Làm thế nào để Kelvin cho nhiệt độ màu liên quan đến Kelvin cho nhiệt độ thực tế?


33

Màu sắc không có nhiệt độ thực tế. Hãy thử đặt một hình vuông màu xanh và hình vuông màu đỏ lên trên màn hình của bạn và giữ nhiệt kế chống lại cả hai khu vực. Nếu bạn thấy rằng có một sự khác biệt, bạn đang làm sai. Bạn có thể biết điều này rồi.

Vậy tại sao nhiệt độ màu được đo bằng Kelvin? Kelvin là phép đo nhiệt trong một chất từ ​​độ không tuyệt đối. Điều đó có nghĩa là, khi thực sự không có bất kỳ nhiệt nào trong một chất và các phân tử trong đó hoàn toàn đứng yên, đó là 0 K. 0 K có thể không thực sự có thể, nhưng điều đó không ngăn chúng ta đo liên quan đến nó, và điều này là dù sao đi nữa

Có một số chất phát ra màu sắc khác nhau ở nhiệt độ khác nhau, được sử dụng làm tài liệu tham khảo nhiệt độ bản đồ đến nhiệt độ màu? Hay nó phức tạp hơn thế? Hoặc là sự lựa chọn sử dụng Kelvin hoàn toàn tùy ý, không liên quan đến nhiệt độ?


2
Tất cả các chất phát ra ánh sáng ở mức 2000K hoặc 4000K! Ví dụ, dây trong bóng đèn của bạn không. Ánh sáng của ánh sáng nóng đỏ hoặc trắng nóng này có nhiệt độ màu đó (2000K, hoặc 4000K, hoặc bất cứ điều gì). Và nhiệt độ bề mặt của mặt trời là ~ 5800K, do đó nhiệt độ màu của ánh sáng mặt trời, kiêm grano salis vì bầu không khí và như vậy.
Peter - Tái lập Monica


1
Màu sắc không có nhiệt độ, nhưng nhiệt độ có màu. Nó được gọi là bức xạ vật đen . Tôi đồng ý rằng đó là một cách đo màu sắc kỳ lạ, nhưng nó cũng tốt như bất kỳ thang đo nào khác.
BlueRaja - Daniel Pflughoeft

1
Hơi nit-pick- Tôi đã tạo ra một nhiệt kế đo bề mặt rất nhạy và bạn có thể thấy sự khác biệt rõ rệt về nhiệt độ đối với các màu in khác nhau - độ phát xạ khác nhau nên đèn trần làm ấm một số màu hơn các màu khác. Nếu không khí và những thứ khác không hút nhiệt cuối cùng thì tờ giấy đó sẽ nóng đến 2700K mà nó đang 'nhìn thấy'.
Spehro Pefhany

1
@scottbb Trở lại Uni (ở Toronto) tòa nhà thư viện mới đồ sộ có một tấm bia trên vỉa hè ở phía trước- 233 ° C. Ồ, làm thế nào chúng ta cười.
Spehro Pefhany

Câu trả lời:


35

liên quan đến một chất nóng, mặc dù theo một cách hơi lý thuyết. Chất này là một vật thể màu đen sợi đốt lý tưởng , sẽ tỏa ra một màu nhất định trong một không gian màu nhất định ở một nhiệt độ nhất định. Vị trí trong không gian màu so với nhiệt độ được gọi là quỹ tích Planckian và tôi không yêu cầu hiểu mọi thứ trong bài viết đó, nhưng khám phá nó đến bất kỳ độ sâu nào bạn muốn.

Để biết giải thích "đọc ánh sáng" tổng quát hơn về nhiệt độ màu và mối tương quan với bộ tản nhiệt cơ thể màu đen, xem bài viết Nhiệt độ màu của Wikipedia .


26

Tuyên bố giới thiệu của Wikipedia về nhiệt độ màu liên quan đến chúng khá tốt:

Các nhiệt độ màu của một nguồn ánh sáng là nhiệt độ của một lý tưởng đen cơ thể tản nhiệt mà tỏa sáng của màu sắc tương đương với nguồn sáng.

