s černým tělem.
Světlo vstupující skrz díru bude po více odrazech zcela absorbováno a díra bude zvenčí vypadat zcela černá. I když kostku namalujeme na černo, díra bude černější než černá kostka. Tato díra bude úplně černé tělo. V pravém slova smyslu není díra tělem, ale pouze vizuálně nám ukazuje absolutně černé tělo.
Všechny objekty mají tepelné záření (pokud je jejich teplota nad absolutní nulou, tj. -273,15 stupňů Celsia), ale žádný objekt není ideálním emitorem tepla. Některé objekty vyzařují teplo lépe, jiné hůře, a to vše v závislosti na různých podmínkách prostředí. Proto je použit model černého těla. Blackbody je ideální zdroj tepla. Můžeme dokonce vidět barvu černého tělesa, pokud jej zahřejeme, a barva, kterou vidíme, bude záviset na tom, na jakou teplotu zahříváme černé těleso. Přibližujeme se takovému konceptu, jakým je teplota barev.
Podívejte se na obrázek (2).
Obrázek (2). - Barva zcela černého tělesa v závislosti na teplotě ohřevu.
a) Existuje absolutně černé tělo, vůbec ho nevidíme. Teplota 0 Kelvinů (-273,15 stupňů Celsia) - absolutní nula, úplná absence jakéhokoli záření.
b) Zapneme „super mocný plamen“ a začneme zahřívat naše absolutně černé tělo. Teplota těla se zahříváním zvýšila na 273 K.
c) Uplynulo trochu více času a již vidíme slabou červenou záři absolutně černého těla. Teplota se zvýšila na 800 K (527 ° C).
d) Teplota stoupla na 1300 K (1027 ° C), tělo získalo jasně červenou barvu. Při zahřívání některých kovů můžete vidět stejnou barvu záře.
e) Tělo se zahřálo na 2 000 K (1727 ° C), což odpovídá oranžové záři. Žhavé uhlíky v ohni, některé kovy po zahřátí a plamen svíčky mají stejnou barvu.
f) Teplota je již 2500K (2227 ° C). Záře při této teplotě zežloutne. Je nesmírně nebezpečné dotýkat se takového těla rukama!
g) Bílá barva - 5500 K (5227 ° C), stejná barva záře Slunce v poledne.
h) Modrá barva záře - 9000 K (8727 ° C). Ve skutečnosti bude nemožné dosáhnout takové teploty zahříváním plamenem. Ale takový teplotní práh je docela dosažitelný v termonukleárních reaktorech, atomových explozích a teplota hvězd ve vesmíru může dosáhnout desítek a stovek tisíc Kelvinů. Stejný modrý odstín světla vidíme pouze například z LED světel, nebeských těles nebo jiných světelných zdrojů. Barva oblohy za jasného počasí je přibližně stejná. Abychom shrnuli všechny výše uvedené, můžete dát jasnou definici teploty barev. Teplota barev je teplota černého tělesa, při které vyzařuje záření ve stejném barevném tónu jako dotyčné záření. Jednoduše řečeno, teplota 5 000 K je barva, která se po zahřátí na 5 000 K stane absolutně černým tělesem. Teplota barvy oranžové je 2 000 K, což znamená, že absolutně černé těleso se musí zahřát na teplotu 2 000 K, aby získalo oranžovou záři.
Zářivá barva rozžhaveného těla ale ne vždy odpovídá jeho teplotě. Pokud plamen plynová kamna v kuchyni je modro-modrá, to neznamená, že teplota plamene přesahuje 9 000 K (8727 ° C). Roztavené železo v kapalném stavu má oranžově žlutý odstín barvy, který ve skutečnosti odpovídá jeho teplotě, která je asi 2 000 K (1727 ° C).
Učitel fyziky v Bakhchisarai
Gapeenko Nina Alexandrovna
Lekce 2.78 na toto téma „Rozptýlení světla“
Cílová: prozkoumejte koncepty: vlnová optika, spektrum, monochromatické světlo, disperze; vysvětlit barvy předmětů.
Metoda: vysvětlující-ilustrační, výzkum.
Během tříd:
Snímek 2-3.
Na diapozitorech vidíme projev zákonů odrazu a zákonů lomu v barvě. Může geometrická optika odpovědět na otázku: odkud pocházejí tyto nebo tyto barvy a co je barva?
Ne. K tomu je nutné studovat strukturu světelných vln. A tyto otázky jsou diskutovány v sekci „Vlnová optika“.
Snímek 4.
(„Vlnová optika“ a její hlavní otázky)
Snímek 5.
Dnes se v lekci podíváme na vlastnost „rozptyl“.
Zapište si téma lekce:
Vysvětlení nového materiálu:
Vraťme se k experimentálním datům. Zpátky v roce 1605. Anglický vědec Thomas Harriot, který studoval lom světla v kapalinách, zjistil, že index lomu stejné látky pro červené paprsky je jeden a pro zelené paprsky je jiný. To znamená, že rychlost světelných vln jiná barva v látce je jiná.
V současné době je to známo Barva viditelné okem je určováno frekvencí světelné vlny. Harriotův objev lze proto považovat za objev závislosti indexu lomu látky na frekvenci světla.
Sám Harriot o svém objevu mlčel a o svém výzkumu se dozvěděl mnohem později. V roce 1611. Podobný jev, jen ne v kapalinách, ale ve skle, objevil italský vědec Mark Antony Dominis. A přestože byly jeho výsledky publikovány, nebyly široce šířeny a samotný Dominis zemřel o 13 let později ve vězení inkvizice.
PROTI 1648 rozptyl světla znovu objevil český vědec J.M. Marci. Ani tentokrát tomu však nikdo nevěnoval pozornost.
