Espectro visible

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Un prisma separa la luz por refracción en los colores que componen el espectro visible (experimento de Newton )

El espectro visible , en física , es aquella parte del espectro electromagnético que cae entre el rojo y el violeta incluyendo todos los colores perceptibles por el ojo humano que por tanto dan vida al fenómeno de la luz , como la gama de colores que se observa cuando la luz blanca es esparcidos por medio de un prisma . La longitud de onda de la luz visible en el aire varía aproximadamente de 390 a 700 nm [1] ; las longitudes de onda correspondientes en otros medios, como el agua, disminuyen en proporción al índice de refracción . En términos de frecuencias , el espectro visible varía entre 430 (rojo oscuro) y 770 (violeta) T Hz .

Rayos láser en el espectro visible

El ojo humano tiene en promedio su sensibilidad máxima alrededor de la longitud de onda de 556 nm (alrededor de 540 THz) del espectro electromagnético, [2] correspondiente al color amarillo citrino .

Historia

Círculo de color de Newton, que muestra los vínculos entre diferentes colores , notas musicales y planetas.

Los primeros estudios sobre el espectro visible fueron realizados por Isaac Newton , en su tratado titulado Óptica , y por Goethe , en el ensayo La teoría de los colores , aunque anteriores observaciones en este sentido las realizó Roger Bacon , cuatro siglos antes que Newton.

Newton utilizó por primera vez el término espectro (del latín espectro , que significa "apariencia" o "aparición"), en una impresión fechada en 1671, donde describió sus experimentos en óptica . Observó que cuando un rayo de luz incide en la superficie de un prisma de vidrio en cierto ángulo, parte del rayo se refleja , mientras que el resto pasa a través del prisma y sale dividido en bandas de colores. Newton planteó la hipótesis de que la luz estaba compuesta por partículas de diferentes colores, y que cada color viajaba con su propia velocidad, entre la del rojo (el más rápido) y el del violeta (el más lento). Como resultado, cada color sufrió una refracción de manera diferente, cambiando su trayectoria y separándose de los demás.

Newton dividió así el espectro en siete colores diferentes: rojo , naranja , amarillo , verde , azul , índigo y violeta . La elección de siete colores no se basó en bases científicas sino filosóficas, en particular en la teoría esotérica de la conexión entre colores, notas musicales (siete), planetas (entonces se creía que eran siete) y días de la semana (siempre siete). ) [3] [4] . El ojo humano, por otro lado, solo puede distinguir con dificultad el índigo del azul y el violeta, hecho que ha llevado a muchos a creer que debería ser eliminado del espectro de colores.

Espectro de luz: al distanciar progresivamente el prisma, los dos polos de color tienden a unirse en el verde.
Espectro oscuro: al espaciar el prisma, los dos polos de color tienden a unirse en magenta (o morado ).

Johann Wolfgang von Goethe, en cambio, desafió las conclusiones de Newton, atribuyendo al prisma la descomposición de la luz en los diferentes colores del iris y proponiendo una descripción cualitativa del fenómeno: [5] los colores no están contenidos en el blanco , sino que surgen del interacción de la luz con la oscuridad , es decir, de polaridad opuesta. Goethe experimentó de hecho que no basta con pasar un rayo de luz blanca a través de un prisma para obtener los colores, sino que estos se hacen visibles solo a lo largo de los bordes de una franja o una mancha de color negro, que previamente se había dibujado en el pared objeto de la observación, o sobre la que se proyecta el rayo. [6] De esta forma se obtienen dos tipos de espectro:

  • el brillante, cuando el blanco de la luz, proyectada a distancia a través del prisma, produce un rayo cuyos bordes se unen paulatinamente para formar el verde ;
  • y el oscuro, no tomado en consideración por Newton, que se observa mirando a través del prisma a una franja negra , cuyos bordes se unirán gradualmente para formar púrpura a medida que se aleja de la pared. [5]
Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: La teoría de los colores (Goethe) .

