Достаточно ли знать цветовую температуру Солнца, чтобы получить правильный баланс белого?

 Skippy le Grand Gourou&nbsp  14 июня 2019&nbsp  1145

Skippy le Grand Gourou / 14 июня 2019

Предполагая, что снимок сделан на уровне моря , под прямыми солнечными лучами (без тени) под безоблачным небом и , зная широту , день и час, я в принципе могу определить цветовая температура солнечного света (верно?).

При условии, что я использую профиль ICM для своей камеры в своем любимом программном обеспечении для необработанной обработки, достаточно ли знания этой цветовой температуры для достижения наиболее точного баланса белого?

Я спрашиваю, потому что кнопка выбора баланса белого Rawtherapee также изменяет другие значения, например, Кривая и зеленый, намекающие на цветовую температуру, могут быть не единственным значимым параметром.

NB. Моя конечная цель — автоматизировать рабочий процесс, получая при этом как можно более точные цвета (рисование фотографий).

• пост-обработка
• баланс белого
• солнечный свет
• солнце

3 голосов

Michael C / 16 июня 2019

Во-первых, цветовая температура — это только одна ось того, что мы называем баланс белого или цветовой баланс. Цветовая температура основана на свете, излучаемом излучателями черного тела при различных температурах, выраженных с использованием шкалы Кельвина. Это бежит от янтарного / оранжевого на одном конце к сине-фиолетовому на другом. Примерно перпендикулярно янтару ← → синей осью является зеленая ← → пурпурная ось. Два источника света с одинаковой базовой цветовой температурой могут иметь радикально различный «оттенок», как мы часто называем зеленую ось ← → пурпурный.

С солнцем, единственное место, где оно всегда одинаково с точки зрения баланса белого, находится в космическом пространстве.

Из любой точки земной поверхности атмосферные условия и угол наклона солнца на небе будут влиять на точную цветовую температуру и даже оттенок дневного света.

Даже при безоблачном небе все еще существуют такие факторы, как частицы в воздухе, которые могут изменить то, как атмосфера фильтрует проходящий через него солнечный свет. Недавние извержения вулканов, даже на полпути по всему миру, могут иметь любой эффект — от незначительного до драматического. То же самое можно сказать о местных условиях из-за искусственных или природных источников пыли или других мелких частиц в воздухе. Это также включает количество водяного пара, который не конденсировался на твердых частицах, образуя облака. Точно так же положение человека относительно экватора и полюсов будет влиять на количество озона в верхних слоях атмосферы над положением наблюдателя, а концентрации озона также меняются для определенного местоположения с течением времени.

Затем на любые потенциальные объекты накладываются цветовые оттенки из-за отражения других вещей вокруг них. Свет от одного и того же неба будет сильно отличаться для одного и того же человека, стоящего на белом или бежевом песчаном пляже, чем если бы этот человек сделал несколько шагов к месту, где он стоит на пышной зеленой траве.

0 голосов

user4399 / 14 июня 2019

Есть несколько неправильных предположений. Сначала вы путаете солнечный свет и дневной свет. Солнечный свет в космосе довольно хорошо описывается спектрами излучения черного тела с температурой внешней плазмы, но атмосфера делает из этого много шума, рассеивая много света (именно поэтому дневное небо скорее голубое, чем черное), некоторые поглощают и так далее. Таким образом, хотя дневной свет является своего рода определением белого, он представляет собой смесь голубоватого светового потока и того, как выглядит спектр Солнца после того, как много синего было украдено для светового окна и для того, чтобы заставить Землю выглядеть как «голубая планета» в космосе .

Это на самом деле не имеет «правильной» четко определенной цветовой температуры (которая представляет собой единое описательное число, а не функцию по длине волны), поскольку ее спектр является следствием того, что атмосфера сделала с оригинальным голубовато-белым цветом Солнце находится в космосе.

Так нет.

0 голосов

Stan / 15 июня 2019

Почти.

Вот почему Британская корона даровала Биллу Томпсону рыцарское звание ВТО за его плодотворную работу, чтобы сделать все это практичным с его детищем Коррелированная цветовая температура естественного освещения, называемого фотографическим дневным светом. Он измеряется в единицах, названных в честь его титула лорда Кельвина. Единицами являются градусы Кельвина, иногда называемые Кельвинами. Теперь, спустя годы, дневной свет — это смесь солнечного света и просвета (и пыли, пластиковых пакетов с океаном, детских гелиевых шариков, ничего такого)

Первоначальная работа указана в полдень 21 июня 1939 года в Вашингтоне, округ Колумбия. как стандарт для ASA Photographic Daylight.

0 голосов

Philip Kendall / 14 июня 2019

Вы можете определить цветовую температуру, которую вы получили бы от солнца, если бы между вами и солнцем было открытое небо. Есть такие противные вещи, называемые «облаками», которые имеют тенденцию появляться время от времени (довольно часто, если вы находитесь в Великобритании, как и я . ..), что означает, что вы не получите такой же спектр света, падающего на ваш сцена — облака не излучают тот же спектр, что и поглощают. Кроме того, вы получаете совсем другой спектр света, если находитесь в тени, чем если вы находитесь под прямыми солнечными лучами.

Существует также ряд эффектов второго порядка, например, количество пыли в атмосфере, цвет земли, на которой стоит ваш объект, и т. Д., Но облака и тень будут большими вещами, которые будут попытаться автоматизировать это, скорее всего, не так.

Теплое и холодное освещение в интерьере. Цветовая температура света

 

С вами бывало такое: вы выбрали в магазине товар понравившегося цвета (неважно, что — одежду, занавески, мягкую мебель, обои), а, посмотрев на эту вещь дома, искренне удивились? Цвет совершенно не тот!

С большой вероятностью можно утверждать, что дело здесь в разном освещении. Пусть и в магазине, и дома присутствовал искусственный свет ламп, однако это были разные лампы, а правильнее сказать, что Цветовая Температура этих ламп была разной.

Каждый свет имеет свой цвет. Фактически, освещая какой-либо цвет каким-либо светом, мы получаем третий цвет, состоящий из смеси этих двух.

Различные типы света имеют свою собственную цветовую температуру, которая может играть решающую роль в восприятии цветов, выбранных вами для дизайна интерьера.

Различают “теплый” и “холодный” свет, между ними располагается “нейтральный”. Теплый свет имеет желтый оттенок, холодный — выглядит как очень белый, уходящий в голубой.

На упаковке современных светодиодных ламп имеется маркировка, например, “теплый белый свет”, “дневной белый”, “холодный белый”. Кроме того, там указываются и числа, например, 2700 K, 4000 K, 5500 K, которые указывают цветовую температуру данной лампы.

Естественное освещение, где источником является солнце, тоже не имеет постоянной цветовой температуры. Солнце перемещается в течение дня и его свет меняет оттенок. На закате и восходе освещение становится значительно теплее (3500 К), чем в полдень (5400 К). На цветовую температуру дневного света также влияет облачность и туман — свет становится холоднее, и даже время года, так как солнце находится на разной высоте в разные сезоны.

Кельвин и Цельсий. Немного теории

Буква К после числа — это сокращение градуса Кельвина, в которых и измеряется цветовая температура. Но почему у света есть температура, которую, к тому же измеряют в градусах, как, например, температуру тела или воздуха? Этому есть объяснение.

Основными источниками света в природе являются нагретые тела. Для абсолютно черного тела спектр видимого излучения, который зависит от температуры нагрева, измеряемой в Кельвинах, называют термином цветовая температура.

Абсолютно черное тело — это физический идеальный объект, который поглощает все излучения, ничего не отражая, и при этом может испускать свое излучение, в световом диапазоне, в том числе.

