¿La temperatura de la luz se ve afectada por los filtros de color?

La temperatura, el color y la energía significan cosas diferentes.

Un solo 'fotón' tiene una energía asociada, pero es engañoso pensar en esto como un color. Tres cosas que son (para la mayoría de los intentos y propósitos) equivalentes, son energía$E$, longitud de onda$\lambda$y frecuencia$f$, que están relacionados por

dónde$c$es la velocidad de la luz y$h$es la constante de Planck. Tenga en cuenta que a medida que la longitud de onda se hace más pequeña,$E$se hace más grande.

Los seres humanos tienen tres tipos de células cónicas (sensoras de color): rojo, verde y azul, pero estas no "solo" ven rojo, verde y azul respectivamente, sino que también se excitan en diversos grados por las otras longitudes de onda.

Para un ser humano, una combinación de luz de 500 nm y 660 nm parece amarilla, pero esta es una situación físicamente diferente a, por ejemplo, una lámpara de sodio amarilla, que emite principalmente fotones de ≈580 nm.

La luz de algo como el sol o una lámpara incandescente es aún más complicada: estos son cuerpos negros casi perfectos, lo que significa que emiten en todas las longitudes de onda hasta cierto punto: esto excita los tres conos por igual, que nuestro cerebro procesa como "blanco". . El punto crucial es que no existe tal cosa como un fotón "blanco", pero sí un fotón "azul".

El cambio de color de un cuerpo negro a medida que se calienta se debe al movimiento de la longitud de onda "pico", es decir, la longitud de onda en la que se emite la mayor parte de la luz, que para el Sol es de unos 500 nm. Si el sol se calentara más, el pico se desplazaría hacia la izquierda, excitando más conos azules y menos conos rojos. Asimismo, si hiciera más frío, el pico se desplazaría hacia la derecha (menor energía), haciendo que el Sol se viera más rojo.

El resultado final Todas las longitudes de onda de los fotones transportan energía, la luz "blanca" es una mezcla de muchas longitudes de onda, y filtrar esta mezcla para obtener solo, por ejemplo, luz roja hará que el filtro se caliente/refleje la energía en otra parte.

La luz no tiene temperatura pero transporta energía a diferentes frecuencias. La energía de la luz hace que la materia se caliente cuando interactúan. La energía que se filtra hará que el filtro se caliente.

Pero estoy confundido por lo que significan estos diferentes colores que tienen diferentes "energías". Se dice que la luz azul tiene más energía que la luz roja.

La declaración "la luz azul tiene más energía que la luz roja" es una declaración imprecisa. Una declaración más precisa es "la luz azul tiene más energía por fotón que la luz roja". Decir que la luz azul tiene más energía que la luz roja es un poco como decir que el oro pesa más que el agua.

Si es así, ¿adónde va el calor para los colores de menor energía? ¿Es absorbido por el filtro?

Cuando un filtro absorbe luz, absorbe su energía. Entonces, tanto un filtro que absorbe la luz azul como un filtro que absorbe la luz roja, absorbe energía y disminuye la energía de la luz.

Los fotones azules (= fotones de ~420 nm de longitud de onda) tienen mayor energía que los rojos (= fotones de ~600 nm de longitud de onda). Eso significa que cada fotón azul absorbido individualmente calentará más la superficie, porque le da más energía. Pero dos fotones rojos calentarían la superficie más que un solo fotón azul. Los fotones en sí mismos no "tienen" calor, el calor es una consecuencia colectiva del movimiento aleatorio de muchos átomos/moléculas/...

El efecto fotoeléctrico en el video es un fenómeno un poco diferente al calentamiento del material porque los fotones necesitan suficiente energía para expulsar electrones del material. La luz roja podría no expulsar electrones sin importar cuántos fotones golpeen el material, mientras que la luz azul lo haría incluso si tiene pocos fotones (y, por lo tanto, un calentamiento menor).

La temperatura de la luz, por ejemplo, como en las bombillas de luz "3000K", es algo todavía diferente. Blackbody emite radiación EM. El espectro de esa radiación depende de la temperatura: digamos que algo a 3000 K tiene un pico de radiación de aproximadamente 1 micrómetro de longitud de onda (infrarrojo cercano), mientras que nuestro sol a ~ 6000 K tiene un pico de luz verde. Y esa designación de temperatura de la bombilla simplemente significa "esta bombilla emite una luz que tiene un espectro aproximadamente similar al del cuerpo a esta temperatura" (omitiendo detalles sobre la calidad del color).

Puede comenzar con bombillas de 3000K y luego agregar un filtro para obtener una luz de 6000K. La primera luz es rojiza, la segunda es azulada. Pero a pesar de que después del filtro, los fotones que salen son más azules y, por lo tanto, tienen más energía en promedio, este filtro absorbió (o reflejó; en el filtro de video absorbió la luz) bastante energía: muchos fotones rojos tuvieron que bloquearse. Entonces, el fotón promedio tiene mayor energía, pero la energía total de todos los fotones en la luz es menor. Una luz rojiza brillante sin filtrar en el termómetro lo calentaría más que una luz azulada filtrada.

