Кельвин

Цветовая температура в фотографии и кинематографе[править]

Цветная фотоплёнка выпускается для определённых фиксированных цветовых температур источника света. Негативная и диапозитивная (слайдовая) плёнки выпускались сбалансированными для съемки при дневном (5600 К) свете или при свете ламп накаливания (3200 К). Это позволяло получать сбалансированное по цвету изображение при стандартных источниках освещения без применения конверсионных светофильтров и цветокоррекции. С появлением маскированных негативных цветных пленок они стали выпускаться сбалансированными под промежуточную цветовую температуру — 4500 К — вследствие неизбежности цветокоррекции в процессе печати позитивного изображения. Таким образом, негативная пленка стала пригодна для съемки при любом освещении, обеспечивая изображение, требующее незначительной коррекции. При съемке на обращаемую пленку исправление готового изображения невозможно. Поэтому пленка для слайдов выпускается для реальных источников света.

В цифровых фотоаппаратах и видеокамерах используется автоматическое определение цветовой температуры или ее предустановка в зависимости от сюжета, места и времени съёмки. В цифровой фотографии и телевидении эта настройка называется «баланс белого». В некоторых случаях цветовую температуру можно переопределить при дальнейшей обработке цифрового снимка или видеозаписи.

Температура в кулинарии

Температура часто применяется в кулинарии для того, чтобы сделать пищевые продукты более доступными для пищеварения или изменить их структуру. Например, именно благодаря нагреванию мышечные ткани в мясе изменяют свою структуру и становятся мягкими. Из всех живых существ только люди научились использовать температуру в приготовлении пищи. Ученые антропологи утверждают, что человек готовил еду на огне еще 250 000 лет назад. Замораживание также используется в приготовлении пищи, например для того, чтобы убить паразитов в рыбе, предназначенной для употребления в сыром виде в суши или сашими. В домашних условиях этого добиться невозможно, так как температура должна уменьшиться до –37 °C. Для этого используют промышленные морозильные камеры, в которых достигаются такие температуры.

Автор статьи: Kateryna Yuri, Tatiana Kondratieva

Температура в Кельвинах

Такое название дано новой температурной единице по имени англичанина У. Томсона, впоследствии за неоценимые заслуги в развитии физики, получившего звание лорда Кельвина Ларгского. Им в 1848 году была предложена градусная единица для расчёта показаний температур в таком виде:

1 кельвин = 1/273,16 части температуры тройной точки воды.

По новой шкале отсчёт температуры начинается с абсолютного нуля. Под абсолютным нулём понимается состояние, равное величине минимальной внутренней энергии тела. Приведённое тождество можно охарактеризовать иначе:

1 К = 1/273,16 расстояния от абсолютного нуля до точки воды.

Тройная точка воды – это состояние равновесия пара, воды и льда. Абсолютный ноль по Томсону (0 К), это точка температуры, при которой прекращается движение молекул, газы не имеют никакого объёма, и называется такое их состояние – состоянием идеального холода. Достичь абсолютного нуля невозможно, но, благодаря расчётам учёного, удалось максимально к этому приблизиться. Весь смысл научных трудов сводился к тому, что вести подсчёты по такой шкале, где началом служит постоянная величина, принятая за абсолютный нуль, гораздо проще.

В новой шкале отсутствуют отрицательные величины. 0 К считается самой низкой температурой, которая возможна на Земле. Так, с точки зрения физиков и математиков, легче вычислять температуры, усреднять значения или выводить взаимоотношения плюсовых и минусовых градусов. Однако, когда речь идёт о значениях температур, представленных в Кельвинах, термин «градусы» не используют, ведь по шкале Томпсона значения определяются не градусами, а «абсолютной температурой».

Какой свет лучше: теплый или холодный

Лампы холодного и теплого света

Свет принято разделять на теплый и холодный. Теплый лучше всего подходит для вечера, в дневное же время наиболее естественен холодный свет. Играя важную роль в формировании циркадных ритмов человека, теплый свет помогает нам расслабиться, забыть о дневных заботах и подготовиться ко сну.