Естественно, что любую температуру можно измерять и в привычных нам градусах Цельсия. И тогда бы на лампочках были соответствующие маркировки: теплый белый свет (2700 К) обозначался бы как 2420 °C, нейтральный — 3720 °C, холодный свет вообще имел бы температуру 5220 градусов Цельсия.

Тысячи градусов! Температура как в аду. А светодиодные лампы лишь теплые на ощупь. И почему это “холодный” — самый горячий? Странно это все…

От гвоздя до Ригеля

Если взять, к примеру, обычный стальной гвоздь и начать его нагревать, то рано или поздно он начинает светиться слабым темно-красным светом. Происходит это примерно при Т=550 °C (823 K). При дальнейшем нагревании с увеличением температуры до 900 °C (1070 K) цвет становится ярко-красным, при 1000 °C (1270 K) — уже желтым, а при 1300 °C (1570 K) испускает белый свет. То есть мы довели его до “белого каления”. То есть до предела. И, действительно, больше сталь нагревать нельзя, так как она разрушится.

Раньше, до появления высокотемпературных термометров и бесконтактных пирометров, по цвету “на глазок” определяли температуру металла при ковке и плавке. Так и появились термины “красное каление” и “белое каление”.

Но существуют более тугоплавкие металлы, например, вольфрам. Из него изготовлена нить обычной (или уже нет?) лампы накаливания. В отличие от светодиодов тугоплавкая нить нагревается до высоких температур и именно поэтому начинает светиться. И цветовая температура испускаемого света в таких лампах соответствует температуре нагрева. Обычно это 2700-3000 К, то есть 2400-2700 °C, то есть очень горячо. Как раз такую цветовую температуру имеют LED-лампы, с маркировкой “теплый белый свет”, которые как раз имитируют “живой” свет ламп накаливания, вовсе не нагреваясь до указанных на них температур.

Поверхность солнца имеет температуру более 6000 К, и испускает белый свет. Однако мы видим солнце желтым. Это происходит потому, что в результате рассеяния в земной атмосфере из спектра удаляются синие и фиолетовые составляющие. На закате и восходе этот эффект усиливается. А вот космонавты видят солнце именно белым. Хотя в астрономии Солнце все-таки относится к “желтым карликам”.

Но есть и красные, и белые, и голубые звезды. И это напрямую связано с их температурой. Например, Антарес и Бетельгейзе имеют температуру в районе 3000 К, и относятся к красным. Сириус и Вега — белые звезды с температурой около 10000 K. А самые горячие, например, Ригель (12 000 К), называются голубыми. Ригель, кстати, больше Солнца в 74 раза, и ярче (всего-то чуть-чуть) в 130 000 раз!

Вот и ответ на вопрос о горячем и холодном: чем горячее тело, тем более “холодный” свет оно излучает… Однако, самое время спуститься с небес на землю и оказаться у себя дома.

Как свет влияет на цвет краски в интерьере

Почему темно-синие стены в определенное время суток выглядят почти черными? Почему белые стены комнаты по вечерам кажутся такими желтыми? Если вы когда-нибудь обращали внимание на такие изменения, то вы уже знаете, насколько свет способен влиять на наше восприятие цвета.

И угол, под которым свет светильника падает на стену, и положение солнца ответственны за то, каким будет фактический цвет.

Об особенностях цветового зрения и что еще влияет на изменение цвета — читайте в статье: Почему два одинаковых цвета разные? Метамерия.

Как же практически решить эту проблему и выбрать освещение, при котором окрашенные поверхности будут иметь нужный цвет?

Естественное освещение

Естественный свет играет важную роль в том, как воспринимаются цвета краски в интерьере. Здесь важную роль играет ориентация окна по сторонам света. Ведь именно окна являются “источником” дневного света в помещении. И их расположение поменять не получится.

В общих чертах, это выглядит так: если окна в конкретном помещении выходят на север, то внутрь попадает мягкий свет, создавая теплый эффект. Это означает, что темные краски будут выглядеть темнее, а светлые цвета станут несколько приглушенными. Это происходит потому, что северный свет добавляет в цвет краски голубого. Если такое помещение чаще используется днем, то, возможно следует внести поправку, и использовать для стен более насыщенные светлые цвета.

С другой стороны, если в комнату попадает свет через окно, выходящее на юг, он будет более интенсивным. Темные цвета будут казаться светлее, а светлые могу потерять свой оттенок, и станут очень светлыми, почти белыми.

Комнаты на западной стороне дома будут получать красивый теплый свет по вечерам и будут в тени по утрам, а комнаты с окнами на восток будут озаряться ярким теплым светом с утра и до полудня, и значительно более спокойным голубоватым по вечерам. Это удачное место для использования красок красных, оранжевых и желтых цветов.

Безусловно, естественный свет имеет огромное влияние на восприятие цветов в интерьере, но, к счастью, используя правильное искусственное освещение, вы можете “подстраивать” цвета и оттенки в своем доме в любое время суток, независимо от естественного света.

Искусственное освещение

Стандартные лампы накаливания (и светодиодные лампы с маркировкой 2700-3000 К) дают теплый свет. Такие источники света сделают яркие цвета (красный, оранжевый и желтый) еще немного более интенсивными, а краски более холодных оттенков (зеленый, синий, серый) будут казаться в их свете немного более тусклыми.

Напротив, люминесцентные лампы известны тем, что излучают голубоватый, довольно прохладный свет. Этот свет хорошо сочетается с более холодными красками, такими как синие, зеленые, серые. Обычно люминесцентные светильники используются в рабочих местах или на кухнях.

Галогеновые лампы дают свет, близкий к естественному, и делают все цвета более яркими. Использование ламп с такой цветовой температурой делает переход от дневного света к искусственному менее резким.

Модные сейчас винтажные лампы Эдисона даже теплее, чем лампы накаливания. Известно, что такие ретро-лампы добавляют окружению теплый, иногда желтый, иногда янтарный оттенок. Можно использовать подобные источники освещения, чтобы согреть комнату, в которую не так много естественного солнечного света или чтобы дополнительно усилить теплые тона краски.

Светодиодные лампы имеют самый широкий диапазон цветовых температур и эта технология день ото дня совершенствуется. Вы можете купить более теплые или более холодные LED-лампы, или даже «умные» светодиодные лампы, цвет которых можно контролировать с помощью пульта.

Расположение источников света

Не стоит также забывать о множестве различных эффектов, которые могут быть созданы за счет расположения приборов освещения. Люстры и другие осветительные приборы способны наполнить помещение любыми вариантами света, и с помощью нескольких источников можно удачно распределить этот свет по всему пространству комнаты.

Настольные лампы и торшеры — подходящий вариант при недостатке естественного света, когда необходимо сделать комнату светлее, но не хочеться сильно влиять на цвет стен. Локальный источник света освещает лишь одну зону комнаты, и поэтому отлично справляется с этой задачей.

Различные гирлянды, светодиодные ленты и свечи также идеально подходят для создания теплой и уютной атмосферы в доме. Они отлично подходят для “согревания” ярких, светлых цветов краски, а также создают красивый контрастный эффект в комнатах с темными стенами.

Практические советы

Лучший и самый надежный способ узнать как будут выглядеть ваши окрашенные стены — это сделать пробные выкрасы и проконтролировать цвет в том самом помещении, для которого он предназначен.

Можно нанести краску в два слоя на загрунтованный квадрат гипсокартона и перемещать его от стены к стене. А лучше закрепить по одному образцу на каждой стене, и следить в течении дня, фиксируя изменение цвета образцов визуально при изменении естественного освещения. Также обязательно оцените, что происходит с оттенком при использовании источников искусственного света.

Не исключено, что вы захотите окрасить одну стену, на которую постоянно попадает больше света, в более темный оттенок, чем другие. Или наоборот, сделать светлее (и, может быть, насыщеннее) стены, которые всегда в тени. Читайте больше об этом ЗДЕСЬ..