Bộ tản nhiệt cơ thể màu đen là một khái niệm lý tưởng hóa, tỏa ra phổ năng lượng với cường độ cực đại ở tần số phụ thuộc vào nhiệt độ của bộ tản nhiệt cơ thể màu đen. Nhiệt độ của vật đen càng cao, tần số cực đại của phổ phát xạ của bộ tản nhiệt thân đen càng cao. Bất kỳ phát xạ từ một bộ tản nhiệt cơ thể màu đen lý tưởng hoàn toàn là từ năng lượng nhiệt. Do đó, một vật thể màu đen 6500 K phát ra các photon có cực đại phổ tần số ở mức mà chúng ta gọi là nhiệt độ màu 6500 K (trong dải màu xanh lam, "ánh sáng ban ngày", dải nhiệt độ màu).

Mặc dù không có bộ tản nhiệt cơ thể màu đen thực tế, nhưng vẫn tồn tại một số xấp xỉ khá gần giống như cơ thể màu đen. Sao, bóng đèn sợi đốt và bếp phạm vi điện là những ví dụ. Đó là lý do tại sao 5500 - 6500 K được gọi là nhiệt độ màu ban ngày - chúng tôi đo nhiệt độ cơ thể đen của mặt trời vào khoảng 5780 K. Tương tự, vì bóng đèn sợi đốt không phải là nguồn phát sáng nhiều như phát nhiệt trong phổ ánh sáng khả kiến, "trong nhà" nhiệt độ màu khoảng 2500 K là nhiệt độ bức xạ vật đen danh nghĩa và cực đại phổ của bóng đèn sợi đốt.

Câu hỏi liên quan ở đây tại Photography.SE:

Câu hỏi Vật lý này cũng đề cập đến câu hỏi hiện tại: Nhiệt độ liên quan đến màu sắc như thế nào?


6
@ JDługosz Có lẽ bạn chưa tạo ra fotos trong một căn phòng có bóng đèn là nguồn sáng duy nhất. Tôi đã nhìn thấy nó rất thường xuyên. Nhiều đèn LED hiện đại có 2700K.
Zenit

3
@ JDługosz Và bạn đã đúng, màu sắc không thể được sửa rất tốt. Tầm nhìn của con người không quan tâm lắm, nhưng tôi chưa thấy nhiều máy ảnh giá rẻ có thể chụp ảnh cân bằng trắng một cách chính xác trong các phòng có ánh sáng như vậy - chúng luôn màu vàng đỏ. Nhưng chúng là một trong những loại chính của ánh sáng trong nhà, và một số người thích chúng (chúng được cho là thư giãn hơn).
Luaan

2
@ JDługosz Tôi thường xuyên sử dụng nhiệt độ màu trong những năm 2000 cao và 3000 thấp trong Lightroom. Sử dụng 4000K cho một cảnh được thắp sáng chủ yếu bằng bóng đèn sẽ trông quá màu cam.
JohannesD

8
Chỉ cần làm cho nó hoàn toàn rõ ràng - một bóng đèn sợi đốt thực sự là một xấp xỉ khá công bằng của một cơ thể màu đen và nhiệt độ thực tế, vật lý của dây tóc khi chạy thường vào khoảng 2250 ° C (hoặc ~ 2500K). Mặt trời cũng là một vật thể màu đen khá đẹp và nhiệt độ thực tế, vật lý của nó ở bề mặt khoảng 6000K.
J ...

3
Và, điều này đang trở nên hơi lạc lối, nhưng nếu bạn thắc mắc tại sao nhiệt độ màu ban ngày là một phạm vi khi nhiệt độ của mặt trời khá cố định, thì đó là vì bầu trời có màu xanh - nghĩa là bầu khí quyển làm tán xạ ánh sáng xanh của mặt trời nhiều hơn màu đỏ của nó, vì vậy nhiệt độ màu của cảnh thấp hơn hoặc cao hơn tùy thuộc vào mức độ ánh sáng trực tiếp và lượng ánh sáng gián tiếp.
hobbs

17

Nhiệt độ màu có liên quan đến bức xạ vật đen được tạo ra bởi các vật nóng. Đường cong bức xạ vật đen, được hiển thị bên dưới, cho thấy cường độ gần đúng * đường cong ở mỗi bước sóng đối với bức xạ phát ra từ các vật thể ở 5000K, 4000K và 3000K.

* Nó thực sự cho thấy đường cong bức xạ quang phổ, là một loại từ thông. Nhưng bạn có thể nghĩ về nó như một cường độ nếu nó giúp. Hai số lượng có liên quan chặt chẽ.

