Wie hängt die Temperatur mit der Farbe zusammen?

1) Wenn ein Objekt blau und ein anderes Objekt rot erscheint. Das bedeutet nicht immer, dass ein blaues Objekt heißer ist als ein rotes? Ist das korrekt? Wenn ja, wie ist das so? Es tut mir leid, aber ich bin etwas verwirrt darüber.

Ja, es ist richtig: Wenn ein Objekt beim Brennen blau leuchtet, bedeutet dies, dass es mehr Temperatur hat als ein rot leuchtendes Objekt. Das liegt daran, dass ein Objekt, das blau leuchtet, mehr Energie hat. Energie eines Temperaturobjekts$T$(in Kelvin) wird mit dieser Gleichung berechnet:$E=kT$Wo$k$ist die Boltzmann-Konstante. Energie eines Lichts mit Frequenz$f$wird mit dieser Gleichung berechnet:$E=hf$Wo$h$ist die Plankenkonstante. Also spektrale Strahldichte des emittierten Lichts mit Frequenz$f$von Objekt mit Temperatur$T$wird mit berechnet$\beta(T) = \frac{2hf^3}{c^2}\frac{1}{e^{\frac{hf}{kT}}-1}$. Zur Ableitung siehe Planks Gesetz . Je höher die Frequenz des Lichts, desto mehr Energie hat es und es sieht „blauer“ aus, und je niedriger die Frequenz, desto weniger Energie und es sieht „roter“ aus.

Hier ist ein sehr gutes Bild von "Licht" (Licht ist Teil des Spektrums, das wir sehen (sichtbares Spektrum), das gesamte Spektrum wird als elektromagnetisches Spektrum bezeichnet, aber der Einfachheit halber nennen wir es nur Licht) Spektrum:

Hier ist ein sehr gutes Diagramm des emittierten Lichts mit der Wellenlänge$\lambda$von einem Objekt mit Temperatur$T$(in Kelvin). (HINWEIS: für Licht mit Frequenz$f$, Wellenlänge ist$\lambda = \frac{c}{f}$Wo$c$ist die Lichtgeschwindigkeit.)

2) Mit dem „Farbtemperatur“-Konzept auf Wikipedia. Sie sagen 1.700 K für Streichholzflamme. Aber 15.000–27.000 K für einen klaren blauen Himmel in Richtung des Pols.

Das verwirrt mich. Der Himmel erscheint blau, bedeutet das, dass es heiß ist? Aber es ist nicht richtig? Es ist kälter. Ich bin mir nicht sicher, ob ich es richtig einrahmen kann. Es ist ein bisschen verwirrend für mich.

Ist das so etwas wie ein leuchtendes Objekt oder ein reflektierendes Objekt? Die Sonne ist weiß, aber die Erde ist blau. Aber die Sonne ist heißer als die Erde. Es ist die Sonne, die Licht ausstrahlt, aber die Erde streut es nur.

Sie können die spektrale Strahldichte berechnen . Die spektrale Strahlung ist wie eine (spektrale Strahlung ist nicht die volle Intensität, es ist nur wie eine Intensität) Intensität des emittierten Lichts mit Frequenz$f$von Objekt mit Temperatur$T$(in Kelvin) des emittierten Lichts von einem Objekt mit Temperatur$T$(in Kelvin) mit dieser Gleichung:

Lassen Sie mich den Wikipedia-Artikel über Farbtemperatur empfehlen , aber warnen Sie, dass dieser Artikel zwar ziemlich gut ist, aber ein paar irreführende Dinge sagt und Sie wie üblich vielleicht eine Bibliothek besuchen oder umfangreichere Online-Recherchen durchführen möchten. Wenn Sie wissen möchten, wie Farbe und Temperatur in der Wärmestrahlung korrelieren, lesen Sie den ausgezeichneten Artikel über das Wiensche Verschiebungsgesetz . (Spoiler: es ist die Spitzenwellenlänge des Lichts = eine Konstante / Temperatur oder die Spitzenfrequenz des Lichts = eine andere, aber verwandte Konstante * Temperatur)

1) Wenn ein Objekt blau und ein anderes Objekt rot erscheint. Das bedeutet nicht immer, dass ein blaues Objekt heißer ist als ein rotes? Ist das korrekt?

