Реальное излучение содержит в себе не одну определенную частоту колебаний, а некоторый набор различных частот, называемый спектром или спектральным составом данного излучения. Излучение называется монохроматическим, если оно содержит очень узкий интервал частот (или длин волн ). В видимой области монохроматическое излучение вызывает световое ощущение определенного цвета; например, излучение, охватывающее интервал длин волн от 0,55 до 0,56 мкм, воспринимается как зеленый цвет. Чем уже интервал частот данного излучения, тем более монохроматическим оно является. Формула (1.2) относится к идеально монохроматическому излучению, содержащему одну частоту колебаний.
Раскаленные твердые и жидкие тела испускают непрерывный (или сплошной) спектр электромагнитных волн очень широкого интервала частот. Светящиеся разреженные газы испускают линейчатый спектр, состоящий из отдельных монохроматических излучений, называемых спектральными линиями; каждая спектральная линия характеризуется определенной частотой колебаний (или длиной волны), расположенной в середине охватываемого ею узкого интервала частот. Если источниками излучения являются не отдельные (изолированные, свободные) атомы, а молекулы газа, то спектр состоит из полос (полосатый спектр), каждая полоса охватывает более широкий непрерывный Интервал длин волн, чем спектральная линия.
Линейчатый (атомный) спектр каждого вещества является характерным для пего; благодаря этому возможен спектральный анализ, т. е. определение химического состава вещества по длинам волн спектральных линий испускаемого им излучения.
Допустим, что электромагнитная волна распространяется вдоль некоторой прямой, которую будем называть лучом. Можно интересоваться изменением вектора в определенной точке луча с течением
времени; возможно, что в. этой точке изменяется не только величина вектора как это следует из формулы (1.2), но и ориентировка вектора в пространстве. Далее можно зафиксировать величину и направление вектора в различных точках луча, но в определенный момент времени. Если окажется, что в различных точках вдоль луча все векторы лежат в одной плоскости, то излучение называется плоскополяризованным или линейно-поляризованным; такое излучение дает источник, который в процессе излучения сохраняет плоскость колебаний. Если же плоскость колебаний источника волны со временем изменяется, то вектор в волне не лежит в определенной плоскости и излучение не будет плоскополяризованным. В частности, можно получить волну, в которой вектор равномерно вращается вокруг луча. Если же вектор изменяет свою ориентировку вокруг луча совершенно беспорядочно, то излучение называется естественным. Такое излучение получается от светящихся твердых, жидких и газообразных тел, у которых плоскости, колебаний элементарных источников излечения - атомов и молекул - ориентированы в пространстве беспорядочно.
Таким образом, простейшим излучением является монохроматическая пласкополяризованная волна. Плоскость, в которой лежат вектор и вектор направления распространения волны, называется плоскостью колебаний плоскость, перпендикулярная плоскости колебаний (т. е. плоскость, в которой лежит вектор Н), называется плоскостью поляризации.
Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме есть одна из важнейших констант физики и равна
В других средах она меньше к определяется по формуле (см. ч. III, § 29)
где соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемости среды.
При переходе излучения из одной среды в другую частота колебаний в волне сохраняется, но длина волны К изменяется; обычно, если это не оговорено, К обозначает длину волны в вакууме.
Выше указывалось, что видимое излучение (которое мы называем светом) охватывает длины волн от 400 до при специальной тренировке глаз может воспринимать свет длиной волны от 320 до 900 нм. Более широкий интервал длин волн от 1 см до , охватывающий также ультрафиолетовую и инфракрасную области, называется оптическим излучением.
ТЕМА: СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ
1. Солнечная радиация. Виды радиационных потоков.
2. Спектральный состав солнечной радиации.
3. Изменение солнечных лучей в атмосфере.
4. Радиационный баланс и его составляющие.
5. Приход солнечной радиации на различные формы рельефа и посевы.
1. Солнечная радиация
Солнечная радиация – это излучение Солнца, состоящее из электромагнитных волн различной длины (от 0,2 до 24 мкм) 1 мкм = 10 -6 м. Интенсивность солнечной радиации измеряется в [Вт/м 2 ] или [Дж/м 2 .сек], солнечные лучи преодолевают расстояние от Солнца до Земли за 8,5 минут со скоростью 300 тысяч км/сек, и приносят на Землю свет и тепло, необходимые для существования биосферы.
(от Солнца до Земли ≈ 150 млн. км.)
