
- •Введение
- •Раздел I. Природа света и система световых величин
- •§ 1. Эволюция теорий природы световых излучений
- •§ 2. Лучистая энергия и спектральный состав оптических излучений
- •2.1. Современная модель природы света
- •2.2. Лучистая энергия и лучистый поток.
- •2.3. Спектральный состав оптических излучений.
- •2.4. Ультрафиолетовое излучение.
- •2.5. Видимое излучение.
- •2.6. Инфракрасное излучение.
- •2.7.Виды спектров
- •§ 3. Система световых величин
- •3.1. Относительная спектральная чувствительность глаза.
- •3.2. Световой поток
- •3.3.Сила света
- •3.4. Освещенность
- •3.5. Яркость
- •3.6. Дополнительные световые величины
- •Освечиваемость (о) пропорциональна произведению силы света I на время вспышки t и имеет размерность кд×с:
- •§ 4. Функциональные особенности зрительной системы
- •1.4.1. Строение глаза.
- •4.2. Световая и спектральная чувствительность глаза.
- •4.3. Адаптация.
- •4.4. Инерционность зрения и восприятие мельканий.
- •4.5. Острота зрения.
- •4.6. Восприятие яркости.
2.5. Видимое излучение.
Практически все представители животного мира обладают способностью что-то «видеть». Человеческий глаз реагирует только на крошечную часть диапазона электромагнитных излучений. Именно эта область и называется видимой. Принято, что для человеческого глаза диапазон видимых длин волн занимает промежуток от 380 до 780 нм. Однако не для всех животных и насекомых эта область является видимой. Например, пчёлы могут видеть в ближней ультрафиолетовой области. Это даёт им возможность ощутить различия в цветах, недоступных человеческому зрению. Реакция человеческого глаза и мозга на разные длины волн и интенсивность света различается в диапазоне 380 – 780 нм и это дает ощущения, которые называются цветом, текстурой, прозрачностью и т. д. Белый свет можно создать смесью всей последовательности монохроматических излучений видимой части спектра, т.е. смесью отдельных цветов (Рис. 1.2.5). Что касается человеческого глаза, то возможна такая комбинация отдельных монохроматических излучений, когда только создаётся впечатление белого света, хотя он может и не быть таким по спектральному составу.
Рис. 1.2.5 – Разложение «белого» видимого света на спектральные составляющие с различными длинами волн от красного (К) до фиолетового (Ф).
Цвет и его происхождение занимали воображение многих великих естествоиспытателей. Однако лишь И.Ньютону удалось разработать основы теории цвета. В 1672 г. Ньютон экспериментально показал, что проходящий через стеклянную призму пучок белого света разлагается в спектр, состоящий из большого числа цветов (от красного до фиолетового), которые в местах перехода постепенно меняются один на другой. Эти цвета являются составляющими, а не видоизменениями белого света. Рис. 1.2.5 иллюстрирует это хорошо знакомое свойство прозрачных материалов и света. Объяснение экспериментальных наблюдений Ньютона с призмой заключается в том факте, что свет всех длин волн проходит с одной и той же скоростью только в пустоте – вакууме. Однако в любой другой среде свет разных длин волн распространяется с разной скоростью. В результате этого может происходить разделение волн. Разложение средой белого света на разные цвета, или, что равнозначно, на разные длины волн, называется дисперсией. Тем самым удобно подразделить видимый диапазон в соответствии с различной реакцией на цвет, вызванной в человеческом глазе, на семь интервалов, простирающихся от самой длинной до самой короткой длины волны. Эти интервалы соответствуют красному, оранжевому, желтому, зеленому, голубому, синему и фиолетовому цвету.
Поскольку при разложении призмой видимого (белого) света в непрерывный спектр в последнем цвета плавно переходят один в другой, то точно определить границы каждого цвета и связать их с определенной длиной волны затруднительно. Но приблизительно они выглядят так:
фиолетовый – 380…440 нм;
синий – 440…480 нм;
голубой – 480…510 нм;
зеленый – 510…550 нм;
желто-зеленый – 550…575 нм;
желтый – 575…585 нм;
оранжевый – 585…620 нм;
красный – 620…780 нм.
Электромагнитные излучения с длиной волны более 700 нм и менее 400 нм практически уже не воспринимаются глазом и поэтому достаточно часто в популярной литературе именно в этом диапазоне задают пределы видимых излучений, что не соответствует действительному положению.
Случай нормальной дисперсии представлен на рис. 1.2.5. Он наблюдается для бесцветной прозрачной среды. Этот вид дисперсии называется нормальной в связи с тем, что красный свет (наибольшая длина волны) имеет самую высокую скорость и наименьшую дисперсию, а фиолетовый свет (самая короткая длина волны) имеет самую низкую скорость и наибольшую дисперсию. Между красным и фиолетовым последовательно размещаются другие цвета. Более точно – дисперсия видимого света с длиной волны изменяется приблизительно по закону 1/λ3. По этой причине самые короткие длины волн обладают наибольшей дисперсией (1/λ3 возрастает) и большой степенью ее изменения при малых вариациях (функция 1/λ3 нелинейна по λ) по сравнению с длинными волнами. Следует упомянуть, что иной тип разделения света по длинам волн, называемый аномальной дисперсией, наблюдается в цветной среде. В области спектра, в которой происходит поглощение света, при аномальной дисперсии самые длинные волны имеют большую дисперсию по сравнению с короткими. Следовательно, последовательность цветов в соответствии с рис. 1.2.5 не соблюдается. Видимый свет может также вызвать многие химические реакции.
Подробно механизм восприятия видимых излучений изложен в §4.