Esta pérdida de energía es cierta incluso si tiene luz láser y la convierte para que tenga la mitad de la longitud de onda (por ejemplo, 1064 nm a 532 nm); en ese caso, todos los fotones de entrada tienen baja energía y todos los fotones de salida tienen alta energía, pero perdió muchos ( al menos la mitad) de fotones en el proceso, por lo que la energía total (que se convierte en calor por el absorbedor) es la misma o generalmente menor (con algo de energía perdida durante la conversión y que resulta en el calentamiento del convertidor). En este caso de conversión ascendente (fotones que salen volando con mayor energía) también puede obtener un efecto fotoeléctrico con la luz convertida, mientras que la original no expulsa un solo electrón del material. Esto es diferente a los filtros que simplemente bloquean algunas longitudes de onda: allí, el efecto fotoeléctrico de la luz filtrada es como máximo el mismo que en la luz original.

Como dijo @PabloH, una de las grandes fuentes de confusión en su pregunta es subir la temperatura a la discusión.

Hay dos definiciones muy contradictorias: una es la dicotomía de colores cálidos/fríos ligada únicamente a la percepción humana y la asociación de rojos y amarillos con el sol y, por lo tanto, el tinte cálido y azul con las sombras y el frío. La temperatura del color va en sentido contrario y está ligada al espectro de radiación del cuerpo negro (como ya se explicó en otras respuestas).

La teoría del color es un tema muy, muy complejo y tiene más que ver con la psicofisiología que con la física, es cierto.

Respuesta corta: Sí

Respuesta larga: si usa un filtro azul, solo dejará pasar fotones de mayor energía. Por lo que la temperatura registrada será mayor.

Lo primero que debe saber es que la luz no tiene 'temperatura' y la luz no transporta 'calor'. Sepa que la luz y el calor son dos formas separadas de energía. Lo que te confunde es la capacidad de la energía de la luz para convertirse en energía térmica, así es como el sol calienta la Tierra, a través de la radiación electromagnética (luz). Esto se hace a través de un proceso conocido como absorción.

Ahora, volviendo a su pregunta original, sí, la luz azul transporta más energía que la luz roja. Esto no significa que la luz azul tenga más 'temperatura' sino que tiene más frecuencia (menos longitud de onda), por lo tanto, tiene una mayor 'capacidad' para convertirse en energía térmica en la absorción. Sin embargo, esto también depende de otra condición: la intensidad de la luz. Si la luz roja tiene una intensidad mucho mayor en comparación con la luz azul, se dice que tiene mayor energía. Este es el caso de los láseres. Para aumentar la intensidad de la luz, debe aumentar el flujo de fotones, es decir, aumentar la cantidad de fotones que pasan en un momento dado. Entonces, una revisión de la declaración original sería "la luz azul tiene más energía que la luz roja en el mismo nivel de intensidad".

Llegando al punto de los filtros de color, el filtro es capaz de mostrar un color particular porque absorbe la luz de la longitud de onda opuesta y, por lo tanto, el color que no está siendo absorbido es visible. Esto se puede ver a través de la rueda:

Entonces, por ejemplo, si el filtro es para luz roja (es decir, el color final visible es el rojo), la luz verde está siendo absorbida y, por lo tanto, el rojo es visible. Ahora bien, en este caso, dado que la luz que pasa por el filtro proviene de la misma fuente, la luz azul en este caso tendría mayor energía que la luz roja (ya que la intensidad sigue siendo la misma).

La luz no tiene temperatura. La "temperatura" es una propiedad de la masa, y dado que los fotones no tienen masa, no tienen temperatura. Los fotones se pueden convertir en calor cuando son absorbidos por alguna sustancia, pero eso no es lo mismo que decir que ellos mismos tienen temperatura.

Sin embargo , cada fotón de luz tiene una cierta cantidad de energía , que es proporcional a su longitud de onda e inversamente proporcional a su frecuencia. Entonces, un fotón de baja frecuencia transportará más energía que uno con una frecuencia más alta. Pero la energía total en un haz de luz solo depende de cuánta energía puso el emisor en ese haz de luz. Si el haz está compuesto principalmente por fotones de baja frecuencia y alta energía, habrá menos de ellos, por lo que se conserva la energía total.

Tenga en cuenta que no he mencionado el color todavía. El "color" se crea completamente en nuestros ojos y cerebros, basado en la combinación de todos los fotones que inciden en un punto de nuestra retina en un corto período de tiempo. En realidad, es una forma bastante pobre de caracterizar la frecuencia.

Imagine un haz compuesto enteramente por fotones "rojos" de 640 nm y fotones "azules" de 440 nm. Tal rayo parecería magenta a los ojos humanos, aunque no contiene fotones "magenta". Ahora ponga un filtro azul en la trayectoria del haz. El filtro absorberá los fotones "rojos" mientras permite que los fotones "azules" pasen sin cambios. Por lo tanto, la intensidad del haz se reduce y el color percibido cambia a un "azul puro". El objetivo experimentará menos calentamiento cuando sea golpeado por el haz, porque algunos de los fotones que lo habrían golpeado ya fueron absorbidos (y convertidos en calor) por el filtro.