Виды радиационных потоков:
Прямая солнечная радиация – это солнечная радиация, поступающая на Земную поверхность, непосредственно от Солнечного диска в виде пучка параллельных, солнечных лучей. (S) ,[Вт/м 2 ].
Рассеянная солнечная радиация – это солнечная радиация, которая при прохождении через земную атмосферу, рассеивается молекулами атмосферных газов аэрозолей.
(Аэрозоль – мельчайшие твердые и жидкие частицы, взвешенные в атмосфере).
Отраженная солнечная радиация – это та часть солнечной радиации, которая отражается от земной поверхности. (R к)
(Земля, как и любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, то есть –273 0 С, излучает тепло)
Тепло, которое излучает Земля в атмосферу, называется - тепловое излучение Земли. (Е з)
(Атмосфера поглощает это тепло, так же часть солнечной радиации. В результате она нагревается и начинает излучать тепло ≈ 30% - в космос и ≈ 70% - в сторону, навстречу Земле).
Тепло, которое излучает атмосфера в сторону Земли, называется встречное излучение атмосферы (Е з).
Разность между тепловым излучением Земли и встречным излучением атмосферы, называется эффективное излучение (Е эф)
УФ – лучиВидимая часть спектраИК – лучи
(λ ‹ 0,4 мкм) (λ от 0,4 до 0,76 мкм) (λ › 0,76 мкм)
1. УФ – лучи практически не достигают земной поверхности, поглощаясь озоновым слоем. Негативно влияют на рост растений.
2. ИК – лучи по биологическому действию подразделяют на две группы:
а) ближнее ИК – излучение (λ до 4мкм). Эти лучи невидимы и дают тепло. Они активно поглощаются водой, содержащейся в растениях, и ускоряют их рост и развитие.
б) дальнее ИК – излучение (λ более 4 мкм). Также невидимы, дают тепло, но не оказывают существенного влияния на растения.
3. Видимая часть спектра состоит из цветных лучей, в совокупности дающих белый цвет.
В диапазоне от 0,38 до 0,71 мкм находится ФАР – это часть солнечной радиации, которая поглощается растениями и используется в процессе фотосинтеза.
Известно, что наиболее интенсивно растения поглощают сине-фиолетовые и красно-оранжевые лучи, меньше – желто-зеленые.
Для того, чтобы образование органических веществ, в процессе фотосинтеза, превышало распад органических веществ в процессе дыхания,необходимо, чтобы освещенность, создаваемая солнечным излучением, была выше определенного значения, называемого компенсационной точкой. Если освещенность выше этой точки, происходит накопление органических веществ. Для светолюбивых растений компенсационная точка ≈ 20 – 35 Вт/м 2 , у теневыносливых она меньше (до 15 Вт/м 2)
3. Изменение солнечных лучей в атмосфере
При прохождении через атмосферу УФ – лучи практически полностью поглощаются ее верхними слоями. Инфракрасные и видимые лучи частично поглощаются водяным паром и СО 2 . Поэтому, чем большее количество водяного пара содержится в атмосфере, тем меньше количество солнечной радиации достигает земной поверхности. В среднем в атмосфере поглощается ≈15% солнечной энергии. Кроме того, ≈ 255 солнечной радиации рассеивается облаками, молекулами атмосферных газов и аэрозолями.
Интенсивность рассеяния солнечных лучей в атмосфере зависит от следующих факторов:
1). Высоты Солнца над горизонтом (Чем меньше высота Солнца, тем больший путь луча через атмосферу и тем сильнее поглощаются и рассеиваются солнечные лучи).
2). Концентрации в атмосфере рассеивающих частиц (чем больше концентрация, тем рассеивание интенсивнее).
3). Длины волны солнечных лучей (чем меньше длина волны, тем сильнее рассеиваются такие лучи).Закон рассеяния лучей Релея -
(где С – коэффициент, зависящий
от числа рассеивающих частиц
в единицу объема)
а). Наименьшая длина волны у фиолетовых лучей, чуть больше у голубых и синих.
Но так как именно последние имеют максимальную в спектре квантовую энергию, то и в рассеянном свете наибольшая энергия смещается на сине-голубые лучи, что и обуславливает голубой цвет неба.
б). Чем ниже Солнце, тем больше путь лучей и тем сильнее они рассеиваются. А так как наиболее интенсивно рассеиваются коротковолновые лучи, то достигают Земли лучи с наибольшей длиной волны, то есть красные. Поэтому заходящее Солнце –красное.
