Введение

§ 1. Свет и цвет

Свет представляет собой электромагнитные колебания, действующие на глаз и вызывающие зрительные ощущения. Предмет, излучающий свет, называется светящимся телом, или источником света (солнце, раскаленная нить лампы накаливания, горящая свеча). Несветящиеся тела отражают падающий на них свет, становясь вторичными его источниками. Согласно современным теориям, свет представляет собой поток мельчайших частиц энергии (квантов или фотонов) и одновременно волновое движение электромагнитного характера. Он представляет собой малую часть огромного спектра электромагнитных волн (рис. 1). Все электромагнитные колебания, в том числе и свет, распространяются в вакууме со скоростью 300000 км/с. Световые волны распространяются шарообразно от центра, которым является источник света (рис. 2).

Рис. 1. Спектр электромагнитных волн: 1 - электрические волны; 2 - переменный ток; 3 - радиоволны; 4 - инфракрасные волны; 5 - ультрафиолетовые волны; 6 - рентгеновские лучи; 7 - гамма-лучи; 8 - космические лучи

Рис. 2. Распространение волн света

Расстояние между двумя ближайшими точками, находящимися в одинаковой фазе колебания (вершинами или впадинами), называется длиной волны λ, которая изменяется от величины, меньшей 0,00000001 мм, до величины, большей 100-1000 м.

За единицу длины волны принят нанометр (нм), равный 0,000001 мм. Для наиболее длинных волн - микрон (мк) - 0,001 мм, коротких - ангстрем Å, равный 0,1 нм.

К видимым относятся электромагнитные колебания с длиной волны 380-760 нм. Количество полных колебаний за одну секунду называется частотой колебаний γ.

Энергия кванта прямо пропорциональна частоте колебаний излучения

где h - постоянная Планка, равная 6,62·10^-27 эрг·с; v - частота колебаний, равная , где v - скорость распространения света; λ - длина волны.

Подставив вместо v ее значение, получим где h и v - величины постоянные. Таким образом, величина кванта обратно пропорциональна длине волны, т. е. для фиолетовых лучей она гораздо больше, чем для красных. Этим и объясняется наибольшее фотохимическое действие коротковолновых излучений (фиолетовых и синих) по сравнению с длинноволновыми (красными).

Глаз человека способен различать большое количество цветов видимой области спектра. Это объясняется составом света, попадающего в наш глаз, и особенностями работы глаза. Состав света зависит от свойств самих источников света и от способности различных предметов отражать, поглощать или пропускать определенные световые лучи, т. е. от взаимодействия светового потока и освещаемого предмета.

Большинство источников света являются температурными излучателями, т. е. они испускают свет в результате нагрева до высоких температур. Спектральный состав излучаемого источником света, а следовательно, и его цвет зависят как от его физических свойств, так и от температуры его нагрева. При постоянной температуре нагрева цвет излучения будет тоже постоянным. Цвет освещенной поверхности определяется двумя факторами: избирательным поглощением света данной поверхностью и спектральным составом света, освещающим ее. В свете, отраженном или пропущенном окрашенной поверхностью, имеются только те излучения, которые содержатся в излучении источника света.

При попадании света на различные предметы часть его отражается, часть поглощается и часть пропускается, если предмет прозрачный.

Если предмет почти не отражает света, то мы видим его черным, если почти полностью отражает свет - белым. Если предмет не пропускает свет, то он будет непрозрачным, а если пропускает большую часть света - прозрачным. Предмет, обладающий избирательным поглощением, имеет определенный цвет.

Цвет непрозрачного предмета обусловливается лучами, которые он отражает, а прозрачного - лучами, которые пропускает. Например, если предмет имеет красный цвет, значит из пучка белого света он поглощает все лучи, кроме красных.