Также помните, что восприятие освещения и цвета краски в пустой комнате отличается от восприятия в помещении, полном мебели и разных предметов. Иногда весьма значительно.

Восприятие цвета на больших площадях и маленьких участках тоже несколько разное. Коррективы вносит и степень блеска краски.

Чтобы увидеть больше материалов на похожие темы, нажмите на ссылку ниже

Статьи о красках, цвете и дизайне (откроется в новой вкладке)

---

Смотреть продукцию

Краски Sherwin-Williams

Краски Шервин-Вильямс для любых поверхностей — это безупречное по качеству, максимально долговечное, предельно безопасное и эстетически красивое покрытие. Необыкновенная свобода в выборе цвета

---

Биодинамическое освещение: долой усталость и бессонницу! | Публикации

После борьбы за снижение энергопотребления следующей актуальной тенденцией в светотехнике стало так называемое биодинамическое освещение. Его суть заключается в изменении светового потока и цветовой температуры по определенной программе в зависимости от времени суток и некоторых других факторов. К этому можно относиться как к интересному дизайнерскому решению, но на самом деле биодинамическое освещение по сравнению с обычным дает принципиально новую функциональность — появляется возможность управлять состоянием человека. И это уже не фантастика.

Развитие светотехники постоянно идет в направлении максимального приближения к естественному освещению. Вы можете создать источник со спектром, близким к солнечному, на определенный момент времени. Но нужно еще учитывать, что в разные моменты времени солнце светит по-разному, меняется не только интенсивность, но и спектр. Скажем, в полдень в лучах солнца значительна синяя составляющая. А вечером, когда солнце садится за горизонт, преобладают красная и оранжевая составляющие. Связано это с тем, что вечером свет падает на Землю не под прямым, а под острым углом, соответственно, проходит большее расстояние в атмосфере, где происходит поглощение синей составляющей. Если перевести на термины, используемые в светотехнике, то при ясном небе в средних широтах цветовая температура солнечного излучения составляет около 5500 K, а на закате солнца — около 2000 K. Изменение спектра освещения, оказывается, не просто сообщает нам, когда нужно идти на работу или ложиться спать, но и управляет физиологическими процессами в человеческом организме.

Циркадные ритмы

Фазы бодрствования и сна, а также период максимальной работоспособности в нашем организме подчиняются так называемым циркадным ритмам. В переводе с латыни, «циркадный» означает «почти суточный». Дело в том, что точность биологических часов, имеющихся в организме человека, недостаточна, чтобы поддерживать суточный ритм на протяжении хотя бы нескольких недель.

Циркадные ритмы у человека. Красным цветом показана выработка гормона мелатонина,
отвечающего за сон, черным — гормона кортизола, отвечающего за бодрствование

Поэтому природа наделила человека механизмом подстройки внутренних биологических часов, который ежедневно осуществляет их коррекцию.

Людям давно было известно, что важную роль в подстройке циркадных ритмов играет освещение. Известны многочисленные случаи, когда люди, оказавшись на длительный период времени в пещерах, бункерах и т. п. помещениях, куда не попадает естественный свет, и не имея под рукой работоспособных часов, в итоге сбивались с нормального режима сна и бодрствования. Но как это все работает, для науки долгое время было тайной.

Более «теплым» оттенкам свечения соответствуют более высокие цветовые температуры. Этот парадокс объясняется тем, что под цветовой температурой подразумевается температура абсолютно черного тела, дающего такой же (или максимально близкий к нему, если речь идет о коррелированной цветовой температуре) спектр, как измеряемый источник света.

Механизм подстройки циркадных ритмов был открыт только в начале 2000-х годов. Ученые обнаружили, что в наших глазах, помимо палочек и колбочек есть еще и рецепторы третьего типа, реагирующие на свет в диапазоне длин волн от 450 до 490 нм (т. е. на оттенки синего). Особенностью таких рецепторов является то, что сигналы от них управляют нервной системой на уровне безусловных рефлексов, минуя наше сознание. Как раз утром лучи солнца богаты составляющими в указанном диапазоне. Превышение интенсивности излучения в синей части спектра выше определенного уровня является сигналом на бодрствование. В середине дня уровень синей составляющей максимален, соответственно, человек находится на максимуме работоспособности. Наконец, вечером падение уровня синей составляющей дает сигнал на то, что пора отходить ко сну.

Следует отметить, что далеко не каждый день является ясным и безоблачным. При плохой погоде человек ориентируется только на внутренние биологические часы. Но такие периоды не могут длиться вечно, и с наступлением хорошей погоды снова включаются механизмы подстройки циркадных ритмов.

В 2017 г. за свои исследования в области подстройки циркадных ритмов американские исследователи Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг получили Нобелевскую премию по медицине. К тому моменту результаты их исследований уже использовались при создании систем биодинамического освещения.

Влияние искусственного освещения

Механизм подстройки циркадных ритмов идеально работал, когда люди жили на природе и пользовались, в основном, естественным освещением. Единственным доступным искусственным источником света был костер, его цветовая температура составляет около 1800 K, поэтому синяя составляющая в его спектре минимальная. Позже его сменили лучина, свечи, масляные, а затем и газовые светильники, спектр которых также состоял преимущественно из красных и оранжевых составляющих. В результате, хоть человек и мог увеличить продолжительность бодрствования в вечерние часы, имевшиеся в его распоряжении источники искусственного света в силу спектра, а также низкой интенсивности излучения не могли сбивать естественные циркадные ритмы.

Ситуация изменилась в начале XX века, когда электрическое освещение стало общедоступным. Цветовая температура лампы накаливания для общего освещения лежит в пределах от 2400 K до 2800 K. По спектру это соответствует вечеру. Но уже не закату солнца, а тем часам, когда человеку еще положено бодрствовать. Причем по световому потоку электрические лампы уже на два порядка превзошли обычные свечи, то есть оказались способны влиять на наши ритмы жизнедеятельности. В 60-е годы XX века были предложены диммеры, которыми уменьшался световой поток ламп. При этом одновременно, из-за уменьшения накала нити, снижалась и цветовая температура, спектр излучения уже больше походил на закат солнца. В таких условиях приятно отходить ко сну.

Далее был массовый переход на люминесцентные лампы, а потом и светодиоды. В обоих случаях новые источники света поначалу производились с цветовой температурой порядка 6500 K, т. е. их спектр содержал в себе значительную синюю составляющую (здесь и далее применительно к светодиодам и люминесцентным лампам под «цветовой температурой» будет подразумеваться ее коррелированное значение). В обоих случаях это было связано с несовершенством технологий. И только потом налаживался массовый выпуск источников света с более «теплым» спектром.

При цветовой температуре источника света 6500 K организм среднестатистического жителя средних широт, как правило получает излишнюю стимуляцию, вот почему внедрение люминесцентных ламп, а потом и светодиодов в офисных помещениях поначалу вызывало жалобы на излишне «резкий» свет. Здесь надо отметить, что речь идет именно о большинстве людей, живущих на средних широтах, так как по мере приближения к экватору жители, наоборот, предпочитают более высокие цветовые температуры, вплоть до 12 000 K. Кроме этого, восприятие спектра сугубо индивидуально, некоторым и в средних широтах нравится освещение с цветовой температурой 6500 K.

В современных офисах и заводских цехах применяются лампы и светильники с цветовой температурой около 4000 K. Такой спектр считается оптимальным — с одной стороны, он не раздражает работников, с другой — умеренно бодрит.

Регулируемый оттенок свечения

Дальнейшее развитие светодиодных технологий привело к появлению светильников, в которых цветовую температуру можно плавно менять. В таких светильниках установлены две группы светодиодов — с низкой цветовой температурой (1800–2400 K) и с высокой цветовой температурой (6500–8000 K). Каждая из групп независимо диммируется, потом излучения от светодиодов смешиваются оптической системой светильника. Регулируя световой поток по каждой из групп светодиодов, можно в итоге регулировать цветовую температуру свечения.