в). Капли тумана и облаков одинаково рассеивают лучи с любой длиной волны (нейтральное рассеяние), поэтому они кажутся белыми.
4. Радиационный баланс и его составляющие
Радиационный баланс – разность между приходящими земной поверхности и уходящими от нее потоками лучистой энергии.
Если приход больше расхода, то радиационный баланс положительный и земная поверхность нагревается, а если наоборот – охлаждается.
Радиационный баланс становится положительным через 1 час после восхода Солнца, отрицательным за 1 – 2 часа до захода
Соотношение прямой и рассеянной солнечной радиации в составе суммарной зависит:
А). От высоты Солнца над горизонтом (чем выше Солнце, тем больше доля прямой солнечной радиации и меньше рассеянной)
Б). От облачности и загрязненности атмосферы (чем прозрачнее атмосфера, тем больше доля прямой солнечной радиации. Облака, даже не закрывающие Солнце, значительно увеличивают приход рассеянной солнечной радиации).
В). От высоты местности над уровнем моря (чем выше пункт над уровнем моря, тем быстрее приход прямой солнечной радиации и меньше рассеянной).
Кроме того, зимой вследствие отражения солнечной радиации от снега и вторичного ее рассеяния в атмосфере, доля рассеянной солнечной радиации в составе суммарной, заметно увеличивается.
Мощность потока прямой солнечной радиации выше, чем рассеянной. Поэтому прямая солнечная радиация приносит намного больше света и тепла.
2. Величина отраженной солнечной радиации в значительной степени зависит от альбедо земной поверхности.
Альбедо – отражательная способность любой поверхности.Чем больше альбедо поверхности, тем интенсивнее отражаются от нее солнечные лучи и, следовательно, тем меньше нагревается эта поверхность.
Максимальное альбедо в природе у свежего снега: 80 – 95%, минимальное у темных почв (5 –15%).
Альбедо зависит цвета поверхности (у темных меньше, чем у светлых); от шероховатости поверхности (у гладких выше, чем у шероховатых). Кроме того, альбедо зависит от высоты Солнца над горизонтом: у любой поверхности максимальное альбедо утром и вечером, минимальное в полдень (так как в это время меньше рассеянной солнечной радиации, а именно она лучше отражается).
|
Величина Е эф зависит от соотношения теплового излучения Земли (Е з) и встречного излучения атмосферы (Е а). При повышении температуры земной поверхности, увеличивается излучение земли, следовательно, эффективное излучение так же возрастает. При этом земная поверхность интенсивно теряет тепло. Встречное излучение атмосферы, наоборот, является источником тепла в дополнении к солнечной радиации.
Так, подсчитано, что если бы атмосфера, не возвращала тепло обратно на Землю, то средняя температура земной поверхности была бы не +15 0 С, а –23 0 С. Такое влияние атмосферы на тепловой режим Земли называют парниковым эффектом.
Величина излучения атмосферы прямо пропорциональна содержанию СО 2 и водяного пара в атмосфере, а также количеству облаков.
(Чем больше и плотнее облачность, тем выше излучение атмосферы и,следовательно, меньше охлаждается земная поверхность.)
(Вот почему, в пасмурные ночи заморозки на почве гораздо реже, чем в ясные).
Зависимость радиационного баланса земной поверхности
от облачности
Радиационный баланс и связанный с ним тепловой режим планеты в холодное время года (то есть зимой, ранней весной и поздней осенью) определяется, главным образом, эффективным излучением. А так как эффективное излучение тем ниже, чем больше и плотнее облачность, то в пасмурную, облачную погоду температура воздуха и почвы будет всегда выше, чем в ясную, безоблачную погоду.
А в теплое время года (летом, поздней весной и ранней осенью) температура на Земле определяется прямой солнечной радиацией . Ее интенсивность тем меньше, чем больше облачность. Поэтому в пасмурную погоду, в это время года всегда прохладнее, чем в ясную, безоблачную погоду.
Количество солнечной радиации, поступающей на земную поверхность в течении года, равно количеству солнечной радиации, уходящей от планеты за год.
Поэтому, в целом за год радиационный баланс Земли равен нулю.
5. Приход солнечной радиации на различные формы рельефа и посевы
Поступление прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность зависит от угла падения солнечных лучей. Максимальное количество солнечной радиации получает земная поверхность тогда, когда угол 90 0 . Чем меньше угол (то есть, чем ниже Солнце над горизонтом), тем меньшее количество солнечной радиации поступает на единицу поверхности.