Đường cong bức xạ vật đen cho các vật thể ở nhiệt độ khác nhau

Nguồn hình ảnh: Wikipedia

Lưu ý cách các đường cong đi qua quang phổ nhìn thấy được. Tùy thuộc vào mức độ của đường cong (khu vực dưới đường cong) trong phổ nhìn thấy, màu sắc sẽ trông khác nhau. Điều này được mô tả bởi quỹ tích Planckian khi nói về nhiệt độ màu.

Đường cong bức xạ của người đen trên biểu đồ sắc độ CIE

Nguồn hình ảnh: Wikipedia

Biểu đồ CIE ở trên cho thấy màu sắc trực quan của cơ thể ở các nhiệt độ khác nhau. Các cơ quan có nhiệt độ khoảng 3000K có xu hướng trông màu đỏ, trong khi các cơ thể khoảng 5000K hoặc 6000K sẽ trông trắng hơn. Các cơ quan nóng hơn thế này sẽ có xu hướng trông màu xanh.


8

Như các câu trả lời khác lưu ý, nhiệt độ màu tương ứng với bức xạ của người da đen ở nhiệt độ đó.

Nhưng tại sao chúng ta quan tâm đến điều đó? Để hiểu điều đó, trước tiên bạn phải tự hỏi "Màu trắng là gì?"

Về mặt vật lý, màu trắng không phải là màu. Không có bước sóng ánh sáng tương ứng với "trắng", giống như không có bước nào tương ứng với "đen" hay "xám" hay "hồng" - tất cả những màu sắc đó chỉ là "tạo tác" trong nhận thức của con người. Về mặt vật lý, chúng là sự pha trộn của nhiều bước sóng khác nhau (đặc biệt là trong ánh sáng tự nhiên, màu trắng là định nghĩa của sự pha trộn của tất cả các bước sóng khả kiến ​​của Mặt trời).

Nhận thức màu sắc của con người phụ thuộc vào việc trộn cường độ của ba thụ thể ánh sáng khác nhau. Bây giờ, mỗi trong số chúng thực sự bao gồm một phạm vi bước sóng rộng ("màu vật lý"), vì vậy điều này phức tạp hơn một chút, nhưng mỗi trong số chúng có một cực đại ở bước sóng khác nhau - chúng ta thường gọi chúng là màu đỏ, xanh lục và xanh lam tương ứng. Đây là cách máy tính có thể hiển thị tất cả các màu sắc chúng ta có thể nhìn thấy chỉ bằng một hỗn hợp của ba bước sóng khác nhau - một người ngoài hành tinh thông minh với một cảnh tượng khác sẽ nghĩ rằng chúng ta hoàn toàn vô nghĩa, bởi vì hình ảnh của chúng ta trông không giống như thật. Về cơ bản, chúng tôi điều chỉnh cường độ của ba bước sóng ( gần tương ứng với các cực đại) để tạo ra sự kích thích tương tự trong các tế bào cảm quang mà ánh sáng thực sự sẽ có.

Trong mô hình này, "trắng" có nghĩa là "100% đỏ + 100% xanh + 100% xanh". Tuy nhiên, như tôi đã lưu ý, ánh sáng trắng tự nhiên không thực sự hoạt động như vậy - đó là sự kết hợp của nhiều bước sóng khác nhau mà không có tỷ lệ đẹp như vậy. Bây giờ chúng ta đến sự tiến hóa: màu trắng là màu không thay đổi màu sắc. Nhận thức màu sắc được cân bằng để cho phép chúng ta vẫn nhìn thấy các màu giống nhau ngay cả khi điều kiện ánh sáng xung quanh thay đổi - ví dụ như khi đi dưới tán rừng hoặc khi tiếp xúc với ánh sáng tán xạ (ví dụ: "trong bóng tối"). Điều này cũng có nghĩa là nhiệt độ màu tự nhiên tương ứng với nhiệt độ của ảnh mặt trời - về cơ bản, mặt trời có màu trắng theo định nghĩa , bởi vì đó là sự tiến hóa thích nghi với chúng ta (lý do nó trôngMàu vàng mắt là do một số ánh sáng màu xanh bị phân tán bởi bầu khí quyển - tầm nhìn của chúng ta thích nghi để nhìn thấy các vật thể được chiếu sáng bởi Mặt trời (và bầu khí quyển), không nhìn thấy Mặt trời).

