Излучение черного тела: почему оно может светиться желтым цветом?

При излучении черного тела свет с разными длинами волн излучается в различных пропорциях в зависимости от температуры излучателя.

Графики спектральной яркости в зависимости от длины волны для разных цветовых температур выглядят следующим образом:

введите описание изображения здесь

Говорят, что цвет излучения (в целом) изменяется предсказуемым образом. Образцы цветов при различных температурах :

  • 1000К красный
  • 1500K Красновато-оранжевый
  • 2000K желтовато-оранжевый
  • 2800K Желтый
  • 3500K Желтовато-белый
  • и т. д.

Другие утверждают, что видимый свет кажется желтым при температуре 5000 К.

Оставляя в стороне точную температуру, все согласны с тем, что «по мере дальнейшего повышения температуры он становится ярко-красным, оранжевым, желтым, белым и, в конечном итоге, сине-белым».

Однако, если мы посмотрим на график, кажется, что даже при достижении «желтой» температуры черное тело должно излучать довольно много красных и оранжевых длин волн в дополнение к желтым.

Возможно, более точной формулировкой будет то, что «сначала он становится красным, затем оранжевым (красный + желтый свет) и, наконец, белым (красный + желтый + синий кажутся белыми для глаз)».

Но стандартный вводный материал для старшей школы и статья в Википедии, по-видимому, предполагают, что воспринимаемый цвет может быть (чистым) желтым в какой-то момент (2800K в связанной статье выше или 5000K из школьного материала).

Является ли это просто вопросом восприятия (мы видим разные длины волн, но наш мозг объединяет данные RGB от колбочек в глазах в «желтый»), или есть какое-то другое объяснение того, почему мы можем (теоретически) видеть чисто желтый свет? испускаемое черным телом излучение подходящей температуры?

Связанные вопросы, которые не отвечают на мой вопрос:

Этот вопрос относится к излучению черного тела в целом, но не к конкретному вопросу о том, как можно воспринимать «чистый» цвет, когда видимые излучения представляют собой совокупность длин волн (например, красный + оранжевый + желтый, вместе воспринимаемые как чистый желтый цвет).

Этот вопрос касается восприятия цвета через взаимодействие между излучаемым и поглощаемым/отраженным светом.

Чисто желтый или любой другой цвет в любом случае не соответствует излучению BB. Невозможно использовать «чистый», как вы это делали в вопросе. Все остальное - физиология. Вместо желтого, то, что мы не можем воспринять от BB, является зеленым. Каким-то образом нам нужна более высокая чистота, чтобы видеть зеленый цвет (вероятно, потому что он находится посередине).
Боюсь, я не могу процитировать источник, но однажды я прочитал, что глаз обычно не может отличить нечистый цвет (широкий разброс длин волн) от чистого цвета (очень узкий разброс) с центром на «правильной» длине волны в широко распространен.

Ответы (2)

Ваша "более точная формулировка" действительно совершенно верна.

Вы можете нанести траекторию движения черного тела на цветовую диаграмму. Вот он (со страницы википедии о черных телах). Да, диапазон цветов идет от красноватого до голубовато-белого, через желтоватую/оранжевую область. Не существует «чистого цвета», и излучение черного тела излучается в широком (бесконечном) диапазоне длин волн при любой температуре.

Я не думаю, что существует консенсус относительно того, как называть появление излучения абсолютно черного тела, не в последнюю очередь потому, что цвет, воспринимаемый глазом, также будет зависеть от интенсивности света (т. е. фотонов на единицу площади), полученного в задняя часть сетчатки - разница между фотопическим и скотопическим зрением. Однако, если поверхность черного тела достаточно большая/близкая, чтобы ее можно было увидеть глазом, то это число будет примерно постоянным, и я предполагаю, что в этом случае цветовая диаграмма претендует на то, чтобы представить это.