Das ist genau richtig. Tatsächlich sind die meisten Farben, die wir im normalen Leben um uns herum sehen, nicht auf diese Weise mit der Temperatur korreliert. Physiker haben herausgefunden, dass das Spektrum der von einem Objekt emittierten Strahlung mit der Temperatur des Objekts korreliert. Wenn das Objekt heiß genug ist, sendet es sichtbares Licht aus. Die Farbtemperatur, von der wir hier sprechen, ist die Temperatur, bei der ein perfekter (schwarzer) Strahler Strahlung der gleichen mittleren Frequenz aussenden würde.

Wenn ja, wie ist das so? Das meiste Licht, das wir tatsächlich um uns herum sehen, ist nicht-thermisch; seine Farbe ergibt sich aus Unterschieden in den Eigenschaften verschiedener Materialien. Zum Beispiel streuen die Luftmoleküle über unseren Köpfen blaues Licht etwa achtmal leichter als rotes Licht, sodass wir eine starke blaue Farbe sehen. Um Licht von einer rein thermischen Quelle zu erhalten, die in gewissem Sinne "gleich blau" war, müsste man diese Quelle auf etwa das Vierfache der Temperatur der Photosphäre unserer Sonne erwärmen.

Die einzigen thermischen Quellen, die Sie im Alltag sehen, sind Dinge wie Toasterdrähte oder Ofenheizschlangen, die glühend heiß werden, die Sonne und die Fixsterne sowie Glühlampen.
Alles, was Sie durch reflektiertes Licht sehen (einschließlich der Planeten und des Mondes sowie fast alles, was Sie auf der Erde sehen, das nicht glühend heiß oder heißer ist), oder Streulicht (wie der blaue Himmel) oder verschiedene Arten von nicht-thermischen Emissionen (Laser, LEDs, Leuchtstofflampen, Blitze). Sogar offene Flammen – Kerzenlicht und Feuerschein – sind nicht thermisch, eine Kerze hat nicht annähernd die Tausende von Grad, die ihre Farbe anzuzeigen scheint; Wenn Sie sehen möchten, wie Thermofarben funktionieren, können Sie Glasbläsern bei der Arbeit zusehen und durch das kleine Fenster in ihren Ofen schauen.

Wenn Sie Infrarotkameras oder -brillen verwenden, können Sie eine Darstellung der Wärmestrahlung von Objekten wie Menschen oder Bäumen oder des warmen Auspuffs eines Fahrzeugs sehen. Suchen Sie in einer Suchmaschine oder einer Bibliothek nach „Thermal Imaging“ und Sie werden einige Bilder finden, die warme Dinge hell und kühlere Dinge dunkler zeigen. Denken Sie daran, dass die Farben, die Sie in solchen Bildern sehen, "falsch" sind. Sie können diese Farben nicht mit Ihren Augen sehen, obwohl Sie sie auf Ihrer Haut fühlen können, und einige Tiere, wie Grubenotter, können sie mit angepassten Sinnesorganen direkt "sehen". zu Infrarotlicht.

Hinweis:
Verwirrenderweise können Menschen, wenn sie von „Farbtemperatur“ sprechen, mehrere verschiedene Dinge meinen, insbesondere:

1. die korrelierte Farbtemperatur (CCT) – das heißt, die Temperatur, auf die ein schwarzer Körper (perfekter thermischer Strahler) erwärmt werden müsste, um Licht derselben Durchschnittsfarbe zu emittieren.

2. Eine Art "wahrgenommene Farbtemperatur", die je nachdem, wer die Farb- / Temperaturzuordnung durchführt, variiert. Normalerweise scheint dies rückwärts zu laufenvon der CCT, so dass Rot und Orange "heiße" Farben sind und Blau, Lila und Grün "kühle" Farben genannt werden, aber es muss keine einfache Rückwärtsabbildung sein; Beispielsweise könnte Rot "warm" und Orange "heiß" genannt werden, dann ist Grün "kühl" und Blau "kalt". Es gibt keine universelle Liste, wie Menschen Farben psychologisch oder künstlerisch in Bezug auf die Temperatur einordnen, tatsächlich gibt es laut visuellen Designern „warme Grautöne“ und „kühle Grautöne“, die alle nicht einmal auf die CCT-Skala passen würden. Das bedeutet, dass Sie, wenn Sie ein Buch lesen und es über heiße oder kühle Farben spricht, möglicherweise keine wirkliche Möglichkeit haben, zu wissen, welche Art von Farbe es bedeutet, es sei denn, Sie greifen es aus dem Kontext in diesem bestimmten Buch auf.

Außerdem sehen Menschen Farben ganz anders als mit einem einfachen Spektrumanalysator; Unsere Vision ist stark hintergrund- und geschichteabhängig. Dieselbe Frequenz, die uns in einem Kontext gelb erscheint, kann in einem anderen Kontext grün oder orange erscheinen: Lesen Sie das Thema „Farbwahrnehmung“, um mehr darüber zu erfahren.