A to pouze tehdy, když byly provedeny odpovídající experimenty Isaac Newton v roce 1666 , svět se konečně dozvěděl o novém jevu.
Na začátku roku 1666. Newton měl plné ruce práce s broušením nesférických optických skel a rozhodl se zažít slavný fenomén barev s trojúhelníkovým skleněným hranolem.
Snímek 6-8.
"Pohled na zářivé a živé barvy, které byly současně získány, mě nejprve příjemně bavil." - Newton později vzpomínal. „Ale po chvíli, když jsem se přinutil se na ně podívat blíže, mě překvapil jejich podlouhlý tvar ...“
Pozorovaný obrázek byl pojmenován prizmatický nebo disperzní spektrum.
Před Newtonem bylo bílé (sluneční) světlo považováno za jednoduché a různé barvy - jeho změny, které se objevují v důsledku interakce světla s „tmou“ nebo jakoukoli látkou. Newton, slovy svých současníků, vyjádřil „podivnou a neobvyklou“ hypotézu: „Musíme rozlišovat dva druhy barev: některé počáteční a jednoduché, zatímco jiné jsou z nich složeny“. Některé z jednoduchých paprsků podle Newtona „jsou schopné produkovat červenou a nic jiného, jiné - žluté a nic jiného atd.
Newton formuloval své konečné závěry ve formě několika vět. První z nich četl:
« TeorémJá . Paprsky, které se liší barvou, se také liší stupněm lomu. “
« TeorémII... Sluneční světlo se skládá z paprsků různého lomu “
Tak, Bílé světlo, podle Newtona, není jednoduché. Má složité složení a lze jej rozložit na spektrum pomocí skleněného hranolu.
Robert Hooke byl pověřen revizí Newtonovy práce. Poté, co Hooke několik hodin po sobě seděl nad recenzemi, předložil ve své recenzi tak silnou námitku proti Newtonově teorii, že Newtonovi trvalo šest měsíců, než o své odpovědi přemýšlel. (Podle Hookeho tvrzení, že bílé světlo obsahuje paprsky všech barev, se rovná tvrzení, že vzduch obsažený v měchech varhan obsahuje všechny zvukové tóny najednou. Jinými slovy, je to stejné jako tvrzení, že ten hluk je sbírka správných hudebních zvuků.)
Ve své reakci na Hookeovu recenzi se Newton vzdálil od uvažovaného problému a zaměřil se na slabiny Hookeovy vlastní teorie.
Po Hookových námitkách však následovala kritika ze strany Huygens. „Pokud by skutečnost, že paprsky světla v jejich původním stavu byly nějaké červené, některé modré a tak dále, byla pravdivá,“ napsal, „bylo by velmi obtížné na mechanických principech vysvětlit, v čem tento barevný rozdíl spočívá.“
Huygens se ukázal jako velmi perspektivní - vysvětlení tohoto záření se objevilo až v 19. století, kdy bylo zjištěno, že záření různých barev se liší frekvencí oscilací.
Snímek 9.
Skutečně, pokud s pomocí druhého hranolu, převráceného o 180 stupňů vzhledem k prvnímu, shromáždit všechny paprsky spektra , barva bude opět bílá.
Snímek 10-12
Nazývá se elektromagnetické záření jedné specifické a přísně konstantní frekvence jednobarevné.
(V praxi obsahuje úzkou část spektra)
- Uveďte definici pojmů „viditelné záření“, „spektrum“, „barva“, „rozptýlení“.
Barva- vlastnost těla způsobovat určitý zrakový vjem v souladu se spektrálním složením odraženého nebo emitovaného záření.
Spektrum- sada harmonických vibrací (nebo vln) generovaných jakýmkoli zdrojem.
Viditelné záření- elektromagnetické záření o vlnové délce 380 až 780 nm.
Rozptyl Je rozklad bílého světla na sedm barev.
Snímek 13.
Výstup:
Hranol nemění světlo, ale pouze jej rozkládá na jednotlivé součásti.
bílé světlo skládá se z barevných paprsků.
Fialové paprsky se lámou silněji než červené.
Proč?
Klasickou elektromagnetickou teorii disperze vytvořil na konci 19. století H.A. Lorentz. Podle elektromagnetické teorie je disperze světla výsledkem interakce světelné vlny s molekulami látky. Když světelná vlna pronikne do látky, pod působením elektrického pole této vlny začnou elektrony molekul provádět nucené kmity. Frekvence těchto vibrací se shoduje s frekvencí vlny a amplituda závisí na poměru mezi touto frekvencí a vlastní frekvencí vibrací elektronů. Při různých frekvencích světla je odlišná také amplituda vynucených oscilací elektronů a také stupeň polarizace látky. V tomto případě se také liší dielektrická konstanta látky 
... Ale rychlost světla 
a index lomu
Takže když závisí na frekvenci světla, pak závislost na frekvenci bude mít a 
s 
.
Rychlost světla ve vakuu se rovná c = 3,10 8 m / s. Ale světlo je jiné: žluté, červené, zelené atd. Ve vakuu paprsky všech barev cestují stejnou rychlostí. Dokažme závěr, že paprsky různých barev se v hmotě šíří různými rychlostmi v praxi.
Věnujme pozornost vzorci:
.
Proto, 
(pro stanovení indexu lomu skla se spoléháme na vzorec z laboratorní práce).
Snímek 14.
Výstup :
Červené světlo, které je méně lomené, má nejvyšší rychlost a fialové světlo má nejnižší, takže hranol světlo šíří.
Proč?
Na tabuli je uvedeno zdůvodnění:
To znamená, že index lomu závisí na vlnové délce (od frekvence).
Snímek 15.
