Espectre visible: diferència entre les revisions
→Índex de refracció: Ampliació |
Millores |
||
| Línia 8: | Línia 8: | ||
== Història == |
== Història == |
||
[[Fitxer:Newton_Opticks_titlepage.jpg|miniatura|<center>''Tractat d'òptica'', de Newton.]] |
[[Fitxer:Newton_Opticks_titlepage.jpg|miniatura|<center>''Tractat d'òptica'', de Newton.]] |
||
Dues de les primeres explicacions de l'espectre visible són fruit de les observacions del físic anglès [[Isaac Newton]] (1642-1727), que va escriure el seu ''[[Opticks]]'' ‘''Òptica’'' (1704), i de l'alemany [[Johann Wolfgang von Goethe|Johann W. von Goethe]] (1749-1832), amb la seva ''[[Teoria dels colors|Zur Farbenlehre]] ‘Teoria dels colors’ (1810) |
Dues de les primeres explicacions de l'espectre visible són fruit de les observacions del físic anglès [[Isaac Newton]] (1642-1727), que va escriure el seu ''[[Opticks]]'' ‘''Òptica’'' (1704), i de l'alemany [[Johann Wolfgang von Goethe|Johann W. von Goethe]] (1749-1832), amb la seva ''[[Teoria dels colors|Zur Farbenlehre]] ‘Teoria dels colors’'' (1810). Però les primeres observacions de les quals es té coneixement van ser fetes per l'anglès [[Roger Bacon]] (1220-1292) que per primera vegada va reconèixer l'espectre visible en un vas d'aigua, quatre segles abans dels descobriments de Newton amb [[Prisma òptic|prismes]] que van permetre estudiar la [[Dispersió òptica|dispersió]] i l'agrupació de la llum blanca.<ref>{{Ref-publicació|article=Goethe, Newton, and the Imagination of Modern Science:|url=https://www.cairn.info/revue-internationale-de-philosophie-2009-3-page-261.htm?ref=doi|publicació=Revue internationale de philosophie|data=2009-09-01|issn=0048-8143|pàgines=261–277|volum=n° 249|exemplar=3|doi=10.3917/rip.249.0261|nom=Dennis L.|cognom=Sepper}}</ref> |
||
Newton va fer servir per primer cop la paraula espectre (del [[llatí]] ''spectrum'', que significa aparença, aparició, fantasma) el [[1671]] en descriure els seus experiments sobre [[òptica]]. Newton va observar que quan un estret feix de llum solar incideix sobre un [[Prisma (òptica)|prisma]] de vidre triangular amb un angle determinat, una part es reflecteix i una altra passa a través del vidre per [[refracció]], mostrant diferents bandes de colors. La hipòtesi de Newton era que la llum estava feta per corpuscles (partícules) de diferents colors i que la diferència en els colors era a causa de la diferència de [[velocitat]]s de cada un d'ells, de manera que en un medi transparent, la llum vermella era més veloç que la llum violeta. El resultat és que la llum vermella es doblava ([[refracció]]) menys que la llum violeta quan passaven a través del prisma, creant l'espectre de colors.<ref>{{Ref-publicació|cognom=Roldán Serrano|nom=E.|article=Prehistoria de la óptica cuántica: historia de la dispersión de la luz|publicació=Revista Española de Física|data=octubre-diciembre 2023|pàgines=21|exemplar=4|volum=37}}</ref> |
Newton va fer servir per primer cop la paraula espectre (del [[llatí]] ''spectrum'', que significa aparença, aparició, fantasma) el [[1671]] en descriure els seus experiments sobre [[òptica]]. Newton va observar que quan un estret feix de llum solar incideix sobre un [[Prisma (òptica)|prisma]] de vidre triangular amb un angle determinat, una part es reflecteix i una altra passa a través del vidre per [[refracció]], mostrant diferents bandes de colors. La hipòtesi de Newton era que la llum estava feta per corpuscles (partícules) de diferents colors i que la diferència en els colors era a causa de la diferència de [[velocitat]]s de cada un d'ells, de manera que en un medi transparent, la llum vermella era més veloç que la llum violeta. El resultat és que la llum vermella es doblava ([[refracció]]) menys que la llum violeta quan passaven a través del prisma, creant l'espectre de colors.<ref>{{Ref-publicació|cognom=Roldán Serrano|nom=E.|article=Prehistoria de la óptica cuántica: historia de la dispersión de la luz|publicació=Revista Española de Física|data=octubre-diciembre 2023|pàgines=21|exemplar=4|volum=37}}</ref> |
