In welcher Beziehung steht Kelvin für die Farbtemperatur zu Kelvin für die tatsächliche Temperatur?

Die Farbe hat keine tatsächliche Temperatur. Stellen Sie ein blaues und ein rotes Quadrat auf Ihren Monitor und halten Sie ein Thermometer gegen beide Regionen. Wenn Sie feststellen, dass es einen Unterschied gibt, machen Sie es falsch. Das wissen Sie wahrscheinlich schon.

Warum wird die Farbtemperatur in Kelvin gemessen? Kelvin ist eine Messung der Wärme in einem Stoff vom absoluten Nullpunkt. Das heißt, wenn eine Substanz überhaupt keine Wärme enthält und die darin enthaltenen Moleküle absolut still sind, sind das 0 K. 0 K ist vielleicht nicht möglich, aber das hindert uns nicht daran, relativ dazu zu messen, und das ist es sowieso ein Exkurs.

Gibt es einen Stoff, der bei verschiedenen Temperaturen unterschiedliche Farben abgibt und der als Referenz für die Zuordnung von Temperatur zu Farbtemperatur verwendet wurde? Oder ist es komplexer als das? Oder ist die Wahl, Kelvin zu verwenden, völlig willkürlich und überhaupt ohne Bezug zur Wärme?

Es hängt mit einer erhitzten Substanz zusammen, wenn auch auf eine etwas theoretische Weise. Die Substanz ist ein idealer Glüh- schwarze Körper , der eine bestimmte Farbe in einem gegebenen Farbraum bei einer bestimmten Temperatur abstrahlen würde. Die Position innerhalb des Farbraums gegenüber der Temperatur wird Planck'scher Ort genannt , und ich behaupte nicht, dass ich alles in diesem Artikel verstehe, sondern erforsche es bis zu einer Tiefe, die Sie möchten.

Eine allgemeinere Erklärung der Farbtemperatur und ihrer Korrelation zu Schwarzkörperstrahlern finden Sie im Wikipedia-Artikel Farbtemperatur .

Die einleitende Aussage von Wikipedia zur Farbtemperatur bringt sie recht gut in Beziehung:

Die Farbtemperatur einer Lichtquelle ist die Temperatur eines idealen Schwarzkörperstrahlers , der mit der Lichtquelle vergleichbares Licht ausstrahlt.

Schwarzkörperstrahler sind ein idealisiertes Konzept, das ein Energiespektrum mit einer Spitzenintensität bei einer Frequenz ausstrahlt, die von der Temperatur des Schwarzkörperstrahlers abhängt. Je höher die Temperatur des Schwarzkörpers ist, desto höher ist die Spitzenfrequenz des Emissionsspektrums des Schwarzkörperstrahlers. Jede Emission eines idealen Schwarzkörperstrahlers erfolgt ausschließlich durch Wärmeenergie. So emittiert ein schwarzer Körper mit 6500 K Photonen, deren Frequenzspektrum einen Spitzenwert bei der von uns als 6500 K bezeichneten Farbtemperatur (im blau-weißen "Tageslicht" -Farbtemperaturbereich) aufweist.

Während es keine wirklichen Schwarzkörperstrahler gibt, gibt es einige annehmbare Näherungen, die ziemlich ähnlich wie Schwarzkörper wirken. Sterne, Glühbirnen und Elektroherde sind Beispiele. Deshalb 5500 - 6500 K Tageslicht - Farbtemperatur genannt wird - wir Schwarzkörpertemperatur bei etwa 5780 K. ähnlich der Sonne messen, da Glühbirnen sind nicht Lichtemitter so viel wie Wärmestrahler im sichtbaren Lichtspektrum, das „Innen“ Die Farbtemperatur von etwa 2500 K ist die nominelle Schwarzkörper-Strahlungstemperatur und der spektrale Peak von Glühbirnen.

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Diese Physics.SE-Frage befasst sich auch mit der aktuellen Frage: Wie hängt die Temperatur mit der Farbe zusammen?

Die Farbtemperatur hängt mit der von heißen Objekten erzeugten Schwarzkörperstrahlung zusammen . Die unten gezeigte Schwarzkörper-Strahlungskurve zeigt die ungefähren Intensitätskurven * für jede Wellenlänge für die von Körpern bei 5000 K, 4000 K und 3000 K emittierte Strahlung.

* Es zeigt tatsächlich die spektrale Strahlungskurve, die eine Art Fluss ist. Man kann es sich aber als Intensität vorstellen, wenn es hilft. Die beiden Größen hängen eng zusammen.

