Як Кельвін за колірною температурою співвідноситься з Кельвіном щодо фактичної температури?


33

Колір не має фактичної температури. Спробуйте поставити на монітор синій квадрат і червоний квадрат і потримайте термометр проти обох регіонів. Якщо ви виявите, що є різниця, ви робите це неправильно. Ви, мабуть, це вже знаєте.

То чому вимірюється кольорова температура в Кельвіні? Кельвін - це вимірювання тепла в речовині від абсолютного нуля. Це означає, що насправді в речовині немає тепла, а молекули в ній абсолютно нерухомі, це 0 К. 0 К може насправді не бути можливим, але це не заважає нам вимірювати відносно нього, і це відступ у будь-якому випадку.

Чи є якась речовина, яка випромінює різні кольори при різних температурах, яка була використана як посилання на карту температури на кольорову температуру? Або це складніше за це? Або вибір використання Кельвіна зовсім довільний, взагалі ніякого відношення до тепла?


2
Усі речовини випромінюють світло при 2000 К або 4000 К! Наприклад, дріт у вашій лампочці працює. Світло цього гарячого або білого нагріву має таку кольорову температуру (2000 К, або 4000 К, або що завгодно). А температура поверхні сонця становить ~ 5800K, що є кольоровою температурою сонячного світла, cum grano salis через атмосферу тощо.
Пітер - Відновіть Моніку


1
Колір не має температури, але температура має колір. Це називається радіацією чорного тіла . Я згоден, це дивний спосіб вимірювання відтінку, але він такий же хороший, як і будь-яка інша шкала.
BlueRaja - Danny Pflughoeft

1
Невеликий добір ніт - я зробив дуже чутливий вимірювальний поверхневий термометр, і ви помітили помітні відмінності в температурі для різних друкованих кольорів - випромінювання було різним, тому стельові світильники нагрівали деякі кольори більше, ніж інші. Якби повітря та інші речі не відсмоктували тепло, врешті-решт, папір нагрівався б до 2700К, які він "бачив".
Spehro Pefhany

1
@scottbb Назад в Уні (в Торонто) нова масивна будівля бібліотеки мала графіті на тротуарі спереду - 233 ° C. О, як ми сміялися.
Spehro Pefhany

Відповіді:


35

Це буде пов'язано з нагрітим речовиною, хоча і в дещо теоретичному шляху. Речовина є ідеальної лампою розжарювання чорного тілом , який буде випромінювати даний колір в межах заданого колірного простору при заданій температурі. Розташування в кольоровому просторі та температурі називається локусом Планккіа , і я не претендую на те, що я розумію все в цій статті, але досліджую його на будь-яку глибину, яку ви хочете.

Щоб отримати більш загальне пояснення кольорової температури на "читання світла" та його співвідношення з радіаторами чорного тіла, дивіться статтю Кольорова температура Вікіпедії .


26

Вступне твердження Вікіпедії про кольорову температуру досить добре пов'язує їх:

Колірна температура джерела світла є температурою ідеального чорного тіла радіатора , який випромінює світло порівнянних відтінку, що і джерело світла.

Радіатори чорного корпусу - це ідеалізована концепція, яка випромінює енергетичний спектр з піковою інтенсивністю з частотою, що залежить від температури радіатора чорного тіла. Чим вище температура чорного тіла, тим вище пікова частота спектра випромінювання радіатора чорного тіла. Будь-які викиди від ідеального радіатора чорного кузова - виключно від теплової енергії. Таким чином, чорне тіло 6500 К випромінює фотони, спектр частоти яких досягає максимальної кольорової температури 6500 К (у синьо-білому, "денному світлі", кольоровому температурному діапазоні).

Хоча фактичних радіаторів чорного кузова немає, є кілька пристойних наближень, які дуже схожі на чорні тіла. Зірки, лампи розжарювання та електричні печі - приклади. Ось чому 5500 - 6500 К називається денною світловою кольоровою температурою - ми вимірюємо температуру тіла чорного сонця близько 5780 К. Аналогічно тому, що лампи розжарювання не є випромінювачами світла настільки, як випромінювачі тепла у видимому спектрі світла , "приміщенні" кольорова температура близько 2500 К - номінальна температура випромінювання чорного тіла та спектральний пік лампочок розжарювання.