Холодный же, наоборот, держит нас в тонусе, заставляет быть бодрее и энергичнее. Но и холодный, и теплый свет могут нарушить работу наших внутренних часов, застав нас в неподходящее время.

Цвет света выражается в цветовой температуре (измеряемой в кельвинах), равной температуре абсолютно черного тела, при которой оно испускает излучение такого же цвета. Вас может смутить, что теплому свету соответствует низкая температура, а холодному – более высокая, но, к сожалению, это именно так.

Так, свет с цветовой температурой 2700-3000 K называется теплым, имеет желтоватый оттенок и является типичным для ламп накаливания. Как видно из их названия, светятся они за счет раскаленной вольфрамовой спирали, фактическая температура которой напрямую связана с температурой цвета.

Люминесцентные лампы бывают как мягкого белого света с температурой 3000 K, так и с холодным светом – от 4000 до 6500 К.

Во время восхода и заката солнечный свет чуть теплее, чем свет лампы накаливания – около 1800 К, в полдень в ясную погоду – 6500 К. Именно поэтому теплый свет от искусственных источников ассоциируются у нас с вечером, а холодный – с ярким солнечным днем.

Стоит заметить, в пасмурный день рассеянный солнечный свет может достигать температуры 10000 К, что наряду с отсутствием видимых теней действует на человека угнетающе. К счастью, лампы с такими характеристиками практически не встречаются (разве что у фотографов).

От Луны по ночам исходит голубоватый холодный свет с температурой 4100 K. Свет пламени спички или свечи обычно имеет температуру в диапазоне 1700-1900 K.

При теплом освещении мы воспринимаем цвета предметов, как правило, немного не так, как при обычном дневном. Лампа накаливания, например, усиливает теплые тона, и приглушает холодные.

На это стоит обратить внимание при покупке мебели и деталей интерьера. Во избежание неприятных сюрпризов их следует выбирать при освещении, максимально приближенном к имеющемуся у вас в квартире

Также помните, что на цвет могут влиять не только характеристики самой лампы, но и абажуры, плафоны и прочие рассеиватели.

С возрастом хрусталики в наших глазах могут немного желтеть, поэтому мы начинаем видеть все в более теплых тонах. Добавление холодного света в освещение может помочь в такой ситуации.

Теплый или мягкий белый свет отлично подходит для создания ощущения уюта в жилых пространствах, где мы хотим чувствовать себя расслабленно и комфортно. Избыток теплого света на рабочем месте может влиять на вас усыпляюще и мешать сосредотачиваться на нужных задачах. Именно поэтому в офисных помещениях обычно преобладают светильники с холодным светом.

Тёплый свет в Кельвинах

Теплый свет расслабляет и создает атмосферу уюта. Теплый белый: цветовая температура ниже 3500 K. Лучше выбирать именно нужное значение цветовой температуры в Кельвинах, так как у разных производителей понятия «теплый» могут различаться.

Применение

Цветовая температура источника света:

• характеризует спектральный состав излучения источника света,
• является основой объективности впечатления от цвета отражающих объектов и источников света.

По этим причинам она определяет ощущаемый глазом цвет предметов при наблюдении в данном свете (психология восприятия цвета).

В связи с тем, что цвет объекта зависит и от его собственных спектральных свойств, и от характера освещения, естественное и искусственное освещение регламентируется согласно СП 52.13330.2011 (актуальная редакция СНиП 23-05-95) прежде всего по цветовой температуре.

Цветовая температура в фотографии, кинематографе и телевидении

Цветная фотоплёнка выпускается для определённых фиксированных цветовых температур источника света. Негативная и слайдовая плёнки выпускались сбалансированными для съёмки при дневном (5600 К) свете или при свете ламп накаливания (3200 К) — «вечерняя» плёнка. Это позволяло получать сбалансированное по цвету изображение при стандартных источниках освещения без применения конверсионных светофильтров и цветокоррекции. С появлением маскированных негативных цветных плёнок они стали выпускаться сбалансированными под промежуточную цветовую температуру — 4500 К — вследствие неизбежности цветокоррекции в процессе печати позитивного изображения. Таким образом, негативная плёнка стала пригодна для съёмки при любом освещении, обеспечивая изображение, требующее незначительной коррекции. При съёмке на обращаемую плёнку исправление готового изображения невозможно. Поэтому плёнка для слайдов и теленовостей всегда была сбалансирована для реальных источников света. При профессиональной съёмке слайдов для полиграфии применялись специальные приборы для измерения цветовой температуры освещения (цветомеры) и конверсионные светофильтры. При профессиональной киносъёмке эти же технологии применялись даже при съёмке на негативную киноплёнку.