Настройка осуществляется двумя ручками управления или двумя парами кнопок. Одна отвечает за освещенность, другая — за цветовую температуру. Также современные светильники с переменной цветовой температурой могут управляться с мобильных устройств, поддерживающих Bluetooth 4.0 и выше.

Регулировка параметров освещения должна обеспечить максимальный комфорт и максимальную производительность труда в данный момент времени. При регулировании вручную ориентируются на субъективные ощущения. Одна только проблема — придется постоянно подстраивать параметры освещения. Например, утром сделать цветовую температуру повыше, чтобы взбодриться, а в конце рабочего дня пониже, чтобы уйти домой, психологически переключившись на грядущий отдых. Если делать это, скажем, раз в два часа, то будет дискомфорт, поскольку резкие смены цветовой температуры вызывают у человека раздражение. А если регулировать чаще, то есть более плавно, времени на работу уже не останется, поскольку только и будете делать, что менять параметры и оценивать, насколько они вам подходят.

Соответственно, необходимо полностью автоматизировать процесс регулировки освещенности и цветовой температуры. Для этого к светильнику (или группе светильников) с переменной цветовой температурой добавляется специальный блок управления. Алгоритм должен быть таким, чтобы в данное время, в данную дату и, возможно, с учетом погоды за пределами здания, а также некоторых других факторов обеспечивались бы целевые показатели по нагрузке на зрение, работоспособности и эмоциональному состоянию людей. Такая технология и называется биодинамическим освещением.

Актуально, как никогда

Пусть это прозвучит слишком пафосно, но внедрение биодинамического освещения является требованием времени. И вот почему:

• Плотная высотная застройка в современных городах уменьшает естественную инсоляцию в офисах, даже при стеклянных стенах зданий. Вдобавок распространение офисов типа «опенспейс» приводит к тому, что до многих сотрудников доходит лишь малая часть естественного освещения, что сбивает циркадные ритмы.
• Увеличение среднего возраста работников и повышение пенсионного возраста. Чем старше человек, тем более критично для него качество освещения.
• Глобализация бизнеса требует передвигаться между разными часовыми поясами, что вызывает проблемы с настройкой циркадных ритмов, а значит, пагубно сказывается на здоровье менеджеров. Биодинамическое освещение естественным образом настраивает «внутренние часы» человека, в итоге, даже прилетев из другого часового пояса, он способен полноценно работать.
• Глобальное потепление и экологические проблемы. Раньше в зимние месяцы нехватку солнца в крупных городах средней полосы России компенсировало выпадение снега, отражавшего солнечные лучи. Теперь же снега стало меньше, и у него снизилась отражающая способность из-за выхлопа автомобилей.
• Стимулирование использования общественного транспорта вместо личного в крупных городах. Применение биодинамического освещения в метро позволяет уменьшить дискомфорт от пребывания под землей.

Алгоритмы управления

Весьма распространенным вариантом является привязка изменения параметров освещения к географическому времени и дате. Контроллер снабжается встроенным GPS-датчиком, либо же информация о местоположении вводится в него пользователем. Далее освещенность и цветовая температура меняются по определенному алгоритму, зависящему от времени восхода и захода солнца на данную дату, вычисляемым по географическому положению. При этом следует отметить, что параметры освещения не копируют то, что есть на улице, поскольку в общем случае рабочий день не совпадает с продолжительностью светового дня. Утром цветовая температура биодинамического освещения выше, чем на улице, чтобы взбодриться. А вечером солнце может уже зайти, но светильник продолжит давать свет с цветовой температурой около 2700 K.

В качестве примера можно привести блок управления SunLync производства американской компании Healthe, снабженный встроенным GPS-датчиком. Кстати, данный блок предусматривает возможность выбора одной из 5 программ в зависимости от психофизиологических особенностей и рода занятий пользователя.

Блок управления биодинамическим освещением Healthe SunLync
с привязкой к географическому времени

Другой пример привязки к географическому времени — новые поезда метро «Москва». В них цветовая температура меняется в зависимости от времени суток, в дневное время имитируя освещение на поверхности, а в утренние и вечерние часы светильники имеют теплый оттенок свечения.

Алгоритм также может быть привязан к рабочему графику. Утром цветовая температура быстро возрастает, чтобы сотрудники взбодрились. Во время обеденного перерыва освещенность уменьшается, светильники дают теплый, расслабляющий оттенок. После обеда оттенок свечения умеренно холодный, ближе к концу рабочего дня становится теплым. Такого рода светильники могут облегчить труд на производствах, где люди работают в две или три смены и, соответственно, естественные биологические ритмы сотрудников отличаются от режима работы предприятия.

Наконец, наиболее сложные алгоритмы при определении цветовой температуры и освещенности ориентируются на погоду (путем получения информации с датчиков или же просто данных с метеостанций через интернет), количество людей в данный момент в помещении и даже предпочтения сотрудников офиса.

В новых поездах метро «Москва» применяется биодинамическое освещение

Техническая реализация

Простейшие блоки управления биодинамического освещения, такие, как уже упоминавшийся Healthe SunLync, представляют собой контроллеры с проприетарным программным обеспечением. Более сложные системы управления, например, блок управления офисного торшера EsyLux Prana, представляют собой компьютеры, работающие под управлением специальной версии с операционной системой Linux. На них можно установить программное обеспечение, способное реализовать любые алгоритмы биодинамического освещения.

Недостатком вышеуказанных вариантов реализации является их привязка к определенному оборудованию. Компания B.E.G. предложила контроллер биодинамического освещения PureColour с интерфейсом DALI. Он устанавливается в систему офисного освещения как датчик DALI, что позволяет использовать его с самыми разными светильниками.

Офисный торшер EsyLux Prana с функцией биодинамического освещения

Но в будущем, с распространением систем «умного дома», специальные блоки управления биодинамическим освещением уйдут в прошлое. Их функции будут реализовываться чисто программным способом в центральном компьютере, управляющем инженерными системами здания.

Не только офисы и заводы

Перспективным направлением считается внедрение биодинамического освещения в медицину. Как и другие факторы, повышающие комфорт, биодинамическое освещение в больничных палатах способно улучшить процесс выздоровления пациентов. В помещениях без окон, например, в стерильных боксах, биодинамическое освещение позволит не сбиться циркадным ритмам у пациента. Наконец, сейчас проводятся исследования, которые должны подтвердить или опровергнуть гипотезу, что биодинамическое освещение в операционной повышает точность движений у хирургов.

В Германии в 2016 г. были проведены опыты по внедрению биодинамического освещения в одном из продуктовых магазинов. В торговом зале менялась только освещенность, во входной и кассовых зонах — как освещенность, так и цветовая температура. За 10 месяцев, пока длился эксперимент, продолжительность отсутствия сотрудников на рабочих местах по болезни сократилась на 35%. Продажи продуктов, в зависимости от их вида, увеличились от 17 до 28 %.

Внедрение биодинамического освещения в жилые квартиры и дома также способно принести пользу, особенно, если учесть все большее распространение удаленной работы. Но пока этот процесс сдерживается тем, что редко где в жилом секторе можно встретить централизованное управление освещением. Проекты биодинамического освещения в жилых помещениях нередко реализуют любители современных технологий на базе светодиодных ламп с беспроводным управлением.

