Espectro visível - Visible spectrum

A luz branca é dispersa por um prisma nas cores do espectro visível.
Feixes de laser com espectro visível

O espectro visível é a parte do espectro eletromagnético que é visível ao olho humano . A radiação eletromagnética nesta faixa de comprimentos de onda é chamada de luz visível ou simplesmente luz . Um olho humano típico responderá a comprimentos de onda de cerca de 380 a cerca de 750 nanômetros . Em termos de frequência, isso corresponde a uma banda na vizinhança de 400–790  THz . Esses limites não são definidos com precisão e podem variar por indivíduo. Em condições ideais, esses limites de percepção humana podem se estender a 310 nm ( UV ) e 1100 nm ( NIR ).

O espectro não contém todas as cores que o sistema visual humano pode distinguir. Cores insaturadas , como rosa , ou variações roxas como magenta , por exemplo, estão ausentes porque só podem ser feitas de uma mistura de vários comprimentos de onda. As cores que contêm apenas um comprimento de onda também são chamadas de cores puras ou cores espectrais.

Os comprimentos de onda visíveis passam amplamente não atenuados pela atmosfera da Terra através da região da " janela óptica " do espectro eletromagnético. Um exemplo desse fenômeno é quando o ar limpo espalha a luz azul mais do que a luz vermelha, e assim o céu do meio-dia parece azul (exceto a área ao redor do sol que parece branca porque a luz não é muito espalhada). A janela óptica também é conhecida como "janela visível" porque se sobrepõe ao espectro de resposta visível humana. A janela do infravermelho próximo (NIR) fica fora da visão humana, bem como a janela do infravermelho de comprimento de onda médio (MWIR) e a janela do comprimento de onda longo ou infravermelho distante (LWIR ou FIR), embora outros animais possam experimentá-los.

História

Círculo de cores de Newton, da Opticks de 1704, mostrando as cores que associa às notas musicais . As cores espectrais do vermelho ao violeta são divididas pelas notas da escala musical, começando em D. O círculo completa uma oitava inteira , de Ré a D. O círculo de Newton coloca o vermelho, em uma extremidade do espectro, próximo ao violeta, em o outro. Isso reflete o fato de que cores roxas não espectrais são observadas quando a luz vermelha e violeta são misturadas.

No século 13, Roger Bacon teorizou que o arco-íris era produzido por um processo semelhante ao da passagem da luz pelo vidro ou cristal.

No século 17, Isaac Newton descobriu que os prismas podiam desmontar e remontar a luz branca e descreveu o fenômeno em seu livro Opticks . Ele foi o primeiro a usar a palavra espectro ( latim para "aparência" ou "aparição") neste sentido, impresso em 1671, ao descrever seus experimentos em óptica . Newton observou que, quando um feixe estreito de luz solar atinge a face de um prisma de vidro em um ângulo, parte é refletida e parte do feixe passa para dentro e através do vidro, emergindo como faixas de cores diferentes. Newton hipotetizou que a luz seria composta de "corpúsculos" (partículas) de cores diferentes, com as diferentes cores da luz movendo-se em velocidades diferentes na matéria transparente, a luz vermelha movendo-se mais rapidamente do que a violeta no vidro. O resultado é que a luz vermelha é curvada ( refratada ) menos nitidamente do que a violeta à medida que passa pelo prisma, criando um espectro de cores.

Observação de Newton das cores prismáticas ( David Brewster 1855)

Newton originalmente dividiu o espectro em seis cores nomeadas: vermelho , laranja , amarelo , verde , azul e violeta . Mais tarde, ele acrescentou o índigo como a sétima cor, pois acreditava que sete era um número perfeito, derivado dos sofistas gregos antigos , de haver uma conexão entre as cores, as notas musicais, os objetos conhecidos no sistema solar e os dias de a semana. O olho humano é relativamente insensível às frequências do índigo, e algumas pessoas que têm uma boa visão não conseguem distinguir o índigo do azul e do violeta. Por essa razão, alguns comentaristas posteriores, incluindo Isaac Asimov , sugeriram que o índigo não deveria ser considerado uma cor em si mesma, mas apenas um tom de azul ou violeta. As evidências indicam que o que Newton quis dizer com "índigo" e "azul" não corresponde aos significados modernos dessas palavras coloridas. Comparando a observação de Newton das cores prismáticas com uma imagem colorida do espectro de luz visível mostra que "índigo" corresponde ao que hoje é chamado de azul, enquanto seu "azul" corresponde ao ciano .

No século 18, Johann Wolfgang von Goethe escreveu sobre espectros ópticos em sua Teoria das Cores . Goethe usou a palavra espectro ( Spektrum ) para designar uma pós-imagem ótica fantasmagórica , como fez Schopenhauer em On Vision and Colors . Goethe argumentou que o espectro contínuo era um fenômeno composto. Onde Newton estreitou o feixe de luz para isolar o fenômeno, Goethe observou que uma abertura mais ampla não produz um espectro, mas bordas amarelo-avermelhadas e ciano-azuladas com branco entre elas. O espectro aparece apenas quando essas arestas estão próximas o suficiente para se sobrepor.

No início do século 19, o conceito de espectro visível tornou-se mais definido, conforme a luz fora da faixa visível foi descoberta e caracterizada por William Herschel ( infravermelho ) e Johann Wilhelm Ritter ( ultravioleta ), Thomas Young , Thomas Johann Seebeck e outros. Young foi o primeiro a medir os comprimentos de onda de diferentes cores de luz, em 1802.