||
| Línia 19: | Línia 19: | ||
== Colors de l'espectre == |
== Colors de l'espectre == |
||
Els colors de l'[[arc de Sant Martí]] en l'espectre visible inclou tots aquests colors que poden ser produïts per la llum visible d'una simple [[longitud d'ona]]; són els colors de l'espectre pur, els colors monocromàtics. |
Els colors de l'[[arc de Sant Martí]] en l'espectre visible inclou tots aquests colors que poden ser produïts per la llum visible d'una simple [[longitud d'ona]]; són els colors de l'espectre pur, els colors monocromàtics. A pesar que l'espectre és continu, i per tant no hi ha quantitats buides entre un i un altre color, els rangs de la figura següent podrien ser usats com una aproximació.<ref>Thomas J. Bruno, Paris D. N. Svoronos. ''[http://books.google.cat/books?id=FgjHjhCh5wsC&pg=PP1&dq=intitle:%22CRC+Handbook+of+Fundamental+Spectroscopic+Correlation+Charts%22&ei=A3TYRvGjJYqKoQK5oYzMBQ&sig=rsr8R_QF8j-fcWljMbTPF14Kcms#PPA2,M1 CRC Handbook of Fundamental Spectroscopic Correlation Charts.]'' CRC Press, 2005.</ref> |
||
A pesar que l'espectre és continu, i per tant no hi ha quantitats buides entre un i un altre color, els rangs anteriors podrien ser usats com una aproximació.<ref>Thomas J. Bruno, Paris D. N. Svoronos. ''[http://books.google.cat/books?id=FgjHjhCh5wsC&pg=PP1&dq=intitle:%22CRC+Handbook+of+Fundamental+Spectroscopic+Correlation+Charts%22&ei=A3TYRvGjJYqKoQK5oYzMBQ&sig=rsr8R_QF8j-fcWljMbTPF14Kcms#PPA2,M1 CRC Handbook of Fundamental Spectroscopic Correlation Charts.]'' CRC Press, 2005.</ref> |
|||
{| class=wikitable width=400 align=center style="text-align: center; margin: 0.5em auto; width: auto;" |
{| class=wikitable width=400 align=center style="text-align: center; margin: 0.5em auto; width: auto;" |
||
!Espectre |
|||
! colspan |
! colspan="7" |[[Fitxer:Spectrum.svg|L'espectre]] |
||
|- |
|||
| ⚫ | |||
|380–450 nm |
|||
|- |
|||
| ⚫ | |||
|450–495 nm |
|||
|- |
|||
| ⚫ | |||
|495–570 nm |
|||
|- |
|||
| ⚫ | |||
|570–590 nm |
|||
|- |
|- |
||
!Color<ref name=":0">{{Ref-llibre|títol=The physics of music and color|editorial=Springer|data=2012|lloc=New York, NY|isbn=978-1-4614-0556-6|nom=Leon|cognom=Gunther}}</ref> |
|||
| ⚫ | |||
| ⚫ | |||
|590–620 nm |
|||
|[[Indi (color)|indi]] |
|||
| ⚫ | |||
| ⚫ | |||
| ⚫ | |||
| ⚫ | |||
| ⚫ | |||
|- |
|- |
||
!λ (nm)<ref name=":0" /> |
|||
| ⚫ | |||
|400-420 |
|||
|620–750 nm |
|||
|420-455 |
|||
|455-490 |
|||
|490-575 |
|||
|575-585 |
|||
|585-650 |
|||
|650-720 |
|||
|} |
|} |
||
== Índex de refracció == |
== Índex de refracció == |
||
[[Fitxer:Dispersion-curve.png|miniatura|Valors dels índexs de refracció de diferents materials transparents en funció de la longitud d'ona de la radiació (la zona visible en color taronja).]] |
[[Fitxer:Dispersion-curve.png|miniatura|Valors dels índexs de refracció de diferents materials transparents en funció de la longitud d'ona de la radiació (la zona visible en color taronja).]] |
||
La velocitat de la llum en un material <math>v</math> és menor que la mateixa en el buit <math>c</math>, i la proporció entre les velocitats és coneguda com a l'[[índex de refracció]] <math>n </math> d'un material: |