Bildquelle: Wikipedia

Beachten Sie, wie die Kurven durch das sichtbare Spektrum verlaufen. Je nachdem, wie groß der (Bereich unter der) Kurve im sichtbaren Spektrum ist, sieht die Farbe anders aus. Dies beschreibt der Planck'sche Ort, wenn es um die Farbtemperatur geht.

Bildquelle: Wikipedia

Das obige CIE-Diagramm zeigt die visuelle Farbe von Körpern bei verschiedenen Temperaturen. Körper mit Temperaturen um 3000K neigen dazu, rot auszusehen, während Körper um 5000K oder 6000K weißer aussehen. Körper, die heißer als dies sind, neigen dazu, blau auszusehen.

Wie die anderen Antworten bemerken, entspricht die Farbtemperatur der Schwarzkörperstrahlung bei dieser Temperatur.

Aber warum interessiert uns das? Um das zu verstehen, müssen Sie sich zuerst fragen: "Was ist weiß?"

Physikalisch gesehen ist Weiß keine Farbe. Es gibt keine Lichtwellenlänge, die "Weiß" entspricht, so wie es keine Wellenlänge gibt, die "Schwarz", "Grau" oder "Rosa" entspricht - all diese Farben sind nur "Artefakte" der menschlichen Wahrnehmung. Physikalisch handelt es sich um eine Mischung aus vielen verschiedenen Wellenlängen (insbesondere bei natürlichem Licht ist Weiß per Definition die Mischung aller sichtbaren Wellenlängen der Sonne).

Die menschliche Farbwahrnehmung hängt von der Mischung der Intensität von drei verschiedenen Lichtrezeptoren ab. Jetzt deckt jede dieser Wellenlängen tatsächlich einen weiten Bereich ab ("physikalische Farben"), was etwas komplizierter ist, aber jede von ihnen hat einen Peak bei einer anderen Wellenlänge - wir nennen sie normalerweise rot, grün und blau. Auf diese Weise können Computer alle Farben anzeigen, die wir mit nur einer Mischung aus drei verschiedenen Wellenlängen sehen können - ein intelligenter Außerirdischer mit einer anderen Sichtweise würde einfach denken, dass wir alle voller Unsinn sind, da unsere Bilder nichts mit der Realität zu tun haben. Grundsätzlich optimieren wir die Intensitäten der drei Wellenlängen (die in etwa den Peaks entsprechen), um in den Photorezeptoren die gleiche Anregung zu erzeugen, die reales Licht erzeugen würde.

In diesem Modell bedeutet "Weiß" "100% Rot + 100% Grün + 100% Blau". Wie ich jedoch bereits bemerkt habe, funktioniert natürliches weißes Licht nicht wirklich so - es besteht aus vielen verschiedenen Wellenlängen ohne solch hübsche Verhältnisse. Jetzt kommen wir zur Evolution: Weiß ist die Farbe, die den Farbton nicht ändert. Die Farbwahrnehmung ist ausgewogen, damit wir auch bei sich ändernden Lichtverhältnissen die gleichen Farben sehen können - beispielsweise beim Gehen unter einem Walddach oder beim Umgang mit Streulicht (z. B. "im Schatten"). Dies bedeutet auch, dass die natürliche Farbtemperatur der Temperatur der Photosphäre der Sonne entspricht - im Grunde genommen ist die Sonne per Definition weiß , weil uns die Evolution daran angepasst hat (der Grund, warum sie aussieht)Das Auge färbt sich gelblich, weil ein Teil des blauen Lichts von der Atmosphäre gestreut wird - unser Blick ist dazu angepasst, von der Sonne (und der Atmosphäre) beleuchtete Objekte zu sehen, nicht die Sonne selbst zu sehen.

Das Schöne daran ist, dass wir damit auch Lichtquellen verwenden können, die nicht so heiß sind wie die Sonne. Die einfachsten Beispiele sind Glühbirnen, die tendenziell eine niedrigere Temperatur haben, aber dasselbe Grundprinzip anwenden: Den Draht so heiß machen, dass er genügend sichtbares Licht ausstrahlt, damit der Weißabgleich für den Menschen funktioniert. LED-Leuchten verwenden ein Prinzip, das eher Ihrem Computerbildschirm ähnelt - drei verschiedene Wellenlängen (also nicht genau drei, sondern "drei schmale Bänder"), um eine beliebige Farbe zu erzeugen. Das Gute ist, dass dies viel effizienter ist. Das Schlimme ist , dass es tatsächlich sichtbar unterschiedliche Lichteffekte erzeugen kann, so es nicht wirklich an natürlichem Licht überhaupt abzubilden.