Выводы

Биодинамическое освещение позволяет повысить производительность труда и улучшить состояние здоровья работников. По мере роста конкурентной борьбы как за рынки, так и за квалифицированные кадры компании будут внедрять у себя такие системы, сначала для кабинетов топ-менеджеров (этот процесс уже идет полным ходом), а потом и для обычных сотрудников. Тем не менее, как и любая новая технология, биодинамическое освещение таит в себе опасности. Например, недобросовестный работодатель ради повышения производительности труда любой ценой может записать алгоритм, который будет излишне бодрить сотрудников в ущерб их здоровью. Или же нанятые конкурентами коварные хакеры снизят производительность труда, настроив систему таким образом, что она будет, наоборот, максимально расслаблять сотрудников. Впрочем, все эти проблемы решаемы с введением соответствующих норм, аналогичных имеющимся для обычного освещения.

Мнение экспертов

Сергей Сизый, основатель,
руководитель и преподаватель первой
в России школы светодизайна
LiDS Lighting Design School,
член Международной ассоциации
светодизайнеров IALD

Природные биоритмы человека имеют инертность и не реагируют на изменение условий освещения мгновенно. Для краткосрочного влияния нужно от 0,5 до 1,5 часов, а для долгосрочной перестройки биологических часов необходимо от нескольких суток до нескольких недель. Поэтому нельзя напрямую копировать реальные условия освещенности и цветовой температуры «за бортом» — это не только не имеет смысла с точки зрения эффективности, но и служит лишним отвлекающим фактором, особенно во время переменной облачности. Правильной стратегией является выработка типовой карты сценариев освещения, предполагающей изменение цветовой температуры, освещенности и других параметров на основании данных астрономического таймера, но без учета реальных условий естественного освещения. Важно использовать корректирующие возможности света для усреднения графика биологических часов в зимний и летний периоды. Например, в зимнее время года важно искусственно увеличивать биологические сутки за счет искусственного освещения: создавать искусственные рассветы перед началом рабочего времени и искусственные закаты после его окончания.
Несомненно, внедрение подходов биодинамического освещения имеет перспективы во всех областях. Если говорить про промышленность, то прежде всего такие системы актуальны для производств, работающих посменно. Сейчас проводятся исследования и формируются рекомендации для рабочих мест, предназначенных для ночных смен. В жилом интерьере это тоже будет востребовано, так как правильное биологическое освещение помогает снизить риск сезонной депрессии. Важное отличие в использовании таких систем для жилых интерьеров — это наличие возможности ручного управления. Как показывают эксперименты, если у пользователя есть возможность самому менять освещенность и цветовую температуру, то эффективность воздействия света на биоритмы больше.
В своем офисе мы реализовали и используем с 2016 года биодинамическую систему освещения, которая автоматически изменяет световую среду, выбирая поочередно один из 8 суточных сценариев для каждого из 3 типовых сезонов года: весна-осень, лето и зима. Сейчас подобная система реализуется в нашем филиале во Владивостоке, который начнет работу в сентябре.
В 2018 году в Москве был запущен первый в мире жилой квартал с реализованной системой автоматического биодинамического освещения общественных пространств и ручного управления освещением в апартаментах. Этот проект стал победителем премии Urban Awards в номинации «Инновация года».

Антон Шаракшанэ, кандидат
физ.-мат. наук, Институт
радиотехники и электроники
им. В. А. Котельникова
Российской академии наук

Света на рабочем месте нужно много. Не только для зрительного комфорта, но и чтобы повысить производительность труда. А менять цветность и интенсивность освещения нужно в помещениях, где человек и работает, и готовится ко сну. Например, в жилом помещении, если оно используется также для удаленной работы, или на работах, предполагающих дежурства. Если сотрудник проводит в офисе не больше 9 часов, а потом уходит домой, меняющаяся цветовая температура в помещении — всего лишь еще один способ сделать рабочий день менее однообразным.
Перспективным считаю применение биодинамического освещения в общественных пространствах. Вечером стоит использовать в местах скопления людей освещение с меньшей цветовой температурой. Например, удачен проект биодинамического освещения в новых поездах метро «Москва».
Само по себе изменение цветовой температуры и интенсивности не означает улучшение качества освещения. Чтобы получить хороший результат, нужно применять источники света с высоким индексом цветопередачи и следовать законам светодизайна. Широкому внедрению биодинамического освещения мешает стоимость управляемых источников питания и компонентов системы управления «умным домом». Но цены на эти компоненты быстро падают, и все большее количество людей может себе позволить автоматическое управление освещением, в том числе его интенсивностью и цветовой температурой.   А так как в Китае сейчас быстро растут зарплаты, у российских производителей есть некоторый шанс отстоять свои позиции на этом рынке.

Видеть тепло | Причины цвета

Вулканы являются ярким примером раскаленной расплавленной породы

В английском языке мы понимаем, что «белый горячий» означает более горячий, чем «красный горячий», тогда как «синий» обычно ассоциируется со степенью холода, как в «холодном синем» или «ледяном синем». С точки зрения реальной температуры, «раскаленный до синевы» горячее, чем «раскаленный докрасна».

Что такое накал?

Накаливание – это излучение света твердым телом, которое нагревается до тех пор, пока оно не начнет светиться или излучать свет. Когда железный стержень нагревается до очень высокой температуры, он сначала светится красным, а затем, когда его температура повышается, он светится белым. Накаливание — это тепло, которое становится видимым — процесс превращения тепловой энергии в световую.

Наше разговорное использование слов «раскаленный докрасна», «раскаленный добела» и т. д. является частью цветовой последовательности черный, красный, оранжевый, желтый, белый и голубовато-белый, когда объект последовательно нагревается до все более высоких температур. . Производимый свет состоит из фотонов, испускаемых, когда атомы и молекулы высвобождают часть энергии своих тепловых колебаний.

Лампа накаливания возникает, когда горячая материя высвобождает часть энергии своих тепловых колебаний в виде фотонов. Шкала Кельвина измеряет абсолютную температуру (изменение на 1 K эквивалентно 1 ° C), при этом 273 K эквивалентны температуре замерзания воды. При средних температурах, скажем, 1073 K (800 °C), энергия, излучаемая объектом, достигает пика в инфракрасном диапазоне с низкой интенсивностью в красной части видимого спектра. По мере повышения температуры пик перемещается в видимую область и, наконец, в нее. Диапазон температур на Земле, обычно от 100 К до 2000 К, производит электромагнитную энергию в основном в инфракрасном диапазоне и диапазоне видимого света, что дает нам удобную шкалу цветовой температуры.

Что такое цветовая температура?

Можно сказать, что свет имеет цветовую температуру. Цветовая температура — это шкала, связывающая цвет света, излучаемого объектом, с его температурой. По мере повышения цветовой температуры излучаемый свет смещается в сторону более голубых оттенков. На практике фактическая температура не совпадает с цветовой температурой, поэтому используются поправочные коэффициенты.

Шкала использует цвета абстрактного объекта, называемого излучателем черного тела, который поглощает, а затем излучает всю достигающую его энергию. Эту шкалу можно применить к фотолампе или даже к солнцу, но ее также можно применить к любому источнику света, используя поправочные коэффициенты, чтобы учесть, что реальные поверхности не являются идеальными излучателями абсолютно черного тела.

Для источников света, которые не зависят от накаливания, таких как флуоресцентный свет, мы используем коррелированную цветовую температуру (CCT). Эти источники света не будут излучать свет в спектре излучения черного тела. Вместо этого им присваивается коррелированная цветовая температура, основанная на совпадении между человеческим цветовым восприятием света, который они излучают, и цветовой температурой ближайшего излучателя черного тела.

Цветовая температура некоторых распространенных источников света:

approx 20,000 K 6,500 K 5,400 K 3,780 K 3,400 K 2,865 K 1,930 K Open sky Пасмурное небо Прямой солнечный свет Угольная дуговая лампа Фотолампа Вольфрамовая лампа 100 Вт Пламя свечи

Когда мы говорим о том, что синий свет является холодным, а красный — теплым, мы имеем в виду нечто совершенно отличное от цветовой температуры. Мы используем эти цвета, чтобы описать наше восприятие или передать настроение. Как ни странно, раскаленный до синего на самом деле горячее, чем раскаленный докрасна.