Điều thú vị là điều này cũng cho phép chúng ta sử dụng các nguồn sáng không nóng như Mặt trời. Ví dụ đơn giản nhất là bóng đèn sợi đốt có xu hướng có nhiệt độ thấp hơn, nhưng sử dụng cùng một nguyên tắc cơ bản - làm cho dây đủ nóng để nó tỏa ra đủ ánh sáng khả kiến ​​để làm cho cân bằng trắng hoạt động cho con người. Đèn LED sử dụng một nguyên tắc giống như màn hình máy tính của bạn - ba bước sóng riêng biệt (tốt, không chính xác là ba, nhưng "ba dải hẹp") để tạo ra bất kỳ màu nào. Điều tốt là điều này là hiệu quả hơn nhiều. Điều tệ hại là nó thực sự có thể tạo ra các hiệu ứng ánh sáng rõ ràng khác nhau, vì vậy nó không thực sự ánh xạ ánh sáng tự nhiên chút nào.

Nhưng cốt lõi là: Đèn LED không ở gần "nhiệt độ màu" của chúng, vậy nhiệt độ màu có ý nghĩa gì trong trường hợp đó? Điểm chính là dưới các nhiệt độ khác nhau, cường độ tín hiệu được tạo ra ở mỗi trong ba bộ cảm biến quang là khác nhau (đối với cùng một "màu"). Khi bạn thay đổi nhiệt độ màu trên màn hình, về cơ bản, bạn sẽ điều chỉnh cường độ của từng kênh trong ba kênh đó so với các kênh khác - đó là những gì mang lại cho bạn màu sắc "đỏ" hoặc "hơi xanh". Bạn đang mô phỏngảnh hưởng của nhiệt độ người đen khác nhau đối với thị giác của con người - và vì thị giác của con người bỏ qua rất nhiều thông tin trong ánh sáng, nên nó thực sự hoạt động khá tốt trong hầu hết thời gian. Khi thực hiện cài đặt trên máy ảnh của bạn, bạn đang làm ngược lại chính xác - bạn đang cố ánh xạ các màu "đã chuyển" sang dữ liệu "khách quan" Red + Green + Blue. Lý do cài đặt thường sử dụng nhiệt độ màu đơn giản là vì đó là những gì được sử dụng ở mọi nơi - bạn có thể xem nhiệt độ màu của ánh sáng và cũng sử dụng nó trên máy ảnh của mình.


Đây là một câu trả lời tốt tiếp cận câu hỏi từ quan điểm thực tế, chứ không đơn thuần là kỹ thuật. Điểm về nguồn ánh sáng nhân tạo không nóng về mặt vật lý như nhiệt độ màu của chúng cũng là một điểm tốt.
Andrew

@Andrew Ngoại trừ đèn sợi đốt - chúng không nóng như mặt trời, chắc chắn, nhưng nhiệt độ màu của chúng cũng thấp hơn nhiều để phù hợp.
Random832

2
@ Random832 tất nhiên. Cơ chế phát xạ ánh sáng khác nhau làm việc theo những cách khác nhau. Nhiệt độ màu là một khái niệm xuất phát từ bức xạ vật đen, nhưng màu sắc cảm nhận (và hiệu ứng cân bằng trắng) không phải lúc nào cũng do bức xạ vật đen.
Andrew

2
@Luaan Tại sao bạn cần một số người ngoài hành tinh? Bạn có thể sử dụng tôm bọ ngựa cũng coi chúng tôi là "quá giới hạn màu sắc" :) theoatmeal.com/comics/mantis_shaleigh
woliveirajr

2
@woliveirajr Vâng, chủ yếu là do phần "giao tiếp". Pidgeons có thể nghĩ rằng chúng ta chậm phát triển vì đã bỏ qua tất cả ánh sáng tia cực tím đó, nhưng họ là những người luôn luôn chạy vào cửa sổ, vì vậy ...: D
Luaan

1

Trước khi nhiệt kế thợ rèn và thợ gốm và thợ thổi thủy tinh và những thứ tương tự phụ thuộc vào màu sắc của vật liệu phát sáng để theo dõi tiến trình. Người ta tin rằng hầu hết các khoáng chất có màu sắc độc đáo ở các giai đoạn khác nhau khi được nung nóng. Người ta cũng biết rằng các vật thể mở rộng và co lại khi nhiệt độ của chúng thay đổi. Daniel Fahrenheit (người Đức 1686-1736) đã nghĩ ra một nhiệt kế thủy ngân. Ông đã sử dụng số 180 làm số bước (độ) giữa nước đóng băng và nước sôi, 180 là một con số rất chia. Anders Celsius (Thụy Điển (1701 - 1744) nghĩ rằng việc kinh doanh 180 là điên rồ. Celsius đặt 100 bước giữa nước đóng băng và nước sôi.