Der Himmel erscheint blau, bedeutet das, dass es heiß ist?

Nein, Ihre Zweifel sind hier wohl berechtigt. Blauer Himmel ist keine thermische Lichtquelle. Tatsächlich ist es ein wenig unaufrichtig, ihm eine thermische Temperatur zuzuordnen, da es eine andere Möglichkeit gibt, "die Temperatur des Himmels" mit einem Teleskop zu messen, die eine viel vernünftigere Antwort liefert. (Sie richten das Teleskop auf ein Stück Himmel und stellen eine Art Thermometer in den Fokus – ich versichere Ihnen, dass Sie auf diese Weise keine 27.000 Grad für ein Stück blauen Himmel erhalten, aber Sie erhalten die richtige Temperatur für die Sonne .) Es wäre besser gewesen, einfach zu sagen: "Wenn Sie das Lichtintensitäts-Frequenz-Profil für Licht von diesem Fleck blauen Himmels messen, ist die Spitzenintensität bla bla, was zufällig mit der Spitzenfrequenz des Lichts identisch ist emittiert durch reine thermische Strahlung eines Sterns, dessen Oberfläche 25.000 Grad Celsius hat, ist das nicht interessant?

Beachten Sie, dass Licht wirklich funktionierthaben noch auf andere Weise eine messbare Temperatur, die sowohl von der durchschnittlichen Frequenz des Lichts als auch davon abhängt, wie "thermalisiert" das Licht ist. In diesem Sinne hat Licht von thermischen Quellen wie der Sonne oder einem Ofen genau die Temperatur, über die Sie gelesen haben, bevor Sie die Frage gestellt haben, aber Licht von anderen Quellen ist im Allgemeinen "kühler". Fluoreszenzlicht wäre „kühl“ und Laserlicht „extrem kalt“. Dieser Sinn ist tatsächlich die beständigste und nützlichste Art, die ich kenne, um über Licht und Temperatur zu sprechen, aber nur wenige Leute scheinen ihn zu verwenden, außer von Leuten, die tatsächlich Atomphysik oder Laserphysik verwenden oder studieren. Ich glaube, dass es in Zukunft wahrscheinlich populärer werden wird und die Leute dann viel seltener verwirrende und dumme Dinge über die Temperatur des blauen Himmels und so weiter sagen werden.

Auf der Wikipedia-Seite für Farbtemperatur heißt es: "Die Farbtemperatur einer Lichtquelle ist die Temperatur eines idealen Schwarzkörperstrahlers , der Licht mit einem vergleichbaren Farbton wie die Lichtquelle ausstrahlt." Das heißt, ein ideales schwärzestes Objekt. Stellen Sie sich ein Stück Vulkangestein vor - im Allgemeinen ist es sehr schwarz und sieht schwarz aus, aber es gibt aufgrund des Schwarzkörpereffekts ein Spektrum an Infrarotstrahlung ab. Aber das ist noch nicht alles - es kann Licht reflektieren, es kann seine eigene Farbe haben, es kann viele andere Dinge haben, die nicht unter die Kategorie "perfekter schwarzer Körper" fallen, in diesem Fall gelten die Gesetze nicht [ perfekt] gelten.

1. Wenn ein perfekter schwarzer Körper "heißer im Farbton" erscheint als ein anderer, dann ist er heißer. Wenn die Objekte jedoch keine perfekten schwarzen Körper sind (wie ein hellroter Spielzeugeimer im Vergleich zu einer hellblauen Spielzeugschaufel), gilt dieses Gesetz nicht. Der einfachste Weg, wie Objekte ihre Farbe erhalten, besteht darin, alles Licht zu absorbieren, das nicht diese Farbe hat. So etwas nennt man Pigment . Aber wenn Sie sich immer wieder fragen, "wie kommt das zu seiner Farbe" (Seifenfilme, Prismen, warum die Schwarzkörperkurve so ist), werden Sie feststellen, dass die Dinge kompliziert werden und es viele verschiedene Möglichkeiten gibt .

2. Mit der Sonne hast du Recht. Siehe diese Demonstration: Walter Lewin, For the Love of Physics . (Es gibt auch eine Demonstration mit Zigarettenrauch früher in der Vorlesung). Die Atmosphäre streut das blaue Licht und es landet in unseren Augen. Die Atmosphäre ist es nicht$27000\mbox{K}$.