В цифровых фотоаппаратах и видеокамерах используется автоматическое определение цветовой температуры или её предустановки в зависимости от сюжета съёмки. В цифровой фотографии и телевидении эта настройка называется «баланс белого». В некоторых случаях цветовую температуру можно переопределить при дальнейшей обработке цифрового снимка или видеозаписи, однако в большинстве случаев это ведёт к потере качества цветопередачи. Изменение баланса белого без потерь качества возможно при записи несжатого фото- и видеоизображения — Raw. Последнее широко применяется в цифровом кинематографе.

Источники света в полиграфии

Для получения максимально правильного цветного изображения на всех стадиях производства часто рекомендуется поддерживать стандартную цветовую температуру освещения 6500 К (источник Д₆₅): от приёмки заказа через оценку оригиналов, сканирование, ретушь, экранную цветопробу, цифровую цветопробу, цветоделение, аналоговую цветопробу, печать пробных оттисков к печати тиража и окончательной сдаче полиграфической продукции.

Источник Д₆₅ с цветовой температурой 6500 К имеет в своём спектре определённую стандартом ультрафиолетовую составляющую. Хотя человеческий глаз не воспринимает ультрафиолетовых лучей, многие объекты (в т. ч. красители) способны светиться под их действием. Например, без УФ-компонента бумага будет не такой белой (в неё вводят оптические отбеливатели), а реклама — не такой яркой (в ней часто используют люминесцирующие красители). Благодаря оптическим отбеливателям белизна современной бумаги может превышать 100 %.

Особенности восприятия

Восприятие цвета у каждого человека разное — особенно сильно это относится к оттенкам. Оно зависит не только от колориметрической температуры, но и от других параметров освещения, а также от индивидуальных особенностей обработки поступающего сигнала нервной системой. Чтобы создать в помещении нужную обстановку при помощи источников света, необходимо учесть и правильно использовать все эти параметры.

Первый из них — это индекс цветопередачи. Он влияет на способность света передавать яркость, насыщенность и контрастность оттенков в помещении. У каждой лампы значение индекса указано на упаковке. Лучше всего, чтобы он составлял 80 или выше — так цвета буду выглядеть наиболее естественно. Разным лампам характерны такие параметры:

• 99—100 — лампы накаливания, в том числе с галогенным газом;
• 90—98 — люминесцентные с пятислойным люминофором, металлогалогенные, светодиодные с улучшенной цветопередачей;
• 80—90 — обычные светодиодные, люминесцентные с трёхслойным люминофором;
• 60—79 — обычные люминесцентные и некоторые светодиодные лампы, ЛД и ЛБЦ;
• 40—59 — ртутные и натриевые с улучшенной цветопередачей;
• 39 и меньше — обычные натриевые.

Для объективного описания цвета освещения используют также параметр смещения, который характеризует его отклонение в сторону зелёного или пурпурного. Это часто используют в фотосъёмке для того, чтобы выбрать правильный фильтр при заданных параметрах. На качество света в помещениях смещение влияет мало.

Категоризация различного освещения

Черного тела сияния (В _λ ) от длины волны (А) кривые для видимой области спектра . Вертикальные оси графиков закона Планка, на которых строится эта анимация, были пропорционально преобразованы, чтобы сохранить равные площади между функциями и горизонтальной осью для длин волн 380–780 нм. K обозначает цветовую температуру в градусах Кельвина , а M обозначает цветовую температуру в обратных микро градусах.