Приход прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность:h ○ – высота Солнца
S – прямая солнечная радиация на поверхность,
перпендикулярную солнечным лучам.
Пример: если S = 100 Вт/м 2 h ○ = 30 0
Sin 30 0 = 0,5 и S´ =100/2 = 50 Вт/м 2
Поступление солнечной радиации на различные формы рельефа зависит, главным образом, от экспозиции склонов. Склоны южной экспозиции получают максимальное количество тепла и света, северные – минимальное. Восточные и западные – меньше, чем южные, но больше, чем северные.
Основной фактор, определяющий поглощение ФАР посевами –это отношение площади листовой поверхности к площади поля (L).
Поглощение ФАР растениями максимальное, если L = 4 ,то есть
40 000 м 2 листовой поверхности
При дальнейшем возрастании L, поглощение ФАР посевами не увеличивается.
>> Дисперсия света. Спектральный состав света
- Солнечный летний день. И вдруг на небе появилась тучка, пошел дождик, который будто бы «не замечает», что солнце продолжает светить. Такой дождь в народе называют слепым. Дождик еще не успел закончиться, а на небе уже засияла разноцветная радуга (рис. 3.45). Почему она появилась? Ответ вы узнаете из следующего параграфа.
Pиc. 3.45. Явление, подобное радуге, можно наблюдать в брызгах фонтана или водопада
1. Изучаем разложение белого света в спектр
Оказывается, что и в лабораторных условиях можно наблюдать удивительное явление, подобное радуге. Для этого направим узкий пучок белого света на стеклянную призму (рис. 3.46). Проходя сквозь призму, пучок белого света преломляется, и на экране образуется радужная полоска - спектр.
Появление спектра объясняется тем, что пучок белого света представляет собой совокупность световых пучков разных цветов, а световые пучки разных цветов распространяются в одной и той же среде с разной скоростью.
- Зависимость скорости распространения пучка света в определенной среде от цвета пучка называют дисперсией света.
Обычно пучки света, имеющие меньшую скорость распространения, преломляются больше.
Рис. 3.46 Разложение белого света в спектр при прохождении сквозь стеклянную призму Сильнее всего преломляются фиолетовые лучи, слабее всего - красные
Рис. 3.47 Некоторые дополнительные цвета
Например, в средах, с которыми вы знакомитесь в школе, фиолетовые пучки имеют меньшую скорость , чем красные, и, значит, преломляются сильнее. Кстати, именно поэтому полоска фиолетового цвета в спектре расположена ниже красной (рис. 3.46).
Сравним рис. 3.45 и 3.46: цвета радуги - это и есть цвета спектра, что не удивительно, так как на самом деле радуга - это огромный спектр солнечного света. Мириады маленьких капелек воды (помните, что радуга всегда образовывается во время или после дождя?), действуя вместе подобно множеству «призм», преломляют белый солнечный свет и создают разноцветную дугу.
2. Характеризуем цвета
В спектре обычно выделяют семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.
Световые пучки двух разных спектральных цветов в случае наложения друг на друга образуют другие цвета. Это явление называют наложением спектральных цветов . Так, направив на экран пучки оранжевого и зеленого цветов таким образом, чтобы они перекрывали друг друга, получим на экране желтый цвет.
Некоторые спектральные цвета в случае наложения друг на друга образуют белый цвет. Такие пары спектральных цветов называют дополнительными (рис. 3.47). На рисунке цвета участков А и Б являются дополнительными, так как они дополняют друг друга до белого цвета.
Особое же значение для нашего зрения имеют три основных спектралъных цвета: красный, зеленый и синий. Накладывая эти три цвета друг на друга в разных пропорциях, можно получать различные цвета и оттенки (рис. 3.48). При этом зеленый, красный и синий цвета нельзя получить комбинацией других цветов спектра.
На наложении трех основных спектральных цветов в разных пропорциях основывается, например, цветное телевидение . Если вы посмотрите на экран цветного телевизора через лупу, то увидите, что изображение состоит из мелких объектов красного, зеленого и синего цветов.
Рис. 3.48 Основные цвета спектра - зеленый, красный, синий
Рис. 3.49. Листья растения, освещенного синим светом, кажутся нам практически черными
3. Выясняем почему мир разноцветный
Зная, что белый свет является сложным, можно объяснить, почему окружающий мир, освещенный лишь одним источником белого света - Солнцем,- мы видим разноцветным.
