1

1

TEORIA BARWNOŚCI

TEORIA BARWNOŚCI

Ś

wiatło (promieniowanie) ma dwoist

ą

natur

ę

:

1

. falow

ą

,

2.

kwantow

ą

Jest jednocze

ś

nie fal

ą

oraz strumieniem fotonów

(porcji energii).

Ź

ródła

ś

wiatła wysyłaj

ą

promieniowanie w postaci

strumienia fatocz

ą

stek,

zwanych fotonami.

Foton to cz

ą

stka b

ę

d

ą

c

ą

kwantem (czyli porcj

ą

)

energii promieniowania

ś

wietlnego.

Fotony nie maj

ą

ż

adnego

ładunku elektrycznego,

masy spoczynkowej,

ich pr

ę

dko

ść

jest równa pr

ę

dko

ś

ci

ś

wiatła.

Jedn

ą

z podstawowych cech promieniowania jest

długo

ść

fali.

[mierzona w ró

ż

nych jednostkach].

Jest ot najcz

ę

stsze kryterium

podziału promieniowania.

długie fale radiowe

10

6

(odległość

Warszawa-
Madryt)

ś

rednie fale radiowe

10

3

(kilometr)

radar, telewizja, radiowe fale

ultrakrótkie

10

0

(jeden metr)

podczerwień, kuchenka

mikrofalowa

10

-2

(10 centymetrów)

promienie widzialne; optyka

10

-6

(średnica bakterii)

ultrafiolet; sterylizacja

10

-8

promienie Rentgena; fotografia

diagnostyczna

10

-10

(wielkość atomu)

promienie gamma; leczenie

raka

10

-15

- 10

-11

(wielkość

jądra atomu)

Występowanie/zastosowanie

Długość fali (w

metrach)

2

2

fiolet

-

niebieski

-

cyan

-

zielony

-

ż

ółty

-

pomara

ń

czowy

-

czerwony

Ś

wiatło białe składa si

ę

ze wszystkich długo

ś

ci fal

elektro-magnetycznych, z zakresu widzialnego od
400

÷÷÷÷

750

(800

nm),

wyst

ę

puj

ą

cych

w

pełnym

nat

ęż

eniu.

Ś

Ś

wiatło widzialne (VIS)

wiatło widzialne (VIS)

400nm

700nm

Spektrum

ś

wiatła białego:

Ś

wiatło białe jest mieszanin

ą

wszystkich barw.

Ka

ż

da barwa ma inn

ą

długo

ść

fali.

Promieniowanie widzialne (VIS) jest mieszanin

ą

fal o ró

ż

nej długo

ś

ci.

Analiza światła

białego (dziennego) prowadzi do

wyodrębnienia szeregu barw, które tworzą

łącznie widmo światła białego

Wra

ż

enie

okre

ś

lonej barwy

mo

ż

emy uzyska

ć

w przypadkach,

gdy do oka dociera

ś

wiatło

1. o danej długo

ś

ci fali, np. 750 nm (czerwone)

2. lub wi

ą

zka zaw

ieraj

ą

ca wszystkie długo

ś

ci

ś

wiatła białego, z wyj

ą

tkiem fal, tworz

ą

cych

tzw. barw

ę

dopełniaj

ą

c

ą

, tj. fali o długo

ś

ci

odpowiadaj

ą

cej

ś

wiatłu zielonemu (~ 550 nm).

Postrzeganie konkretnej barwy

Powstanie barwy zwi

ą

zku jest skutkiem

przemieszczenia si

ę

elektronów walencyjnych,

co jest zwi

ą

zane z pochłoni

ę

ciem pewnej porcji

energii (pewnych długo

ś

ci fali promieniowania).

Pochłoni

ę

cie pewnej długo

ś

ci fali,

powoduje powstanie wra

ż

enia barwy uzupełniaj

ą

cej

.

Barwy dopełniaj

ą

ce to:

fioletowy

—

ż

ółty,

niebieski

—

pomara

ń

czowy

zielony

—

czerwony

.

Zwi

ą

zki najcz

ęś

ciej pochłaniaj

ą

fale:

1. z zakresu UV

– zwi

ą

zki bezbarwne

2. fale

fioletowoniebieskie

- tworz

ą

c zwi

ą

zki

o barwie

od

ż

ółtej do pomara

ń

czowej

3.nieliczne pochłaniaj

ą

długo

ś

ci o ni

ż

szych

energiach, daj

ą

c barwy od niebieskiej do

fioletowej.