Цветовая температура электромагнитного излучения, испускаемого идеальным черным телом , определяется как температура его поверхности в градусах Кельвина или, альтернативно, в обратных микрограммах (майред). Это позволяет определить стандарт, по которому сравниваются источники света.

В той степени, в которой горячая поверхность излучает тепловое излучение, но не является идеальным излучателем для черного тела, цветовая температура света не является фактической температурой поверхности. An лампа накаливания света «сек это тепловое излучение, а лампа аппроксимирует идеальный черное тело радиатора, поэтому его цветовая температура, по существу , температура нити. Таким образом, относительно низкая температура излучает тусклый красный цвет, а высокая температура излучает почти белый цвет традиционной лампы накаливания. Рабочие-металлисты могут определять температуру горячих металлов по их цвету, от темно-красного до оранжево-белого и затем белого (см. Красный нагрев ).

Многие другие источники света, такие как люминесцентные лампы или светоизлучающие диоды ( светодиоды ), излучают свет в основном за счет процессов, отличных от теплового излучения. Это означает, что испускаемое излучение не имеет формы спектра черного тела . Этим источникам присваивается так называемая (CCT). CCT — это цветовая температура излучателя черного тела, которая с точки зрения человеческого восприятия цвета наиболее близко соответствует свету от лампы. Поскольку такое приближение не требуется для лампы накаливания, CCT для лампы накаливания — это просто ее нескорректированная температура, полученная при сравнении с излучателем черного тела.

Солнце

ВС приближен радиатор черного тела. Эффективная температура, определяемая общей мощностью излучения на квадратную единицу, составляет около 5780 К. Цветовая температура солнечного света над атмосферой составляет около 5900 К.

Солнце с Земли может казаться красным, оранжевым, желтым или белым, в зависимости от его положения на небе. Изменение цвета Солнца в течение дня в основном является результатом рассеяния солнечного света, а не изменениями излучения черного тела. Рэлеевское рассеяние солнечного света атмосферой Земли вызывает синий цвет неба, который имеет тенденцию рассеивать синий свет больше, чем красный свет.

Некоторый дневной свет ранним утром и ближе к вечеру ( золотые часы ) имеет более низкую («более теплую») цветовую температуру из-за повышенного рассеяния более коротковолнового солнечного света частицами атмосферы — оптического явления, называемого эффектом Тиндаля .

Дневной свет имеет спектр, аналогичный спектру черного тела с коррелированной цветовой температурой 6500 K ( стандарт просмотра D65 ) или 5500 K (стандарт фотопленки со сбалансированным дневным светом).

Оттенки локуса Планка на линейной шкале (значения в кельвинах)

Для цветов, основанных на теории черного тела, синий цвет возникает при более высоких температурах, а красный — при более низких температурах. Это противоположно культурным ассоциациям, приписываемым цветам, в которых «красный» означает «горячий», а «синий» — «холодный».

Соглашения об использовании

Согласно Международному бюро мер и весов , при произнесении или произнесении единицы измерения ставятся во множественное число с использованием тех же грамматических правил, что и для других таких как вольт или ом (например, «… тройная точка воды точно равна 273,16. кельвинов «). Когда делается ссылка на « шкалу Кельвина », слово «кельвин», которое обычно является существительным, действует адъективно, изменяя существительное «шкала», и пишется с заглавной буквы. Как и в случае с большинством других символов единиц СИ (исключение составляют символы угла, например 45 ° 3 ‘4 ″), между числовым значением и символом кельвина (например, «99,987 K») есть пробел. (Однако в руководстве по стилю для CERN специально сказано всегда использовать «кельвин», даже во множественном числе.)

До 13-го CGPM в 1967–1968 годах единица измерения кельвина называлась «градусом», как и другие температурные шкалы того времени. Его отличали от других шкал либо суффиксом прилагательного «Кельвин» («градус Кельвина»), либо «абсолютным» («абсолютным градусом»), и его символом было ° K. Последний термин (абсолютная степень), который был официальным названием единицы с 1948 по 1954 год, был неоднозначным, поскольку его также можно было интерпретировать как относящийся к шкале Ренкина . До 13-го CGPM форма множественного числа была «абсолютные степени». 13-я ГКБМ изменила название единицы на просто «кельвин» (символ: K). Отсутствие «степени» указывает на то, что она не относится к произвольной контрольной точке, такой как шкалы Цельсия и Фаренгейта (хотя шкала Ренкина продолжала использовать «градусы Ренкина»), а скорее абсолютная единица измерения, которой можно управлять алгебраически ( например, умноженное на два, чтобы указать удвоенное количество «средней энергии», доступной среди элементарных степеней свободы системы).