Как вы уже знаете, свет частично отражается от физических тел, частично преломляется и частично поглощается ими, причем эти процессы зависят от оптических свойств материала, из которого состоят тела, и от цвета падающего светового пучка.
Белая поверхность отражает одинаково лучи всех цветов. Поэтому альбомный лист, освещенный источником белого света, кажется нам белым. Зеленая трава, освещенная тем же источником, отражает преимущественно лучи зеленого цвета, а остальные поглощает. Красные лепестки тюльпанов отражают в основном лучи красного цвета, желтые лепестки подсолнуха - желтого.
Синий свет, направленный на зеленую листву растений, почти целиком поглотится листвой, так как такая листва отражает преимущественно зеленые лучи , а другие - поглощает. Значит, листва, освещенная синим светом, будет казаться нам практически черной (рис. 3.49). Если же, например, осветить синим светом белую бумагу, то она покажется нам синей, так как белая бумага отражает лучи всех цветов, в том числе и синие. А вот черная шерсть кота поглощает лучи всех цветов, поэтому, каким бы светом мы его ни осветили, кот все равно будет казаться черным.
- Подводим итоги
Зависимость скорости распространения пучка света в определенной среде от цвета пучка называют дисперсией света. В результате дисперсии белый свет, прошедший, например, сквозь призму, образует спектр, т.е. оказывается разложенным на семь спектральных цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый).
В случае наложения двух разных спектральных цветов образуются другие цвета.
Благодаря тому что разные тела по-разному отражают, преломляют и поглощают свет, мы видим окружающий мир разноцветным.
- Контрольные вопросы
1. Что называют дисперсией света?
2. В чем причина дисперсии света?
3. Какие природные явления можно объяснить дисперсией света?
4. Объясните, что означает выражение «белый свет - сложный свет»?
5. Какие цвета называют дополнительными?
6. Назовите свойства основных цветов спектра.
7. Свет какого цвета отражает зеленый виноград?
- Упражнения
1. Свет какого цвета проходит сквозь синее стекло? поглощается им?
2. Какими будут казаться красные буквы на белой бумаге, если смотреть на них сквозь зеленое стекло? Каким при этом будет казаться цвет бумаги?
3. Через стекло какого цвета нельзя увидеть текст, написанный фиолетовыми чернилами на белой бумаге?
4. В воде распространяются пучки света красного, оранжевого и голубого цветов. Скорость распространения какого из пучков будет большей?
- Экспериментальные задания
1. Наполните неглубокий сосуд водой и поставьте его возле стены. На дно сосуда поместите плоское зеркало под тупым углом ко дну. Зеркало должно быть целиком погружено в воду. Направьте на него пучок света - на стене появится «солнечный зайчик». Внимательно рассмотрите его и объясните явление, которое наблюдается.
2. Проведите опыт по наложению разных цветов. Для этого следует вырезать из плотной бумаги несколько кругов диаметром 15 см. Один из кругов разделите на три одинаковых сектора. Первый сектор закрасьте красным цветом, второй - синим, третий - зеленым. Остальные круги разделите на сектора разного размера и закрасьте любыми разными цветами. Поочередно насадите каждый круг на острие шариковой ручки и раскрутите его. Опишите и объясните свои наблюдения.
- Физика и техника в Украине
Открытое акционерное общество «СЭЛМИ» (Сумские Электронные Микроскопы) начало свою производственную деятельность в 1959 году. Это предприятие является бесспорным лидером на территории СНГ по производству приборов для измерений.
Одним из образцов продукции объединения «СЭЛМИ» является спектрофотометр (см. рисунок). Этот прибор предназначен для анализа содержания тяжелых металлов, вредных веществ (цинк, свинец, медь, кадмий, ртуть) в продуктах питания и пищевом сырье, а также в природной воде, образцах грунта и т. п. Чувствительность спектрофотометра очень высока. Скажем, прибор сможет определить наличие 0,005 мг ртути в литре воды.
Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. - X.: Издательство «Ранок», 2007. - 192 с.: ил.
Фотосъемка происходит как при естественном дневном свете, так и при источниках искусственного света: лампах накаливания, газоразрядных импульсных лампах, лампах-вспышках и др. Все эти источники сильно отличаются друг от друга по спектральному составу света, На выбор источника света влияют не только конкретные условия съемки, но и светотехнические характеристики источников. Если при съемке на черно-белой пленке прежде всего обращается внимание на интенсивность светового потока источника света и в меньшей степени на его спектральный состав, то при съемке на цветной пленке решающее значение имеет спектральный состав света. От спектрального состава зависит передача тональных цветов при съемке на черно-белой пленке и натуральных - при съемке цветной, выбор цвето-чувствительного материала и светофильтров.
