Radiación de cuerpo negro: ¿por qué puede brillar en amarillo?

Con la radiación de cuerpo negro , se emite luz de diferentes longitudes de onda en varias proporciones dependiendo de la temperatura del emisor.

Los gráficos de radiación espectral frente a longitud de onda para diferentes temperaturas de color se ven así:

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Se dice que el color de la radiación (en su conjunto) cambia de manera predecible. Muestras de colores a varias temperaturas :

  • 1000K rojo
  • 1500K naranja rojizo
  • 2000K naranja amarillento
  • 2800K amarillo
  • 3500K Blanco amarillento
  • etc.

Otros afirman que la luz visible aparece amarilla a 5000K.

Dejando de lado la temperatura precisa, el consenso es que "[a] medida que su temperatura aumenta aún más, se vuelve rojo brillante, naranja, amarillo, blanco y, en última instancia, azul-blanco".

Sin embargo, si echamos un vistazo al gráfico, parece que incluso cuando se alcanza la temperatura 'amarilla', el cuerpo negro debería emitir bastantes longitudes de onda rojas y naranjas además del amarillo.

Puede ser que la redacción más precisa sea que "primero se vuelve rojo, luego naranja (luz roja + amarilla) y finalmente blanco (rojo + amarillo + azul se ve blanco a la vista)".

Pero el material introductorio estándar de la escuela secundaria y el artículo de Wikipedia parecen sugerir que el color percibido puede ser un amarillo (puro) en algún momento (2800K en el artículo vinculado anterior o 5000K en el material de la escuela secundaria).

¿Es esto solo una cuestión de percepción (vemos varias longitudes de onda pero nuestro cerebro combina los datos RGB de los conos en los ojos en 'amarillo'), o hay alguna otra explicación de por qué podemos (en teoría) ver una luz amarilla pura? emitida por la radiación de cuerpo negro de una temperatura adecuada?

Preguntas relacionadas que no responden a mi pregunta:

Esa pregunta aborda la radiación de cuerpo negro de manera genérica, pero no la cuestión específica de cómo se puede percibir un color 'puro' cuando las emisiones visibles son de una colección de longitudes de onda (por ejemplo, rojo + naranja + amarillo, juntos percibidos como un amarillo puro).

Esa pregunta aborda la percepción del color a través de una interacción entre la luz emitida y la absorbida/reflejada.

De todos modos, el amarillo puro o cualquier color no encaja con la emisión de BB. No hay forma de usar "puro" como lo hizo en la pregunta. Todo lo demás es fisiología. En lugar de amarillo, lo que no podemos percibir de un BB es verde. De alguna manera necesitamos mayor pureza para ver verde (probablemente porque está en el medio).
Me temo que no puedo citar una fuente, pero una vez leí que el ojo generalmente no puede distinguir un color impuro (amplia dispersión de longitudes de onda) de un color puro (dispersión muy estrecha) centrado en la longitud de onda "correcta" en el generalizado.

Respuestas (2)

Su "frase más precisa" es realmente correcta.

Puede trazar la trayectoria de un cuerpo negro en una tabla de colores. Aquí está (de la página de wikipedia sobre cuerpos negros). Sí, la gama de colores va desde el rojizo al blanco azulado, pasando por una región amarillenta/anaranjada. No existe un "color puro" y la radiación de cuerpo negro se emite en una amplia (infinita) gama de longitudes de onda a cualquier temperatura.

No creo que haya un consenso sobre qué nombres dar a la apariencia de la radiación de cuerpo negro, sobre todo porque el color que percibe el ojo también dependerá de la intensidad de la luz (es decir, fotones por unidad de área) recibida en la parte posterior de la retina - la diferencia entre la visión fotópica y escotópica . Sin embargo, si la superficie del cuerpo negro es grande/lo suficientemente cercana como para que se resuelva a simple vista, entonces este número será más o menos constante y supongo que es lo que la tabla de colores pretende representar en ese caso.

