Теплота свечения. Цветовая температура светодиодных ламп

Цветовая температура светодиодных ламп - один из наиболее важных параметров, относящихся к осветительному оборудованию. Данный параметр следует принимать во внимание не только при решении интерьерных задач, но и при подборе автомобильных ламп. Цветовая температура - комплексное понятие, которое включает в себя такие характеристики, как спектральные свойства, цвет свечения, индекс цветовой передачи и много другое.

Физическая трактовка цветовой температуры

Впервые проблема цветовой температуры упомянута в работах великого физика Макса Планка. В его трудах по квантовой физике затрагивались законы распределения энергии, в результате чего было обособлено значение цветовой температуры. В качестве единицы измерения этого состояния (как и в случае абсолютной температуры) выбраны кельвины. Формула определяет этот показатель как равный температуре абсолютного черного тела, при которой тело производит излучение в цветовом диапазоне, равном измеряемому.

В люминесцентных лампах цветовая температура замеряется методом их сравнения с абсолютно черным телом. Отображается полученный показатель в виде линии черного тела. За абсолютно черное тело принимается всякий твердый объект, обладающий некоторыми свойствами. При этом объект находится в раскаленном состоянии. Когда меняются показатели, происходит смена и спектральных параметров. К примеру, когда на шкале Кельвина пересекается определенная метка, происходит рост синей части и падение красной. Если же температура падает, происходят обратные изменения.

Корреляция цветовой температуры

Когда температура абсолютно черного тела повышается, начинается процесс накаливания. Образно накаливание можно сопоставить с нагревом металла. Происходит смена цветов в определенном порядке: красный, оранжевый, желтый, белый, голубой. В цветовом пространстве процесс накаливания отображается на соответствующей кривой.

Для ламп накаливания цветовая температура примерно равна 2700 кельвинам. Излучение находится в теплой или красной области оттенков. При этом температура нити лампочки накаливании точно расположена на 2700 К.

Благодаря использованию спектрального анализа видимой части спектра, можно определить данные по другим типам источников света. К примеру, температура светодиодов не показывает степени их разогрева: на отметке 2700 К светодиод нагревается лишь до 80 градусов по Цельсию.

Восприятие цветов

Цветовосприятие каждого человека индивидуально. Восприятие каждого цвета - это некий компромиссный результат, полученный на основе обработки сигнала, принятого зрительными нервами. Воспринимаемые оттенки могут значительно отличаться от человека к человеку.

Также следует принимать во внимание и тот факт, что с возрастом происходит искажение цветовосприятия. В частности хрусталик приобретает желтоватый цвет, что вносит коррективы в восприятие приходящей от зрительных нервов информации. Также немалую роль в цветовосприятии имеет фактор психологии.

Общепризнанно, что человеческий глаз может отличать до 10 миллионов оттенков. Причем более четырех сотен из них относятся к разновидностям ахроматического серого цвета. Однако такое количество воспринимаемых оттенков не должно вводить в заблуждение: к примеру, солнечный луч легко искажает цветовосприятие.

Световые цвета

Определение холодного объекта без излучения не создает каких-либо сложностей. Одним из главных отражательных параметров такого объекта является длина волны или обратная ей характеристика - частота. Если же речь идет о разогретом излучающем теле, то дела обстоят по-другому.

Абсолютно черное тело не отражает световые лучи. В качестве примера можно привести спираль из вольфрама в стандартной электрической лампе. Разберемся, как соединяется такая лампочка через реостат с электрической цепочкой.

Ниже представлена последовательность наблюдений:

1. Свет включен, электричество передается на клеммы.
2. Уровень сопротивления медленно снижается.
3. Абсолютно черное тело начинает слегка светиться красным.

Если в этот момент проверить температуру объекта, она будет находиться на уровне 900 градусов выше нуля. Согласно закону о сверхпроводимости, при нулевой температуре по Кельвину скорость атомов также будет равна нулю. Однако именно от скорости и зависит излучение.