При изменении цветности источника света изменяется и шкала тонов, которыми передаются цвета объекта. Спектральный состав света, его цветовая температура должны быть сбалансированы с цветочувствительностью негативного материала. Только в этом случае возможна правильная цветопередача.
Дневной свет относится к группе температурных ис точников света.
Земная поверхность и все, что на ней находится, освещаются либо смешанным, суммарным светом (суммарной радиацией) прямого солнечного и рассеянного излучения, идущего от небосвода и облаков, либо в пасмурную погоду, когда солнце закрыто облаками, рассеянным светом неба. Места, куда не проникает прямой солнечный свет, освещаются только рассеянным светом неба (рис. 6).
И з табл. 3 видно, как изменяется спектральный состав солнечного излучения в зависимости от высоты солнца.
Особенно быстро солнце поднимается в утренние и опускается в вечерние часы. Ориентировочные изменения цветовых температур на протяжении дня и в зависимости от состояния неба приведены в табл. 4.
Но закономерность колебаний спектрального состава и интенсивности излучений дневного света то и дело нарушается из-за происходящих в атмосфере изменений метеорологических условий (облачность, высота, степень и плотность которой весьма неустойчивы, влажность и запыленность воздуха, дымка, туман и др.). Эти случайные переменные факторы находятся в такой тесной связи и так взаимно переплетаются, что учесть влияние каждого из них весьма затруднительно.
Когда солнце поднимается над горизонтом или заходит, оно выглядит красным шаром с цветовой температурой около 1800 К. В это время на пути к земле солнечные лучи пронизывают, воздушную оболочку, окружающую нашу планету, и проходят самый длинный путь в атмосфере. Длина пути солнечных лучей в атмосфере имеет большое значение, особенно для коротковолновой части спектра. В потоке лучей солнца, прошедших самый длинный путь в толще воздуха, отсутствуют сине-фиолетовые лучи: они отфильтровываются слоем воздуха, который, изменяя спектральный состав солнечного света, действует как желтый фильтр переменной плотности. При частичной облачности, когда солнце просвечивает сквозь облака или находится в дымке, коротковолновая часть радиации также ослабевает.
Солнечная радиация в результате многократных отражений молекулами газов, входящих в состав воздуха, претерпевает молекулярное рассеивание. Видимый цвет воздушного слоя над землей, цвет неба и объясняются сильным молекулярным рассеиванием коротковолновой части солнечной радиации. Молекулярное рассеивание является причиной возникновения воздушной голубой дымки.
В результате рассеивания атмосферой части солнечного света само небо становится источником света (вторичным) с ясно выраженным цветом. В спектре голубого неба наблюдается значительное преобладание синих и фиолетовых цветов, содержатся и все остальные цвета, но в значительно меньшей степени (рис. 6, кривая 3).
Рассеянный свет неба также испытывает сильные колебания цветовой температуры в зависимости от того, исходит ли свет от синего безоблачного неба или от неба, затянутого дымкой или облаками.
В воздухе постоянно находятся во взвешенном состоянии в различных количествах механические примеси - мутящие частицы (воздух в толстых слоях можно рассматривать как мутную среду): пылинки, поднимаемые восходящими "потоками воздуха и ветром, мелкие капли воды, водяные пары, которые способствуют возникновению дымки. Количество их с высотой убывает - они не поднимаются выше 1000 м. Когда размеры мутящих частиц становятся соизмеримыми с длинноволновыми световыми волнами или даже начинают превышать их длину, возникает аэрозольное рассеивание, при котором отражаются лучи всего спектра. При этом, отраженный свет становится белым и, как следствие, небо приобретает белесоватый цвет. Разбеливанию неба способствует и повышенная влажность воздуха, которая является причиной образования дымки, белой с голубым оттенком.
При появлении облаков к свету неба примешивается еще и белый свет, отраженный от облаков. Крупные капли воды, из которых состоят облака, рассеивают лучи всего спектра.
Вблизи крупных городов из-за большой запыленности самых нижних слоев воздуха, появления в них испарений, дыма и пыли небо у горизонта окрашивается в серый или белый цвет разных оттенков.