La [[velocitat de la llum]] en un material <math>v</math> és menor que la mateixa en el buit <math>c</math>, i la proporció entre les velocitats és coneguda com a l'[[índex de refracció]] <math>n </math> d'un material: |
||
<math display="block">n = \frac{c}{v}</math> |
<math display="block">n = \frac{c}{v}</math> |
||
Un medi en el qual l'índex de refracció és el mateix en tots els punts és un medi homogeni i isòtrop, com és el cas dels vidres òptics. L'atmosfera no és un medi homogeni ni isòtrop òpticament, ja que l'índex de refracció varia amb l'altura, però es pot considerar que ho és per a distàncies curtes. Atès que la velocitat de la llum en un medi depèn de la longitud d'ona considerada, cal definir l'índex de refracció especificant la longitud d'ona a què es refereix. Per convenció, l'índex de refracció se sol definir per a una longitud d'ona de 587,6 nm. El seu valor per a l'aigua és proper a 1,33 i per als diferents tipus de vidres és d'aproximadament 1,5. Per a descriure la variació de l'índex de refracció en funció de la longitud d'ona, o dispersió, s'utilitza el [[nombre d'Abbe]].<ref>UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA; TERMCAT, CENTRE DE TERMINOLOGIA; ENCICLOPÈDIA CATALANA. ''Diccionari de física'' [en línia]. 2a ed. Barcelona: TERMCAT, Centre de Terminologia, cop. 2019. (Diccionaris en Línia) (Ciència i Tecnologia)<https://www.termcat.cat/ca/diccionaris-en-linia/149></ref> |
Un medi en el qual l'índex de refracció és el mateix en tots els punts és un medi homogeni i isòtrop, com és el cas dels vidres òptics. L'[[atmosfera terrestre]] no és un medi homogeni ni isòtrop òpticament, ja que l'índex de refracció varia amb l'altura, però es pot considerar que ho és per a distàncies curtes. Atès que la velocitat de la llum en un medi depèn de la [[longitud d'ona]] considerada, cal definir l'índex de refracció especificant la longitud d'ona a què es refereix. Per convenció, l'índex de refracció se sol definir per a una longitud d'ona de 587,6 nm. El seu valor per a l'aigua és proper a 1,33 i per als diferents tipus de vidres és d'aproximadament 1,5. Per a descriure la variació de l'índex de refracció en funció de la longitud d'ona, o dispersió, s'utilitza el [[nombre d'Abbe]].<ref>UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA; TERMCAT, CENTRE DE TERMINOLOGIA; ENCICLOPÈDIA CATALANA. ''Diccionari de física'' [en línia]. 2a ed. Barcelona: TERMCAT, Centre de Terminologia, cop. 2019. (Diccionaris en Línia) (Ciència i Tecnologia)<https://www.termcat.cat/ca/diccionaris-en-linia/149></ref> |
||
La corresponent longitud d'ona en l'aigua i en altres medis es veu reduïda per un factor igual a l'[[índex de refracció]]. En termes de freqüència, aquesta correspon a una banda en el camp de valors entre 450 i 750 terahertz. Un ull adaptat a la llum generalment té com a màxima sensibilitat un valor de 555 nm, a la regió verda de l'espectre visible. L'espectre, tanmateix, no conté tots els colors que els ulls humans i el cervell poden distingir. Cafè, rosat i magenta estan absents, per exemple, perquè es necessita la mescla de múltiples longituds d'ona, preferiblement vermells foscos. |
