Color Science
Hoofdstuk 1: Aard van het licht
We willen kleuren kunnen meten en objectief kunnen beschrijven, maar zonder licht heb he geen kleur. Wat is licht en hoe komt het
tot stand?
WAT IS LICHT
Licht = vorm van elektromagnetische straling die zichtbaar is voor het menselijk oog en menselijk zicht mogelijk maakt.
Elektromagnetische straling = vorm van energie en en gedraagt zich als een golf.
Elektromagnetische golven zijn opgebouwd uit:
1. Elektrische componenten
2. Magnetische componenten
è Trillen loodrecht op elkaar
è Hebben een duaal karakter (golfkarakter of deeltjeskarakter)
Golfkarakter
2 experimenten:
1. Twee-spletenexperiment (Young en Fresnel)
2. Polarisator
TWEE-SPLETENEXPERIMENT
Lichtgolven kunnen elkaar
1. Versterken: constructieve interferentie
—> Golven IN FASE
2. Uitdoven: destructieve interferentie
—> Golven IN TEGENFASE
POLARISATOR
Polarisator = toestel/voorwerp dat alleen golven doorlaat die in één bepaald vlak trillen
Gepolariseerd licht—> golven trillen nog slechts in één bepaald vlak
Niet gepolariseerd licht—> golven trillen in alle vlakken van de voortbewegingsrichtingen
Terminologie i.v.m. golven
Nm = 10-9 m
Golflengte 𝝀 = afstand tussen 2 opeenvolgende toppen. [m]
GHz = 109Hz
Frequentie = aantal volledige golf dat per seconden op een bepaald punt passeert. [Hz]
Thz = 1012hZ
Amplitude = de maximale uitwijking t.o.v. de evenwichtsstand [m]
voortplantingssnelheid = c
,Deeltjeskarakter
Licht op metaal à elektrische stroom
FOTO-ELEKTRISCH EFFECT
licht kan elektronen losmaken uit metalen.
—> niet bij alle licht
A afhankelijk van frequentie
—> hoe hoger de frequentie, hoe meer energie de vrijgekomen e-
B niet afhankelijk van de intensiteit van het licht
à Onmogelijk te verklaren alleen met golfkarakter, wel met deeltjeskarakter
bv.
Paarse lichtdeeltjes
- meer deeltjes, meer elektronen, meer energie (gesloten circuit)
Groene lichtdeeltjes
- minder deeltjes, minder elektronen, minder energie (open circuit (te weinig elektronen komen vrij))
Rode lichtdeeltjes
- geen deeltjes, geen elektronen, geen energie (open circuit (geen elektronen)
Duaal karakter
= licht gedraagt zich onder bepaalde omstandigheden als deeltjes en onder bepaalde omstandigheden als golven.
QUANTUMTHEORIE
Golfkarakter + deeltjeskarakter
- een lichtstroom is een stroom van fotonen (kleine energiepakketjes) die zich als golf voortbewegen
- de energie van de fotonen hangt af van de frequentie van de golf
,ELEKTROMAGNETISCH SPECTRUM
Elektromagnetisch spectrum = de verzameling van alle elektromagnetische golven
Vb. licht, IR, UV, röntgenstralen …
Ø allemaal op dezelfde manier opgebouwd
Ø dezelfde snelheid in vacuüm
Ø worden op dezelfde manier teruggekaatst
Ø verschillen in eigenschappen
golflengte stijgt à frequentie daalt
golflengte daalt à frequentie stijgt
è λ en f omgekeerd evenredig
c = snelheid e.m. golf in een middenstof
c0 = snelheid e.m. in luchtgedeelte = clucht
Radiogolven
= grootste golflengte
vb. radio, TV, RFID (Radio Frequentie Identification)…
Infrarode straling
700 nm – 1 nm
1 ontdekt bij experimenten verband tussen warmte en licht à warmtestraling
2 onzichtbaar, maar waarneembaar door warmtewerking
vb. nachtkijkers, infranroodfotografie…
UV-straling
400 nm – 10 nm
- UV A, UV B, UV C, Geen naam
vb. fluorescentie, sterilisatie…
Zichtbaar licht
380 nm – 750 nm
deel van het elektromagnetisch spectrum waar menselijk oog gevoelig is. BLAUW : 400-500 nm
- 2,5% waarneembaar met het oog GROEN : 500-600 nm
- alle zichtbare golflengtes = WIT
ROOD : 600-700 nm
- geen zichtbare golflengtes = ZWART
1 POLYCROMATISCH LICHT: kleur
—> bevat ≠ golven die elk als een ander kleur waargenomen wordt
2 MONOCHROMATISCH LICHT: spectraal kleuren
—> golven bestaan elk maar uit 1 kleur
, METHODES OM LICHT TE PRODUCEREN
Aangezien licht bestaat uit e.m. golven die energie meevoeren onder de vorm van fotonen
à licht is een vorm van energie
DE WET VAN BEHOUD VAN ENERGIE
In een gesloten systeem kan geen energie verloren gaan of brijgemaakt worden.
