Wie verhält sich Kelvin für die Farbtemperatur zu Kelvin für die tatsächliche Temperatur?

Es ist mit einer erhitzten Substanz verwandt, wenn auch auf etwas theoretische Weise. Die Substanz ist ein idealer glühender schwarzer Körper , der bei einer bestimmten Temperatur innerhalb eines bestimmten Farbraums eine bestimmte Farbe ausstrahlen würde. Der Ort innerhalb des Farbraums gegenüber der Temperatur wird als Planckscher Ort bezeichnet, und ich behaupte nicht, alles in diesem Artikel zu verstehen, aber erforsche ihn so tief, wie du möchtest.

Eine allgemeinere Erklärung der Farbtemperatur und ihrer Korrelation zu Schwarzkörperstrahlern finden Sie im Wikipedia-Artikel Farbtemperatur .

Die einleitende Erklärung von Wikipedia zur Farbtemperatur bezieht sich recht gut darauf:

Die Farbtemperatur einer Lichtquelle ist die Temperatur eines idealen schwarzen Strahlers , der Licht mit vergleichbarem Farbton wie die Lichtquelle ausstrahlt.

Schwarzkörperstrahler sind ein idealisiertes Konzept, das ein Energiespektrum mit einer Spitzenintensität bei einer Frequenz abstrahlt, die von der Temperatur des Schwarzkörperstrahlers abhängt. Je höher die Temperatur des schwarzen Körpers ist, desto höher ist die Spitzenfrequenz des Emissionsspektrums des Strahlers des schwarzen Körpers. Jede Emission eines idealen Schwarzkörperstrahlers stammt ausschließlich aus Wärmeenergie. Somit emittiert ein schwarzer Körper mit 6500 K Photonen, deren Frequenzspektrum bei der sogenannten Farbtemperatur von 6500 K (im blau-weißen, „Tageslicht“-Farbtemperaturbereich) seinen Höhepunkt erreicht.

Obwohl es keine echten Schwarzkörperstrahler gibt, gibt es einige anständige Annäherungen, die sich ziemlich wie schwarze Körper verhalten. Sterne, Glühbirnen und Elektroherde sind Beispiele. Aus diesem Grund werden 5500 - 6500 K als Tageslicht-Farbtemperatur bezeichnet – wir messen die Schwarzkörpertemperatur der Sonne bei etwa 5780 K. Ähnlich, da Glühbirnen weniger Licht- als vielmehr Wärmestrahler im sichtbaren Lichtspektrum sind, das "Innen" Farbtemperatur von etwa 2500 K ist die nominelle Strahlungstemperatur des schwarzen Körpers und der spektrale Höhepunkt von Glühlampen.

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Diese Physics.SE-Frage befasst sich auch mit der aktuellen Frage: Wie hängt Temperatur mit Farbe zusammen?

Die Farbtemperatur hängt mit der Schwarzkörperstrahlung zusammen, die von heißen Objekten erzeugt wird. Die unten gezeigte Schwarzkörper-Strahlungskurve zeigt die ungefähren Intensitäts*-Kurven bei jeder Wellenlänge für die Strahlung, die von Körpern bei 5000 K, 4000 K und 3000 K emittiert wird.

* Es zeigt tatsächlich die spektrale Strahlungskurve, die eine Art Fluss ist. Aber Sie können es sich als Intensität vorstellen, wenn es hilft. Die beiden Größen sind eng miteinander verbunden.

Bildquelle: Wikipedia

Beachten Sie, wie die Kurven durch das sichtbare Spektrum verlaufen. Je nachdem, wie viel von der (Fläche unter der) Kurve im sichtbaren Spektrum liegt, sieht die Farbe anders aus. Dies wird durch den Planckschen Locus beschrieben, wenn es um die Farbtemperatur geht.

Bildquelle: Wikipedia

Das obige CIE-Diagramm zeigt die sichtbare Farbe von Körpern bei verschiedenen Temperaturen. Körper mit Temperaturen um 3000 K neigen dazu, rot auszusehen, während Körper um 5000 K oder 6000 K weißer aussehen. Körper, die heißer sind, neigen dazu, blau auszusehen.

Wie die anderen Antworten bemerken, entspricht die Farbtemperatur der Schwarzkörperstrahlung bei dieser Temperatur.

