In che modo Kelvin per la temperatura di colore si collega a Kelvin per la temperatura effettiva?


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Il colore non ha la temperatura effettiva. Prova a mettere un quadratino blu e un quadratino rosso sul monitor e mantieni un termometro contro entrambe le regioni. Se scopri che c'è una differenza, la stai facendo male. Probabilmente lo sai già.

Quindi perché la temperatura del colore viene misurata in gradi Kelvin? Il Kelvin è una misura del calore in una sostanza da zero assoluto. Ciò significa che quando in una sostanza non c'è alcun calore e le molecole in essa contenute sono assolutamente ferme, è 0 K. 0 K potrebbe non essere effettivamente possibile, ma ciò non ci impedisce di misurare rispetto ad essa, e questo è una digressione comunque.

Esiste una sostanza che emette colori diversi a temperature diverse, che è stata utilizzata come riferimento per associare la temperatura alla temperatura del colore? O è più complesso di così? Oppure la scelta di usare Kelvin è del tutto arbitraria, senza alcuna relazione con il calore?


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Tutte le sostanze emettono luce a 2000K o 4000K! Ad esempio, il filo nella tua lampadina fa. La luce di questo bagliore rovente o bianco caldo ha quella temperatura di colore (2000K, o 4000K o qualsiasi altra cosa). E la temperatura della superficie del sole è ~ 5800K che è quindi la temperatura di colore della luce solare, cum grano salis a causa dell'atmosfera e simili.
Peter - Ripristina Monica il


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Il colore non ha una temperatura, ma la temperatura ha un colore. Si chiama radiazione del corpo nero . Sono d'accordo che è uno strano modo di misurare la tonalità, ma è buono come qualsiasi altra scala.
BlueRaja - Danny Pflughoeft

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Leggero nit-pick - Ho realizzato un termometro per la misurazione della superficie molto sensibile e si potevano notare notevoli differenze di temperatura per i diversi colori stampati - l'emissività era diversa, quindi le lampade a soffitto riscaldavano alcuni colori più di altri. Se l'aria e altre cose non stessero aspirando calore alla fine, quella carta si riscalderebbe fino a 2700K che stava "vedendo".
Spehro Pefhany,

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@scottbb Di nuovo a Uni (a Toronto) il nuovo imponente edificio della biblioteca aveva un graffito sul marciapiede di fronte a 233 ° C. Oh, come abbiamo riso.
Spehro Pefhany,

Risposte:


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Esso è legato ad una sostanza riscaldata, anche se in modo piuttosto teorico. La sostanza è un corpo nero incandescente ideale , che irradierebbe un determinato colore all'interno di un determinato spazio cromatico a una data temperatura. La posizione all'interno dello spazio colore rispetto alla temperatura è chiamata locus Planckian e non pretendo di capire tutto in quell'articolo, ma lo esploro fino alla profondità che desideri.

Per una spiegazione più generale della "lettura della luce" della temperatura del colore e della sua correlazione con i radiatori del corpo nero, consultare l'articolo sulla temperatura del colore di Wikipedia .


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La dichiarazione introduttiva di Wikipedia sulla temperatura del colore li collega abbastanza bene:

La temperatura di colore di una sorgente luminosa è la temperatura di un radiatore a corpo nero ideale che irradia luce di tonalità comparabile a quella della sorgente luminosa.

I radiatori del corpo nero sono un concetto idealizzato, che irradia uno spettro di energia con un'intensità di picco a una frequenza che dipende dalla temperatura del radiatore del corpo nero. Maggiore è la temperatura del corpo nero, maggiore è la frequenza di picco dello spettro di emissione del radiatore del corpo nero. Qualsiasi emissione da un radiatore ideale del corpo nero proviene esclusivamente da energia termica. Quindi un corpo nero di 6500 K emette fotoni il cui spettro di frequenza raggiunge il picco a quella che abbiamo chiamato temperatura di colore di 6500 K (nella gamma di temperature di colore blu-bianco, "luce diurna").