La corresponent longitud d'ona en l'aigua i en altres medis es veu reduïda per un factor igual a l'[[índex de refracció]]. En termes de [[freqüència]], aquesta correspon a una banda en el camp de valors entre 450 i 750 terahertz. Un ull adaptat a la llum generalment té com a màxima sensibilitat un valor de 555 nm, a la regió verda de l'espectre visible. L'espectre, tanmateix, no conté tots els colors que els ulls humans i el cervell poden distingir. Cafè, [[Color rosa|rosat]] i [[Magenta (color)|magenta]] estan absents, per exemple, perquè es necessita la mescla de múltiples longituds d'ona, preferiblement vermells foscos. |
||
La longitud d'ona visible a l'ull també passa a través d'una finestra òptica, la regió de l'espectre electromagnètic que passa molt atenuada a través de l'[[atmosfera terrestre]], malgrat que la llum blava és més dispersa que la llum vermella, que és la causa del color del cel. La resposta de l'ull humà està definit per una prova subjectiva, però les finestres atmosfèriques estan definides per mesures físiques. La finestra visible s'anomena així perquè aquesta superposa la resposta humana visible a l'espectre; la finestra infraroja està lligada a la finestra de resposta humana i la longitud d'ona mitjana infraroja, la longitud d'ona infraroja llunyana estan molt lluny de la regió de resposta humana. |
La longitud d'ona visible a l'ull també passa a través d'una finestra òptica, la regió de l'espectre electromagnètic que passa molt atenuada a través de l'[[atmosfera terrestre]], malgrat que la llum blava és més dispersa que la llum vermella, que és la causa del color del cel. La resposta de l'ull humà està definit per una prova subjectiva, però les finestres atmosfèriques estan definides per mesures físiques. La finestra visible s'anomena així perquè aquesta superposa la resposta humana visible a l'espectre; la finestra infraroja està lligada a la finestra de resposta humana i la longitud d'ona mitjana infraroja, la longitud d'ona infraroja llunyana estan molt lluny de la regió de resposta humana. |
||
Revisió del 14:58, 21 març 2024
L'espectre visible correspon als colors de l'esquema.
L'espectre visible és la regió de l'espectre electromagnètic que l'ull humà és capaç de percebre. A la radiació electromagnètica en aquest rang de longituds d'ona se l'anomena llum visible o, simplificant, simplement llum. Gràcies a la sensació de color, l'ull arriba a distingir les diferents parts de l'espectre visible. L'arc de Sant Martí és un exemple de refracció natural de l'espectre visible.
No hi ha cap límit exacte a l'espectre visible: l'ull humà, adaptat a la llum, posseeix generalment una sensibilitat màxima a la llum d'una longitud d'onda d'uns 550 nm (nanòmetres), el que correspon a un color groc-verd. Generalment, es considera que la resposta de l'ull cobreix les longituds d'ones de 380 nm a 780 nm, encara que una gamma de 400 nm a 700 nm sigui més comuna. Aquests extrems corresponen, respectivament, als colors violeta, a les longituds d'ona més curtes, i vermell, a les longituds d'ona més llargues. Tanmateix, l'ull pot tenir una certa resposta visual a gammes de longituds d'onda encara més àmplies.
L'ultraviolat (UV) i l'infraroig (IR) sovint són considerats com a llum, però no són visibles per a l'ull humà. Però els ulls de moltes espècies perceben unes longituds d'ona de l'espectre que són diferents de les que pot diferenciar l'ull humà. Per exemple, molts insectes, com les abelles, poden veure la llum ultraviolada, que els és molt útil per trobar el nèctar a les flors. Per aquesta raó, les espècies de plantes que tenen un cicle de vida lligat a la pol·linització per mitjà de la intervenció dels insectes poden tenir més o menys èxit en funció del seu aspecte sota la llum ultraviolada en comptes de l'aparença que presenten als nostres ulls.
