Chapter 4 光から色が生まれる仕組み2
光が物質から別の物質に入るときに角度が変わる。その程度を屈折率という。
波長によって角度が変わることを分散という.
虹に関係する現象
虹の条件...観察する人の背後から比較的低い角度で太陽の光が射し、前面に水滴があるとき。
水滴は表面張力によって丸い粒になり、その粒に光が入ると分散が起きる。
波長の長い赤い光...角度が小さく、外側
波長の短い紫の光,,,角度が大きく、内側
虹の見える仕組み
屈折:太陽光が雨粒(水滴)に入るときに曲がる
分散:光の色によって波長が違うため、曲がる角度が変わって7色に分かれる
反射:水滴の裏側で光が反射する
屈折:水滴から出るときに再び屈折して、私たちの目に届く
青空と夕日は、光の散乱が関係している自然現象。
太陽光は、大気のオゾン層で紫外線の多くが吸収され、大気中の微粒子によって可視光線の短い波長がもっとも散乱される。
大気の厚さが暑いほど微粒子が多くなり、それで散乱も起こりやすくなる。
長い波長の光ほど散乱が起きにくい
青空を見るとき、見るのは上空。それが青く見える。
⇒散乱された短波長の光を見ているから。真上が最も青く、ス兵に近いほど他の波長成分が混ざり、くすんだりする。
夕日は上空ではなく水平方向。散乱が起こりやすい。
散乱されにくい長波長の光届く。⇒橙色になる。
干渉...シャボン玉の表面などで、ある波長が強めあったり弱めあったりする現象。
位相...光の波の山または谷が出現する位置。
2つに波が重なったとき、位相があったという。
波の山が重なると強めあい、ずれて山と谷が重なると弱まる。
膜の表面と裏面での反射:シャボン玉の膜(とても薄い石鹸水の層)に光が当たると、光の一部は「外側の表面」で反射し、残りは膜を通過して「内側の裏面」で反射します。
波の干渉と増幅・相殺:反射した2つの光が出会うと、波の山と谷が重なり合って強め合ったり(明るくなる)、弱め合ったり(暗くなる)します。
膜の厚さによる変化:光は色(波長)によって波の長さが異なります。膜の厚さが光の波長のちょうど整数倍になると特定の波長(色)だけが強められ、人間の目にその色が鮮やかに見えます
なぜ場所や時間で色が変わるのか?
膜の厚さの変化:シャボン玉の膜は、上部が薄く(重力で下に液が下がるため)、下部が厚くなっています。厚さが変わると強め合う光の色も変わるため、上から下にかけてグラデーションが生まれます。
見る角度:斜めから光が入ると反射するまでの距離(光路差)が変わるため、見る角度によっても色が変化します。
時間の経過:シャボン玉の膜の水分はどんどん蒸発するため、全体的に膜が薄くなっていきます。そのため、同じ場所を見ていても色が次々と移り変わります。
CDも、表面と溝の底から戻った光が干渉して虹色に見える。
薄膜干渉(はくまくかんしょう):この現象の物理的な正式名称。
タマムシも、羽の微細構造によって光が干渉を起こしており、見る角度で色が変わる。
この効果を利用して人工的に作り上げたのが、光輝顔料。(車の塗装などに使われている)
干渉パール...干渉を利用して見る角度でいるが変わる顔料、光輝顔料の一種
https://gyazo.com/10ac601c588b868fa4bcd11cf26bbc81
照明器具と光の特性
熱放射...物体の温度が上がって熱を持つと、光を放出する。(白熱電球の原理)
↓進化
放電発光...電極から電子を放出することで(水銀原資と衝突することで紫外線が発生して)発光させる方式(蛍光灯の原理)
↓進化
電界発光...半導体において電界を加えることで発光させる方式(LEDランプの原理)
白熱電球...人工光源である。フィラメントに電気が流れ、熱と光が発生して長波長が増える。そのため橙色
蛍光ランプは5種類ある。
私たちが見ている色は、照明された光の一部を吸収し、残りを反射したその光を見ている。
証明する光が違えば、目に到達する光の分光分布は異なる。
照明光が物体の色の見えに影響を与える光源の性質を演色性という。
白熱電球(肌に対して)の方がエネルギー分布がデカい(長波長の部分)
目に入る光は全く違うのにもかかわらず、肌の色など普段見慣れた色が同じに見えることを色の恒常性という。
バックライト無しでRGB3色を発光できる有機EL
照明と商品ディスプレイの事例
光源の色の事を光色といい、K(ケルビン)で表す。
白熱電球は橙み、蛍光灯は青みを帯びている。
Kとは、すべての光を吸収する理想的な物体である国体を仮定し、絶対温度(-273度を0度とする。この温度では分子の運動が停止する。)と放射される光の関係を定めたブランクの法則から、放射の分布を絶対温度で表したもの。
絶対温度は熱放射に当てはまるが、放電発行や電界発光には当てはまらない。
一般的に使用される照明器具において、厳密には相関色温度が使用される。これを色温度という。
色温度が低いのが赤み、高いのが青色
table:色温度
ろうそく 1900K
白熱電球 2850K
昼白色ランプ 5000K
快晴の北空 12000K
~3300K 赤み
5300K~ 青み
明るさ
物の表面の反射率で決まる明るさをlightness、光の明るさをbrightnessと分けられる。
照度(しょうど)とは、光によって照らされた面の明るさ(照らされ度合い)を示す物理量。
単位はlx(ルクス)
ハント効果... 照明の照度を上げることで色をより鮮やかに見せられる。