~ 790-700

~ 380-430

fioletowy

~ 700-670

~ 430-450

indygo

~ 670-600

~ 450-500

niebieski

~ 600-580

~ 500-520

cyjan

~ 580-530

~ 520-565

zielony

~ 530-510

~ 565-590

ż

ółty

~ 510-480

~ 590-625

pomarańczowy

~ 480-405

~ 625-740

czerwony

Fizycznie kolory mo

ż

na powi

ą

za

ć

z obecno

ś

ci

ą

fal

elektromagnetycznych, o odpowiedniej długo

ś

ci,

wchodz

ą

cych w skład

ś

wiatła białego.

Najkrótsze fale daj

ą

wra

ż

enie fioletu, i poprzez

niebieskie, zielone,

ż

ółte i pomara

ń

czowe do najdłu

ż

szych

o barwie czerwonej.

Długo

ść

fali

3

3

Aby tworzy

ć

i reprodukowa

ć

barwy,

nale

ż

y uwzgl

ę

dni

ć

zarówno

natur

ę

promieniowania, jak i fizjologi

ę

widzenia

.

Ś

wiatło białe mo

ż

na tak

ż

e otrzyma

ć

wyniku zsumowania pełnego nat

ęż

enia,

trzech barw prostych,
nazywanych

barwami podstawowymi:

R (red) czerwonej

G (green) zielonej

B (blue) niebieskiej.

Barwa prosta, podstawowa

-

ś

wiatło o jednej,

ś

ci

ś

le okre

ś

lonej długo

ś

ci fali -

tzw.

monochromatyczne.

(ró

ż

ni si

ę

od barw b

ę

d

ą

cych efektem mieszaniny fal

o ró

ż

nych długo

ś

ciach).

Barwy podstawowe

- s

ą

tak dobrane,

ż

e przez zmieszanie

dowolnych dwóch, nie

jest

mo

ż

liwe uzyskanie trzeciej, natomiast przez

mieszanie

trzech mo

ż

na uzyska

ć

wra

ż

enie dowolnej

barwy prostej

.

Do

ś

wiadczenia i obliczenia wykazały,

ż

e dobieraj

ą

c nat

ęż

enia fal o trzech

długo

ś

ciach (

R

,

G

,

B

), mo

ż

na uzyska

ć

niesko

ń

czon

ą

ró

ż

norodno

ść

barw.

Oparta na tym zjawisku technika generowania

barwnego

ś

wiatła to

"

synteza trójchromatyczna".

Ka

ż

da barwa, inna ni

ż

biała, mo

ż

e by

ć

odwzorowana

przez naruszenie tej równowagi,

czyli pewn

ą

dysproporcj

ę

zmieszania trzech barw

podstawowych.

Jest to tzw. zjawisko addytywnego

mieszania barw,

- gdy suma d

ąż

y do bieli.

Usuni

ę

cie ze

ś

wiatła białego pewnej

barwy -
tworzy barw

ę

przeciwstawn

ą

do odj

ę

tej.

Cały zakres barw prostych

daje si

ę

uj

ąć

w zamkni

ę

ty

kr

ą

g barw, w którym

ka

ż

da barwa prosta

ma barw

ę

przeciwstawn

ą

, a jednocze

ś

nie

ka

ż

da

mo

ż

e by

ć

wyra

ż

ona przez zmieszanie,

w odpowiednich proporcjach,
trzech barw podstawowych.

Np. je

ż

eli scena teatralna o

ś

wietlona jest

trzema reflektorami, emituj

ą

cymi trzy barwy

podstawowe

:

R

,

G

i

B

-

daje ten sam efekt,

co o

ś

wietlenie reflektorem białym.

Gdy jednak wygasi si

ę

reflektor

niebieski (B),

- scena o

ś

wietlona b

ę

dzie na

ż

ółto,

gdy

zielony (G)

- na ró

ż

owo,

a gdy

czerwony (R)

-- na niebieskawo.

4

4

Ile mamy barw?