Història
Dues de les primeres explicacions de l'espectre visible són fruit de les observacions del físic anglès Isaac Newton (1642-1727), que va escriure el seu Opticks ‘Òptica’ (1704), i de l'alemany Johann W. von Goethe (1749-1832), amb la seva Zur Farbenlehre ‘Teoria dels colors’ (1810). Però les primeres observacions de les quals es té coneixement van ser fetes per l'anglès Roger Bacon (1220-1292) que per primera vegada va reconèixer l'espectre visible en un vas d'aigua, quatre segles abans dels descobriments de Newton amb prismes que van permetre estudiar la dispersió i l'agrupació de la llum blanca.[1]
Newton va fer servir per primer cop la paraula espectre (del llatí spectrum, que significa aparença, aparició, fantasma) el 1671 en descriure els seus experiments sobre òptica. Newton va observar que quan un estret feix de llum solar incideix sobre un prisma de vidre triangular amb un angle determinat, una part es reflecteix i una altra passa a través del vidre per refracció, mostrant diferents bandes de colors. La hipòtesi de Newton era que la llum estava feta per corpuscles (partícules) de diferents colors i que la diferència en els colors era a causa de la diferència de velocitats de cada un d'ells, de manera que en un medi transparent, la llum vermella era més veloç que la llum violeta. El resultat és que la llum vermella es doblava (refracció) menys que la llum violeta quan passaven a través del prisma, creant l'espectre de colors.[2]
Newton va dividir l'espectre en set colors anomenats vermell, taronja, groc, verd, blau, anyil i violeta. Va imaginar que eren set colors per una creença procedents de l'antiga Grècia, dels sofistes, que deien que hi havia una connexió entre els colors, les notes musicals, els dies de la setmana i els cossos coneguts del sistema solar.[3][4] L'ull humà és relativament insensible a les freqüències indi i algunes persones no poden distingir des de l'anyil fins al violeta. Per aquesta raó alguns comentaris, inclosos el d'Isaac Asimov (1920-1992), han suggerit que l'anyil hauria de deixar de ser considerat com un color entre el blau i el violeta.
Goethe va sostenir que l'espectre continu era un fenomen compost. Mentre que Newton va reduir a feixos de llum per aïllar el fenomen, Goethe observava que amb una obertura més àmplia a l'espectre no hi havia vores grogues ni del blau-cian amb blanc entre ells, i l'espectre només apareixia quan aquestes vores eren molt a prop de la superposició.
Ara s'accepta generalment que la llum està composta de fotons, que tenen algunes de les propietats d'una ona i algunes de partícula, i que tota la llum viatja a la mateixa velocitat en el buit: la velocitat de la llum (c = 3 × 108 m/s).
Colors de l'espectre
Els colors de l'arc de Sant Martí en l'espectre visible inclou tots aquests colors que poden ser produïts per la llum visible d'una simple longitud d'ona; són els colors de l'espectre pur, els colors monocromàtics. A pesar que l'espectre és continu, i per tant no hi ha quantitats buides entre un i un altre color, els rangs de la figura següent podrien ser usats com una aproximació.[5]
| Espectre | 
| ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Color[6] | violeta | indi | blau | verd | groc | taronja | vermell |
| λ (nm)[6] | 400-420 | 420-455 | 455-490 | 490-575 | 575-585 | 585-650 | 650-720 |
Índex de refracció
La velocitat de la llum en un material és menor que la mateixa en el buit , i la proporció entre les velocitats és coneguda com a l'índex de refracció d'un material:
Un medi en el qual l'índex de refracció és el mateix en tots els punts és un medi homogeni i isòtrop, com és el cas dels vidres òptics. L'atmosfera terrestre no és un medi homogeni ni isòtrop òpticament, ja que l'índex de refracció varia amb l'altura, però es pot considerar que ho és per a distàncies curtes. Atès que la velocitat de la llum en un medi depèn de la longitud d'ona considerada, cal definir l'índex de refracció especificant la longitud d'ona a què es refereix. Per convenció, l'índex de refracció se sol definir per a una longitud d'ona de 587,6 nm. El seu valor per a l'aigua és proper a 1,33 i per als diferents tipus de vidres és d'aproximadament 1,5. Per a descriure la variació de l'índex de refracció en funció de la longitud d'ona, o dispersió, s'utilitza el nombre d'Abbe.[7]
La corresponent longitud d'ona en l'aigua i en altres medis es veu reduïda per un factor igual a l'índex de refracció. En termes de freqüència, aquesta correspon a una banda en el camp de valors entre 450 i 750 terahertz. Un ull adaptat a la llum generalment té com a màxima sensibilitat un valor de 555 nm, a la regió verda de l'espectre visible. L'espectre, tanmateix, no conté tots els colors que els ulls humans i el cervell poden distingir. Cafè, rosat i magenta estan absents, per exemple, perquè es necessita la mescla de múltiples longituds d'ona, preferiblement vermells foscos.