Mentre non ci sono veri e propri radiatori a corpo nero, esistono diverse approssimazioni decenti che agiscono un po 'come i corpi neri. Le stelle, le lampadine a incandescenza e le stufe elettriche sono esempi. Ecco perché 5500-6500 K si chiama temperatura di colore della luce diurna: misuriamo la temperatura del corpo nero del sole intorno a 5780 K. Allo stesso modo, poiché le lampadine a incandescenza non sono emettitori di luce tanto quanto emettitori di calore nello spettro di luce visibile , il "interno" la temperatura di colore di circa 2500 K è la temperatura nominale di radiazione del corpo nero e il picco spettrale delle lampadine a incandescenza.

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@JDługosz Forse non hai fatto le foto in una stanza con le lampadine come unica fonte di luce. L'ho visto molto spesso. Molte moderne lampade a LED hanno 2700K.
Zenit,

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@JDługosz E hai ragione, il colore non può essere corretto molto bene. La vista umana non importa molto, ma non ho visto molte fotocamere economiche che sarebbero in grado di bilanciare correttamente le foto scattate in stanze con tale illuminazione - sono sempre molto giallo-rossastre. Ma sono una delle principali categorie di illuminazione interna e alcune persone le preferiscono (presumibilmente sono più rilassanti).
Luaan,

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@JDługosz Uso regolarmente le temperature di colore negli anni 2000 e 3000 in Lightroom. Usare 4000K per una scena illuminata principalmente da lampadine sembrerebbe troppo arancione.
JohannesD

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Giusto per renderlo assolutamente chiaro: una lampadina a incandescenza è in realtà un'approssimazione abbastanza equa di un corpo nero e la temperatura effettiva, fisica, del filamento durante il funzionamento è in genere intorno a 2250 ° C (o ~ 2500K). Il sole è anche un corpo nero abbastanza decente e la sua temperatura effettiva, fisica, in superficie è di circa 6000K.
J ...

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E questo si sta leggermente smarrendo, ma se ti stai chiedendo perché la temperatura di colore della luce del giorno è un intervallo in cui la temperatura del sole è praticamente fissa, è perché il cielo è blu - cioè l'atmosfera disperde più della luce blu del sole che è rosso, quindi la temperatura del colore di una scena è più bassa o più alta a seconda della quantità di luce solare diretta e indiretta che riceve.
Hobbs,

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La temperatura del colore è correlata alla radiazione del corpo nero prodotta da oggetti caldi. La curva di radiazione del corpo nero, mostrata di seguito, mostra le curve di intensità approssimativa * a ciascuna lunghezza d'onda per la radiazione emessa da corpi a 5000K, 4000K e 3000K.

* In realtà mostra la curva di luminosità spettrale, che è una specie di flusso. Ma puoi considerarlo come un'intensità se aiuta. Le due quantità sono strettamente correlate.

Curve di radiazione del corpo nero per oggetti a diverse temperature

Fonte immagine: Wikipedia

Nota come le curve passano attraverso lo spettro visibile. A seconda della parte della curva (area sotto la) nello spettro visibile, il colore apparirà diverso. Questo è descritto dal locus Planckian quando parla della temperatura del colore.

Curva di radiazione del corpo nero sul diagramma di cromaticità CIE

Fonte immagine: Wikipedia

Il diagramma CIE sopra mostra il colore visivo dei corpi a varie temperature. I corpi con temperature intorno ai 3000K tendono ad apparire rossi, mentre i corpi intorno a 5000K o 6000K sembrano più bianchi. I corpi più caldi di questo tenderanno ad apparire blu.


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Come notano le altre risposte, la temperatura del colore corrisponde alla radiazione del corpo nero a quella temperatura.

Ma perché ci interessa? Per capirlo, devi prima chiederti "Che cos'è il bianco?"

Fisicamente, il bianco non è un colore. Non esiste una lunghezza d'onda della luce che corrisponda al "bianco", proprio come non esiste nessuno che corrisponda al "nero" o "grigio" o "rosa" - tutti quei colori sono solo "artefatti" della percezione umana. Fisicamente, sono un mix di diverse lunghezze d'onda (in particolare nella luce naturale, il bianco è per definizione il mix di tutte le lunghezze d'onda visibili del Sole).