Aber warum interessiert uns das? Um das zu verstehen, müssen Sie sich zuerst fragen: "Was ist weiß?"

Physikalisch gesehen ist Weiß keine Farbe. Es gibt keine Wellenlänge des Lichts, die „Weiß“ entspricht, genauso wie es keine gibt, die „Schwarz“, „Grau“ oder „Rosa“ entspricht – all diese Farben sind nur „Artefakte“ der menschlichen Wahrnehmung. Physikalisch gesehen sind sie eine Mischung aus vielen verschiedenen Wellenlängen (insbesondere im natürlichen Licht ist Weiß per Definition die Mischung aller sichtbaren Wellenlängen der Sonne).

Die menschliche Farbwahrnehmung hängt von der Mischung der Intensität von drei verschiedenen Lichtrezeptoren ab. Nun, jede davon deckt tatsächlich einen breiten Bereich von Wellenlängen ab („physikalische Farben“), also ist dies etwas komplizierter, aber jede von ihnen hat eine Spitze bei einer anderen Wellenlänge – wir nennen sie normalerweise rot, grün bzw. blau. Auf diese Weise können Computer alle Farben darstellen, die wir sehen können, mit nur einer Mischung aus drei verschiedenen Wellenlängen – ein intelligenter Außerirdischer mit einem anderen Sehvermögen würde nur denken, dass wir alle voller Unsinn sind, weil unsere Bilder nicht wie die Realität aussehen. Grundsätzlich optimieren wir die Intensitäten der drei Wellenlängen (die ungefähr den Spitzen entsprechen), um die gleiche Anregung in den Fotorezeptoren zu erzeugen wie echtes Licht.

In diesem Modell bedeutet "Weiß" "100 % Rot + 100 % Grün + 100 % Blau". Wie ich jedoch bereits angemerkt habe, funktioniert natürliches weißes Licht nicht wirklich so – es ist eine Zusammensetzung aus vielen verschiedenen Wellenlängen ohne so schöne Verhältnisse. Jetzt kommen wir zur Evolution: Weiß ist die Farbe, die den Farbton nicht verändert. Die Farbwahrnehmung ist so ausbalanciert, dass wir auch bei wechselnden Umgebungslichtverhältnissen immer noch die gleichen Farben sehen können – zum Beispiel beim Gehen unter einem Blätterdach oder bei Streulicht (z. B. „im Schatten“). Das bedeutet auch, dass die natürliche Farbtemperatur der Temperatur der Photosphäre der Sonne entspricht – im Grunde ist die Sonne per Definition weiß , weil uns die Evolution daran angepasst hat (der Grund, warum es so aussiehtgelblich für das Auge ist, weil ein Teil des blauen Lichts von der Atmosphäre gestreut wird – unser Sehvermögen ist angepasst, um Objekte zu sehen, die von der Sonne (und der Atmosphäre) beleuchtet werden, nicht um die Sonne selbst zu sehen).

Der lustige Teil ist, dass wir dadurch auch Lichtquellen verwenden können, die nicht so heiß sind wie die Sonne. Die einfachsten Beispiele sind Glühlampen, die tendenziell eine niedrigere Temperatur haben, aber das gleiche Grundprinzip verwenden – den Draht heiß genug machen, damit er genug sichtbares Licht abstrahlt, damit der Weißabgleich für Menschen funktioniert. LED-Leuchten verwenden ein Prinzip, das eher Ihrem Computerbildschirm ähnelt - drei unterschiedliche (na ja, nicht genau drei, aber "drei schmale Bänder") Wellenlängen, um jede Farbe zu erzeugen. Das Gute ist, dass dies viel effizienter ist. Das Schlimme ist, dass es tatsächlich sichtbar unterschiedliche Lichteffekte erzeugen kann, sodass es überhaupt nicht wirklich dem natürlichen Licht entspricht.