Incluso el filósofo idealista Georg Wilhelm Friedrich Hegel , poniéndose del lado de Goethe, subrayó que el prisma no es un instrumento neutro, sino que es la causa del inicio de las diferentes ofuscaciones de luz llamadas " colores ", enumeradas arbitrariamente por Newton como siete:

«En la teoría de los colores el prisma era hasta ahora una herramienta imprescindible pero es el mérito de Goethe por haberlo demolido. La conclusión que se desprende de este fenómeno es solo que, dado que en el prisma se muestran siete colores, estos son, por tanto, el elemento original, y la luz está constituida por ellos. Esta conclusión es bárbara. El prisma es transparente y oscurece [...] y oscurece la luz según la forma de su figura. [...] Pero ahora se dice que el prisma no es la causa; pero luego se producen los colores que están contenidos en la luz. Sería lo mismo si alguien quisiera demostrar que el agua pura no es originalmente transparente, después de haber removido un balde lleno con un trapo humedecido en tinta, y luego dijera "ven, señores, el agua no es clara".

( Friedrich Hegel, Filosofía de la naturaleza , conferencias de 1823-24 [7] )

Descripción

La onda electromagnética en el vacío viaja siempre a la misma velocidad; en presencia de otros medios, viaja a una velocidad menor y la relación entre las dos velocidades se denomina índice de refracción del medio. Este índice depende de la frecuencia de la onda de luz y dado que la luz está compuesta por diferentes frecuencias electromagnéticas, se dispersará en el paso del vacío (o aire) a otro medio. El agua y el vidrio son materiales excelentes para experimentar con este fenómeno: un prisma de vidrio, como hemos visto antes, hace visible el espectro óptico mientras que el arco iris es el ejemplo ideal de la refracción natural de la luz en el agua.

Las radiaciones con una longitud de onda más corta (y por lo tanto una frecuencia más alta ) son los rayos ultravioleta , los rayos X y los rayos gamma ; los de mayor longitud (y menor frecuencia) son infrarrojos , microondas y ondas de radio . Todas estas radiaciones tienen la misma naturaleza, de hecho todas están compuestas por fotones . El espectro visible representa la parte central del espectro óptico que también incluye infrarrojos y ultravioleta.

El espectro visible no contiene como se puede pensar todos los colores que el ojo y el cerebro pueden distinguir: marrón , rosa , magenta , por ejemplo, están ausentes, ya que se obtienen de la superposición de diferentes longitudes de onda.

Las longitudes de onda visibles ocupan la llamada " ventana óptica ", una región del espectro electromagnético que puede atravesar sin perturbaciones la atmósfera de la Tierra (aunque como se sabe el azul se difunde más que el rojo, dando al cielo su color característico). También hay "ventanas" para infrarrojos cercanos (NIR), medios (MIR) y lejanos (FIR), pero están más allá de la percepción humana.

Algunas especies animales, como las abejas por ejemplo, pueden "ver" en distintas regiones del espectro electromagnético, en este caso el ultravioleta , para facilitar la búsqueda del néctar de las flores, que luego intentarán atraer insectos mostrándose ". invitando ". en esas longitudes de onda. En el otro extremo del espectro, algunas serpientes no ven el infrarrojo porque, incluso si son animales de sangre fría, su retina todavía estaría más caliente que el cuerpo para ver. Dado que un detector de infrarrojos debe ser más frío que la radiación para ser detectado (ver los del telescopio espacial Hubble , enfriado con helio líquido mientras se encuentra en el espacio exterior), cualquier receptor de infrarrojos en un ojo interno quedaría cegado por la sangre y el cuerpo de la serpiente. por esta razón el animal cuenta con receptores térmicos en la piel de los lados del cráneo, en la posición más adecuada, que le permiten cazar incluso en la oscuridad.

Posición del espectro visible dentro del espectro electromagnético ( infrarrojos , microondas y ondas de radio a la derecha, ultravioleta , rayos X y rayos gamma a la izquierda )

Los colores del espectro

Los colores del arco iris en el espectro incluyen todos aquellos colores que son producidos por un rayo de luz visible de una longitud de onda precisa ( monocromático o rayo puro ).

Aunque el espectro es continuo y no hay "saltos" bruscos de un color a otro, todavía es posible establecer intervalos aproximados para cada color [8] .