Излучение черного тела

Зачем использовать излучатель черного тела в качестве стандарта, если такого не существует?

Оказывается, излучение черного тела дает нам набор очень точных рабочих уравнений, связывающих температуру объекта с излучаемым им светом. Исходя из идеала и используя закон Планка, мы можем предсказать распределение энергии по спектру для данной температуры. Полная излучаемая мощность рассчитывается с использованием закона Стефана-Больцмана. Длина волны пикового излучения, а следовательно, и цвет, который доминирует для этой температуры, обеспечивается законом смещения Вина. Знание идеального случая позволяет нам предсказывать или вычислять фактические значения путем поправки на несовершенство реальных горячих объектов.0005

При повышении температуры последовательность излучаемых цветов следующая: черный, красный, оранжевый, желто-белый, голубовато-белый.

Планковские кривые излучения черного тела при повышении температуры. Работа Планка по выводу этого уравнения привела его к прорыву в понимании квантовой природы материи. Эти кривые также показывают тенденцию смещения пиковых длин волн при повышении температуры, как и предсказывал Вин.

Наше определение «белого» происходит от излучения при температуре 5800 К у поверхности Солнца. Его пик около 550 нм (2,25 эВ) соответствует максимальной чувствительности наших глаз в той же области. Обычно это приписывают нашей эволюции вблизи нашего солнца. Независимо от того, насколько высоко поднимается температура, сине-белый цвет остается самым горячим цветом, который мы можем воспринимать.

Накал от солнца

Мы можем использовать цвет горячих объектов для оценки их температуры примерно от 1000 К, так как пиковая длина волны перемещается в видимый спектр. Лампа накаливания с вольфрамовой нитью, наиболее распространенный искусственный источник света на Земле, светится при температуре около 2854 К. Солнце является естественным источником накаливания, поверхность которого, фотосфера, имеет температуру около 5800 К.

Излучение с поверхности Солнца , со средней температурой около 5800 К, дает нам наше определение белого цвета; его пиковая длина волны около 550 нм (2,25 эВ) отражается в максимальной чувствительности наших глаз в той же области, отражая наш эволюционный прогресс под воздействием солнечного света.

Энергия Солнца исходит от реакций ядерного синтеза в его ядре, при этом температура в центре Солнца оценивается примерно в 15 000 000 К. По мере того, как эта энергия распространяется наружу к поверхности Солнца, энергия сначала передается излучением ( через слой, называемый излучающим слоем), поглощаясь и переизлучаясь при понижении температуры. Ближе к поверхности, через конвективный слой, конвекция становится доминирующим механизмом переноса энергии, так как солнечная плазма здесь менее горячая и плотная и не может поддерживать перенос тепла излучением.

К тому времени, когда он достигает поверхности Солнца, фотосферы, он достигает температуры 5800 К, которую мы воспринимаем как видимый белый свет.

Помимо тепла и света, Солнце также излучает поток заряженных частиц с низкой плотностью (в основном электронов и протонов), известный как солнечный ветер, который распространяется по Солнечной системе со скоростью около 450 км/сек. Солнечный ветер и частицы гораздо более высокой энергии, выбрасываемые солнечными вспышками, могут иметь драматические последствия для Земли, начиная от скачков напряжения в линиях электропередач и радиопомех и заканчивая красивым северным сиянием.

Ярко-белые цвета фейерверков являются примерами накаливания. Металлы, такие как магний, во время горения нагреваются до белого каления. других цветов, воспроизводимых в пиротехнических дисплеях , используют люминесценцию, а не накал.

Другие примеры накаливания и его применения

Цвет накаливания используется для измерения температуры в радиационных пирометрах. Источники освещения, от примитивной свечи до прожекторов, дуговых ламп и современных ламп накаливания и ламп-вспышек, все используют накал; обычно цель состоит в том, чтобы избежать цвета и создать как можно более равномерно белый свет.

Металлообработка в значительной степени зависит от накаливания для определения характерных изменений температуры по цвету. Кузнецы закаляют железо при раскаленных температурах, а ювелирам необходимо знать цветовую температуру конкретного металла, чтобы правильно его отжигать, делая его готовым к работе, не допуская недогрева или перегрева.

Кузнец вынимает из горна раскаленный железный слиток.

Идеальные температуры отжига для серебра (слева) и золота дают показанные цветовые температуры: тускло-розовый для серебра и красный для золота.

видимый свет — Почему лунный свет имеет более низкую цветовую температуру?

Спросил 6 лет, 6 месяцев назад

Изменено 6 лет, 6 месяцев назад

Просмотрено 28 тысяч раз

$\begingroup$

Лунный свет имеет цветовую температуру 4100К, а солнечный свет имеет более высокую цветовую температуру, более 5000К.

Но предметы, освещенные лунным светом, не кажутся глазу желтее. Они выглядят более голубыми. Это справедливо как для внутренних сцен (например, моего холла), так и для наружных. Я нахожу нелогичным, что лунный свет имеет более низкую цветовую температуру. Я думал, что солнце — самый желтый естественный источник света, который у нас есть.

Это из-за плохой цветовой чувствительности глаза при тусклом свете? Другими словами, лунный свет на самом деле желтее, но наши глаза не видят интенсивного желтого цвета?

Если использовать гигантскую линзу для концентрации лунного света, чтобы достичь яркости солнечного света, будут ли объекты, освещенные этим светом, казаться глазу более желтыми, чем те же объекты под солнечным светом? Кто-нибудь проводил такой эксперимент? Я посмотрел, но ничего не нашел.

В качестве альтернативы, если я сделаю снимок пейзажа, освещенного полной луной, с длинной выдержкой, а затем еще один, освещенный солнечным светом, и выровняю баланс белого и экспозицию, будет ли фотография при лунном свете выглядеть более желтой?

• видимый свет
• солнце
• луна

$\endgroup$

11

$\begingroup$

Я отсылаю вас к изображению ниже, взятому из Ciocca & Wang (2013). Это ясно показывает, что спектр Луны (нормированный, чтобы иметь такую ​​же общую силу, как солнечный свет) более красный, чем солнечный свет, и поэтому имеет более низкую «цветовую температуру». Это факт, а не восприятие.

РЕДАКТИРОВАТЬ: просто чтобы прояснить некоторую путаницу — ОП говорит о «желтом», потому что именно так глаз воспринимает более красный спектр (в физическом смысле этого слова, что означает смещение к более длинной длине волны — см. рисунок). В этом смысле да, лунный свет «желтее», чем солнечный свет , потому что имеет более красный спектр.

Причина более красного спектра заключается в том, что отражательная способность Луны становится больше на более красных длинах волн, поэтому, поскольку лунный свет отражает солнечный свет, он должен быть краснее солнечного.

Что касается нашего восприятия лунного света, мнения расходятся. Хотя свет, вероятно, слишком ярок для истинного скотопического зрения, он, вероятно, недостаточно ярок для полноценного цветного зрения, и поэтому берет верх низшее мезопическое зрение с клетками глаза, которые более чувствительны к синему свету — так называемый эффект Пуркинье.

Это именно то, что Ciocca & Wang предлагают в своей статье. Однако следует отметить, что разница между солнечным и лунным спектром не так уж велика, особенно если учесть, что глаз работает как детектор логарифмической интенсивности. Вполне возможно, что разница недостаточно велика, чтобы ее можно было воспринять глазом, так что широкий спектр Луны в основном кажется белым, и это усиливается, если смотреть на нее на фоне темного неба.

