Jak Kelvin dla temperatury barwowej odnosi się do Kelvina dla rzeczywistej temperatury?

Kolor nie ma rzeczywistej temperatury. Spróbuj umieścić niebieski monitor i czerwony kwadrat na monitorze i przytrzymaj termometr w obu regionach. Jeśli zauważysz różnicę, robisz to źle. Prawdopodobnie już to wiesz.

Dlaczego więc temperatura barwowa jest mierzona w stopniach Kelvina? Kelwin jest miarą ciepła w substancji od zera absolutnego. Oznacza to, że kiedy w rzeczywistości nie ma żadnego ciepła w cząsteczce, a cząsteczki w niej są absolutnie nieruchome, to jest 0 K. 0 K może nie być możliwe, ale to nie powstrzymuje nas przed pomiarem w stosunku do niej, a to jest w każdym razie dygresja.

Czy jest jakaś substancja, która emituje różne kolory w różnych temperaturach, która została wykorzystana jako odniesienie od temperatury mapy do temperatury kolorów? A może jest to bardziej skomplikowane? A może wybór Kelvina jest całkowicie arbitralny, bez żadnego związku z ciepłem?

Jest to związane z podgrzewaną substancją, choć w nieco teoretyczny sposób. Substancja jest idealnym żarliwym ciałem czarnym , które promieniowałoby danym kolorem w obrębie danej przestrzeni kolorów w danej temperaturze. Lokalizacja w przestrzeni barw w zależności od temperatury nazywa się locus Planckiego , i nie twierdzę, że rozumiem wszystko w tym artykule, ale badam ją na dowolną głębokość.

Bardziej ogólne wyjaśnienie „odczytu światła” temperatury barwowej i jej korelacji z czarnymi kaloryferami znajduje się w Wikipedii o temperaturze barwowej .

Oświadczenie wprowadzające Wikipedii na temat temperatury kolorów odnosi się do nich całkiem dobrze:

Temperatury barwowej źródła światła jest temperatura idealnego ciała czarnego grzejnika , który emituje światło o porównywalnej barwy do źródła światła.

Grzejniki z czarnym ciałem to idealna koncepcja, która emituje widmo energii o szczytowej intensywności z częstotliwością zależną od temperatury grzejnika z czarnym ciałem. Im wyższa temperatura ciała czarnego, tym wyższa częstotliwość szczytowa widma emisji grzejnika ciała czarnego. Każda emisja z idealnego czarnego grzejnika jest wyłącznie z energii cieplnej. Zatem ciało czarne o masie 6500 K emituje fotony, których widmo częstotliwości osiąga wartość szczytową przy temperaturze, którą nazywamy temperaturą barwową 6500 K (w niebiesko-białym „świetle dziennym”, zakresie temperatur barwowych).

Chociaż nie ma rzeczywistych grzejników czarnego ciała, istnieje kilka przyzwoitych przybliżeń, które działają trochę jak czarne ciała. Przykładami są gwiazdy, żarówki i kuchenki elektryczne. Dlatego 5500 - 6500 K nazywa się temperaturą barwową światła dziennego - mierzymy temperaturę czarnego ciała Słońca na poziomie około 5780 K. Podobnie, ponieważ żarówki nie emitują światła , a emitują ciepło w widmie światła widzialnego, „wewnątrz” temperatura barwowa około 2500 K to nominalna temperatura promieniowania ciała czarnego i pik widmowy żarówek.

Powiązane pytania tutaj w Photography.SE:

• Co to jest temperatura barwowa i jak wpływa na moją fotografię?
• Jaka temperatura barwowa daje cieplejsze odcienie?
• Jeśli jasność → zakres dynamiczny ... balans bieli → co?
• Dlaczego wysokie temperatury balansu bieli są bardziej czerwone, gdy cieplejsze obiekty są bardziej niebieskie?

To pytanie Physics.SE dotyczy również bieżącego pytania: Jak temperatura jest związana z kolorem?

Temperatura barwowa jest związana z promieniowaniem ciała czarnego wytwarzanym przez gorące obiekty. Krzywa promieniowania ciała czarnego, pokazana poniżej, pokazuje krzywe przybliżonej intensywności * dla każdej długości fali dla promieniowania emitowanego przez ciała przy 5000 K, 4000 K i 3000 K.