Thủy ngân, rượu và các chất lỏng khác được sử dụng phổ biến trong nhiệt kế, tuy nhiên không có sự giãn nở hoặc co lại theo tuyến tính do đó các dấu hiệu trên các ống có khoảng cách khác nhau ở các vùng khác nhau. Năm 1802 Joseph Louis Gay-Lussac (Pháp 1778 - 1850) đã chỉ ra rằng hệ số không khí và các loại khí thông thường khác nhau là như nhau. Một ống có phao trên đỉnh cột hydro rơi xuống và tăng đồng đều với nhiệt độ. Nếu làm mát tiếp tục, phao phải chạm đáy ở -273C. Các nhà khoa học ghê tởm nhiệt độ tiêu cực, và đặt tên này là đáy của nhiệt độ tuyệt đối. Do đó, Thang đo tuyệt đối bây giờ gọi là thang đo Kelvin để tôn vinh William Thomson 1st Baron Kelvin (người đoạt giải Nobel 1824 - 1907) cho công trình của ông về Bức xạ cơ thể đen).

Nhiệt độ trong thang đo Kelvin có thể được chuyển đổi sang thang đo Celsius bằng cách thêm 273. Các nhà luyện kim thường sử dụng thang đo Kelvin cũng như nhiều ngành khoa học khác. Thiết kế bóng đèn phát triển để sử dụng vonfram kim loại làm dây tóc phát sáng của họ. Ngành công nghiệp chiếu sáng đã sử dụng thang đo Kelvin để mô tả màu sắc mà đèn tạo ra. Ngành công nghiệp ảnh, phụ thuộc nhiều vào chiếu sáng nhân tạo, đã áp dụng thang đo Kelvin để phân loại màu sắc.

Bảng của một số nguồn chiếu sáng thực tế được lựa chọn và nhiệt độ màu của chúng.

Ánh sáng mặt trời trưa 5400K

Cửa sổ trần 120.000K đến 18.000K

Chụp ảnh ban ngày 5.500K (được các nhà sản xuất phim đồng ý)

Flash Cube - Lật Flash 4.950K

Clear Flashbulb (dây zirconium đầy) 4.200K

Rõ ràng dây nhôm đầy flashbulb 3.800K

Đèn chụp ảnh 500 watt 3.200K

Bóng đèn vonfram gia dụng 100 watt 2.900K

Bóng đèn vonfram gia dụng 60 watt 2.820K


Bạn có một trích dẫn cho thang đo Fahrenheit ban đầu được xác định là 180 ° từ đóng băng đến sôi? Tôi đã học được nó là 96 ° từ điểm đóng băng của nước muối đến nhiệt độ cơ thể con người.
mattdm

@ mattdm - Từ một cuốn sách văn bản của Asimov và Zimmermann "Fahrenheit: Sự kiện, Lịch sử & Công thức chuyển đổi". Truy cập ngày 16 tháng 9 năm 2017.
Alan Marcus

Cảm ơn! Từ những gì tôi tìm thấy trên mạng, có vẻ như thang đo ban đầu như tôi đã nói nhưng được hiệu chỉnh lại sau đó. lifecience.com/39916-fahrenheit.html
mattdm

@ mattdm - Mức chênh lệch 180 độ rất có ý nghĩa vì đây là một trợ giúp giúp sinh viên hiểu rõ hơn, công thức chuyển đổi tức là một độ C lớn hơn 1,8 bước (độ) so với bước Fahrenheit.
Alan Marcus

Vâng - Tôi rất ngạc nhiên khi tôi không bao giờ biết điều đó, chỉ học được câu chuyện gốc và không biết về sự điều chỉnh sau này.
mattdm
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.