Výstup: Index lomu závisí na vlnové délce elektromagnetická radiace. → Závislost indexu lomu světla na jeho vlnové délce se nazývá disperze.
Definice: Závislost rychlosti světla v hmotě (nebo indexu lomu) na frekvenci vlny (nebo barvy) se nazývá rozptyl světla.
Snímek 16
Počáteční kontrola porozumění:
Co je to světelná disperze?
Jakému druhu světla se říká monochromatické?
Jaký druh světla se bude šířit v materiálu hranolu (skla) vyšší rychlostí?
Co se stane, když jsou propojeny světelné paprsky spektra?
Jak můžete vysvětlit bílou barvu sněhu, černou barvu sazí, zelenou barvu listů, červenou barvu vlajky?
Co určuje barvu světelných vln? Z frekvence (pouze frekvence se při přechodu z jednoho průhledného média na jiné nemění a barva se také nemění)
Vysvětlení chromatičnosti:
Zvláště významná je amplituda oscilací elektronů.rons ve hmotě naproti≈ proti 0 ... V tomto případě rezonančníabsorpce energie a záření odpovídajících frekvencí z incidentusvětlo „vypadnout“ (absorbováno).
V molekulách bezbarvé průhledné látky, jako je sklo, leží nejvýznamnější rezonanční frekvence v ultrafialové oblasti. Proto obyčejné sklo dobře propouští viditelné světlo a pohlcuje ultrafialové světlo.
Barevné brýle mají také rezonance ve viditelném frekvenčním rozsahu. Z tohoto důvodu je část procházejícího světla absorbována a zbývá pouze ten, který dává sklu barvu. Například při pohledu na žárovku přes filtr modrého světla ji uvidíme modrou, protože filtr modrého světla celé sady záření z lampy propouští pouze modré, fialové a modré paprsky a zbytek pohlcuje.
Barva neprůhledných předmětů je dána světlem, které odráží difuzně (difuzně). Například předmět, který absorbuje všechny paprsky kromě zelené, odrážející ty druhé, zezelená. Pokud povrch předmětu odráží stejně dobře paprsky všech barev spektra, pak bude vypadat bílý. Bílé povrchy jsou vysoce reflexní. Navíc čím vyšší je koeficient odrazu na bílém povrchu, tím je jasnější. Bílý prášek oxidu hořečnatého proto vypadá velmi lehce (odrazivost 96%). Čerstvě napadaný sníh odráží 85% dopadajícího světelného toku, bílý papír - 75%.
„Černé paprsky“ v přírodě neexistují. Předmět se nám zdá černý v případě, že absorbuje téměř veškeré světlo, které na něj dopadá, a stejně špatně odráží paprsky všech barev. Například odrazivost černého sametu je pouze 0,3%.
Obecně jsou všechny barvy nalezené v přírodě rozděleny na achromatic a chromatický. Mezi achromatické barvy patří bílá, černá a šedá.
Chromatické barvy zahrnují spektrální barvy (od červené po fialovou), fialové (karmínové, třešňové a šeříkové) a všechny ostatní (hnědé, salátové atd.), Které jsou výsledkem vzájemného míchání různých barev. Purpurové barvy se vyskytují, když jsou červené a fialové nebo modré barvy smíchány v různých poměrech.
Červená, zelená a modré barvy jsou vzájemně nezávislímy jsme. To znamená, že každý z nich nelze získat smícháním dalších dvou. Nasměrováním tří paprsků světla na bílou obrazovku, přenášených přes filtry červeného, zeleného a modrého světla v místě jejich průsečíku, můžete získat bílou barvu. Je pravda, že to dopadne pouze s jedním zcela určitým poměrem jasu skládacích světelných paprsků. Změnou tohoto poměru v důsledku míchání červené, zelené a modré květy lze získat téměř jakoukoli jinou chromatickou barvu.
Snímek 17
Vysvětlení na základě disperzní vlastnosti světla přírodního jevu "Duha"
Kotvení:
Snímek 18
Upevnění znalostí získaných v lekci:
Test disperze světla
Možnost 1
Porovnejte rychlost šíření červeného a fialového záření ve vakuu.
A. υ к ›υ f
B. υ к = υ f
B. υ к ‹υ f
Jak se změní frekvence zeleného záření, když světlo přechází ze vzduchu do vody?
A. Snižuje se
B. Nemění se
B. Zvyšuje
Index lomu vody při teplotě 20 0 С pro různé monochromatické paprsky viditelného záření je v rozmezí od n 1 = 1,3308 do n 2 = 1,3428. Který z nich je index lomu fialových paprsků?
A. n 2
B. n 1
PROTI. n 1 a n 2
Proč je červené světlo pro přepravu výstražným světelným signálem?
A. Souvisí s barvou krve
B. Stávkující
B. Má nejnižší index lomu
D. Nejméně se rozptyluje ve vzduchu a mlze.
Text je napsán na bílém papíře červenými písmeny. Jakou barvu budou mít písmena černá přes sklo?
A. Bely
B. červená
V. Zelený
Možnost 2
Porovnejte rychlost šíření červeného a fialového záření ve skle.
A. υ к ›υ f
B. υ к = υ f
B. υ к ‹υ f
Jak se změní vlnová délka červeného záření, když světlo přechází ze vzduchu do vody?
A. Snižuje se
B. Nemění se
B. Zvyšuje
Co určuje barvu světelných vln?
A. Z jejich frekvence
B. Z rychlosti jejich šíření
B. Z vlnové délky
Proč nosí stavební dělníci oranžové přilby?
A. oranžová barva dobře viditelné z dálky
B. Malé změny za špatného počasí
B. Nejméně rozptýlené vzduchem a mlhou.
D. Podle požadavků na bezpečnost práce.
Červený inkoust se nalije do zelené skleněné lahve. Jakou barvu má inkoust?