A conexão entre o espectro visível e a visão de cores foi explorada por Thomas Young e Hermann von Helmholtz no início do século XIX. Sua teoria da visão de cores propôs corretamente que o olho usa três receptores distintos para perceber as cores.

Percepção de cores entre as espécies

Muitas espécies podem ver a luz dentro de frequências fora do "espectro visível" humano. As abelhas e muitos outros insetos podem detectar a luz ultravioleta, o que os ajuda a encontrar o néctar nas flores. As espécies de plantas que dependem da polinização por insetos podem dever o sucesso reprodutivo ao seu aparecimento na luz ultravioleta, e não ao quão coloridas parecem aos humanos. Os pássaros também podem ver no ultravioleta (300-400 nm), e alguns têm marcações dependentes do sexo em sua plumagem que são visíveis apenas na faixa do ultravioleta. Muitos animais que podem ver na faixa ultravioleta não podem ver a luz vermelha ou quaisquer outros comprimentos de onda avermelhados. O espectro visível das abelhas termina em cerca de 590 nm, pouco antes do início dos comprimentos de onda laranja. Os pássaros podem ver alguns comprimentos de onda vermelhos, embora não tão longe no espectro de luz quanto os humanos. A crença popular de que o peixe dourado comum é o único animal que pode ver a luz infravermelha e ultravioleta está incorreta, porque o peixe dourado não pode ver a luz infravermelha.

A maioria dos mamíferos é dicromática , e cães e cavalos costumam ser daltônicos. Eles mostraram ser sensíveis às cores, embora não tanto quanto os humanos. Algumas cobras podem "ver" o calor radiante em comprimentos de onda entre 5 e 30  μm com um grau de precisão tal que uma cascavel cega pode atingir partes vulneráveis ​​do corpo da presa em que ataca, e outras cobras com o órgão podem detectar corpos quentes de um metros de distância. Também pode ser usado na termorregulação e detecção de predadores . (Veja detecção infravermelha em cobras )

Cores espectrais

renderização sRGB do espectro de luz visível
Cor Comprimento de onda
( nm )
Frequência
( THz )
Energia do fóton
( eV )
  tolet
380-450 670-790 2,75-3,26
  azul
450-485 620-670 2,56-2,75
  ciano
485-500 600-620 2,48-2,56
  verde
500–565 530-600 2,19-2,48
  amarelo
565-590 510-530 2,10-2,19
  laranja
590-625 480-510 1,98-2,10
  vermelho
625-700 400-480 1,65-1,98

As cores que podem ser produzidas pela luz visível de uma faixa estreita de comprimentos de onda (luz monocromática) são chamadas de cores espectrais puras . As várias faixas de cores indicadas na ilustração são uma aproximação: O espectro é contínuo, sem limites claros entre uma cor e a próxima.

Espectro de exibição de cores

A aproximação das cores espectrais em uma tela resulta em uma cromaticidade um tanto distorcida
Uma renderização do espectro visível em um fundo cinza produz misturas não espectrais de espectro puro com cinza, que se encaixam no espaço de cores sRGB .

Monitores coloridos (por exemplo, monitores de computador e televisores ) não podem reproduzir todas as cores perceptíveis ao olho humano . As cores fora da gama de cores do dispositivo, como a maioria das cores espectrais , só podem ser aproximadas . Para uma reprodução com precisão de cores, um espectro pode ser projetado em um campo cinza uniforme . As cores misturadas resultantes podem ter todas as suas coordenadas R, G, B não negativas e, portanto, podem ser reproduzidas sem distorção. Isso simula com precisão a observação de um espectro em um fundo cinza.

Espectroscopia

A atmosfera da Terra bloqueia parcial ou totalmente alguns comprimentos de onda da radiação eletromagnética, mas na luz visível é principalmente transparente

Espectroscopia é o estudo de objetos com base no espectro de cores que eles emitem, absorvem ou refletem. A espectroscopia de luz visível é uma ferramenta importante na astronomia (assim como a espectroscopia em outros comprimentos de onda), onde os cientistas a usam para analisar as propriedades de objetos distantes. Elementos químicos e pequenas moléculas podem ser detectados em objetos astronômicos pela observação de linhas de emissão e linhas de absorção . Por exemplo, o hélio foi detectado pela primeira vez pela análise do espectro do sol . O deslocamento na frequência das linhas espectrais é usado para medir o deslocamento Doppler ( redshift ou blueshift ) de objetos distantes para determinar suas velocidades em direção ou afastamento do observador. A espectroscopia astronômica usa grades de difração de alta dispersão para observar espectros em resoluções espectrais muito altas.

Propriedades

Aquecer

Embora a luz infravermelha não visível seja mais comumente considerada como "radiação de calor", qualquer frequência de luz, incluindo a luz visível, aquecerá as superfícies que a absorvem. Uma fonte poderosa de luz puramente visível, como um laser de luz visível, pode carbonizar o papel.

Efeitos biológicos

A luz visível de alta energia (luz HEV) (luz violeta / azul, com um comprimento de onda de 400-450 nm) tem vários efeitos biológicos, especialmente no olho. Estudos da Harvard Health Publishing e da francesa ANSES descobriram que a exposição à luz azul tem um efeito negativo no sono e pode levar a problemas de visão.


Veja também

Referências