Fizika | Fénytan, Optika » A fény és testek színe

A fény és testek színe Az ember legfontosabb érzékszerve a fény felfogására szolgáló szem, amely a környezetünkről szerzett információk többségét szolgáltatja. A fény természete, mibenléte mindig is foglalkoztatta az emberiséget A fény elnevezést szűkebb értelemben csak a szemünkkel felfogható elektromágneses hullámokra használjuk, de tágabb értelemben szokás látható fényről és nem látható infravörös illetve ultraibolya (UV) fényről is beszélni. 1. A fény az elektromágneses hullámok egyik fajtája. A tulajdonságaikban eltérő fajtái vannak, amelyek alapvetően hullámhosszukban különböznek egymástól, de ebből következően egyéb jellemzőikben is van eltérés. (terjedési sajátosságok, szállított energia stb) A teljes elektromágneses spektrum: 2. Elektromágneses hullámok nagyon sokféle módon keletkeznek.:  A rezgő, gyorsuló, lefékeződő elektromos töltés sugároz.  a rádióhullámokat kisugárzó

antennák elvi lényege az ún. rezgőkör;  a röntgensugarak keltésénél a megfelelő fémnek ütköző felgyorsított elektronok lefékeződése játszik szerepet;  a forró (izzó) testekben a részecskék rendezetlen hőmozgása az oka a keletkező sugárzásnak (hőmérsékleti sugárzás)  Az atom elektronburkán belül az elektronok pályaátmenetei során, az atommagban lejátszódó folyamatok közben is elektromágneses hullámok keletkeznek. (Bohr-féle atommodell) 3. A fény az energiaterjedés egyik formája:  a fényforrások energiát használnak fel;  a fény elnyelődés energia felvételt jelent,az elnyelt energia változások létrehozója lehet (fényképezésnél a filmen, fotoszintézis stb.)  A szállított energia mennyisége arányos a frekvenciával. (E = h f Lásd foton, kvantum!) 4. Transzverzális hullámok: az elektromos és mágneses térerősség merőleges a terjedési irányra. A fény polarizálható, rezgési iránya alapján

szétválasztható. (pl polarizált a kirakatüvegről visszavert fény, így fényképezésnél a tükröződés polarizátorral, szűrővel megszüntethető.) 5. Terjedésükhöz nincs szükség közvetítő közegre, légüres térben terjednek a legjobban! Terjedési sebességük légüres térben: c = 300 000 km/ s. Egy közeg törésmutatója megmutatja, hogy a vákumbeli sebesség hányszorosa a közegbeli terjedési sebességnek. c n  vákum cközeg 6. azaz terjedési sebesség = frekvencia * hullámhossz c  f λ Ez alapján a látható fény hullámhossza kb. 3,8 10-7 - 7,6 10-7 m közötti, a rezgésszáma így kb. 8 1014 – 4 1014 Hz közötti) 7. A fény hullámtermészetét bizonyító jelenségek az interferencia és elhajlás . Interferencia: a hullámok találkozásukkor a találkozás helyén tapasztalható fáziskülönbségtől függően erősízhetik, gyengíthetik vagy teljesen ki is olthatják egymást. Interferenciára példa az

olajfolton, hanglemezen, CD-n, szappanbuborékon megcsillanó, visszaverődő fény illetve annak színe, mely nézőponttól függően változik. Elhajlás: keskeny résen áthaladó fény (hullám) eltér az egyenes vonalú terjedéstől, oda is behetol ahol árnyékot várnánk. Az eltérés mértéke fordítottan arányos a rés méretével Az elhajlás mindig interferenciával jár együtt, a rés mögött interferencia figyelhető meg. várt terjedés árnyék elhajlás miatti terjedés Mivel a fény esetén a hétköznapi életünkben megszokott méretű rések, tárgyak esetén gyakorlatilag nem tapasztalható (az árnyékok élesek), arra lehet következtetni, hogy a fény hullámhossza ezeknél jóval kisebb. 8. A modern fizika megállapítása szerint a fény kettős természetű, azaz:  terjedésük közben hullámként viselkedik (interferencia jelensége),  keletkezés és elnyelődés közben részecskeként nyilvánul meg. Ez utóbbi azt jelenti, hogy csak

meghatározott adagokban és meghatározott energia befektetésével keletkezhetnek. Ezen legkisebb energiaadag neve a KVANTUM, a fénykvantum (“fényrészecske” ) neve a FOTON. A kvantum hipotézis megfogalmazója Planck a hőmérsékleti sugárzás kibocsájtásának értelmezésekor jutott erre a következtetésre 1901-ben. Einstein 1905-ben ennek segítségével értelmezte a fotoelektromos hatást, a fényelnyelésre bekövetkező elektromos áram keletkezését (fotocella). 9. A látható fény színe: A szemünkbe érkező különböző rezgésszámú (hullámhosszú) fény különböző ingerületeket kelt, agyunk másképpen dolgozza fel, az eltérést a színek megnyilvánulásaként érzékeljük. Szemünk több ezer színárnyalat megkülönböztetésére képes, de nevünk nincs mindegyikre. eltérő szín = eltérő rezgésszám (hullámhossz) A fehér fénynek érzékeljük a látható fény tartományába eső különböző hullámhosszú hullámok

