Цвет белого света

Многие источники света, в том числе электрические лампочки или солнце, излучают свет особым образом, что дает возможность описать цвет, или окраску света термином цветовая температура. Всякий плотный объект излучает так называемую тепловую энергию. При этом атомы переизлучают энергию, которую они поглощают в результате таких процессов, как сгорание (воспламенение топлива) или обмен веществ (сжигание калорий съеденного обеда). При низких температурах это излучение происходит в инфракрасном, невидимом диапазоне и обычно называется теплотой. А при высоких температурах излучение становится видимым и поэтому называется светом.

Для изучения этого явления физики представляют объекты в отсутствие каких-либо источников света и анализируют только излучение тепловой энергии. Такие объекты они называют абсолютно черными телами. Если представить человека, стоящего в совершенно темной комнате, то именно он и будет служить в качестве абсолютно черного тела, излучающего энергию, которую способен зафиксировать детектор инфракрасного излучения или сова. Звезды (в частности. Солнце), являются близким к идеальным абсолютно черными телами, поскольку они не освещены други­ми источниками света, а излучаемый ими свет практически полностью является результатом поглощения их атомами тепла, идущего от раскаленной массы в ядре звезды. Электрическая лампочка в темной комнате также является практически идеальным абсолютно черным телом, потому что весь излучаемый ею свет образуется в результате нагревания вольфрамовой нити накаливания. Свеча также близка к абсолютно черному телу, хотя, присмотревшись к ней внимательнее, можно обнаружить небольшой участок голубого свечения, обусловленного скорее непосредственным выделением энергии в результате химической реакции сгорания воска, чем поглощением и переизлучением энергии. Для того чтобы увидеть абсолютно черное тело в действии, включите свой тостер в темной кухне.

На рис. 1.5 показаны спектральные кривые абсолютно черного тела при различных температурах, указанных в Кельвинах (К), где кельвин — это градус температурной шкалы, начиная с абсолютного нуля. При низких температурах абсолютно черное тело выделяет тепло в низкоэнергетической, или длинноволновой части видимой области спектра, и поэтому в его свете преобладают длины волн красного и желтого. При температуре 2000 К мы видим тускло-красный свет, называемый также "красным накалом". По мере повышения температуры спектральная кривая постепенно смещается к высокоэнергетической, или коротковолновой части видимой области спектра. Так, при температуре от 3000 до 4000 К окраска света меняется с тускло-красной на оранжевую и желтую. Вольфрамовая нить лампы накаливания действует в диапазоне температур от 2850 до 3100 К, и поэтому излучаемый ею свет имеет желтоватую окраску. При температуре от 5000 до 7000 К абсолютно черное тело излучает свет, относительно ровно охватывающий всю область видимого спектра, в результате чего свет получает более нейтральную белую окраску. При еще более высокой температуре от 9000 К и выше в излучении преобладают короткие волны, а, значит, свет приобретает голубоватую окраску.

Подобная система используется для описания цветов окраски "белого света". Так, цветовой температурой описывается оранжевая, желтоватая, нейтральная и голубоватая окраска света. Пуристы скажут, что правильнее было бы употреблять термин коррелированная цветовая температура, поскольку большинство излучающих источников света, включая дневной свет, фильтруемый земной атмосферой, флуоресцентные лампы и компьютерные мониторы, не являются настоящими абсолютно черными телами, и поэтому приходится выбирать температуру абсолютно черного тела, ближайшую к кажущемуся цвету источника света.