Что насчет поверхности определяет ее цвет?

Этот вопрос слишком широк. Он включает в себя ВСЕ объекты во Вселенной, имеющие поверхность, т. е. все. Я не собираюсь читать здесь лекцию.

В некоторых жидкостях и большинстве газов электронной структуры каждого отдельного атома или молекулы достаточно для описания их спектра.

«Свойство», которое вы ищете в случае твердых тел, — это ленточная структура . Смотрите эту страницу для хорошего введения, особенно раздел об изоляторах и легировании. Люди дошли до того, что им нужно было описывать спектр твердых тел параметрами (макроскопическими) вместо атомных и зонных переходов (к тому же иногда приходится учитывать релятивистские поправки): поглощение, рассеяние или флуоресценция . Смотрите эту страницу для более короткого объяснения, обратите внимание, что это справедливо не только для видимого света. При нормальном падении рассеяние назад называется «отражением», а рассеяние вперед — «прохождением». Цвет, который вы видите, также будет зависеть от плоскостности поверхности., но это не влияет на физику светорассеяния.

Один интересный факт заключается в том, что вы можете видеть (на самом деле вы не можете, это справедливо для рентгеновских лучей), что свет «отражается» более чем в одном месте из-за закона Брэгга .

Наконец, согласно вашему заголовку ОП, вы можете прочитать больше о решетках , в которых поверхность обрабатывается для специфического управления цветами.

Несколько ответов здесь уже очень подробно рассказывают о том, как электронные орбиты влияют на то, будет ли фотон поглощен или нет, но это еще не вся история. Цвет отраженного излучения действительно является единственным фактором, если поверхность абсолютно плоская и идеально отражающая, за исключением излучения черного тела, но большинство поверхностей таковыми не являются.

Возьмем, к примеру, все яркие цвета павлиньего хвоста. Они могут быть самых разнообразных зеленых, синих и других цветов. Теперь, если вы посмотрите на те же перья после выравнивания поверхности, вы увидите, что пигменты в перьях на самом деле коричневые. Этот вид окраски возникает из-за того, как микроскопические структуры взаимодействуют с излучением, и называется структурной окраской. Например, структура, похожая на решетку, создаст цветовой узор, соответствующий градиенту радуги, как это происходит в правильном эксперименте с дифракционной решеткой. Тот же эффект может быть вызван разницей в глубине отражения, как в случае разливов нефти, что также заставляет их отражать радужный узор.

Существует также излучение черного тела, которое связано с температурой объекта. Этот эффект заставляет более горячие объекты излучать часть своей температурной энергии таким образом, что более горячие объекты светятся ярче и с пиком, который смещается в сторону более высоких длин волн.

Интересный вопрос. Я считаю, что это связано с энергетическими уровнями атомов на поверхности. Я предполагаю, что вы понимаете концепцию атомных орбиталей. Когда свет сталкивается с поверхностью, поглощаемые длины волн - это те, которые содержат нужное количество энергии для перемещения электронов на следующую орбиталь.

... После поиска в Google: если разница энергий между двумя последовательными возможными орбитальными состояниями равна ΔE, то поглощенные фотоны будут иметь частоту ν = (2πΔE)/h, где h — постоянная Планка.

Материал отображает цвет, когда свет отражается от поверхности. Когда определенная длина волны достигает поверхности, если энергия$E=\frac{hc}{\lambda}$фотона соответствуют разнице между двумя электронными состояниями, то он с определенной вероятностью будет поглощен. Вероятность поглощения, конечно, зависит от плотности электронных состояний.

Если фотон не поглощается, он проходит через материал. Тогда говорят, что этот материал прозрачен для своей длины волны.$\lambda$.

Если фотон поглощается, он будет повторно излучаться без определенного направления. Но когда он излучается внутрь материала, он снова поглощается, поэтому направление наружу материала будет предпочтительнее (поскольку в этом направлении фотоны не будут поглощаться). Эти длины волн отражаются.

Глядя на материал, вы увидите спектр, состоящий из всех отраженных длин волн, и это определяет его цвет.

У Пола Г. Хьюитта есть отличное нематематическое описание этого в его книге «Концептуальная физика».

Ударьте по камертону, и он завибрирует с характерной частотой, своей собственной частотой. Камертон может выдавать другие частоты, но они затухают быстрее, чем целевая частота. Демпфирование высасывает энергию из вибрации и становится термической, если она не становится звуком.

Вы можете думать о многих вещах как о крошечных камертонах. Таким образом, удар по металлу звучит иначе, чем удар по дереву.

Жесткость пружины может определять частоту ее колебаний. Опять же, у него есть собственная частота.

Подобно этим примерам, вы можете думать об атомах и молекулах как о крошечных оптических камертонах, которые переизлучают часть света и поглощают остальную часть. Проходит немного света.

Цвет, который вы видите, зависит от различных особенностей атомных и молекулярных взаимодействий. Например, насколько сильно электрон связан со своим родительским атомом, примерно аналогично жесткости пружины.

Вибрации в целом часто можно аппроксимировать с помощью анализа простого гармонического движения.

Вот почему Планк смог проанализировать взаимодействие излучения черного тела с материей, предположив, что излучение взаимодействует с крошечными «гармоническими осцилляторами» на поверхности черного тела.

Отличный вопрос — он открывает много физики. Мой любимый пример: «Почему некоторые проводящие металлы выглядят золотыми/медными/и т. д., а не серыми?» Оказывается, это связано с релятивистскими эффектами, действующими на орбитали различных электронов.

Затем есть голубая сойка, чей синий цвет полностью интерферометрический, а не поглощающий/отражающий.

и более :-)

Отредактировано, чтобы предоставить информацию о квантовых механизмах цвета металлов. Цитата со страниц википедии,

Характерный цвет меди возникает в результате электронных переходов между заполненными 3d и полупустыми 4s атомными оболочками — разница энергий между этими оболочками такова, что соответствует оранжевому свету.

(ссылки доступны на странице "Медь")

В то время как большинство других чистых металлов имеют серый или серебристо-белый цвет, золото имеет слегка красновато-желтый цвет. Этот цвет определяется плотностью слабосвязанных (валентных) электронов; эти электроны колеблются как коллективная «плазменная» среда, описываемая в терминах квазичастицы, называемой плазмоном. Частота этих колебаний лежит в ультрафиолетовом диапазоне для большинства металлов, но для золота она попадает в видимый диапазон из-за тонких релятивистских эффектов, влияющих на орбитали вокруг атомов золота. Подобные эффекты придают золотой оттенок металлическому цезию.

Ссылки включают эту страницу , а также различные книги.