A. Cherny
B. červená
V. Zelený
Snímek 19
Vlastní test
Vlastní analýza (reflexe)
Snímek 20.
Domácí práce:
Odstavec 53 (učebnice upravila Prof. N.A. Parfentieva)
Rymkevich # 1081,1083,1084
Kreativní aktivita: „Použití světelné disperze“.
Bibliografie:
Rymkevich A.P., „Řešení problémů“ pro 10 - 11 ročníků, Moskva, nakladatelství „Drofa“, 2006
Gromov S.V., „Fyzika - 11“, Moskva, nakladatelství „Vzdělávání“, 2009
Myakishev G.Ya., „Fyzika - 11“, Moskva, nakladatelství „Vzdělávání“, 2014
Pinsky A.A., „Fyzika - 11“, Moskva, nakladatelství „Prosveshchenie“, 2009
Zpět dopředu
Pozornost! Náhledy snímků slouží pouze pro informační účely a nemusí představovat všechny možnosti prezentace. Pokud vás tato práce zaujala, stáhněte si prosím plnou verzi.
Cílová: upevnit znalosti studentů na téma: „Vlnové vlastnosti světla“, rozvíjet kognitivní zájem o předmět, ukázat využití vlnových vlastností světla v praxi, upevnit dovednosti práce s laboratorním vybavením L-micro, využívat informační technologie, virtuální laboratorní práce.
Zařízení: počítač, interaktivní tabule SMART, multimediální zařízení, disk „Sjednocená státní zkouška z fyziky, 100 bodů“, „Živá fyzika“, L-mikro zařízení pro laboratorní práce.
I. Organizace třídy. Rozdělte třídu do 4 skupin a pojmenujte je:
- "Rušení",
- "Difrakce",
- "Polarizace",
- „Disperze“.
II. Slovo učitele. Od pradávna na naší planetě
O světle bylo vyprávěno mnoho legend
Pak toho bylo hodně, co bylo mimo jeho kontrolu,
Světlo však všechny lákalo na krásnou záhadu.
Zde je první otázka:
Co je světlo?
1 skupina.
Mnoho vědců hledalo odpověď
Udělali mnoho objevů ...
Podívejme se, co nám odhalili?
Za prvé, světlo je vlna,
Říká se tomu elektromagnetický.
Nic nepřekoná rychlost světla
Tři sta tisíc kilometrů za sekundu spěchá.
Skupina 2
Světlo je proměnlivé a není vůbec jednoduché,
Koneckonců má dualitu vlastností:
Vlastnosti částic jsou samozřejmě nádherné,
Ale vlastnosti vlny mu také podléhají.
Podívejme se na jeho postavu, my hlouběji
A tady je mnoho vlastností, které jsou pro nás tak nezbytné!
Disperze, lom, difrakce
Umožňují nám porozumět mnoha jevům,
Abyste hodně porozuměli a odpověděli přesně,
Proč dospělí i děti potřebují světlo!
Skupina 3
Pojďme se na to podívat skutečné příklady:
Je proto list papíru bílý?
Odpověď je velmi jednoduchá, jednodušší už být nemůže:
Prostě papír odráží všechno světlo.
A podívejte se na černou - opak,
V létě se v něm nedá chodit.
A znovu otázka: proč se to děje?
Prostě černá všechno pohltí.
4 skupina
Svět je tak krásný, planeta je krásná
A tady to nebylo bez pomoci světla.
Koneckonců, duha, listy, stromy, květiny,
Vše, co vidíme v krásných barvách
Všechno, co je krásné pro oko, je
Všechno toto světlo se nám otevírá!
Newton, Huygens a světlo. Zrození optiky v 17. století.
Byl to I. Newton, který s velkou vynalézavostí a trpělivostí provedl stovky experimentů, z nichž každý musel odpovědět na konkrétní otázky:
- barva je charakteristická pro stupeň lomu;
- bílá barva - existuje směs vícebarevných paprsků;
- při oddělování bílé se úhel lomu zvětší z červené na fialovou;
- objeví se bílá znovu, když jsou všechny barvy smíchány?
Svou hypotézu testoval dvěma způsoby:
- kombinací dvou hranolů umístěných v řadě s otočením o 180 ° míchal druhý hranol barvy stanovené prvním;
- známý Newtonův disk, s jehož rychlým otáčením se objevuje iluze bílé.
(Možnost sítnice po určitou dobu ukládat obrázky, přibližně 0,1 s.)
Ale nejpozoruhodnější ukázkou jevů vlnové optiky byly Newtonovy prsteny. Huygens je pozoroval již dříve, ale byl to Newton, kdo jako první vysvětlil tento jev, ačkoli se přiklonil k korpuskulárnímu modelu světla. Navrhl, aby paprsky světla periodicky předpokládaly dva stavy: „průchodný stav“ a „reflexní stav“.
Dnes si povíme o vlnových vlastnostech světla.
"Rušení"
Věříme, že právě interference je nejpřesvědčivějším důkazem vlnových vlastností světla.
Zážitek: rozsvítíme jednu žárovku, pak druhou - rozsvítila se, ale nevidíme obraz rušení. A teď to zkusme udělat jako T. Jung. Podle jeho zkušeností je vlnová fronta rozdělena dvěma
blízko umístěný zdroj. Na obrazovce je interferenční obrazec. Rovněž určil vlnovou délku pro fialovou část spektra - 0,42 mikronů, pro červené spektrum - 0,7 mikronu. Rušení bylo doprovázeno spektrálním rozkladem na monochromatické složky. Obraz rušení však nelze získat, pokud zdroje nejsou koherentní. Koherentní jsou dvě světelné vlny stejné frekvence, pro které je fázový rozdíl nulový. Zkušenosti ukazují, že právě když se přidají koherentní vlny, vzniká interferenční obrazec maxim a minim osvětlení.