Espectro de luz (colores precisos) .svg
Color Frecuencia Longitud de onda
Violeta 668-789 THz 380-435 nm
Azul 606-668 THz 435-500 nm
Cian 576–606 THz 520-500 nm
Verde 526-576 THz 520-565 nm
Amarillo 508-526 THz 565-590 nm
naranja 484-508 THz 590-625 nm
rojo 400-484 THz 625-740 nm
Rojo extremo espeluznante 400 THz 740 nm
Espectro de color con longitudes de onda, frecuencias y matices asociados
Nombre del color ,

fuente de luz o tinte

Muestra Longitud de onda, nm Frecuencia, THz Matiz Comentarios
rojo 740-625 [9] 405–479 Nombre de color tradicional, incluye algunos tonos casi no espectrales. El límite de onda corta puede extenderse hasta 620 o incluso 610 nanómetros
• Rojo espectral extremo =

rojo ( CIE RGB )

× 740 405 ? La posición espectral exacta tiene más influencia sobre la luminancia que la cromaticidad en esta banda; las cromaticidades son casi las mismas para estas dos variantes
• Rojo (primario RGB de amplia gama ) × ≈ 700 ≈ 428 ?
Láser de helio-neón × 633 473 ?
• Algunos tintes carmín × NIR –602 [10] 497-NIR ? Casi espeluznante, pero otras partes del carmín son "moradas"
• rojo ( sRGB primario) 614–609 488–492 0 ° Sorprendentemente no fantasmal
Amarillo (620-560)

625-565 [9]

(483-540)

479-530

Nombre de color tradicional
naranja (620-585)

625-590 [9]

483-512

479-508

0 ° -30 ° La parte de onda corta (amarillenta) corresponde al ámbar , la parte de onda larga (rojiza) está cerca (o incluye) al rojo RGB.
Lámpara de vapor de sodio ≈ 589 ≈ 508 ?
• amarillo ( NCS ) ? ? 50 ° El oro tiene una cromaticidad casi idéntica h = 51 °
Munsell 5Y para V = 10, C = 22 [11] ≈ 577 ≈ 519 ?
• amarillo (canario) procesado ? ? 56 °
• amarillo (sRGB secundario ) ≈ 570 ? 60 °
• Amarillo chartreuse ? ? 68 °
Lima ≈ 564 ? ≈ 75 ° Se puede clasificar en verde o amarillo.
Verde 565 - ### 530 - ### Nombre de color tradicional
• Verde chartreuse ? ? 90 °
• Verde brillante ≈ 556 - * $ & # ? 96 °
Arlechino ≈ 552 ? 105 °
• verde (sRGB primario) 549 547 120 ° Sorprendentemente no fantasmal
• verde (primario RGB de amplia gama ) × ≈ 525 ≈ 571 ? Casi espeluznante
Verde primavera (definición sRGB) × ? ? 150 ° Puede estar bastante lejos del espectro.
• verde ( NCS ) × ? ? 160 °
Munsell 5G para V = 4, C = 29 [11] × 503 597 (?) ≈ 163 °
(extrapolación)
Cian (500 + - 480 [12] )

520-500 [9]

(593-624)

576-600

Turquesa × ? ? ≈ 175 ° La mayoría de las "turquesas" caen muy lejos del espectro.
• cian (sRGB secundario) × 488 ? 180 ° Se encuentra bastante lejos del espectro.
• cian procesado × ? ? 193 °
Azul (490–400)

500–380 [9]

(610–750)

600–788

Nombre de color tradicional
• azul ( NCS ) × ? ? 197 ° Se encuentra bastante alejado del espectro.
Azul claro (definición sRGB) × ≈ 488 ≈ 614 ≈ 210 ° Puede estar bastante lejos del espectro.
Munsell 5B para V = 5, C = 20 [11] × ≈ 482 ≈ 622 (?) ≈ 225 °
(extrapolación)
• azul (RGB primario) 466-436 ? 240 °

(por sRGB)

Se puede clasificar como índigo o (si está ausente) como violeta.
Índigo ≈ 446 ≈ 672 (?) ≈ 243 °
(extrapolación)
La definición es controvertida, esta longitud de onda pertenece menos cuestionablemente al "índigo".
Violeta × (450–400)

435-380 [9]

(666–750)

689–788

hasta 277 °
(extrapolación)
El violeta espectral distante es muy tenue y rara vez se ve

Espectro de color de una pantalla

Espectro de una pantalla a color

Las pantallas de color modernas (que se encuentran en monitores de computadora o televisores , por ejemplo) usan solo rojo , verde y azul , que sirven para "aproximarse" a los otros colores del espectro. En la ilustración de al lado, puede ver los rangos en los que se utilizan estos tres colores.