Планковская кривая на цветовой диаграмме

Для данной температуры интенсивность черного тела фиксирована. Воспринимаемый глазом цвет может зависеть только от температуры.
@ Альфред не совсем: хроматическая адаптация повлияет на восприятие.
@Alfred Соответствующие явления - это фотопическое, мезопическое и скотопическое зрение. Они действительно зависят от потока, получаемого глазом . Ваше утверждение верно только для поиска «стены» черного тела, где действительно этот поток будет постоянным, независимо от того, насколько далеко находится стена. В реальном мире черные тела не имеют бесконечных размеров, поэтому, когда они находятся далеко, поток, воспринимаемый глазом, уменьшается. В результате воспринимаемые цвета меняются. Вот почему слабые звезды кажутся белыми, а более яркие звезды могут казаться окрашенными. физика.stackexchange.com/a/169986/43351
@Alfred, то есть это удельная интенсивность (Ватт на квадратный метр на Герц на стерадиан ), которая фиксируется функцией Планка, а не поток (Ватт на квадратный метр на Герц) в глазу.
@Profrob Хорошо, я был неправ, но не по той причине, которую вы указали. Цвет любой части солнца одинаков, и, глядя на часть солнца через маленькое отверстие на расстоянии около 1 м, вы обожжете меньшую область вашей сетчатки, но сожжете ее так же тщательно, как если бы вы смотрели на целое солнце. Что действительно изменило бы восприятие, так это возможность сузить зрачок еще больше, чтобы уменьшить телесный угол потока, достигающего каждого нейрона вашей сетчатки. Таким образом, не поток, полученный единицей площади вашего глаза, а телесный угол, достигающий вашей сетчатки от отверстия вашего зрачка.
@Profrob Но да, для черного тела, намного более прохладного, чем солнце, красноватого, я полагаю, оно может выглядеть по-разному в каждом глазу, если вы введете атропин в один глаз, а не в другой. Но изменение его размера или расстояния не изменит воспринимаемый цвет.
@Probrob Вот почему так опасно наблюдать за солнечным затмением без защиты. В обычных ситуациях вы можете смотреть на солнце в течение нескольких секунд. Он оставляет остаточное изображение, но это обратимо, потому что зрачок сужается. При затмении телесный угол солнца, который вы видите, намного меньше, зрачок открывается в темноте. Даже поиск в течение очень короткого времени (как вы делаете, когда смотрите на все солнце, быстро удаляющееся) может привести к необратимому повреждению.
@Alfred Если вы поместите Солнце на расстоянии 1000 световых лет, оно будет казаться белым невооруженным глазом. Количество фотонов, получаемых в секунду, недостаточно для запуска клеток цветового ответа. Есть много звезд, на которые вы можете посмотреть сегодня вечером, чтобы оценить истинность этого. Их спектры по форме по-прежнему соответствуют (очень грубо) спектру черного тела.
@Profrob Я сравниваю падающие телесные углы, которые «измеримы» вашей сетчаткой, все солнце и «квадрат солнца» со стороной, скажем, 1/10 градуса: тот же воспринимаемый цвет, если открытие зрачка определяется «окружающий» дневной свет. Как только вы достигаете чрезвычайно малого телесного угла падения, как у звезд, так что поток, достигающий каждой клетки сетчатки, становится чрезвычайно малым (даже если зрачок полностью расширен), тогда действительно колбочки вообще не могут реагировать, только палочки. Цвет вообще не воспринимается.
@ Альфред, да. Простите меня за то, что я астроном — это единственные «черные тела», с которыми я работаю. Разница в том, что размер изображения на сетчатке остается фиксированным даже при увеличении расстояния. Вы рассматриваете ситуации, когда размер изображения зависит от телесного угла источника. Есть два режима. Я подумаю, как изменить свою формулировку.
@Profrob Ваш аргумент, которому я хотел опровергнуть, был «бесконечной стеной» черного тела. Черное тело, наблюдаемое под телесным углом 1/10 стерадиана или 1/10 000 стерадиан (очень, очень грубо, солнце) или 1/1000 000 стерадиан (все еще приемлемо для человека без близорукости или с линзы, хорошо адаптированные к близорукости) будут выглядеть одинакового цвета. Гораздо меньше, чем другая проблема.
@ Альфред - да, я согласен с этими цифрами. Но по-прежнему имеет значение количество фотонов на единицу площади в задней части сетчатки (а не в глазу).
@ProfRob С этим я согласен: восприятие цвета действительно будет зависеть от количества фотонов на единицу площади в задней части сетчатки, я был неправ.
@ProfRob Когда преобладает скотопическое зрение или даже становится важным, восприятие цвета меняется. Но на этой вики-странице en.wikipedia.org/wiki/Photopic_vision есть единственная кривая для функции светимости в терминах длины волны для огромного диапазона уровней яркости, 10 к 10 8 с д / м 2 . Если черное тело не рассматривается под таким малым телесным углом, что играет роль скотопическое зрение, воспринимаемый цвет не должен зависеть ни от этого телесного угла, ни от телесного угла зрачка, если смотреть со стороны той части сетчатки, которая воспринимает свет. , а только от температуры черного тела.
@ProfRob Опять же, кривая может зависеть от яркости, даже в огромном диапазоне яркости, где преобладает фотопическое зрение, вики не всезнающая. Один из способов принять решение — посмотреть, скажем, на раскаленный докрасна кусок металла в довольно ярком свете с атропином (или, скорее, новыми видами более безопасных глазных капель, которые офтальмологи закапывают вам в глаза, чтобы посмотреть на сетчатку) только в одним глазом, чтобы проверить, одинаковы ли воспринимаемые цвета обоими глазами или нет. В противном случае это сделало бы взаимосвязь между единицами СИ нелинейной, для данной длины волны cds не будут пропорциональны ваттам!
@ Альфред, все звезды, кроме самых ярких, выглядят белыми. Если вы посмотрите на них в телескоп, они станут цветными.
@ProfRob Это переход от скотопического к фотопическому зрению. Я никогда этого не отрицал. Дело в том, что когда человек находится в огромном диапазоне фотопического зрения, от яркости, при которой вклад скотопического зрения становится незначительным, до точки ожога сетчатки, между 10 и 10 8 с д / м 2 пропорциональны ли канделы и ватты для данной длины волны? Если да, то воспринимаемый цвет черного тела зависит только от температуры в этом диапазоне . Если нет, то определение канделы в системе СИ бессмысленно, что, между нами говоря, вполне возможно, но это проблема!
Излучение черного тела: почему оно может светиться желтым цветом?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v