Experimenty na počítači.
Interference je široce používána:
- Michelsonův interferometr je zařízení, které slouží k přesnému měření. S pomocí tohoto zařízení v roce 1881 se A. Michelson a E. Morley pokusili určit, zda existuje rozdíl v hodnotě rychlosti světla během jeho šíření po směru orbitálního pohybu Země a napříč.
- osvícení optiky. Světlo procházející čočkami fotoaparátů, dalekohledů se odráží od přední a zadní plochy. Při odrazu se ztratí 8–10% světelné energie, a pokud se čočka skládá z několika čoček, ztratí se až 50% energie. Aby se tomu zabránilo, je na povrch čočky chemicky nanesen tenký film, jehož tloušťka a index lomu jsou zvoleny tak, aby se v odraženém světle objevilo interferenční minimum.
Interferenční metody našly široké uplatnění v řadě dalších oborů vědy a techniky. Pomocí interferometru lze zkoumat kvalitu povrchového broušení, lze měřit koeficienty roztažnosti pevných látek, malou změnu velikosti feromagnetů v magnetickém poli a feroelektrika v elektrickém poli, stejně jako lze měřit indexy lomu látek , malé koncentrace nečistot v plynech a kapalinách.
V astronomii interferenční metody umožňují odhadnout úhlový průměr hvězd.
"Difrakce"
To, že světlo překračuje okraje překážek, je lidem známo již velmi dlouho. První vědecký popis tohoto jevu patří F. Grimaldi, který popsal nejen rozostření stínu z předmětu, ale také barevný pruh v oblasti rozostření. Tento jev nejprve nazval difrakcí. Difrakce světla je obalení neprůhledných předmětů světlem a v důsledku toho pronikání světla do oblasti geometrického stínu. H. Huygens byl první, kdo se pokusil tento jev vysvětlit předložením principu konstrukce front vln za tímto účelem. Musíme ale vzdát hold jinému vědci, O. Fresnelovi, který pro vývoj vlnové teorie světla udělal mnoho. V roce 1818 představil soutěžní práce s názvem „Poznámka k teorii difrakce“, ve kterém dokázal, že difrakční obrazec vysvětluje pouze vlnová teorie světla.
Použití difrakce světla z jedné štěrbiny pro praktické účely je velmi obtížné a nepohodlné kvůli špatné viditelnosti difrakčního obrazce. Difrakční mřížka je spektrální zařízení sloužící k rozkladu světla na spektrum a měření vlnové délky. Dodávají se z kovu a skla. Na tyto mřížky je aplikováno velké množství paralelních tahů: 2000 zdvihů na milimetr povrchu. Hlavní charakteristikou mřížky je mřížková konstanta d = a + b, d sin F= m j(m = 0,1,2 ....), kde úhly F splňují podmínku, jsou pozorována hlavní maxima difrakčního obrazce. Mezi různými praktickými aplikacemi vlnových vlastností světla v posledních desetiletích patří k těm zajímavějším holografie. Podstatou holografie je fixace kompletní informace o předmětu a informace nejen o amplitudě světelné vlny, ale také o její fázi. V roce 1960, s příchodem laserů, se začala častěji používat holografická metoda. Myšlenky a principy holografie formuloval D. Gabor v roce 1948. Existují hologramy: optické, volumetrické, akustické. Holografické záznamy umožňují zaznamenávat vibrace a deformace vyskytující se v různých jednotkách a částech provozních strojů, jakož i kvantitativní studie proudění vzduchu ve větrných tunelech.
"Polarizace"
Elastické vlny jsou podélné a příčné. V podélných vlnách dochází k vibracím částic ve směru šíření vln a příčné vlny - kolmé na tento směr. Světlo, ve kterém světelný vektor kmitá náhodně současně ve všech směrech kolmých na paprsek, se nazývá přirozené nebo nepolarizované. Typickými příklady takového světla je sluneční záření, žárovky, zářivky. A světlo, ve kterém je směr oscilace světelného vektoru striktně fixní, se nazývá lineárně polarizované nebo rovinně polarizované. Polarizací světla se rozumí oddělení světelných vibrací od přirozeného světla s určitým směrem elektrického vektoru. Závislost absorpčního indexu látky na směru vibrací světelného vektoru se nazývá dichroismus. V praktickém použití není turmalín příliš pohodlný: je drahý a velké talíře z něj nelze vystřihnout. Jako polaroidy jsou proto běžnější speciální dichroické filmy umístěné mezi skleněné desky, například filmy z krystalů herapatitu.
Svět dlouhodobě diskutuje o problému instalace polaroidů na světlomety a čelní skla automobilů při odstraňování oslnění světlometů protijedoucích aut. K tomu musí polaroid na světlometech a čelním skle vibrovat pod úhlem 45 ° k horizontu. Poté bude směr světelných vibrací protijedoucího auta kolmý na rovinu, ve které polaroid vibracím prochází a světlomety zhasnou. Polarizované světlo automobilu po odrazu od silnice projde čelním sklem. Nastavení polaroidů má smysl. Pokud jimi vybavíte všechna auta.
"Rozptyl"
Rozklad bílého světla na spektrum pomocí skleněného hranolu poprvé získal I. Newton. Bílé světlo se rozkládá na spektrum, ale monochromatické barvy (červená, modrá, fialová) se dále nerozkládají na spektrální složky.
Jako zastánce korpuskulární teorie světla I. Newton vysvětlil tuto skutečnost takto: nachový skládá se z malých částic, červených - z masivnějších. Studium jevů interference a difrakce světla ukázalo, že barva je spojena s vlnovou délkou, a tedy i s její frekvencí. Tuto vlastnost vln lze pozorovat v přírodě.