Цветовая температура и оттенки

Для начала видимого спектра излучения абсолютно черного тела характерен уровень в 1200 кельвинов. Этот уровень граничит с красным оттенком. Если накаливать спираль и дальше, произойдут значительные цветовые изменения. При 2000 К вместо красного цвета появится ярко-оранжевый, со временем переходящий в желтый. Полное доминирование желтого наступит при 3000 К.

Для спиралей из вольфрама пиком является уровень в 3500 Кельвинов. Далее спирали подвергаются плавлению. Однако источники света других типов можно нагревать и до больших температур. К примеру, светодиоды без проблем разогреваются до 5500 К или даже более высоких температур. На 5500 К светодиоды покажут ярко-белый цвет, на 6000 К - голубоватый, а на 18000 К - фиолетовый.

Цветовая температура оказывает непосредственное влияние на восприятие оттенков. Характеристики холодной и теплой гаммы значительно разнятся. К примеру, температура свечки - 1200 К, а температурный показатель неба в зимнее время года может доходить до 12000 К.

Цветовая температура	Оттенок	Характеристика
2700К	Теплый белый, красновато-белый	Используется в обычных лампах накалывания. Делает интерьер более уютным, по настоящему домашним
3000К	Теплый белый, желто-белый	Является характерным для большенства галогеновых ламп, несколько холоднее, чем свет от лампы накалывания
3500К	Обычный белый	Таким является излучение от флюорисцентных трубок различных размеров
4000К	Холодный белый	Является незаменимым атрибудом стиля хай-тэк, но своей стерильностью ассоциируется с больницей
5000-6000К	Дневной	Используется для имитации дневного света в оранжереях и террариумах
6500К	Холодный дневной	Используется при профессиональной фотосьемке и в кинематографе

Выбор осветительных приборов нужно делать исходя из поставленных задач. При поиске соответствующего эффекта следует учитывать, что температура и интенсивность свечения могут восприниматься не одинаково в разное время суток.

Светодиодное освещение

Освещение на диодах - один из наиболее распространенных типов осветительных приборов. Цветовая температура диодов характеризуется тремя основными оттенками:

1. Белый в теплой гамме (за рубежом обозначается как Warm White) - до 3300 К.
2. Натуральный белый (Neutral White) - до 5000 К.
3. Белый в холодной гамме (Cool White) - более 5000 К.

Температурные особенности светодиодов в значительной степени определяют сферы их применения. Прежде всего, диоды используются в уличном освещении, на рекламных билбордах, а также в автомобильной светотехнике.

Обратите внимание! Цветовая температура диодов позволяет не только установить контрастность, но и дает возможность определиться с тем, как будет восприниматься свет при смене погоды.

Белый свет в холодной гамме

Самой большой точностью восприятия отличается солнечное освещение. Для прочих же источников света характерны значительно более низкие показатели. К примеру, для большинства светодиодных светильников показатель температуры находится в границах 5000-8000 Кельвинов. Средний показатель передачи по соответствующему индексу не превышает 65 единиц.

К достоинствам источников света в холодной цветовой гамме относится их высокая контрастность, что очень хорошо при освещении затемненных предметов. Светодиоды, благодаря возможности функционирования на больших расстояниях, - лучший выбор для освещения дорожного покрытия.

Нейтральный и теплый свет

Следует учитывать, что холодные оттенки в наибольшей степени искажают восприятие цветов. Для холодного цвета характерна резкость, благодаря чему достигается контрастность, однако для человеческого глаза это вредно.

Теплая гамма менее раздражающе действует на зрение. В диапазоне 2500-6000 К индекс цветопередачи повышается до 75-80 единиц, и подобные осветительные приборы показывают отличные результаты на незначительных расстояниях. Теплые и нейтральные тона демонстрируют явное преимущество при освещении в плохую погоду. К примеру, атмосферные осадки оказывают существенное влияние на качество холодного света, тогда как для теплых оттенков дождь или снег несущественны. Причина в том, что теплые источники позволяют рассмотреть не только сам объект, но и пространство возле него. Кстати говоря, по той же причине теплая гамма более эффективна под водой.