Curva de Planck en carta de colores

Para una temperatura dada, la intensidad de un cuerpo negro es fija. El color percibido por el ojo solo puede depender de la temperatura.
@Alfred no realmente: la adaptación cromática influirá en la percepción.
@Alfred, los fenómenos relevantes son la visión fotópica, mesópica y escotópica. De hecho, estos dependen del flujo recibido en el ojo . Su afirmación solo es cierta para mirar una "pared" de cuerpo negro donde, de hecho, ese flujo sería constante sin importar qué tan lejos estuviera la pared. En el mundo real, los cuerpos negros no tienen un tamaño infinito, por lo que cuando están lejos, el flujo que recibe el ojo disminuye. Como resultado, el color percibido cambia. Es por eso que las estrellas débiles aparecen blancas y las estrellas más brillantes pueden aparecer coloreadas. física.stackexchange.com/a/169986/43351
@Alfred, es decir, es la intensidad específica (vatios por metro cuadrado por hercio por estereorradián ) la que fija la función de Planck, no el flujo (vatios por metro cuadrado por hercio) en el ojo.
@Profrob OK, me equivoqué pero no por la razón que das. El color de cualquier parte del sol es el mismo, y mirar solo una parte del sol a través de una pequeña abertura a aproximadamente 1 m de distancia quemará un área más pequeña de su retina, pero la quemará tan profundamente como si estuviera mirando el sol entero. Lo que sí cambiaría la percepción es poder contraer aún más tu pupila para reducir el ángulo sólido del flujo que llega a cada neurona de tu retina. Entonces, no el flujo recibido por unidad de área en su ojo, sino el ángulo sólido que llega a su retina desde la apertura de su pupila.
@Profrob Pero eso sí, para un cuerpo negro mucho más frío que el sol, rojizo, supongo que puede verse un rojo diferente en cada ojo si pones atropina en un ojo y no en el otro. Pero cambiar su tamaño, o su distancia, no cambiará el color percibido.
@Probrob Y es por eso que ver un eclipse solar sin protección es tan peligroso. En situaciones normales, puedes mirar al sol durante unos segundos. Deja una imagen remanente, pero esto es reversible, porque la pupila se contrae. En un eclipse, el ángulo sólido del sol que ves es mucho más pequeño, la pupila se abre en la oscuridad. Incluso mirar por muy poco tiempo (como lo hace cuando mira todo el sol, alejándose rápidamente) puede causar un daño permanente.
@Alfred Si colocas el Sol a 1000 años luz de distancia, parecería blanco a simple vista. El número de fotones recibidos por segundo es insuficiente para activar las celdas de respuesta de color. Hay muchas estrellas por ahí que puedes mirar esta noche para medir la verdad de esto. Sus espectros siguen siendo, en términos de forma, (muy aproximadamente) de un cuerpo negro.
@Profrob Estoy comparando ángulos sólidos incidentes que son "medibles" por su retina, todo el sol frente a un "cuadrado de sol" de lado, digamos 1/10 de grado: el mismo color percibido, si la apertura de la pupila está determinada por la luz del día "ambiental". Una vez que uno llega a un ángulo sólido incidente extremadamente pequeño, como las estrellas, de modo que el flujo que llega a cada célula de la retina se vuelve extremadamente pequeño (aunque la pupila esté completamente dilatada), entonces, de hecho, los conos no pueden reaccionar en absoluto, solo los bastones. No se percibe ningún color en absoluto.
@Alfred bueno, sí. Perdóname por ser astrónomo: estos son los únicos "cuerpos negros" con los que trabajo. La diferencia es que el tamaño de la imagen en la retina es fijo incluso cuando la distancia aumenta. Está considerando situaciones en las que el tamaño de la imagen se escala con el ángulo sólido de la fuente. Hay dos regímenes. Reflexionaré sobre cómo cambiar mi redacción.
@Profrob El argumento tuyo que quería contradecir era el "muro infinito" del cuerpo negro. Un cuerpo negro visto desde un ángulo sólido de 1/10 de estereorradián o 1/10 000 de estereorradián (muy, muy aproximadamente, el sol) o 1/1000 000 de estereorradián (todavía razonable para una persona no miope, o con lentes bien adaptadas a la miopía) se verá del mismo color. Mucho menos que eso es un problema diferente.
@Alfred: sí, estoy de acuerdo con estos números. Pero sigue siendo cierto que lo que importa es el número de fotones por unidad de área en la parte posterior de la retina (a diferencia del ojo, tal vez).
@ProfRob Estoy de acuerdo con eso: la percepción del color dependería de la cantidad de fotones por unidad de área en la parte posterior de la retina, estaba equivocado.
@ProfRob Cuando la visión escotópica domina, o incluso se vuelve importante, la percepción del color cambia. Pero en esta página wiki en.wikipedia.org/wiki/Photopic_vision hay una sola curva para la función de luminosidad en términos de longitud de onda, para una amplia gama de niveles de luminancia, 10 a 10 8 C d / metro 2 . A menos que el cuerpo negro se vea bajo un ángulo sólido tan pequeño que la visión escotópica desempeñe un papel, el color percibido no debe depender de este ángulo sólido ni del ángulo sólido de la pupila visto desde la parte de la retina que recibe la luz. , pero sólo en la temperatura del cuerpo negro.
@ProfRob Por otra parte, la curva podría depender de la luminancia, incluso dentro del amplio rango de luminancia donde domina la visión fotópica, wiki no lo sabe todo. Una forma de decidirse sería mirar, digamos, una pieza de metal al rojo vivo en un ambiente bastante brillante con atropina (o, más bien, los nuevos tipos de gotas para los ojos más seguras que los oftalmólogos ponen en sus ojos para mirar sus retinas) en solo un ojo para comprobar si el color percibido es el mismo en ambos ojos o no. De lo contrario, haría que la relación entre las unidades del SI no fuera lineal, para una longitud de onda dada, ¡los cd no serían proporcionales a los vatios!
@Alfred, todas menos las estrellas más brillantes se ven blancas. Si los miras a través de un telescopio, se colorean.
@ProfRob Esta es la transición entre la visión escotópica y fotópica. Nunca lo negué. El punto es, cuando uno está dentro del enorme rango de visión fotópica, desde la luminancia donde la contribución escotópica se vuelve insignificante hasta el punto de quemar la retina, entre 10 y 10 8 C d / metro 2 , para una longitud de onda dada, ¿las candelas y los Watts son proporcionales o no? En caso afirmativo, el color percibido de un cuerpo negro depende únicamente de la temperatura dentro de este rango . Si no, la definición SI de una candela no tiene sentido, lo cual, entre usted y yo, es muy posible, ¡pero es un problema!
Radiación de cuerpo negro: ¿por qué puede brillar en amarillo?
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