По мере того как солнце поднимается все выше и путь лучей в атмосфере становится короче, радиация из красной, красноватой через желтую переходит в желтоватую. Одновременно изменяет свой цвет и небо. Голубоватое вначале, оно вблизи солнца при восходе и заходе окрашивается в красноватые тона и по мере подъема солнца переходит в голубое. Если воздух прозрачный, небо приобретает синий цвет.
Вскоре после восхода солнца и незадолго до его захода цветовая температура поднимается до 3000-3200К, что дает возможность съемки на цветной пленке типа ЛН. Примерно через час после восхода при высоте солнца цветовая температура его поднимается до 3500 К. Радиация в это время состоит из половины красных, одной четверти желтых лучей, а оставшаяся четверть приходится на зеленые, синие и фиолетовые. Тени, начиная от самых длинных, быстро уменьшаются, а при высоте солнца 15° становятся почти равными четырехкратной длине предмета. Во второй половине дня, когда солнце опускается ниже 13-15q, а также по мере дальнейшего движения к горизонту и ослабления сине-фиолетовых лучей радиация приобретает ясно выраженные оттенки от желтого к красному. Становятся длиннее и тени, Горизонтальные поверхности в это время освещаются главным образом небосводом и под влиянием увеличивающегося действия рассеянного света неба синеют, а вертикальные - в большей степени освещаются желтым светом солнца.
Путь, проходимый его лучами в атмосфере, сильно укорачивается и большая часть коротковолнового излучения достигает земной поверхности. Суммарный свет солнца и неба при безоблачном небе стабилизируется, становится белым и почти не изменяется с высотой солнца в это время суток.
Это наилучшее время для съемки, особенно на цветной пленке ДС, сбалансированной для цветовой температуры 5600-5800 К. Если даже некоторые изменения в цветовой температуре света в это время и происходят, то для черно-белой съемки они вообще не имеют значения, а для цветной не столь значительны, чтобы заметно ухудшить цветопередачу. Изменение цветовой температуры дневного света в течение дня показано на рис. 7.
Которого она упала
А знание высоты солнца над горизонтом позволяет определить цветовую температуру дневного света.
Для каждого времени года и дня можно найти длину тени с помощью несложного прибора - указателя (индикатора) тени. На картоне укрепляется стерженек или булавка определенной длины, например I см. Из точки крепления, как из центра, наносятся полуокружности (рис. 8) радиусами, равными 0,5-6-кратной высоте выступающего стержня. При горизонтальном положении картона тень от стержня и укажет высоту солнца.
(в Киеве до 63°). С приближением солнца к зениту свет приобретает заметный синеватый оттенок, цветовая температура поднимается до 6000-7000 К. Это время (для Киева 11.00- 13.00) не подходит для фотосъемок и по художественным соображениям.
Солнце является эффективным источником инфракрасного излучения. Освещенность, создаваемая инфракрасной частью излучения солнца, зависит от положения солнца на небе и степени прозрачности атмосферы. В табл. 6 приведено в процентах излучение ультрафиолетового и инфракрасного участков солнечного потока на протяжении дня для прозрачной атмосферы. Излучение солнечного потока в пределах от 3 до 70 принято за 100%.
Из таблицы видно, что с подъемом солнца интенсивность инфракрасного излучения заметно ослабевает.
Лампы накаливания также относятся к группе температурных источников света. Простота и удобство пользования обеспечили им наибольшее распространение при фото- и киносъемке. Существуют различные типы электрических ламп накаливания. Это и бытовые осветительные лампы накаливания разной мощности, фотолампы, зеркальные, у которых часть колбы параболоидной формы покрыта зеркальным слоем алюминия, прожекторные (ПЖ), кинопрожекторные (КПЖ), проекционные. В последние годы широко используются галогенные (йодно-кварцевые) лампы.
В бытовых лампах максимум излучения находится в инфракрасной области спектра, в видимой области преобладают желто-красные лучи. Как видно из спектральной характеристики (см. рис. 6), излучение лампы накаливания в красной области спектра превосходит излучение в сине-фиолетовой в 5-6 раз. Поэтому цветопередача на черно-белой пленке при свете ламп накаливания резко отличается от цветопередачи при дневном свете.
При номинальном напряжении ПО, 127 и 220В у маломощных ламп накаливания (50-200 Вт) цветовая температура света, излучаемого вольфрамовой нитью, равна 2600-2800 К, у более мощных (500 и 1000 Вт) - около 3000 К, У еще более мощных (свыше 1000 Вт) цветовая температура превышает 3000 К. Маломощные бытовые лампы, обладающие низкой цветовой температурой, не пригодны для цветной съемки.