V ruských kronikách se duze říkalo rájový oblouk. Ve starověkém Řecku byla duha zosobněna bohyní Iris, spojovala nebe a zemi, byla prostředníkem mezi lidmi a bohy. Duha je „vyrobena“ kapkami vody: na obloze kapky deště, na zemi, cákance vodního paprsku vodopádu, fontány. Právě v kapce vody dochází k optickým jevům, kvůli kterým vzniká duha. Lom na rozhraní vzduch - voda podle zákona „poměr sinusového úhlu dopadu k sinusovému úhlu lomu se rovná relativnímu indexu lomu“; odraz světla na rozhraní vzduch - voda podle zákona „úhel odrazu se rovná úhlu dopadu paprsku“. Disperze světla je rozklad světla na spektrum. Podmínky pro vzhled duhy: přítomnost kapiček vody o průměru 0,08 - 0,2 mm; zvláštní poloha pozorovatele - zády ke slunci, mimo dešťovou zónu s výškou slunce nad horizontem ne více než 42? Horní část duhy je vždy červená, spodní část je fialová. Krásný přírodní úkaz nenechá nikoho lhostejným.
Otázka: Je pravda, že existují bílé duhy?
Ano, říká se jim mlha. Objevují se, když jsou osvětleny slunečními paprsky slabé mlhy, sestávající z kapiček o poloměru 0,025 mm nebo menším. I pouliční lampa může vytvořit bílou duhu viditelnou na tmavém pozadí noční oblohy.
Duha a svatozář mají stejnou fyzickou povahu. Halo pochází ze starověkého řeckého slova „chalos“ - kulatá platforma. Mohou vypadat velmi rozmanitě - světelné prstence kolem Slunce nebo Měsíce, kříže, pilíře, falešné hvězdy. Svatozář je pozorována, pokud svítidlo prosvítá tenkými oblaky cirrostratus. Tato oblaka jsou složena z ledových krystalů ve formě pravidelného šestihranného hranolu. svatozáře jsou bílé a mají barevné odstíny a vysvětlují se tím, že záře vzniká v důsledku lomu světla v krystalech a odrazu od jejich tváří. Na obloze je často vidět několik svatozářů. Například: 18. června 1794 bylo v Petrohradě pozorováno velmi složité svatozář: na obloze bylo současně 12 kruhů a oblouků, 9 z nich bylo barevných. Říká se tomu - fenomén Petrohradu.
Otázka: Zajímavé, ale na jiných planetách může být takový jev?
Vědci zaznamenali svatozář na jiných planetách sluneční soustavy - v atmosféře Venuše, stejně jako v atmosféře Io, měsíce Jupitera.
Mirage - Francouzského původu a má dva významy: odraz a klamný jev. Přeludy jsou jevy, jejichž popis je v celkem běžný beletrie... Zde je úryvek z francouzské pohádky „Princezna Dangobert“:
„Námořníci vylezli na dvory a kapitán vzal dalekohled a uviděl hrad viset na zlatých řetězech mezi nebem a zemí.“ Hádejte, o jakém jevu mluvíme?
Fata morgána je obraz objektu skutečně existujícího na Zemi, často zvětšeného a značně zkresleného. Jsou nahoře, dole a složené.
Nižší (lakustrinové) vznikají na silně zahřátém povrchu. Pozorují se v pouštích a dusných stepích. Vzduch v blízkosti země je velmi horký a jeho index lomu je nižší než u chladnějšího vzduchu ležícího výše. Odraz v této vrstvě je podobný odrazu ve vodě. Horní nastat naopak na silně ochlazeném povrchu, například nad studenou vodou. Jsou pozorovány v severních zeměpisných šířkách. V tomto případě je index lomu vzduchu na vodní hladině vyšší a klesá s výškou. Komplex přeludy se nazývají fata - morgana, vyskytují se současně, to znamená, když existují podmínky pro horní i dolní přelud. Složité přeludy vypadají jako strašidelné paláce, hrady, louky a zahrady a celý obraz rychle zmizí.
Otázka: Je legenda o „létajícím Holanďanovi“ také přeludem?
Ano, je to rozhodně vynikající přelud.
Západ slunce.
Zakřivení dráhy světelných paprsků v atmosféře vysvětluje nejen fatamorgánu, ale také překvapivě krásný optický úkaz - západ slunce. Opravdu, jeden západ slunce není vůbec jako druhý. Vždy však zapadající slunce zčervená.
Modrá obloha je způsobena molekulárním rozptylem světla kolísáním hustoty. Faktor rozptylu je nepřímo úměrný vlnové délce ke čtvrtému výkonu. V důsledku toho jsou modrofialové paprsky rozptýleny 16krát více než červené. Proto modrá barva denní oblohy. Když je slunce nízko, cesta paprsků atmosférou je mnohem delší než ve dne, kdy je slunce vysoko. Vzhledem k tomu, že modré paprsky jsou silněji rozptýleny atmosférou, je zřejmé, že ze slunce se do oka dostávají hlavně oranžové a červenožluté paprsky. Proto se slunce při západu a východu slunce jeví oranžově červené.
Otázka: Proti slunci je vidět jiskřivá cesta. Jak vzniká? Proč je trať vždy zaměřena na pozorovatele?
Odpověď: Cesta se objevuje na povrchu vody v důsledku odrazu světla od malých vln, které jsou orientovány v různých směrech. Odražené paprsky proto padají do oka a každý pozorovatel vidí svou vlastní cestu.