Ксеноновое освещение

Особенности ксеноновых и биксеноновых ламп диктуются не только компаниями-производителями, но и техническими нюансами, находящимися в тесной зависимости от цветовой температуры:

1. Ярко-желтый цвет (3000 кельвинов) чаще всего используется в противотуманных фарах. Уровень светового потока приблизительно равен 3300 люмен.
2. Бело-желтый (4300 К). Используется в противотуманном и головном освещении. Характеризуется повышенной цветоотдачей (3300-3500 люмен). Не перенапрягает зрительные нервы, хорошо заметен на сыром асфальте. Важная особенность — не угнетает зрение водителям попутных автомобилей.
3. Стандартный белый (4500-5000 К). Подобный уровень цветовой температуры наилучшим образом воспринимается глазом человека. Характеризуется значительной цветоотдачей (примерно 3000 люмен), что позволяет использовать лампы со стандартным белым цветом для решения широкого диапазона задач.
4. Белый холодного спектра и бело-голубой (свыше 6000 К). Степень голубизны в цвете варьируется в зависимости от разновидности оптической техники (линзы или рефлекторов). Осветительные приборы этого типа показывают худшие результаты в сырую погоду, но на сухом асфальте и на снегу по видимости им нет равных.
5. Синий, фиолетово-синий (более 8000 К). Источники света с такими температурными показателями относятся к декоративным. Им свойственна невысокая излучающая способность (не более 2200 люмен), а потому утилитарное применение им найти сложно.

Обратите внимание! Согласно выводам европейских исследователей, большинство автовладельцев отдают предпочтение ксеноновым фарам с цветовой температурой на уровне 6000 К

Какие лампы подходят для дома

В квартирах и частных домах белый свет не рекомендован. Не обязательно размещать везде одинаковые светильники, лучше воспользоваться индивидуальными рекомендациями по оборудованию освещения в таких помещениях. Светильники с белым нейтральным светом хорошо подойдут для освещения кухни, санузла, впишуься в интерьер прихожей. Их температура может варьироваться от 4000 K до 5000 K.

Но для спальни, детской и комнат, где вы отдыхаете, предпочтительно использовать теплые тона светового спектра. Тут лучшим решением будет теплый белый свет ближе от 2700 до 3200 K. Он снимет дневную напряженность, создаст уют и позволит расслабиться.

Удобно и эффективно пользоваться нормальным белым светом в зоне чтения и рабочем уголке, а также для подсветки зеркал, перед которыми наносится макияж. Этим вы добьетесь максимального цветового контраста и удобств для выполняемых действий.

Письменный стол ребенка лучше оснастить лампой с температурой 3200-3500 K. Она не создаст излишней усталости для глаз, а близость к белому спектру поможет собраться и настроиться на работу. Для всех светодиодных ламп их рабочая температура указана на упаковке.

Хотя наши глаза на протяжении многих лет привыкли к мягкой белой цветовой температуре лампы накаливания, это не означает, что они обязательно являются самым лучшим вариантом для освещения всего дома.

Например, из-за их теплой цветовой температуры, эти мягкие белые огни часто тянут теплые цвета из комнаты (предметы красного, оранжевого цвета), изменяют контрасты во всем пространстве. Вот несколько советов о том, как наиболее эффективно осветить разные комнаты в вашем доме:

Теплый свет предпочтителен для рекреационных зон, то есть мест, предназначенных для отдыха. Такие лампы устанавливают в спальнях, гостиных. В гостиной лучше комбинировать нейтральный и тёплый свет.