Energie kan enkel van de 1 naar de andere vorm worden omgezet. (Kinetische, Elektrische, Chemische energie)
Lichtbron = toestel/voorwerp dat energie omzet naar elektromagnetische stralen in het zichtbare spectrum.
Omgezet in ≠ manieren:
- Temperatuurstraling —> kinetische energie
- Gasontlading —> elektrische energie
- Fotoluminescentie —> stralingsenergie
Atomen
Elektronen verspringen van energieniveau door energie op te nemen of af te zenden
Aangestoten atoom = als een elektron naar een hoger energieniveau versprongen is (geëxciteerd toestand)
Emissie = als een elektron terugkeert naar lager energieniveau of onder de vorm van fotonen.
Temperatuurstraling
Bij temperatuurstralers wordt kinetische energie omgezet in licht, IR-stralingen
Bij stijging van de t° à meer, heviger botsingen (elektronen nemen energie op)
Bij terugvallen: emissie fotonen onder vorm zichtbare en IR stralingen
vb. zon, lamp, vlam…
Gasontlading
Bij gasontlading wordt elektrische energie omgezet in licht.
- Buis gevuld met gas (neon, kwik…)
à elektrische ontlading : aangeslagen toestand
à bij terugvallen : opgenomen energie wordt uitgezonden in de vorm van fotonen.
vb. straatverlichting, verlichtende reclame…
Fotoluminescentie
Fotoluminescentie = sommige stoffen absorberen stralingen en zenden licht uit met een verandering van golflengte.
UV-stralingen worden omgezet tot licht
FLUORESCENTIE
Fluorescentie = stoffen die vrijwel onmiddellijk zichtbaar licht uitstralen, wanneer ze bestraald worden door
hooggenertrische stralen (zichtbaar of onzichtbaar)
à dit stopt als bestraling stopt
vb. OBA (optical brightening agents), TL-lampen, verkeersborden…
Hoofdstuk 1: Aard van het licht
We willen kleuren kunnen meten en objectief kunnen beschrijven, maar zonder licht heb he geen kleur. Wat is licht en hoe komt het
tot stand?
WAT IS LICHT
Licht = vorm van elektromagnetische straling die zichtbaar is voor het menselijk oog en menselijk zicht mogelijk maakt.
Elektromagnetische straling = vorm van energie en en gedraagt zich als een golf.
Elektromagnetische golven zijn opgebouwd uit:
1. Elektrische componenten
2. Magnetische componenten
è Trillen loodrecht op elkaar
è Hebben een duaal karakter (golfkarakter of deeltjeskarakter)
Golfkarakter
2 experimenten:
1. Twee-spletenexperiment (Young en Fresnel)
2. Polarisator
TWEE-SPLETENEXPERIMENT
Lichtgolven kunnen elkaar
1. Versterken: constructieve interferentie
—> Golven IN FASE
2. Uitdoven: destructieve interferentie
—> Golven IN TEGENFASE
POLARISATOR
Polarisator = toestel/voorwerp dat alleen golven doorlaat die in één bepaald vlak trillen
Gepolariseerd licht—> golven trillen nog slechts in één bepaald vlak
Niet gepolariseerd licht—> golven trillen in alle vlakken van de voortbewegingsrichtingen
Terminologie i.v.m. golven
Nm = 10-9 m
Golflengte 𝝀 = afstand tussen 2 opeenvolgende toppen. [m]
GHz = 109Hz
Frequentie = aantal volledige golf dat per seconden op een bepaald punt passeert. [Hz]
Thz = 1012hZ
Amplitude = de maximale uitwijking t.o.v. de evenwichtsstand [m]
voortplantingssnelheid = c
,Deeltjeskarakter
Licht op metaal à elektrische stroom
FOTO-ELEKTRISCH EFFECT
licht kan elektronen losmaken uit metalen.
—> niet bij alle licht
A afhankelijk van frequentie
—> hoe hoger de frequentie, hoe meer energie de vrijgekomen e-
B niet afhankelijk van de intensiteit van het licht
à Onmogelijk te verklaren alleen met golfkarakter, wel met deeltjeskarakter
bv.