La percezione del colore umano dipende dalla miscelazione dell'intensità di tre diversi recettori di luce. Ora, ognuna di queste copre effettivamente una vasta gamma di lunghezze d'onda ("colori fisici"), quindi questo è un po 'più complicato, ma ognuno di essi ha un picco a una lunghezza d'onda diversa - di solito li chiamiamo rispettivamente rosso, verde e blu. Questo è il modo in cui i computer possono visualizzare tutti i colori che possiamo vedere con solo un mix di tre diverse lunghezze d'onda - un alieno intelligente con una vista diversa penserebbe solo che siamo tutti pieni di assurdità, perché le nostre immagini non assomigliano affatto alla cosa reale. Fondamentalmente, ottimizziamo le intensità delle tre lunghezze d'onda (che corrispondono approssimativamente ai picchi) per produrre la stessa eccitazione nei fotorecettori della luce reale.

In questo modello, "bianco" significa "100% rosso + 100% verde + 100% blu". Tuttavia, come ho già notato, la luce bianca naturale non funziona davvero in questo modo - è un composto di molte lunghezze d'onda diverse senza tali rapporti piuttosto belli. Ora arriviamo all'evoluzione: il bianco è il colore che non cambia la tonalità. La percezione del colore è bilanciata per permetterci di vedere ancora gli stessi colori anche quando cambiano le condizioni di illuminazione ambientale, ad esempio quando si cammina sotto una tettoia della foresta o quando si ha a che fare con la luce diffusa (ad esempio "in un'ombra"). Questo significa anche che la temperatura del colore naturale corrisponde alla temperatura della fotosfera del sole - in sostanza, il sole è bianco per definizione , perché è a questo che l'evoluzione ci ha adattato (il motivo per cui sembragiallastro per gli occhi è perché parte della luce blu è dispersa dall'atmosfera - la nostra vista si è adattata per vedere gli oggetti illuminati dal Sole (e l'atmosfera), non per vedere il Sole stesso).

La parte divertente è che questo ci consente anche di utilizzare fonti di luce che non sono calde come il sole. Gli esempi più semplici sono le lampadine a incandescenza che tendono ad avere una temperatura più bassa, ma usano lo stesso principio di base: rendono il filo abbastanza caldo in modo che irradi abbastanza luce visibile da far funzionare il bilanciamento del bianco per gli esseri umani. Le luci a LED usano un principio più simile allo schermo del tuo computer: tre lunghezze d'onda distinte (bene, non esattamente tre, ma "tre bande strette") per produrre qualsiasi colore. La cosa buona è che questo è molto più efficiente. La cosa brutta è che può effettivamente produrre visibilmente diversi effetti di luce, in modo da non realmente la mappa alla luce naturale a tutti.

Ma il nocciolo è: le luci a LED non si avvicinano affatto alla loro "temperatura di colore", quindi che significato ha la temperatura di colore in quel caso? Il punto principale è che a temperature diverse, l'intensità dei segnali prodotti in ciascuno dei tre fotorecettori è diversa (per gli stessi "colori"). Quando cambi la temperatura del colore sul tuo monitor, stai praticamente modificando l'intensità di ciascuno di questi tre canali rispetto agli altri - questo è ciò che ti dà le tonalità "rossastre" o "bluastre". Stai simulandol'effetto di una diversa temperatura del corpo nero sulla vista umana - e poiché la vista umana ignora gran parte delle informazioni alla luce, in realtà funziona abbastanza bene la maggior parte delle volte. Quando esegui l'impostazione sulla tua fotocamera, stai facendo esattamente l'opposto: stai provando a mappare i colori "spostati" sui dati "obiettivo" Rosso + Verde + Blu. Il motivo per cui l'impostazione usa solitamente la temperatura del colore è semplicemente perché è quello che viene usato ovunque: puoi dare un'occhiata alle temperature di colore della tua illuminazione e usarla anche sulla tua fotocamera.


Questa è una buona risposta che affronta la questione da un punto di vista pratico, piuttosto che puramente tecnico. Anche il punto sulle fonti di luce artificiale che non sono fisicamente calde come la loro temperatura di colore è buono.
Andrew

@Andrew Fatta eccezione per lampade ad incandescenza - non sono così caldo come il sole, certo, ma la loro temperatura di colore è anche molto più basso da abbinare.
Casuale 832

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@ Random832 ovviamente. Diversi meccanismi di emissione della luce funzionano in modi diversi. La temperatura del colore è un concetto che deriva dalla radiazione del corpo nero, ma il colore percepito (e gli effetti di bilanciamento del bianco) non sono sempre dovuti alla radiazione del corpo nero.
Andrew