Aber der Kern ist: LED-Leuchten haben bei weitem nicht ihre „Farbtemperatur“, also welche Bedeutung hat die Farbtemperatur in diesem Fall? Der Hauptpunkt ist, dass bei unterschiedlichen Temperaturen die Intensität der an jedem der drei Fotorezeptoren erzeugten Signale unterschiedlich ist (für dieselben „Farben“). Wenn Sie die Farbtemperatur auf Ihrem Monitor ändern, optimieren Sie im Grunde, wie intensiv jeder dieser drei Kanäle im Verhältnis zu den anderen ist – das gibt Ihnen die „rötlichen“ oder „bläulichen“ Farbtöne. Sie simulierendie Auswirkung einer anderen Schwarzkörpertemperatur auf das menschliche Sehvermögen – und da das menschliche Sehvermögen so viele Informationen im Licht ignoriert, funktioniert es eigentlich die meiste Zeit recht gut. Wenn Sie die Einstellung an Ihrer Kamera vornehmen, tun Sie genau das Gegenteil - Sie versuchen, die "verschobenen" Farben den "objektiven" Rot + Grün + Blau-Daten zuzuordnen. Der Grund, warum die Einstellung normalerweise die Farbtemperatur verwendet, liegt einfach darin, dass sie überall verwendet wird – Sie können sich die Farbtemperaturen Ihrer Beleuchtung ansehen und diese auch auf Ihrer Kamera verwenden.

Vor dem Thermometer waren Schmiede, Töpfer, Glasbläser und dergleichen auf die Farbe des glühenden Materials angewiesen, um den Fortschritt zu überwachen. Es wurde angenommen, dass die meisten Mineralien beim Erhitzen in verschiedenen Stadien eine einzigartige Farbe hatten. Es war auch bekannt, dass sich Objekte ausdehnen und zusammenziehen, wenn sich ihre Temperatur ändert. Daniel Fahrenheit (deutsch 1686-1736) entwickelte ein Quecksilberthermometer. Er verwendete die Zahl 180 als die Anzahl der Schritte (Grad) zwischen Gefrieren und Kochen von Wasser, wobei 180 eine hochgradig teilbare Zahl ist. Anders Celsius (Schwede (1701 – 1744)) hielt das Geschäft mit 180 für verrückt. Celsius legte 100 Schritte zwischen dem Gefrieren und dem Kochen von Wasser.

Quecksilber, Alkohol und andere Flüssigkeiten wurden häufig in Thermometern verwendet, aber keine dehnt sich linear aus oder zieht sich zusammen, sodass die Markierungen auf den Röhren in verschiedenen Regionen unterschiedliche Abstände haben. 1802 zeigte Joseph Louis Gay-Lussac (Französisch 1778 – 1850), dass der Koeffizient von Luft und verschiedenen gewöhnlichen Gasen ungefähr gleich ist. Ein Rohr mit einem Schwimmer auf einer Wasserstoffsäule fällt und steigt gleichmäßig mit der Temperatur. Wenn die Abkühlung anhält, sollte der Schwimmer bei -273 °C den Boden erreichen. Wissenschaftler verabscheuen negative Temperaturen und nannten diese Bodenbildung „absolute Temperatur“. Daher wird die Absolutskala jetzt als Kelvin-Skala bezeichnet, um William Thomson 1. Baron Kelvin (irischer Nobelpreisträger von 1824 – 1907) für seine Arbeit über die Strahlung des schwarzen Körpers zu ehren).

Eine Temperatur auf der Kelvin-Skala kann in die Celsius-Skala umgewandelt werden, indem 273 addiert wird. Metallurgen verwendeten die Kelvin-Skala häufig, ebenso wie viele andere Wissenschaftszweige. Glühbirnendesigns wurden entwickelt, um das Metall Wolfram als Glühfaden zu verwenden. Die Beleuchtungsindustrie hat die Kelvin-Skala eingeführt, um die von Lampen erzeugte Farbe zu beschreiben. Die Fotoindustrie, die stark von künstlicher Beleuchtung abhängig ist, hat die Kelvin-Skala zur Klassifizierung von Farben übernommen.

Tabelle einiger ausgewählter praktischer Beleuchtungsquellen und ihrer Farbtemperaturen.

Sonnenlicht Mittag 5400K

Oberlicht 120.000 K bis 18.000 K

Fotografisches Tageslicht 5.500 K (mit Zustimmung der Filmemacher)

Blitzwürfel - Flip Flash 4.950K

Klare Blitzlampe (mit Zirkoniumdraht gefüllt) 4.200 K

Klare, mit Aluminiumdraht gefüllte Blitzlampe 3.800K

500 Watt Fotolampe 3.200K

100-Watt-Haushalts-Wolfram-Glühlampe 2.900K

60-Watt-Haushalts-Wolframglühlampe 2.820K