* W rzeczywistości pokazuje spektralną krzywą promieniowania, która jest rodzajem strumienia. Ale możesz myśleć o tym jak o intensywności, jeśli to pomaga. Dwie wielkości są ściśle powiązane.

Źródło obrazu: Wikipedia

Zwróć uwagę, jak krzywe przechodzą przez widzialne spektrum. W zależności od tego, ile krzywej (pole pod) znajduje się w widmie widzialnym, kolor będzie wyglądał inaczej. Opisuje to locus Planckiana, gdy mówi się o temperaturze barwowej.

Źródło obrazu: Wikipedia

Powyższy schemat CIE pokazuje wizualny kolor ciał w różnych temperaturach. Ciała o temperaturach około 3000 K wydają się być czerwone, podczas gdy ciała około 5000 K lub 6000 K będą bielsze. Ciała, które są cieplejsze niż to, będą miały kolor niebieski.

Jak zauważają inne odpowiedzi, temperatura barwowa odpowiada promieniowaniu ciała doskonale czarnego w tej temperaturze.

Ale dlaczego nam na tym zależy? Aby to zrozumieć, musisz najpierw zadać sobie pytanie „Co to jest biel?”

Fizycznie biały nie jest kolorem. Nie ma długości fali światła, która odpowiada „białemu”, tak jak nie ma żadnej, która odpowiada „czarnej”, „szarej” lub „różowej” - wszystkie te kolory są jedynie „artefaktami” ludzkiej percepcji. Fizycznie są one mieszanką wielu różnych długości fali (w szczególności w świetle naturalnym biel jest z definicji mieszanką wszystkich widzialnych długości fali Słońca).

Postrzeganie koloru ludzkiego zależy od zmieszania intensywności trzech różnych receptorów światła. Teraz każdy z nich w rzeczywistości obejmuje szeroki zakres długości fal („kolorów fizycznych”), więc jest to nieco bardziej skomplikowane, ale każdy z nich ma pik o innej długości fali - zwykle nazywamy je odpowiednio czerwonym, zielonym i niebieskim. W ten sposób komputery mogą wyświetlać wszystkie kolory, które widzimy, za pomocą mieszanki trzech różnych długości fal - niektórzy inteligentni kosmici o innym widoku mogliby po prostu pomyśleć, że wszyscy jesteśmy bez sensu, ponieważ nasze zdjęcia nie wyglądają jak prawdziwe. Zasadniczo dostosowujemy intensywność trzech długości fal (które w przybliżeniu odpowiadają pikom), aby wytworzyć takie samo wzbudzenie w fotoreceptorach, jakie byłoby w prawdziwym świetle.

W tym modelu „biały” oznacza „100% czerwony + 100% zielony + 100% niebieski”. Jednak, jak już zauważyłem, naturalne białe światło tak naprawdę nie działa - jest to kompozyt o wielu różnych długościach fal bez tak ładnych proporcji. Teraz dochodzimy do ewolucji: biały to kolor, który nie zmienia odcienia. Percepcja kolorów jest zrównoważona, abyśmy mogli nadal widzieć te same kolory, nawet gdy zmieniają się warunki oświetlenia otoczenia - na przykład podczas chodzenia pod baldachimem lasu lub podczas rozpraszania światła (np. „W cieniu”). Oznacza to również, że naturalna temperatura barwowa odpowiada temperaturze fotosfery słonecznej - w zasadzie słońce jest białe z definicji , ponieważ do tego właśnie dostosowała nas ewolucja (powód, dla którego wyglądażółtawy dla oka, ponieważ część niebieskiego światła jest rozpraszana przez atmosferę - nasz wzrok przystosował się do widzenia obiektów oświetlonych przez Słońce (i atmosferę), a nie do samego Słońca.

Zabawne jest to, że pozwala nam to również używać źródeł światła, które nie są tak gorące jak Słońce. Najprostszymi przykładami są żarówki, które zwykle mają niższą temperaturę, ale stosują tę samą podstawową zasadę - rozgrzej drut tak, aby emitował wystarczającą ilość światła widzialnego, aby wyważenie bieli działało na ludzi. Światła LED wykorzystują zasadę bardziej podobną do ekranu komputera - trzy różne (no, nie dokładnie trzy, ale „trzy wąskie pasma”) długości fal, aby uzyskać dowolny kolor. Dobrą rzeczą jest to, że jest to o wiele bardziej wydajne. Złą rzeczą jest to, że może faktycznie produkują wyraźnie różne efekty świetlne, więc nie bardzo map do naturalnego światła w ogóle.