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@Luaan Perché hai bisogno di un alieno? Puoi usare anche i gamberi mantis che ci considerano "troppo limitati dal colore" :) theoatmeal.com/comics/mantis_shrimp
woliveirajr

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@woliveirajr Bene, principalmente a causa della parte "comunicazione". I Pidgeons potrebbero pensare che siamo ritardati per aver ignorato tutta quella luce UV, ma sono quelli che corrono sempre nelle finestre, quindi ...: D
Luaan

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Prima che il termometro fabbri e vasai e soffiatori di vetro e simili dipendessero dal colore del materiale incandescente per monitorare i progressi. Si credeva che la maggior parte dei minerali avesse un colore unico a diversi stadi come riscaldato. Era anche noto che gli oggetti si espandono e si contraggono al variare della loro temperatura. Daniel Fahrenheit (tedesco 1686-1736) inventò un termometro a mercurio. Ha usato il numero 180 come numero di gradini (gradi) tra acqua gelata e acqua bollente, 180 essendo un numero altamente divisibile. Anders Celsius (svedese (1701 - 1744) pensava che il business di 180 fosse pazzo, Celsius mise 100 gradini tra il congelamento e l'acqua bollente.

Mercurio, alcool e altri liquidi erano comunemente usati nei termometri, tuttavia nessuno si espandeva o si contraeva linearmente, quindi i segni sui tubi hanno spaziature diverse in regioni diverse. Nel 1802 Joseph Louis Gay-Lussac (francese 1778-1850) mostrò che il coefficiente di aria e vari gas comuni sono più o meno gli stessi. Un tubo con un galleggiante sopra una colonna di idrogeno cade e si alza uniformemente con la temperatura. Se il raffreddamento continua, il galleggiante dovrebbe colpire il fondo a -273 ° C. Gli scienziati detestano le temperature negative e lo hanno definito "temperatura assoluta". Così la Scala Assoluta ora chiamò la scala Kelvin per onorare William Thomson 1 ° Barone Kelvin (Irish 1824 - Premio Nobel 1907) per il suo lavoro sulla Radiazione del corpo nero).

Una temperatura nella scala Kelvin può essere convertita nella scala Celsius aggiungendo 273. I metallurgisti usavano comunemente la scala Kelvin come molti altri rami della scienza. I progetti di lampadine si sono evoluti per utilizzare il tungsteno metallico come filamento luminoso. L'industria dell'illuminazione ha adottato la scala Kelvin per descrivere il colore prodotto dalle lampade. L'industria fotografica, fortemente dipendente dall'illuminazione artificiale, ha adottato la scala Kelvin per classificare i colori.

Tabella di alcune fonti pratiche di illuminazione selezionate e relative temperature di colore.

Mezzogiorno della luce 5400K

Lucernario da 120.000 a 18.000 K.

Luce diurna fotografica 5.500 K (concordata dai cineasti)

Flash Cube - Flip Flash 4.950 KB

Clear Flashbulb (filo di zirconio riempito) 4.200 K.

Lampadina piena di filo di alluminio trasparente da 3.800 K

Lampada fotografica da 500 watt 3.200 K.

Lampadina al tungsteno per uso domestico da 100 watt 2.900K

Lampadina al tungsteno per uso domestico da 60 watt 2.820K


Hai una citazione per la scala Fahrenheit inizialmente definita come 180 ° dal congelamento all'ebollizione? L'ho imparato a 96 ° dal punto di congelamento dell'acqua salata alla temperatura corporea.
Mattdm,

@ mattdm - Da un libro di testo di Asimov e Zimmermann "Fahrenheit: fatti, storia e formule di conversione". Estratto il 16 settembre 2017.
Alan Marcus

Grazie! Da quello che ho trovato online, sembra che la scala fosse inizialmente come ho detto ma ricalibrata in seguito. livescience.com/39916-fahrenheit.html
mattdm

@ mattdm - La diffusione a 180 gradi è significativa in quanto è di aiuto per aiutare gli studenti a capire meglio, la formula di conversione cioè un grado C più grande di 1,8 passi (grado) rispetto a un passo Fahrenheit.
Alan Marcus,

Sì, sono un po 'stupito di non averlo mai saputo, avendo imparato solo la storia delle origini e non la modifica successiva.
Mattdm,
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