Пов’язані питання тут на Photography.SE:

Це питання Physics.SE також стосується поточного питання: Як температура пов'язана з кольором?


6
@ JDługosz Можливо, ви просто не зробили фотографії в кімнаті з лампочками як єдиним джерелом світла. Я бачив це дуже часто. Багато сучасних світлодіодних ламп мають 2700K.
Зеніт

3
@ JDługosz І ти маєш рацію, колір неможливо виправити дуже добре. Людський зір не сильно хвилює, але я не бачив багато дешевих фотоапаратів, які змогли б правильно вирівняти фотографії з балансом білого, зроблені в приміщеннях з таким освітленням - вони завжди дуже жовто-червонуваті. Але вони є однією з основних категорій освітлення в приміщенні, і деякі люди віддають перевагу їм (вони нібито більш розслаблюють).
Луаан

2
@ JDługosz Я регулярно використовую кольорові температури у високих 2000-х та низьких 3000-х у Lightroom. Використання 4000K для сцени, освітленої в основному лампочками, виглядає занадто помаранчевим.
ЙоханнесD

8
Для того, щоб зробити це абсолютно зрозумілим - лампа розжарювання насправді є досить справедливим наближенням чорного тіла, а фактична, фізична температура нитки під час бігу зазвичай становить близько 2250 ° C (або ~ 2500K). Сонце також є досить пристойним чорним тілом, його фактична, фізична температура на поверхні становить близько 6000 К.
J ...

3
І це злегка збивається, але якщо вам цікаво, чому денна температура кольору - це діапазон, коли температура сонця досить сильно фіксована, це тому, що небо синє - тобто атмосфера розсіює більше синього світла сонця, ніж його червоний, тому кольорова температура сцени нижча або вища залежно від того, наскільки пряме і скільки непрямого сонячного світла воно отримує.
варення

17

Колірна температура пов'язана з випромінюванням чорного тіла, що виробляється гарячими предметами. Крива випромінювання чорного тіла, показана нижче, показує приблизну криву інтенсивності * на кожній довжині хвилі для випромінювання, випромінюваного тілами в 5000K, 4000K та 3000K.

* Він фактично показує спектральну криву випромінювання, яка є своєрідним потоком. Але ви можете думати про це як про інтенсивність, якщо це допоможе. Дві кількості тісно пов'язані між собою.

Криві випромінювання чорного тіла для об'єктів при різних температурах

Джерело зображення: Вікіпедія

Зауважте, як криві проходять через видимий спектр. Залежно від того, яка частина кривої (області під) знаходиться у видимому спектрі, колір буде виглядати інакше. Це описано локусом Планккіана, коли йдеться про кольорову температуру.

Крива випромінювання чорних тіл на діаграмі хроматичності CIE

Джерело зображення: Вікіпедія

Наведена вище схема CIE показує візуальне забарвлення тіл при різних температурах. Тіла з температурою близько 3000 К, як правило, виглядають червоними, тоді як тіла близько 5000 К або 6000 К будуть виглядати білішими. Тіла, які гарячіші за це, мають тенденцію виглядати синіми.


8

Як зазначають інші відповіді, кольорова температура відповідає випромінюванню чорних тіл при цій температурі.

Але чому нас це хвилює? Щоб зрозуміти це, спершу потрібно запитати себе "Що таке біле?"

Фізично білий не колір. Немає довжини хвилі світла, яка відповідає "білому", як і немає жодної, що відповідає "чорному" або "сірому" або "рожевому" - всі ці кольори є лише "артефактами" людського сприйняття. Фізично вони являють собою суміш безлічі різних довжин хвиль (зокрема, природне світло, біле, за визначенням, це суміш усіх видимих ​​довжин хвиль Сонця).