Обратите внимание! Для энергосберегающих лампочек характерен теплый спектр. Это хорошо, так как для освещения жилых помещений малопригодна холодная гамма.

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.

Заключение

Все характеристики освещения следует рассматривать в единстве. Цветовая температура связана с яркостью, контрастностью, что непосредственно сказывается на комфортности восприятия того или иного источника света. При этом для решения одних задач правильнее выбрать освещение в холодном спектре, для других же случаев оптимальным решением будет теплая цветовая гамма.

На многих лампах, предназначенных для освещения, производитель указывает такой параметр, как цветовая температура. Это ключевой фактор, на который стоит обратить внимания перед покупкой лампы. Цветовая температура указывает, какую длину волны испускает светоизлучающий элемент. В бытовых целей для градации спектра используют Кельвины (К).

Наш орган зрения способен воспринимать световое излучение в огромном диапазоне от 800К до 25000К. Наиболее оптимальный и комфортный диапазон для нас тот, который максимально приближен к дневному свету – 4500К-5200К.

Цветовая температура светодиодов

В светодиоде свет излучает специальное люминофорное покрытие. Традиционно все светодиодные источники освещения делят на три группы по спектру:

• Теплый белый (до 3500К);
• нейтральный белый (3500К – 5200К);
• холодный белый (выше 5200К).

Условно мы имеем следующую таблицу цветовой температуры светодиодных ламп:

Что такое цветовая температура светодиодных ламп

С точки зрения физики световая температура это спектр, излучаемый нагретым телом относительно абсолютно чёрного тела. Что значит цветовая температура лампы? Это цвет свечения тела, раскалённого до соответствующей температуры.

Соответственно, цвет светодиодных ламп имеет три градации – жёлтый (до 3200К), белый (4000-5500К) и бело-голубой (выше 5500К). Чем выше температура, тем короче длинна волны излучаемого светового луча.

Существуют источники с цветом выше 9000К, но для освещения их использовать невозможно. Мы видим предметы благодаря тому, что от их поверхности отражается свет. При повышении цветовой температуры длина волны уменьшается, чем она меньше тем «хуже» свет отражается от окружающих объектов.

Если в мощный фонарь поставить светодиод на 18000К, то сторонний наблюдатель сможет заметить его за несколько километров, а вот под ногами он создаст пятно лишь в десятки сантиметров.

Индекс цветопередачи и цветовая температура

Индекс цветопередачи характеризует возможность воспринимать градации цвета. Когда температура света светодиодных ламп ниже 3200К цветовое восприятие существенно уменьшается. Попробуйте при свете свечи вытащить из коробки цветных карандашей зелёный или коричневый цвет. Поверьте, задача окажется не из лёгких.

Индекс цветопередачи очень чётко регламентируется для автомобильных светодиодных ламп, ведь при плохой цветопередаче может возникнуть ситуация, когда водитель не сможет различить полотно дороги и обочину.

Цветовая температура и качество освещения

Казалось бы для чего нужны светодиоды теплого и холодного цветов, если они не способны обеспечить нормальные условия восприятия.

Одной из основных областей применения светодиодов с низкой цветовой температурой (2400К-3000К) — освещение в «зашумленной» оптической среде. Проще говоря, освещение в условиях плохой видимости.

Возьмём автомобильную фору. При сильном тумане белый свет из-за малой длины волны отражается от водяной пыли, что существенно ограничивает дальность видимости. У желтого света длинна волны в несколько раз больше, она не отражается от мелких предметов, а огибает их. Поэтому противотуманные фары в автомобилях делают жёлтого цвета.