Dík. Máme opakované a zobecněné znalosti
Elektromagnetické spektrum představuje rozsah všech frekvencí nebo vlnových délek elektromagnetického záření, od velmi nízkoenergetických frekvencí, jako jsou rádiové vlny, až po velmi vysoké frekvence, jako jsou paprsky gama. Světlo je část elektromagnetického záření, které je viditelné lidským okem a nazývá se viditelné světlo.
Sluneční paprsky jsou mnohem širší viditelné spektrum světlo a jsou popsány jako celé spektrum, včetně rozsahu vlnových délek potřebných pro podporu života na Zemi a: infračervené, viditelné a ultrafialové (UV).
Lidské oko reaguje pouze na viditelné světlo, které leží mezi infračerveným a ultrafialovým zářením na malých vlnových délkách. Vlnová délka viditelné světlo je pouze 400 až 700 Nm (nanometr miliardtina metru).
Viditelné spektrum světla obsahuje sedm barevných pásů, když se sluneční paprsky lámou hranolem: červená, oranžová, žlutá, zelená, azurová, modrá a fialová.
První člověk, který zjistil, že se bílá skládá z barev duhy, byl Isaac Newton, který v roce 1666 poslal paprsek slunečního světla přes úzkou štěrbinu a poté hranolem na zeď - přijímal vše viditelné barvy.
Aplikace viditelného světla
V průběhu let osvětlovací průmysl rychle vyvinul elektrické a umělé zdroje, které napodobují vlastnosti slunečního záření.
V šedesátých letech minulého století vědci vytvořili termín „osvětlení plného spektra“, aby popsali zdroje vyzařující zdání plného přirozeného světla, které zahrnovalo ultrafialové a viditelné spektrum nezbytné pro zdraví lidí, zvířat a rostlin.
Znamená to umělé osvětlení domácnosti nebo kanceláře denní světlo v kontinuální distribuci spektrálního výkonu, který představuje výkon zdroje v závislosti na vlnové délce s jednotnou úrovní zářivé energie asociované s halogenovými žárovkami.
Viditelné světlo je součástí elektromagnetického záření (EM), jako jsou rádiové vlny, infračervené záření, ultrafialové záření, rentgenové záření a mikrovlny. Obecně je viditelné světlo definováno jako vizuálně detekovatelné pro většinu lidských očí.
EM záření přenáší vlny nebo částice o různých velikostech vln a frekvencích. Tak široký rozsah vlnových délek se nazývá elektromagnetické spektrum.Spektrum je typicky rozděleno do sedmi pásem v pořadí klesající vlnové délky a rostoucí energie a frekvence. Obecný termín představuje rádiové vlny, mikrovlny, infračervené (IR), viditelné světlo, ultrafialové (UV), rentgenové a gama záření.
Vlnová délka viditelného světla je v rozsahu elektromagnetického spektra mezi infračerveným (IR) a ultrafialovým (UV).
Má frekvenci 4 × 1014 až 8 × 1014 cyklů za sekundu nebo hertz (Hz) a délky oscilací od 740 nanometrů (nm) nebo 7,4 × 10-5 cm do 380 nm nebo 3,8 × 10 - 5 cm.Co je barva
Snad nejdůležitější vlastností viditelného světla je vysvětlení, co je to barva... Barva je neodmyslitelnou vlastností a artefaktem lidského oka. Kupodivu, ale objekty „nemají“ barvu - existuje pouze v hlavě pozorovatele. Naše oči obsahují specializované buňky, které tvoří sítnici, která funguje jako přijímače naladěné na vlnové délky v tomto úzkém pásmu frekvencí.
Záření ve spodní části viditelného spektra, které má dlouhou vlnovou délku (asi 740 nm), je vnímáno jako červené, uprostřed jako zelené a na horním konci spektra s vlnovou délkou asi 380 nm, je považován za modrý. Všechny ostatní barvy, které vnímáme, jsou směsí těchto barev.
Například, žlutá obsahuje červenou a zelenou; azurová je směsí zelené a modré, purpurová je směsí červené a modré... Bílá obsahuje všechny barvy dohromady. Černá je úplná absence viditelného záření.
Barva a teplota
Vyzařování energie je vnímáno jako změna barvy. Například plamen hořáku se změní z načervenalého na modrý a lze jej upravit tak, aby hořel žhavěji. Tento proces přeměny tepelné energie na energii viditelnou se nazývá žhavení.
Žárovka uvolňuje část své tepelné energie ve formě fotonů. Přibližně při 800 stupních Celsia energie emitovaná objektem dosáhne infračerveného záření. Jak teplota stoupá, energie se přenáší do viditelného spektra a objekt vypadá červeně. Jak se předmět zahřívá, barva se změní na „bílé teplo“ a nakonec se změní na modrou.
Viditelné záření v astronomii
Viditelné světlo horkých předmětů, jako jsou hvězdy, lze použít k odhadu jejich teploty.
Například povrchová teplota Slunce je přibližně 5800 0 Kelvinů nebo 5527 0 Celsia.
Vyzařovaná energie má špičkovou vlnovou délku asi 550 nm, kterou vnímáme jako viditelně bílou (nebo slabě nažloutlou).
Pokud by teplota povrchu Slunce byla chladnější, asi 3 000 0 C, vypadalo by to jako načervenalé barvy, jako hvězda Betelgeuse. Kdyby bylo tepleji, kolem 12 000 C, vypadalo by to modře, jako hvězda Rigela.
Betelgeuse hvězda
Hvězdný Rigel
Astronomové mohou také určit, jaké objekty jsou vyrobeny z čeho, protože každý prvek absorbuje světlo o specifických vlnových délkách nazývaných absorpční spektra. Astronomové, kteří znají absorpční spektra prvků, mohou pomocí spektroskopů určit chemické složení hvězd, oblaků plynu a prachu a dalších vzdálených objektů.