meghatározott arányú ( a Nap fényének megfelelő) keverékét. A fehér fény (és minden összetett fény) prizmával, optikai ráccsal összetevőire bontható, ezt nevezzük az adott fényt kibocsájtó fényforrás szinképének, spektrumának. A fehér fény felbontásában hat fő színt különböztetünk meg, a nagyobb hullámhossztól kezdve : vörös, narancs, sárga, zöld, kék, ibolya. A szigorúan egyszinű fényt monokromatikusnak nevezzük, mely prizmával tovább már nem bontható. A fény összetétele és mennyisége a testek anyagi minőségétől (kémiai összetételétől, hőmérsékletétől) függ, így elemzése felhasználható a fényforrás kémiai összetételének ill. hőmérsékletének megállapítására (spektroszkópia)    Az izzásig hevített szilárd testek, folyadékok, valamint a magas hőmérsékletű és nagynyomású gázok folytonos spektrumú sugárzást bocsátanak ki, mindenféle színképvonalak nélkül. Világító

gázok kisebb nyomás és alacsonyabb hőmérséklet mellett különálló, fényes emissziós vonalakat mutatnak. Minden egyes kémiai elemhez egyedi vonalsorozat tartozik; valamely világító gáz emissziós színképe tehát elárulja a gáz kémiai összetételét. Ha egy önmagában folytonos színképet adó anyag fénye egy hűvösebb gázon halad keresztül, akkor a folytonos színképen annál a hullámhosszaknál jelentkeznek sötét abszorpciós vonalak, amelyeknél az átvilágított gáz emiszsziós vonalakat adna, ha saját maga világítana. Másképpen fogalmazva: egyazon kémiai elem ugyanazon a hullámhosszon nyel el, és bocsát ki sugárzást. A testek színének kialakulásakor megkülönböztetünk additív (összeadódó) és szubtraktív (kivonódó) színkeverést. Az additív színkeverés a fényforrások színének kialakulására jellemző. Ha monokromatikus fénysugarakat összekeverünk, az eredmény egy kevert színű fénynyaláb lesz, amelyben az

emberi érzékelés számára az egyes komponensek nem választhatók szét. Az ilyen fajta színkeverést összeadó színkeverésnek nevezik. Rendszeresen találkozunk vele televízió-nézéskor, vagy bármiféle színes kijelzős elektronikai készülékek használatakor. Az összeadó színkeverés alapszínei a vörös, a zöld és a kék, ezeket különböző arányban keverve minden színt megkaphatunk. Szubtraktív színkeverés a nem fényforrások színének kialakulásáért felelős A nem fényforrás testeket azért látjuk, mert fényforrások fényének egy részét visszaverik, illetve átengedik, így az el jut a szemünkbe. Felületen való visszaverődéskor, szóródáskor a felület a fénynyaláb bizonyos hullámhosszúságú összetevőit elnyelheti, kivonhatja, ezért látjuk a fehér fénnyel megvilágított tárgyakat színesnek. Azt a fajta színkeverést, amikor nem színek összeadásával, hanem színösszetevők kivonásával kapunk új színt,

kivonó színkeverésnek nevezzük Legkézenfekvőbb példája a festészet, amikor különböző színű festékek keverésével érjük el a kívánt színhatást, de a színes fényképezés, nyomtatás is ezen az elven alapul. Ilyenkor a színes felület színének azt látjuk, ami a megvilágító fehér fény spektrumából megmarad, a többi elnyelődik. A kivonó színkeverés ideális alapszínei a magenta (bíbor), sárga és a cián, de a színes nyomtatás fekete festéket is használ, a festészet pedig még többféle színt. Fehér = mindent visszaver (semmit sem nyel el) fekete = mindent elnyel (semmit nem ver vissza) Szürke = mindenből kb. azonos mennyiségűt ver vissza A kétféle színcsillag látható módon kissé eltér egymástól, tükörképszerűen, de nem is ugyanazok a színek vannak pontosan egymással szemben. Egymással szemben találhatók azok a színek, melyeket kiegészítő (komplementer) színeknek nevezünk. A kiegészítő színek

meghatározás szerint olyanok, hogy ha az egyiket elhagyjuk a fehér fényből, akkor a maradék keverékét a másik színként érzékeljük. (Látható, hogy nem pontosan azonosak! Lásd itt részletesebben!) Egy test színe kialakulhat úgy, hogy róla szemünkbe pontosan egyetlen színű fény jut el, a többit elnyeli, de úgy is, hogy a teljes spektrumból a meghatározott szín kiegészítő színe hiányzik. Például zöld lehet a test színe úgy, hogy csak a zöld jut róla a szemünkbe, vagy ha a teljes színképből (fehérből) a vörös hiányzik (vörös és zöld kiegészítö szinek). pl a fotoszintézist végző klorofill a napfényből alapvetően a vörös fényt nyeli el nagy arányban. A testek színét tehát nagyban befolyásolja a megvilágító fény színe, azaz miből mit tud visszaverni, gondoljunk csak arra, hogy a testek színe mennyire megváltozhat mesterséges megvilágításnál! Összeadó (additív) színkeverés Kivonó (szubtraktív)

színkeverés