Der Kern ist jedoch: LED-Leuchten sind bei weitem nicht in der Nähe ihrer "Farbtemperatur". Welche Bedeutung hat die Farbtemperatur in diesem Fall? Der Hauptpunkt ist, dass bei unterschiedlichen Temperaturen die Intensität der an jedem der drei Photorezeptoren erzeugten Signale unterschiedlich ist (für die gleichen "Farben"). Wenn Sie die Farbtemperatur auf Ihrem Monitor ändern, optimieren Sie im Grunde genommen, wie intensiv jeder dieser drei Kanäle im Verhältnis zu den anderen ist - das gibt Ihnen die "rötlichen" oder "bläulichen" Farbtöne. Du simulierstdie Auswirkung einer anderen Körpertemperatur auf das menschliche Sehvermögen - und da das menschliche Sehvermögen so viele Informationen im Licht ignoriert, funktioniert es tatsächlich die meiste Zeit recht gut. Wenn Sie die Einstellungen an Ihrer Kamera vornehmen, tun Sie genau das Gegenteil: Sie versuchen, die "verschobenen" Farben den "objektiven" Daten Rot + Grün + Blau zuzuordnen. Der Grund, warum für die Einstellung normalerweise die Farbtemperatur verwendet wird, ist, dass diese Einstellung überall verwendet wird. Sie können die Farbtemperaturen Ihrer Beleuchtung anzeigen und diese auch für Ihre Kamera verwenden.

Vor dem Thermometer hingen Schmiede und Töpfer und Glasbläser und dergleichen von der Farbe des glühenden Materials ab, um den Fortschritt zu überwachen. Es wurde angenommen, dass die meisten Mineralien beim Erhitzen in verschiedenen Stadien eine einzigartige Farbe hatten. Es war auch bekannt, dass sich Objekte ausdehnen und zusammenziehen, wenn sich ihre Temperatur ändert. Daniel Fahrenheit (1686-1736) entwarf ein Quecksilberthermometer. Er verwendete die Zahl 180 als die Anzahl der Schritte (Grad) zwischen Gefrieren und Kochen von Wasser, wobei 180 eine hoch teilbare Zahl ist. Anders Celsius (schwedisch (1701 - 1744) fand das Geschäft mit 180 verrückt. Celsius stellte 100 Stufen zwischen Gefrieren und kochendem Wasser.

Quecksilber, Alkohol und andere Flüssigkeiten wurden häufig in Thermometern verwendet, jedoch dehnen sich keine linear aus oder ziehen sich zusammen, so dass die Markierungen auf den Röhren in verschiedenen Regionen unterschiedliche Abstände aufweisen. Im Jahre 1802 zeigte Joseph Louis Gay-Lussac (französisch 1778 - 1850), dass der Luftkoeffizient und verschiedene übliche Gase ungefähr gleich sind. Ein Rohr mit einem Schwimmer auf einer Wasserstoffsäule fällt und steigt gleichmäßig mit der Temperatur an. Wenn die Kühlung fortgesetzt wird, sollte der Schwimmer bei -273C auf dem Boden aufschlagen. Wissenschaftler verabscheuen negative Temperaturen und nannten diese Talsohle „absolute Temperatur“. Die Absolute Skala nennt sich nun Kelvin-Skala, um William Thomsons 1. Baron Kelvin (irischer Nobelpreisträger von 1824 - 1907) für seine Arbeit zur Schwarzkörperstrahlung zu ehren.

Eine Temperatur auf der Kelvin-Skala kann durch Hinzufügen von 273 in die Celsius-Skala umgerechnet werden. Metallurgen verwendeten die Kelvin-Skala im Allgemeinen wie viele andere Wissenschaftszweige. Glühbirnen-Designs haben sich entwickelt, um das Metall Wolfram als glühendes Filament zu verwenden. Die Beleuchtungsindustrie verwendete die Kelvin-Skala, um die von Lampen produzierte Farbe zu beschreiben. Die Fotoindustrie, die in hohem Maße von künstlicher Beleuchtung abhängig war, verwendete die Kelvin-Skala, um Farben zu klassifizieren.

Tabelle einiger ausgewählter praktischer Beleuchtungsquellen und deren Farbtemperaturen.

Sonnenlicht Mittag 5400K

Oberlicht 120.000K bis 18.000K

Photographic Daylight 5.500K (von Filmemachern zugestimmt)

Flash Cube - Flip Flash 4,950K

Klare Blitzlampe (mit Zirkoniumdraht gefüllt) 4.200K

Klare, mit Aluminiumdraht gefüllte Blitzlampe 3.800K

500 Watt Fotolampe 3.200K

100 Watt Haushalts-Wolfram-Glühbirne 2.900K

60 Watt Haushaltswolfram Glühbirne 2.820K