Světlo a barva. Vlnová povaha barvy
Díky světlu a vidění vidíme veškerou rozmanitost okolního světa. Světlo je vydáváno různými žhavícími tělesy - sluncem, vláknem elektrické lampy, žhavým kovem, plyny, plamenem petrolejové lampy, ohněm atd., Kterým se říká primární zdroje světla. Významný vliv má složení světla osvětlujícího různé předměty člověk viditelný barvu těchto položek.
Pod vlivem světelných vln s vibracemi různých frekvencí člověk zažívá různé světelné a barevné vjemy. Světlo se šíří ve vlnách určité délky. Vlnová délka je vzdálenost, na kterou se oscilace šíří v jedné periodě, tj. v čase potřebném pro jednu úplnou oscilaci. Vlnová délka světla je označena řeckým písmenem X a měří se v mikrometrech (μm).
Viditelné spektrum, tj. rozsah vlnových délek vnímaných člověkem je omezen přibližně na 396 - 760 mikronů. Někteří vědci se domnívají, že lidské oko je schopné vnímat světelné paprsky v rozmezí 302 - 950 mikronů, ale citlivost oka na extrémně viditelné paprsky je stokrát menší než na světelné paprsky s vlnovou délkou 396 - 760 mikronů.
Přímé světlo primárních zdrojů (Slunce atd.) Dopadá na okolní předměty a předměty, zatímco neprůhledné předměty část paprsků absorbují a část odrážejí. Barva neprůhledného předmětu je dána světlem, které se od něj odráží. U průhledných předmětů nebo s mezerami nebo mikropóry ve své struktuře (například tkáň) se část paprsků odráží, část je absorbována a část je přenášena. V důsledku toho se všechny objekty a objekty samy stávají zdrojem odraženého světla a jsou poměrně významné, jako je Měsíc, Země, nebeská tělesa atd.
Přímé světlo určuje charakteristickou barvu hlavního osvětlení předmětů a předmětů, jejich nejvíce osvětlených míst, oslnění. Odražené světlo - sekundární zdroj světla, určuje za prvé celkovou barvu stínů a středních tónů. Světlo odražené od předmětu zase dopadá na sousední objekty, což způsobuje reflexy.
Barva - tato vlastnost těles způsobovat určitý zrakový vjem v souladu se spektrálním složením a intenzitou odraženého nebo emitovaného nebo viditelného záření.
Barvy zahrnuté ve slunečním spektru a odpovídajících vlnových délkách světla jsou následující (v mmq):
Fialová 400 - 430 Modrá 430 - 470
Modrá 470 - 500 Zelená 500 - 535
Žlutá 535 - 595 Oranžová 595 - 620
Červená 620 - 700
Lidské oko vnímá zářivou energii jako viditelnou barvu s vlnovou délkou 400 - 760 nanometrů.
Jednotkou pro měření vlnové délky optické oblasti spektra záření je nanometr (nm); 1 nm = 1 x 10-3 mikronů (mikron) = 1 x 10-6 mm (milimetry).
Barevné spektrum
Newton nejprve formuloval představu o složitém složení bílého slunečního světla. Pokud do dráhy slunečního paprsku vložíte trojúhelníkový skleněný hranol, pak místo paprsku bílého světla barevný pruh různých barev volala spektrum .
Obrázek 3 - Oddělení paprsku bílého světla na barvy spektra
Obrázek 4 - Lom světelného paprsku hranolem
Barvy ve spektru jsou uspořádány v určitém pořadí: červená, oranžová, žlutá, zelená, azurová, modrá, fialová. Každá barva postupně, bez ostrých hranic, přes množství mezilehlých barev přechází do jiné barvy. Stejné čisté, zářivé, spektrální barvy lze vidět v duze. Barvy duhy jsou spektrem, které pozorujeme v přírodních podmínkách (lom a odraz slunečního světla v dešťových kapkách rozptýlených ve vzduchu).
Obrázek 5 - Uspořádání barev v duze
První pokus o zavedení viditelných barev do systému provedl Isaac Newton. Newtonův barevný systém - barevné kolečko složené ze sedmi sektorů: červené, oranžové, žluté, zelené, azurové, modré a fialové. Toto je uspořádání barev - KOZHZGSF - snadno zapamatovatelné frází - KAŽDÝ LOVEC PŘEJE VĚDĚT, KDE FASAN SEDÍ.
Nazývají se barvy, které se liší v různých barvách (červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, modrá, fialová) chromatický.
Ve spektru nejsou žádné bílé, šedé nebo černé barvy. Tyto barvy, které ve spektru chybí, lze rozlišit pouze podle jejich světlosti. Nazývá se skupina bílé, šedé a černé barvy achromatický(bezbarvý).
Pokud se navzájem spojí dvě extrémní barvy spektra - červená a fialová, dopadne to nová mezilehlá barva –nachový. Přidáním purpurové do spektrální barvy můžete spektrum uzavřít do prstence - barevného kruhu, to znamená uspořádat všechny spektrální a purpurové barvy kolem kruhu.
V důsledku toho máme osm barev, které jsou v praxi považovány za nejdůležitější: jsou to žlutá, oranžová, červená, purpurová, fialová, modrá, azurová a zelená. Barevná kola se mohou lišit počtem barev, které obsahují, například: osm, dvanáct, šestnáct,
Obrázek 6 - Barevné kolečko (8 barev)
dvacet čtyři atd. (naše oko je schopno rozlišit více než 150 odstínů barev). Pořadí barev v jakémkoli barevném kole, jako ve spektru, však zůstává stejné se stejnou posloupností barev jako ve spektru.
Chromatické barvy se od sebe liší třemi způsoby: odstínem, sytostí a světlostí.