Ale sedno jest takie: światła LED nie są bliskie swojej „temperaturze barwowej”, więc jakie znaczenie ma w tym przypadku temperatura barwowa? Najważniejsze jest to, że w różnych temperaturach intensywność sygnałów wytwarzanych na każdym z trzech fotoreceptorów jest inna (dla tych samych „kolorów”). Zmieniając temperaturę kolorów na monitorze, w zasadzie dostosowujesz intensywność każdego z tych trzech kanałów w stosunku do pozostałych - to daje ci odcienie „czerwonawe” lub „niebieskawe”. Jesteś symulowaniewpływ innej temperatury ciała czarnego na wzrok ludzki - a ponieważ wzrok ludzki ignoruje tak wiele informacji w świetle, w rzeczywistości działa całkiem dobrze przez większość czasu. Dokonując ustawień w aparacie, robisz dokładnie odwrotnie - próbujesz odwzorować „przesunięte” kolory na „obiektywne” dane czerwony + zielony + niebieski. Powodem, dla którego ustawienie zwykle wykorzystuje temperaturę barwową, jest po prostu to, że jest to stosowane wszędzie - możesz spojrzeć na temperatury barwowe swojego oświetlenia i użyć go również w aparacie.

Przed termometrem kowali, garncarzy i dmuchaczy szkła i tym podobnych zależało od koloru świecącego materiału, aby monitorować postęp. Uważano, że większość minerałów ma unikalny kolor na różnych etapach po podgrzaniu. Wiadomo również, że obiekty rozszerzają się i kurczą wraz ze zmianą temperatury. Daniel Fahrenheit (niemiecki 1686-1736) opracował termometr rtęciowy. Użył liczby 180 jako liczby kroków (stopni) między zamrożeniem a wrzącą wodą, przy czym 180 jest liczbą bardzo podzielną. Anders Celsius (Szwed (1701 - 1744) uważał, że biznes 180 był szalony. Celsjusz postawił 100 kroków między zamrożeniem a wrzącą wodą.

Rtęć, alkohol i inne ciecze były powszechnie stosowane w termometrach, jednak żadne nie rozszerzają się ani nie kurczą liniowo, dlatego oznaczenia na rurkach mają różne odstępy w różnych obszarach. W 1802 r. Joseph Louis Gay-Lussac (francuski 1778–1850) wykazał, że współczynnik powietrza i różnych wspólnych gazów jest mniej więcej taki sam. Rura z pływakiem na kolumnie wodoru spada i unosi się równomiernie wraz z temperaturą. Jeśli chłodzenie będzie kontynuowane, pływak powinien uderzyć w dno w temperaturze -273 ° C. Naukowcy brzydzą się temperaturami ujemnymi i nazwali to dno „temperaturą absolutną”. W ten sposób Skala Absolutna nazywa się teraz skalą Kelvina, aby uhonorować Williama Thomsona 1. barona Kelvina (irlandzki laureat Nagrody Nobla z 1824–1907) za pracę nad Promieniowaniem Czarnego Ciała).

Temperaturę w skali Kelvina można przeliczyć na skalę Celsjusza, dodając 273. Metalurgiści powszechnie stosowali skalę Kelvina, podobnie jak wiele innych gałęzi nauki. Projekty żarówek ewoluowały, wykorzystując metalowy wolfram jako świecące włókno. Przemysł oświetleniowy przyjął skalę Kelvina, aby opisać kolor wytwarzanych lamp. Przemysł fotograficzny, silnie uzależniony od sztucznego oświetlenia, zastosował skalę Kelvina do klasyfikacji kolorów.

Tabela wybranych wybranych praktycznych źródeł oświetlenia i ich temperatur barwowych.

Światło słoneczne w południe 5400 K.

Świetlik od 120 000 K do 18 000 K.

Fotograficzne światło dzienne 5500 K (za zgodą twórców filmu)

Flash Cube - Flip Flash 4950 tys

Przezroczysta żarówka (wypełniona drutem cyrkonowym) 4200 K.

Przezroczysta lampa błyskowa wypełniona drutem aluminiowym 3800 K.

500 watów Lampa fotograficzna 3200 K.

Wolframowa żarówka domowa o mocy 100 W 2900 K.

60 watowa żarówka wolframowa dla gospodarstw domowych 2820 K.