Сприйняття кольором людини залежить від змішування інтенсивності трьох різних світло-рецепторів. Тепер кожен з них насправді охоплює широкий діапазон довжин хвиль ("фізичні кольори"), тому це трохи складніше, але кожен з них має пік на різній довжині хвилі - ми їх зазвичай називаємо відповідно червоними, зеленими та синіми. Ось так комп’ютери можуть відображати всі кольори, які ми можемо бачити, лише з сумішшю трьох різних довжин хвиль - якийсь розумний прибулець з іншим зором просто подумає, що ми всі повні дурниць, адже наші знімки виглядають не так, як справжня річ. В основному, ми налаштовуємо інтенсивності трьох довжин хвиль (які приблизно відповідають пікам), щоб викликати таке ж збудження у фоторецепторів, як справжнє світло.

У цій моделі "білий" означає "100% червоний + 100% зелений + 100% синій". Однак, як я вже зазначав, природне біле світло насправді не працює так - це складова безлічі різних довжин хвиль без таких гарних співвідношень. Тепер ми прийшли до еволюції: білий колір - це колір, який не змінює відтінку. Сприйняття кольору врівноважене, щоб ми могли все ще бачити однакові кольори, навіть коли змінюються умови навколишнього освітлення - наприклад, під час прогулянки під лісовим навісом або при роботі з розсіяним світлом (наприклад, "у тіні"). Це також означає, що природна кольорова температура відповідає температурі фотосфери Сонця - в основному, сонце біле за визначенням , тому що саме це еволюція нас адаптувала (причина, на яку це виглядаєжовтувате для очей, тому що частина синього світла розсіюється від атмосфери - наш погляд пристосований бачити предмети, освітлені Сонцем (та атмосферу), а не бачити саме Сонце).

Найцікавіше, що це також дозволяє нам використовувати джерела світла, які не такі гарячі, як Сонце. Найпростішими прикладами є лампи розжарювання, які мають нижчу температуру, але використовують той самий основний принцип - зробити дріт досить гарячим, щоб він випромінював достатньо видимого світла, щоб зробити балансування білого для людини. Світлодіодні світильники використовують принцип, схожий на екран комп'ютера - три чіткі (ну, не рівно три, але "три вузьких смуги"), довжину хвилі для отримання будь-якого кольору. Хороша річ, що це набагато ефективніше. Погано те, що він може на насправді виробляє явно різні світлові ефекти, так що це НЕ на насправді карти для природного світла взагалі.

Але суть полягає в тому, що світлодіодні світильники ніде не знаходяться біля своєї «кольорової температури», тож яке значення має кольорова температура в цьому випадку? Основний момент полягає в тому, що при різних температурах інтенсивність сигналів, що видаються на кожному з трьох фоторецепторів, різна (для одних і тих же «кольорів»). Коли ви змінюєте кольорову температуру на моніторі, ви в основному налаштовуєте, наскільки інтенсивно кожен з цих трьох каналів по відношенню до інших - саме це надає вам "червонуватого" або "синюватого" відтінків. Ви імітуєтевплив різної температури чорних тіл на зір людини - і оскільки людський зір ігнорує стільки інформації у світлі, вона фактично працює досить добре більшість часу. Виконуючи налаштування на камері, ви робите навпаки - ви намагаєтеся зіставити "зміщені" кольори на "об'єктивні" дані Червоний + Зелений + Синій. Причина, в якій налаштування зазвичай використовують кольорову температуру, полягає просто в тому, що саме це використовується скрізь - ви можете подивитися на кольорову температуру свого освітлення і використовувати це також на вашій камері.