La longitud d'ona visible a l'ull també passa a través d'una finestra òptica, la regió de l'espectre electromagnètic que passa molt atenuada a través de l'atmosfera terrestre, malgrat que la llum blava és més dispersa que la llum vermella, que és la causa del color del cel. La resposta de l'ull humà està definit per una prova subjectiva, però les finestres atmosfèriques estan definides per mesures físiques. La finestra visible s'anomena així perquè aquesta superposa la resposta humana visible a l'espectre; la finestra infraroja està lligada a la finestra de resposta humana i la longitud d'ona mitjana infraroja, la longitud d'ona infraroja llunyana estan molt lluny de la regió de resposta humana.
Espectroscòpia
S'anomena espectroscòpia a la ciència que estudia els objectes basant-se en l'espectre de llum que emeten. Una aplicació particularment important d'aquest estudi és en astronomia, on els espectroscopis són essencials per a analitzar les propietats d'objectes distants. L'espectroscòpia astronòmica utilitza difracció d'alta dispersió per observar espectres a molt altes resolucions espectrals. L'heli va ser el primer element que es va detectar en l'anàlisi de l'espectre del Sol.
Els elements químics poden ser detectats en objectes astronòmics per les línies espectrals i les línies d'absorció; la mesura de línies espectrals pot ser usada com a mesures de desplaçament cap al roig o desplaçament cap al blau d'objectes distants que es mouen a altes velocitats. El primer exoplaneta a ser descobert va ser el que es va trobar amb l'anàlisi d'efecte Doppler d'estrelles; la presència de planetes va ser revelada per la seva influència gravitacional en les estrelles analitzades.
Espectre d'una pantalla a color
Els monitors o pantalles dels ordinadors i televisors moderns mostren colors creats a partir d'una barreja de vermell, verd i blau per tal de reproduir de manera aproximada tots els colors de l'espectre visible.
Vegeu també
Referències
- ↑ Sepper, Dennis L. «Goethe, Newton, and the Imagination of Modern Science:». Revue internationale de philosophie, n° 249, 3, 01-09-2009, pàg. 261–277. DOI: 10.3917/rip.249.0261. ISSN: 0048-8143.
- ↑ Roldán Serrano, E. «Prehistoria de la óptica cuántica: historia de la dispersión de la luz». Revista Española de Física, 37, 4, octubre-diciembre 2023, pàg. 21.
- ↑ Hutchison, Niels. «Music For Measure: On the 300th Anniversary of Newton's Opticks». Colour Music, 2004. Arxivat de l'original el 2012-02-20. [Consulta: 11 agost 2006].
- ↑ Newton, Isaac. Opticks, 1704.
- ↑ Thomas J. Bruno, Paris D. N. Svoronos. CRC Handbook of Fundamental Spectroscopic Correlation Charts. CRC Press, 2005.
- ↑ 6,0 6,1 Gunther, Leon. The physics of music and color. New York, NY: Springer, 2012. ISBN 978-1-4614-0556-6.
- ↑ UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA; TERMCAT, CENTRE DE TERMINOLOGIA; ENCICLOPÈDIA CATALANA. Diccionari de física [en línia]. 2a ed. Barcelona: TERMCAT, Centre de Terminologia, cop. 2019. (Diccionaris en Línia) (Ciència i Tecnologia)<https://www.termcat.cat/ca/diccionaris-en-linia/149>
Enllaços externs
 |
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Espectre visible |
- Òptica: Llum i color (català)