-

z odcieniami - niesko

ń

czenie wiele,

cho

ć

mo

ż

liwo

ś

ci rozró

ż

nienia kolorów przez

człowieka s

ą

ograniczone do kilku milionów.

Jednak niektóre zwierz

ę

ta widz

ą

rodzaje

ś

wiatła,

których ludzkie oko nie rejestruje –

pszczoły widz

ą

cz

ęść

fal ultrafioletowych,

niektóre w

ęż

e,

wyczuwaj

ą

niewidoczne dla oka promieniowanie

podczerwone.

Naturalnie postrzegamy świat jako

Naturalnie postrzegamy świat jako

odbite

odbite

od przedmiotów rozproszone światło

od przedmiotów rozproszone światło

dzienne

dzienne

. Świat jest barwny ponieważ

. Świat jest barwny ponieważ

przedmioty naszego otoczenia

przedmioty naszego otoczenia

pochłaniają w

pochłaniają w

różnym stopniu fale o różnej długości

różnym stopniu fale o różnej długości

,

,

zatem odbite od nich (lub przefiltrowane

zatem odbite od nich (lub przefiltrowane

przez nie) światło białe, staje się światłem

przez nie) światło białe, staje się światłem

barwnym.

barwnym.

Liść jest zielony bo ze światła białego pochłania w

Liść jest zielony bo ze światła białego pochłania w

największym stopniu fale purpurowe. Odbite od niego

największym stopniu fale purpurowe. Odbite od niego

światło ma deficyt tych fal, zatem w mieszaninie odbitych

światło ma deficyt tych fal, zatem w mieszaninie odbitych

fal dominuje barwa przeciwstawna

fal dominuje barwa przeciwstawna

--

--

zielona.

zielona.

Oko ludzkie ma dwa rodzaje receptorów

ś

wiatła:

czopki i pr

ę

ciki.

Czopki

widz

ą

słabo (wymagaj

ą

sporej energii

o

ś

wietlenia),

ale za to rozró

ż

niaj

ą

kolory;

pr

ę

ciki

działaj

ą

nawet w ciemno

ś

ciach -

jednak rejestruj

ą

wszystko na szaro.

•

Receptory siatkówki przekształcaj

ą

informacj

ę

o

nat

ęż

eniu

ś

wiatła i cz

ę

stotliwo

ś

ci fal

ś

wietlnych na

impulsy, które przez nerw wzrokowy przesyłane s

ą

do

mózgu. Mózg interpretuje te informacje jako jasno

ść

i barw

ę

.

Powstawanie wra

ż

enia barwy

Powstawanie wra

ż

enia barwy

Od

ź

ródła

ś

wiatła do człowieka

Z oka do mózgu

Ś

wiatło mo

ż

e dociera

ć

do

oka

bezpo

ś

rednio

ze

ź

ródła

ś

wiatła lub po

odbiciu od obiektu.

Barwa jest to wra

ż

enie psychiczne wywoływane w

mózgu człowieka

,

gdy

oko

odbiera

promieniowanie

elektromagnetyczne

z zakresu

ś

wiatła

, a mówi

ą

c dokładniej,

z widzialnej cz

ęś

ci fal

ś

wietlnych.

Główny wpływ na to wra

ż

enie ma;

A)

skład

widmowy

promieniowania

ś

wietlnego,

B)

ilo

ść

energii

ś

wietlnej,

C)

obecno

ść

innych barw

w polu widzenia

obserwatora oraz jego cechy osobnicze (ostro

ść

wzroku).

Oko ludzkie

wykazuje ró

ż

ny stopie

ń

wra

ż

liwo

ś

ci

na okre

ś

lon

ą

barw

ę

co jest uwarunkowane liczb

ą

czopków

wra

ż

liwych na okre

ś

lon

ą

długo

ść

fal

ś

wietlnych.

Za widzenie barwy;

niebieskiej odpowiada ok. 4% czopków

zielonej - 32%

czerwonej - 64%.

Ró

ż

nice barwy niebieskiej i ciemno czerwonej s

ą

słabiej dostrzegane ni

ż

ró

ż

nice w innych barwach.

5

5

Dlaczego lilia jest czerwona?

poniewa

ż

w

ś

ród ró

ż

nych długo

ś

ci fal docieraj

ą

cych

- od lilii do naszego oka dominuj

ą

fale

o

-

barwie czerwonej