У зеркальных ламп накаливания (ЗК) цветовая температура 2800-3000К, у предназначенных для цветной съемки - 3200-3300 К. Цветовая температура прожекторных ламп (ПЖ) колеблется от 3000 К у ламп мощностью 500 Вт до 3200 К У ламп мощностью 5000-10 000 Вт. Предназначенные для цветных съемок лампы КГЩ и ПЖК обладают одинаковой цветовой температурой для всех мощностей. С увеличением температуры накала вольфрамовой нити лампы повышается ее цветовая температура.
Фотолампы, предназначенные для фотосъемки, от обычных отличаются тем, что горят при повышенном напряжении, с большим перекалом. Благодаря этому значительно не только увеличивается сила света, но и повышается цветовая температура. По сравнению с фотолампами свет бытовых ламп заметно краснее.
Постоянство цветовой температуры ламп накаливания зависит от постоянства подводимого к лампе напряжения. Колебания напряжения изменяют температуру накала вольфрамовой нити и, следовательно, цветовую температуру излучения.
При съемке на черно-белой пленке постоянство цветовой температуры ламп накаливания не столь существенно, как на цветной. На обратимой цветной пленке отклонение от нормальной цветовой температуры на 50-100К уже заметно. Колебания цветовой температуры в зависимости от изменения напряжения приведены на рис. 9. Номинальное напряжение принято за 100%. Например, при снижении напряжения до 90% от номинального цветовая температура снижается до 96% от исходной. Такое снижение напряжения уменьшает цветовую температуру лампы с 3200 до 3072 К.
В процессе горения в результате распыления нити ее поверхность уменьшается и на внутренней стороне колбы образуется пленка. В излучении такой лампы всегда больше красных лучей, чем в новой такого же типа.
Свет - электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом. Нередко, под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра. Одной из характеристик света является его цвет, который для монохроматического излучения определяется длиной волны, а для сложного излучения - его спектральным составом.
Осн. источник света - солнце. Излучаемый им свет принято считать белым. От солнца идет свет с разной длиной волны.
Свет имеет температуру, которая зависит от мощности светового излучения. В свою очередь мощность зависит от длины волны.
Свет от лампы накаливания кажется белым, но его спектр смещен в сторону красного.
Свет от люминесцентной лампы смещен в сторону фиолетовой части спектра, имеет голубоватую окраску и большую цветовую температуру
Свет солнечного света в высокогорной местности смещен в сторону фиолетовых волн. Это обусловлено разряженной атмосферой на большой высоте.
В песчаной пустыне спектр будет смещен в сторону красных волн, т.к. к солнечному свету добавляется излучение раскаленного песка.
При осуществлении съемки необходимо учитывать данные факты, знать спектр имеющегося светового излучения для того, чтобы получить качественный снимок с оттенками, имеющимися в оригинале.
Т.о. от разных источников света идут фотоны разной длины.
Цвет - ощущение, вызываемое в глазах и мозгу человека светом различных длин волн и интенсивности.
Излучение разной интенсивности объективно существует и вызывает ощущение определенного цвета. Но само по себе оно цвета не имеет. Цвет возникает в органах зрения человека. Он не существует независимо от них. Поэтому его нельзя считать объективной величиной.
Для описания цвета применяются субъективные качественные и количественные оценки его характеристик.
Причинами возникновения цветовых ощущений являются электромагнитное излучение, свет, объективные характеристики которого связаны с субъективными характеристиками цвета, его насыщенностью, тоном, яркостью.
Цветовой тон субъектив. обусловленный свойствами зрительного восприятия человека, света, опр.волны интенсивности.
Температура, при которой абсолютно черное тело излучает свет такого же спектрального состава, как рассматриваемый свет, называется цветовой температурой. Она указывает только на спектральное распределение энергии излучения, а не на температуру источника. Так, свет голубого неба соответствует цветовой температуре около 12 500-25 000 К, т е. гораздо выше температуры солнца. Цветовая температура выражается в Кельвинах (К).
Понятие цветовой температуры применимо только к тепловым (раскаленным) источникам света. Свет электрического разряда в газах и парах металлов (натриевые, ртутные, неоновые лампы) не может быть охарактеризован величиной цветовой температуры.