При недостаточном естественном освещении включаем нейтральный или оба, а в вечернее время либо при просмотре телепередач – тёплый. Для спальни однозначно стоит остановиться на лампах тёплого света.

Такие лампы предпочтительнее использовать в помещениях, которые предназначены для зрительной работы. Этот спектр излучения не утомляет глаза и обеспечивает наилучшее цветовосприятие.

Как уже говорилось, холодный белый свет оказывает стимулирующее влияние на наш мозг. В бытовых условиях его используют в ситуациях, где желательна периодическая концентрация внимания, например, смотровые кабинеты, операционные.

Светодиодные лампы с холодным белым светом, размещённые в ванной комнате, помогут утром быстрее войти в рабочий тонус.

Цветовая температура и наши эмоции

Температура света способна напрямую влиять на психологическое состояние человека. Теплые оранжевые и желтоватые оттенки лучше всего использовать для утра, так как они способствуют мягкому пробуждению, настраивают на положительный лад и стимулируют активность.

Также эти оттенки хороши для применения в вечернее время из-за их успокаивающего эффекта.

Источники света с нейтральным белым идеальны для помещений, в которых проводят большое количество времени, работают в течение длительного срока. Такие оттенки наиболее соответствуют полуденному солнечному свету, поэтому организм воспринимает такое освещение как сигнал к активной деятельности.

Лампы с высокой цветовой температурой нельзя использовать долгое время, так как они обладают чрезвычайно активизирующим воздействием на психику человека. При краткосрочном использовании такой свет стимулирует организм. А при долгосрочном возможен обратный эффект — торможения, депрессии.

При низком уровне освещенности (мало света) человек лучше чувствует себя при «теплом свете» (Тцв=3000 К), а если освещенность будет высокая (>700 лк), то появится дискомфорт и боль в глазах. И наоборот: Тцв=5000 К — комфортно от 700 лк до 2500 лк, но при освещенности менее 150 лк свет будет восприниматься тревожно (лунный свет).

Спектральное распределение мощности

Характерные спектральные распределения мощности (SPD) для лампы накаливания (слева) и люминесцентной лампы (справа). Горизонтальные оси — длины волн в нанометрах , а вертикальные оси — относительная интенсивность в произвольных единицах.

Источники света и осветительные приборы могут характеризоваться их спектральным распределением мощности (SPD). Относительные кривые SPD, предоставленные многими производителями, могли быть получены с шагом 10  нм или более на их спектрорадиометрах . В результате получается более плавное (« более полный спектр ») распределение мощности, чем у лампы на самом деле. Из-за их пикового распределения рекомендуется использовать более мелкие приращения для измерения флуоресцентных ламп, а для этого требуется более дорогое оборудование.

Сравнение двух температурных величин

Принятая абсолютная температурная величина 0 К взята за начало отсчёта по шкале Кельвина. Вплоть до 1968 г. новая мера градусной величины именовалась «градусом Кельвина», по подобию с «градусом Цельсия». Впоследствии научное сообщество, во главе с Генеральной комиссией, ответственной за обозначения мер и весов, официально переименовала температурную единицу в «кельвин», с сокращённым обозначением «К» и относительной величиной к Цельсию ( о С) равной: С/К = 1/274,15.

Существующая шкала температур Кельвина применяется чаще в научном мире, в химии, математике и физике, в частности – термодинамике. Далеко не всем понятно определение, что под К понимается термодинамическая температура тройной точки воды. И если простому обывателю знания температурных режимов необходимы на уровне погоды или приготовления пищи, то учёные используют в своих экспериментах ту систему, которая для конкретной работы представляется наиболее удобной.

Изучение технических определений, использующих данные шкалы Кельвина, введено в программу физико-математических вузов, или применяется для школьных классов с углублённым изучением данных предметов. Температурная шкала Кельвина как раз является более рациональной, нежели общераспространённая шкала Цельсия, при таких случаях, как, например, измерение цветовой температуры в лампах накаливания, осветительных приборах профессионального назначения (можно встретить обозначения 3000K; 6000K на фотокамерах, что говорит о яркости, качестве, др. температурных характеристиках прибора).