В то же время короткие волны распространяются без затухания дальше. В качестве аналогии рассмотрим радиоволны и жесткое коротковолновое рентгеновское излучение. Радиоволну блокирует даже тонкий лист металла, а для защиты от рентгена используют толстый свинец. Холодный белый свет используют в системах дальнего оповещения, прожекторах, сигнальных и поисковых фонарях.

Выбираем светодиодные лампы для дома

При выборе цветовой температуры надо изначально определиться, для каких целей будет использоваться светодиодное освещение.

Как показали исследования, спектр излучения лампы важен не только для субъективного восприятия. При освещении рабочих мест лампами с температурой 2000К-3000К способность обрабатывать информацию снижается почти на четверть. Видимо, это связано с тем, что подсознательно мозг ассоциирует такое освещение с закатом или рассветом.

В то же время холодный белый свет оказывает более тонизирующее воздействие на мозг. Еще одна особенность «холодных» светодиодов – высокая дальность видимости, благодаря этому такой тип источников света широко используют в прожекторах и поисковых фонарях.

Цветовая температура светодиодных ламп для дома выбирается исходя из назначения помещений.

Как показывают многочисленные исследования, наиболее оптимальное освещение в квартире можно достичь лишь при использовании нескольких светодиодных источников света с разной цветовой температурой.

Теплый белый свет (2700-3200К)

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.

Нейтральный белый свет (3200-4500К)

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

Холодный белый свет (более 4500К)

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, помогу утром быстрее войти в рабочий тонус.

Светодиодные изделия на сегодняшний день пользуются огромным успехом у потребителей. Всего за пару лет новые источники света стали использоваться практически повсеместно. Светодиодные лампы нужны для авто, наружной рекламы, дома и других сфер человеческой деятельности.

Но сегодня мы будем говорить не о том, как эти лампочки применяются дома, в помещениях общественного назначения, в авто и т.д. В этой статье мы поговорим о том, что такое цветовая температура светодиодных ламп и как этот показатель влияет на их нагрев. Но чтобы разобраться в таком понятии, как led-нагрев, необходимо начать с азов.

Суть света

Свет, как физическое явление, может иметь различные проявления. При разном свете мы будем видеть предметы и окружающую нас действительность в разных оттенках, что, несомненно, отразится на нашем мировосприятии. При этом мы можем воспринимать объекты четче или искаженнее.
За правильность освещения и то, как мы будем его воспринимать окружающее пространство, отвечает цветовая температура и индекс цветопередачи.

Обратите внимание! Для оптимального подбора любого источника света (не только светодиодного) для дома, улицы, авто и прочих сфер человеческой деятельности, обязательно необходимо учитывать эти два параметра. В противном случае вам будет некомфортно находиться в освещаемом помещении.

Свечение светодиодной лампы

Цветовая температура у светодиодных ламп должна отвечать определенным требованиям, чтобы не приносить неудобств. Это основная характеристика любого типа лампочек, особенно тех, которые способны на нагрев. Стоит отметить, что светодиодные источники света способны на самый минимальный нагрев. Поэтому, даже несмотря на то, что они способны немного греться, их активно используют в тандеме с натяжными потолками.
Цветовая температура определяет у светового излучения спектральный состав, который должен объективно восприниматься зрительными анализаторами человека (глазами). Измеряется данный показатель у светодиодных ламп, впрочем, как у других источников света, с помощью колориметра. А сами измеряется он в обратных микроградусах или миредах.
При выборе светодиодных моделей потребитель должен быть знаком с этим показателем, чтобы сделать правильную покупку. Для определения оптимального диапазона цветовой температуры существует соответствующая таблица.

Таблица цветовой температуры

Обратите внимание! Данный показатель идентичен для других лампочек, широко используемых в мире.

При выборе источника света для дома, улицы или авто, необходимо помнить, что излучаемый лампочкой свет должен быть максимально приближен к естественному уровню освещенности.