Це хороша відповідь, яка підходить до питання з практичної, а не чисто технічної точки зору. Думка про штучні джерела світла не такі фізично гарячі, як їх кольорова температура, також є хорошою.
Андрій

@Andrew За винятком ламп розжарювання - звичайно, вони не такі спекотні, як сонце, але їхня кольорова температура також значно нижча.
Випадково832

2
@ Random832 звичайно. Різні механізми випромінювання світла працюють по-різному. Колірна температура - це концепція, що виходить від випромінювання чорного тіла, але сприймається колір (і ефект балансу білого) не завжди обумовлений випромінюванням чорного тіла.
Андрій

2
@Luaan Навіщо потрібен інопланетянин? Ви можете використовувати креветки богомолів,
woliveirajr

2
@woliveirajr Ну, здебільшого через частину "спілкування". Підждони можуть подумати, що ми відсталі від ігнорування всього цього УФ-світла, але вони ті, хто весь час бігає у вікна, тож ...: D
Луаан

1

До того, як ковалі термометра та гончарі та склодувки тощо, залежали від кольору світиться матеріалу, щоб стежити за ходом. Вважалося, що більшість мінералів мають унікальний колір на різних стадіях при нагріванні. Також було відомо, що об'єкти розширюються і стискаються по мірі зміни температури. Даніель Фаренгейт (німецький 1686-1736) розробив ртутний термометр. Він використовував число 180 як кількість кроків (градусів) між замерзанням і киплячою водою, 180 - число, яке дуже ділиться. Андер Цельсій (шведський (1701 - 1744) вважав, що бізнес 180 божевільний. Цельсій поставив 100 кроків між замерзанням і киплячою водою.

Ртуть, спирт та інші рідини часто використовуються в термометрах, однак жодна з них не розширюється і не стискається лінійно, тому позначення на трубах мають різні відстані в різних регіонах. У 1802 році Джозеф Луї Гей-Люссак (франц. 1778 - 1850) показав, що коефіцієнт повітря і різних загальних газів приблизно однаковий. Трубка з поплавком над стовпцем водню падає і рівномірно піднімається з температурою. Якщо охолодження триває, поплавок повинен досягати дна при -273С. Вчені відхиляються від негативних температур і назвали це знищення "абсолютною температурою". Таким чином, абсолютна шкала тепер називається шкалою Кельвіна, щоб вшанувати Вільяма Томсона 1-го барона Кельвіна (ірландський 1824 - 1907 рр. Нобелівський лауреат) за його роботу з випромінювання чорного тіла).

Температуру в шкалі Кельвіна можна перетворити на шкалу Цельсія, додавши 273. Металурги зазвичай використовували шкалу Кельвіна, як і багато інших галузей науки. Конструкції лампочок еволюціонували з метою використання металевого вольфраму як їх світиться нитки. Світлова індустрія прийняла шкалу Кельвіна, щоб описати колір, який виробляють лампи. Фотоіндустрія, сильно залежна від штучного освітлення, прийняла шкалу Кельвіна для класифікації кольорів.

Таблиця деяких обраних практичних джерел освітлення та їх колірна температура.

Сонячне світло полудня 5400K

Skylight від 120 000K до 18 000K

Фотографічне денне світло 5500K (погоджено режисерами)

Flash Cube - Flip Flash 4,950K

Прозорий спалаху (цирконієвий дріт) 4,200K

Яскравий алюмінієвий дріт, наповнений бульбашкою 3 800 К

500 Вт Фотографічна лампа 3,200 К

100-ваттова побутова вольфрамова лампочка 2 900K

60-ваттова побутова вольфрамова лампочка 2820K


Чи є у вас посилання на те, що шкала Фаренгейта спочатку визначалася як 180 ° від замерзання до кипіння? Я дізнався це як 96 ° від точки замерзання солоної води до температури тіла людини.
mattdm

@ mattdm - З текстової книги Асімова та Циммермана "Фаренгейт: Факти, історія та формули перетворення". Отримано 16 вересня 2017.
Алан Маркус

Спасибі! З того, що я знайшов в Інтернеті, схоже, що масштаб спочатку був, як я вже сказав, але пізніше калібрувався. lifecience.com/39916-fahrenheit.html
mattdm

@ mattdm - Розкид на 180 градусів є значним, оскільки він допомагає студентам краще зрозуміти, формула перетворення, тобто на один градус С більша на 1,8 кроки (градус), ніж крок Фаренгейта.
Алан Маркус

Так, я вражений тим, що ніколи про це не знав, лише дізнавшись історію походження, а не про пізніші корективи.
mattdm
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.