Espectroscopia

El estudio de los objetos en función del espectro de luz visible que emiten se denomina espectroscopia ; un importante campo de investigación de la espectroscopia se encuentra en la astronomía , donde es fundamental para el análisis de las propiedades físicas de los cuerpos celestes. En general, la espectroscopia astronómica utiliza rejillas de difracción con alto poder de dispersión, con el fin de obtener una resolución muy alta. De esta forma, los elementos químicos que componen el cuerpo celeste pueden detectarse a través de las líneas de emisión y absorción ; el helio se descubrió mediante el análisis espectroscópico de la luz solar. Midiendo también el desplazamiento de las líneas espectrales, se puede obtener el valor del desplazamiento hacia el rojo o el desplazamiento hacia el azul del objeto.

El primer exoplaneta se descubrió analizando este desplazamiento, que fue provocado por variaciones en la velocidad de la estrella (influenciada gravitacionalmente por el planeta) del orden de unos pocos metros por segundo.

Propiedad

Calor

Aunque la luz infrarroja invisible se considera más comúnmente como "radiación térmica" [13] , cualquier frecuencia de luz, incluida la luz visible, calentará las superficies que la absorben. Una potente fuente de luz puramente visible, como un láser de luz visible, puede carbonizar el papel.

Efectos biologicos

La luz visible de alta energía (luz HEV) (luz violeta / azul, con una longitud de onda de 400-450 nm) [14] tiene varios efectos biológicos, especialmente en el ojo. Los estudios realizados por Harvard Health Publishing y la ANSES francesa encontraron que la exposición a la luz azul tiene un efecto negativo sobre el sueño y puede provocar alteraciones visuales [15] [16]

Nota

  1. ^ Cecie Starr, Biología: conceptos y aplicaciones , Thomson Brooks / Cole, 2005, ISBN 0-534-46226-X .
  2. ^ Cantidades fotométricas ( PDF ), en Treccani.it .
  3. ^ Niels Hutchison, Música por medida: en el 300 aniversario de las ópticas de Newton , en Color Music , 2004. Consultado el 12/12/2013 .
  4. Isaac Newton , Opticks , 1704
  5. a b Johann Wolfgang von Goethe, Zur Farbenlehre (1810), trad. it., La teoría de los colores , editado por Renato Troncon, Milán, Il Saggiatore, 1979.
  6. ^ "La conclusión de Goethe fue que, para que surgiera el color, era necesaria una FRONTERA, un margen donde la luz y la oscuridad pudieran encontrarse y dar lugar al color" ( Renato Troncon, Goethe y la filosofía del color , apéndice del libro Goethe - La color teoría , editado por Nereo Villa, Milán, Il Saggiatore, 1981).
  7. ^ Trad. It. en Hegel, Filosofía de la naturaleza. Lecciones de 1823-1824 , editado por Marcello Del Vecchio, págs. 101-102, FrancoAngeli, 2009 ISBN 9788856819304 .
  8. ^ Thomas J. Bruno, París DN Svoronos. Manual CRC de gráficos de correlación espectroscópica fundamental. Prensa CRC, 2005.
  9. ^ a b c d e f Thomas J. Bruno, París DN Svoronos. Manual CRC de gráficos de correlación espectroscópica fundamental. CRC Press, 2005. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/vision/specol.html#c1
  10. ^ Christina Bisulca, espectroscopia de reflectancia UV-Vis-NIR de lagos rojos en pinturas ( PDF ), 9th International Conference on NDT of Art , 2008.
  11. ^ a b c Copia archivada , en cis.rit.edu . Obtenido el 19 de junio de 2013 (archivado desde el original el 3 de marzo de 2013) . y comunes: Archivo: CIE1931xy blank.svg
  12. ^ Detchprohm Theeradetch, diodo emisor de luz cian y verde sobre sustrato a granel de GaN de plano m no polar , en Physica Status Solidi C , vol. 7, 2010, págs. 2190-2192, DOI : 10.1002 / pssc.200983611 . [1] [2]
  13. ^ Radiación infrarroja , en radiación infrarroja. Enciclopedia científica de Van Nostrand , John Wiley & Sons, Inc., 2007, DOI :10.1002 / 0471743984.vse4181.pub2 , ISBN 978-0471743989 .
  14. ^ Carol Dykas, Cómo proteger a los pacientes de la luz solar dañina , en 2020mag.com , junio de 2004.
  15. ^ LED y luz azul | Anses - Agence nationale de sécurité Sanitaire de the alimentation, de l'environnement et du travail , en anses.fr . Consultado el 29 de enero de 2020 .
  16. ^ La luz azul tiene un lado oscuro , en health.harvard.edu , Harvard Health Letter, 13 de agosto de 2018.

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