Paarse lichtdeeltjes
- meer deeltjes, meer elektronen, meer energie (gesloten circuit)
Groene lichtdeeltjes
- minder deeltjes, minder elektronen, minder energie (open circuit (te weinig elektronen komen vrij))
Rode lichtdeeltjes
- geen deeltjes, geen elektronen, geen energie (open circuit (geen elektronen)
Duaal karakter
= licht gedraagt zich onder bepaalde omstandigheden als deeltjes en onder bepaalde omstandigheden als golven.
QUANTUMTHEORIE
Golfkarakter + deeltjeskarakter
- een lichtstroom is een stroom van fotonen (kleine energiepakketjes) die zich als golf voortbewegen
- de energie van de fotonen hangt af van de frequentie van de golf
,ELEKTROMAGNETISCH SPECTRUM
Elektromagnetisch spectrum = de verzameling van alle elektromagnetische golven
Vb. licht, IR, UV, röntgenstralen …
Ø allemaal op dezelfde manier opgebouwd
Ø dezelfde snelheid in vacuüm
Ø worden op dezelfde manier teruggekaatst
Ø verschillen in eigenschappen
golflengte stijgt à frequentie daalt
golflengte daalt à frequentie stijgt
è λ en f omgekeerd evenredig
c = snelheid e.m. golf in een middenstof
c0 = snelheid e.m. in luchtgedeelte = clucht
Radiogolven
= grootste golflengte
vb. radio, TV, RFID (Radio Frequentie Identification)…
Infrarode straling
700 nm – 1 nm
1 ontdekt bij experimenten verband tussen warmte en licht à warmtestraling
2 onzichtbaar, maar waarneembaar door warmtewerking
vb. nachtkijkers, infranroodfotografie…
UV-straling
400 nm – 10 nm
- UV A, UV B, UV C, Geen naam
vb. fluorescentie, sterilisatie…
Zichtbaar licht
380 nm – 750 nm
deel van het elektromagnetisch spectrum waar menselijk oog gevoelig is. BLAUW : 400-500 nm
- 2,5% waarneembaar met het oog GROEN : 500-600 nm
- alle zichtbare golflengtes = WIT
ROOD : 600-700 nm
- geen zichtbare golflengtes = ZWART
1 POLYCROMATISCH LICHT: kleur
—> bevat ≠ golven die elk als een ander kleur waargenomen wordt
2 MONOCHROMATISCH LICHT: spectraal kleuren
—> golven bestaan elk maar uit 1 kleur
, METHODES OM LICHT TE PRODUCEREN
Aangezien licht bestaat uit e.m. golven die energie meevoeren onder de vorm van fotonen
à licht is een vorm van energie
DE WET VAN BEHOUD VAN ENERGIE
In een gesloten systeem kan geen energie verloren gaan of brijgemaakt worden.
Energie kan enkel van de 1 naar de andere vorm worden omgezet. (Kinetische, Elektrische, Chemische energie)
Lichtbron = toestel/voorwerp dat energie omzet naar elektromagnetische stralen in het zichtbare spectrum.
Omgezet in ≠ manieren:
- Temperatuurstraling —> kinetische energie
- Gasontlading —> elektrische energie
- Fotoluminescentie —> stralingsenergie
Atomen
Elektronen verspringen van energieniveau door energie op te nemen of af te zenden
Aangestoten atoom = als een elektron naar een hoger energieniveau versprongen is (geëxciteerd toestand)
Emissie = als een elektron terugkeert naar lager energieniveau of onder de vorm van fotonen.
Temperatuurstraling
Bij temperatuurstralers wordt kinetische energie omgezet in licht, IR-stralingen
Bij stijging van de t° à meer, heviger botsingen (elektronen nemen energie op)
Bij terugvallen: emissie fotonen onder vorm zichtbare en IR stralingen
vb. zon, lamp, vlam…
Gasontlading
Bij gasontlading wordt elektrische energie omgezet in licht.
- Buis gevuld met gas (neon, kwik…)
à elektrische ontlading : aangeslagen toestand
à bij terugvallen : opgenomen energie wordt uitgezonden in de vorm van fotonen.
vb. straatverlichting, verlichtende reclame…
Fotoluminescentie
Fotoluminescentie = sommige stoffen absorberen stralingen en zenden licht uit met een verandering van golflengte.
UV-stralingen worden omgezet tot licht
FLUORESCENTIE
Fluorescentie = stoffen die vrijwel onmiddellijk zichtbaar licht uitstralen, wanneer ze bestraald worden door
hooggenertrische stralen (zichtbaar of onzichtbaar)
à dit stopt als bestraling stopt
vb. OBA (optical brightening agents), TL-lampen, verkeersborden…