$\endgroup$

10

$\begingroup$

В дополнение к эффекту Пуркинье еще одна вещь, которая способствует другому восприятию, это контраст с окружающим светом :

• Когда солнце находится высоко в небе, окружающий свет — это свет неба. Синий, рассеивающий лучи Рэлея. На фоне этого все, что освещено солнцем, кажется слегка желтым.
• Когда солнце низко, то же рассеяние действует как фильтр, то есть солнечный свет будет желто-оранжевым, когда он прибудет к вам.
  • Кстати, это относится и к луне, когда она находится близко к горизонту: тогда она выглядит гораздо краснее!
  • Когда солнце находится низко, окружающий свет также имеет гораздо более низкую температуру, а это означает, что любой самоизлучающий объект будет казаться более голубым по сравнению с ним, включая луну, если она находится выше в небе. (Что обычно и должно быть, чтобы быть видимым днем.)
• Ночью в окружающем свете преобладает не лунный свет, рассеянный Рэлеем, а свет звезд (или, в городских районах, скорее свечение неба). Это не синий цвет, поэтому луна не воспринимается желтее, чем она есть на самом деле.

---

Чтобы несколько проверить эту гипотезу, я сделал эту картинку:

Ну… это работает не совсем убедительно, должен сказать — два белых выглядят очень похожими. Они на самом деле одинаковы. Синий фон делает его немного желтее? Я не уверен.

Но эффект, безусловно, гораздо более выражен, если вы на самом деле окружены голубым небом. В частности, как я только что вспомнил: эта «автоматическая коррекция баланса белого» работает с некоторой задержкой по времени. Белый объект на зеленом фоне может по-прежнему выглядеть белым, но смотрите на зеленый экран в течение нескольких минут и 9 минут.0171 все остальное будет выглядеть с фиолетовым оттенком. Я думаю, что это на самом деле связано с утомлением цветовых рецепторов в глазах. Ночью у ваших глаз есть много времени, чтобы адаптироваться к белой точке, и поэтому все будет выглядеть голубее, включая луну. Добавьте к этому, что традиционные искусственные источники света имеют очень низкую цветовую температуру – к ним глаза адаптируются больше, чем к удаленным источникам естественного света.

$\endgroup$

4

$\begingroup$

Я сделал фото днем, в 14:00:

Я сделал фото ночью (4 утра) той же сцены, освещенной полной луной. Это фотография с длинной выдержкой (30 секунд) с примерно такой же экспозицией:

Я отрегулировал ее цветовой баланс, чтобы он соответствовал дневной фотографии (temp=5100 и tint=+3 в Lightroom). Сцена, освещенная лунным светом, имеет сильный желтоватый цвет:

Это доказывает, что лунный свет действительно имеет более низкую цветовую температуру. Разница в цвете не маленькая, а огромная.

Этот эксперимент исключает эффект:

• голубого неба, из-за которого предметы на земле выглядят желтыми по сравнению с ними (поскольку на этой фотографии нет неба, а цветовой баланс установлен одинаковым для обеих фотографий).
• глаз не может воспринимать цвета или воспринимает их неправильно (эффект Пуркинье) в темноте.
• солнце или луна на горизонте (потому что для этой фотографии они высоко в небе)

$\endgroup$

8

$\begingroup$

Я думал, что солнце — самый желтый естественный источник света, который у нас есть.

Что заставило тебя так подумать? По определению это самый белый источник света, поскольку солнечный свет — это то, по чему мы судим о всех цветах.

Прямой солнечный свет довольно близок к спектру излучения черного тела. Луна, не очень. Это отраженный свет, поэтому присвоение фактической цветовой температуры не будет отражать реальность так сильно, поскольку цветовая температура подразумевает полное спектральное распределение, а луна имеет спектр солнца, модифицированный ее средним коэффициентом отражения, зависящим от длины волны. Его собственная температура такова, что его собственное излучение черного тела не будет вносить значительный вклад в видимую часть спектра.

Красноватый цвет лунного затмения объясняется рассеянным светом земной атмосферы, а не «послесвечением» непосредственно предшествующего полнолуния.

Так что я сомневаюсь, что «цветовая температура» имеет смысл для луны.

$\endgroup$

8

Цветовая температура солнечного света

Содержание

• Введение
• цвет солнечного света
• Распределение электроэнергии
• Значение
• Применение спектроскопии для обнаружения загрязнения воздуха
• Влияние солнечного спектра на рост растений
  • Related Posts

Введение

Солнечный спектр представляет собой спектр поглощения различных длин волн. Он делится на две части: видимый свет и невидимый свет. Видимый свет имеет длину волны 400-760 нм. После рассеяния он делится на 7 цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. При концентрации он становится белым светом. Невидимый свет делится на два типа: инфракрасный свет, который находится во внешней области красного света, имеет длину волны более 760 нм и максимальную длину 5300 нм. Ультрафиолетовые лучи, расположенные вне фиолетового света, имеют длину волны 290-400 нм.

Солнечный свет имеет очевидные биологические эффекты. Растения могут синтезировать под действием солнечного света. Кожа животных претерпевает превращение витамина D под действием солнечного света. Инфракрасные лучи обладают огромным тепловым эффектом, а ультрафиолетовые лучи обладают очевидным бактерицидным действием.

Существуют десятки тысяч линий поглощения и излучения солнечного света, что является чрезвычайно богатым сокровищем солнечной информации. Спектр Солнца относится к спектральному классу G2V, а эффективная температура составляет 5770 К9. 9,9% энергии электромагнитного излучения Солнца сосредоточено в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах.

Солнечное излучение в основном сосредоточено в видимой части света (0,4～0,76 мкм), и есть несколько частей инфракрасного света (> 0,76 мкм) с длиной волны большей, чем у видимого света, и ультрафиолетового света (<0,4 мкм) меньше, чем у видимого света . Среди всей лучистой энергии более 99% имеют длины волн от 0,15 до 4 мкм, и они в основном распределены в видимой области, а также в красной и ультрафиолетовой областях. На видимую область приходится около 50 % всей энергии солнечного излучения, а на инфракрасную — около 43 %. Энергия солнечного излучения в ультрафиолетовой области очень мала, составляя всего около 7% от общей.

Диапазон длин волн солнечного излучения, наблюдаемого на земле, составляет примерно 0,295 ~ 2,5 мкм. Солнечное излучение с длинами волн короче 0,295 мкм и больше 2,5 мкм не может достичь земли из-за сильного поглощения озона, водяного пара и других атмосферных молекул в земной атмосфере.

цвет солнечного света

Спектр, излучаемый солнцем в будние дни, в основном исходит из спектра излучения черного тела (Black Body Radiation) с абсолютной температурой около 6000 градусов на поверхности солнца. Видимый свет имеет длину волны в диапазоне от 770 до 390 нанометров, а невидимый диапазон длин волн составляет от 770 до 11590 нанометров. Электромагнитные волны разной длины вызывают разное восприятие цвета человеческими глазами. 770–622 нм, войлочно-красный, 622–597 нм, оранжевый, 597–577 нм, желтый, 577–492 нм, зеленый, 492–455 нм, синий индиго, 455–390 нм, фиолетовый.

Распределение энергии

Солнце является самым сильным, естественным и стабильным источником естественного излучения с температурой в центре 1,5*10 ⁷ К и давлением около 10 ¹⁶ Па. Внутри происходит многоядерная реакция превращения водорода в гелий.

Солнечная реакция зародышеобразования высвобождает огромную энергию, и его полная лучистая мощность составляет 3,8*10 ²⁶ Вт, из которых часть, получаемая Землей, составляет около 1,7*10 ¹⁷ Вт. Лучистая энергия солнца выражается солнечной постоянной, которая представляет собой значение солнечной радиации, измеренное вне земной атмосферы на среднем расстоянии между солнцем и землей. Поскольку данные испытаний были доступны в 1900, его измеренное значение почти всегда составляло 1350 Вт/м². Величина земной поверхности после поправки на поглощение и рассеяние атмосферой составляет около 2/3 этой величины.

Обычно считается, что температура солнечного излучения составляет 5900 К, и температура его излучения уменьшается с увеличением длины волны. Согласно теории излучения абсолютно черного тела, когда температура объекта повышается, энергия испускаемого излучения увеличивается, а пиковая длина волны смещается в коротковолновую сторону.

Диапазон длин волн солнечного излучения охватывает весь спектр электромагнитных волн от рентгеновских лучей до радиоволн. Вне атмосферы кривые спектрального распределения Солнца и абсолютно черного тела 5900К подобны. Под влиянием поглощения различных газовых компонентов в атмосфере лучистая энергия определенных областей спектра сильно ослабляется, когда солнечный свет проходит через атмосферу и достигает поверхности земли, что приводит к некоторым впадинам на кривой спектрального распределения.

Значение

Солнечный спектр можно использовать для определения химического состава, температуры, давления, движения, структурной модели солнечной атмосферы, а также механизма генерации и развития различных активностей, а также для проверки спектра излучения и подтверждения содержания различных элементов. Эффект Зеемана солнечного спектра в магнитном поле может быть использован для изучения солнечного магнитного поля.

Общее изменение солнечного спектра очень мало, но некоторые спектральные линии имеют большие изменения. Когда взойдет Солнце, сильно изменятся как крайний ультрафиолет, так и мягкое рентгеновское излучение. Используя характеристики спектрального изменения этих полос, можно изучать различные активности Солнца.

Таким образом, улучшение пространственного разрешения солнечного спектра и расширение полосы наблюдения может значительно улучшить понимание Солнца и солнечной активности. Теперь обнаружен полный спектр поляризованного излучения, называемый вторым солнечным спектром. Используя второй солнечный спектр, можно в дальнейшем провести ряд исследований физики Солнца, а также он может стать эффективным методом обнаружения слабых и турбулентных магнитных полей Солнца.

Применение спектроскопии для обнаружения загрязнения воздуха

В настоящее время для обнаружения газов, загрязняющих атмосферу, в основном используется метод дифференциальной абсорбционной спектроскопии источника искусственного света, который инвертирует состояние загрязнения атмосферы путем измерения спектра источника искусственного света после прохождения через атмосферу. Тем не менее, превосходство дифференциальной абсорбционной спектроскопии источника солнечного света становится все более заметным и становится центром исследований в области обнаружения загрязняющих воздух газов.

Измеренный спектр в условиях дымки показывает увеличение интенсивности длинноволновой части. Ввиду того, что разрешающая способность по длине волны отображающего спектрометра достигает 0,06 нм, основанная на спектре солнечного излучения, технология спектрального анализа также может быть использована для определения содержания газовых компонентов в атмосфере.

Молекулы диоксида азота имеют очевидное поглощение в диапазоне длин волн 430–450 нм. Если концентрация диоксида азота будет другой, это вызовет изменения в спектре солнечного излучения.

Влияние солнечного спектра на рост растений

Научные эксперименты доказали, что разные длины волн света по-разному влияют на рост растений. Видимый свет сине-фиолетового и голубого света оказывает большое влияние на рост растений и образование молодых бутонов. Такой свет может удлинять растения, формируя короткую и толстую форму.

В то же время сине-фиолетовый свет также является наиболее важным светом, регулирующим дифференцировку клеток, и сине-фиолетовый свет также может влиять на фототропизм растений. Ультрафиолетовые лучи подавляют образование в растениях некоторых гормонов роста, тем самым подавляя удлинение стеблей. Ультрафиолетовые лучи также могут вызывать фототропную чувствительность и, подобно синему, фиолетовому и голубому свету в видимом свете, способствуют образованию антоцианов.

Красный свет в видимом свете и инфракрасный свет в невидимом свете могут способствовать прорастанию семян или спор и удлинению стеблей. Красный свет также может способствовать разложению углекислого газа и образованию хлорофилла.

Влияние спектра на фотосинтез растений Свет, оказывающий наибольшее влияние на растения, в основном делится на три категории: ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный. Давайте подробно проанализируем эти три типа света ниже.

Лучистый свет в первой полосе представляет собой ультрафиолетовый свет, который содержит много энергии, но часть ультрафиолетового света поглощается озоновым слоем. Поэтому нас больше волнуют части, тесно связанные с сельскохозяйственной пленкой: ультрафиолет-б (длина волны 280-320нм) и ультрафиолет-а (длина волны 320-380нм). Эти две длины волны ультрафиолетового света имеют разные эффекты, такие как: окрашивание цветков растений.

Вторая полоса излучения – это видимый свет (длина волны 400–700 нм), который эквивалентен синему, зеленому, желтому и красному свету, также известный как ФАР, который является активной зоной фотосинтеза и является наиболее важным видимый свет, используемый растениями для фотосинтеза Часть.

Синий свет и красный свет являются наиболее важными частями спектра PAR, потому что рибофлавин в растениях может эффективно поглощать эту часть света, в то время как зеленый свет поглощается с трудом.

Лучистый свет в третьем диапазоне является инфракрасным, который можно разделить на ближний инфракрасный и дальний инфракрасный. Ближний инфракрасный свет (длина волны 780-3000 нм) практически бесполезен для растений, он только выделяет тепло. Дальний инфракрасный диапазон (длина волны 3000–50 000 нм), эта часть излучения не исходит непосредственно от солнечного света. Это своего рода излучение, генерируемое молекулами с тепловой энергией, которая легко теряется ночью.

Растения наиболее чувствительны к спектру красного света и менее чувствительны к зеленому свету, а наиболее чувствительная область спектра составляет 400~700 нм. Этот участок спектра обычно называют областью эффективной энергии фотосинтеза. Примерно 45% энергии солнечного света приходится на этот участок спектра. Поэтому, если для дополнения количества света используется искусственный источник света, спектральное распределение источника света также должно быть близко к этому диапазону.

Энергия фотонов, испускаемых источником света, зависит от длины волны. Например, энергия длины волны 400 нм (синий свет) в 1,75 раза больше энергии 700 нм (красный свет). Но для фотосинтеза эффект двух длин волн одинаков.

Избыточная энергия синего спектра, которая не может быть использована для фотосинтеза, преобразуется в тепло. Другими словами, скорость фотосинтеза растения определяется количеством фотонов, которые растение может поглотить в диапазоне 400-700 нм, и не связана с количеством фотонов, посылаемых каждым спектром. Однако большинство людей обычно считают, что цвет света влияет на скорость фотосинтеза.

Растения имеют разную чувствительность ко всем спектрам. Эта причина исходит из особого поглощения пигментов в листьях. Среди них наиболее известен хлорофилл. Но хлорофилл — не единственный пигмент, полезный для фотосинтеза. Другие пигменты также участвуют в фотосинтезе, поэтому эффективность фотосинтеза не может учитывать только спектр поглощения хлорофилла.

Различие в пути фотосинтеза также не связано с цветом. Энергия света поглощается хлорофиллом и каротином в листьях. Энергия использует две фотосинтетические системы для преобразования воды и углекислого газа в глюкозу и кислород. В этом процессе используется весь видимый световой спектр, поэтому влияние источников света различных цветов на фотосинтез практически одинаково.

Некоторые исследователи считают, что оранжево-красный свет обладает наибольшей способностью к фотосинтезу. Но это не значит, что растения нужно выращивать при таком монохроматическом источнике света. Что касается морфологического развития и окраски листьев растений, растения должны получать разнообразные сбалансированные источники света.

Кроме того, различные длины волн света также влияют на продукты фотосинтеза растений. Например, красный свет способствует синтезу углеводов, а синий свет способствует синтезу белков и органических кислот.