Особенности диодного света

Светоизлучающий диод представляет собой полупроводниковый прибор, который формирует свечение при прохождении электрического тока через него. Свет, который способен излучать такой диод, располагается в достаточно узком спектральном диапазоне. При этом сам цвет будет завесить от материала, из которого изготовлен светодиодный полупроводник.
Формирование белого цвета у таких изделий достигается следующими способами:

• комбинирование диодов разного цвета свечения с целью получения белого света. Данный способ позволяет получить отменное качество цвета с возможностью его подстройки. Но такой метод достаточно затратный, что сказывается на цене изделий, которые доступны не всем;
• использование люминофоров для покрытия диодов. Это довольно дешевый и выгодный способ, который позволяет добиться более высокого коэффициента цветопередачи. Но здесь, из-за наносимого фосфорного покрытия, происходит снижение световой эффективности.

Строение лампы

Светодиодная лампочка состоит сразу из нескольких диодов или, как их иногда называют, чипов. Кроме этого здесь имеется драйвер, который представляет собой устройство, преобразующее переменный ток с напряжением в 220 Вольт в постоянный ток, необходимый для электропитания диодов. Благодаря такому строению эти источники света создают направленный световой поток, который характеризуется углом направленности для создаваемого свечения.

Что нужно знать

При выборе светодиодных лампочек необходимо знать, что для них есть такой параметр, как рабочая цветовая температура. Он отражает тот уровень, на котором источник света будет давать достаточно свечения. Здесь необходимо помнить, что автомобильные фары или светильники для дома должны обладать разными параметрами температуры свечения. В противном случае они не смогут эффективно освещать пространство вокруг себя.
При нахождении температуры в пределах 5000К, у излучаемого света спектральный состав будет более сбалансирован. Здесь он будет почти идентичным дневному солнечному свету. Индекс цветопередачи при таких параметрах будет равен 100. При этом максимальная цветовая температура редко используется, так как пограничные состояния могут нанести вред глазам.

Цветовая температура

Обратите внимание! При снижении цветовой температуры в свечении станет больше красного цвета и меньше синего. А чем выше показатель, тем в свечении будет больше синего и зеленого цветов. Это отлично видно на примере лампы накаливания, которая создает свечение с красноватым оттенком.

Светодиодные светильники в данном аспекте отличаются следующими положительными моментами:

• корпуса ламп не греются. По факту, нагрев здесь все же происходит, только он практически неощутим. Нагрев при использовании подобного рода светильников заметен только на примере светодиодной ленты. Но и здесь основной нагрев идет только блока питания. Сами корпуса изделий не нагреваются;
• создают качественный белый свет, который максимально подходит для наших глаз, если говорить об искусственном освещении.

Подсветка машин

Такие параметры позволили широко использовать светодиоды для подсветки дома, улиц и авто. На последнем случае стоит остановиться более подробно, так как авто может иметь светодиодный тюнинг как фар, так и всего кузова.
Тем не менее, здесь имеются и свои недостатки. Так, несмотря на то, что такие изделия почти не греются, а их корпуса не деформируются из-за постоянного перегрева, они не всегда эффективно воспроизводят остальные оттенки свечения.

Различие светодиодных ламп

Между собой светодиодная продукция отличается коэффициентом цветовой температуры. На сегодняшний день вся продукция, вне зависимости от предназначения (улица, дом, авто) делится на три основные группы по диапазону свечения:

• диапазон в пределах 2700-3500К. Такие изделия излучает белый теплый свет, который очень похож на свечение ламп накаливания. Используется для жилых помещений;
• диапазон в пределах 3500-5000К. Это так называемый нейтральный диапазон. Свечение здесь называется «нормальный белый». Свет, исходящий от лапочек, работающих в таком диапазоне, напоминает солнечный утренний свет. Подойдет для технических помещений дома (ванная комната, туалет), офисов, помещений учебного назначения;
• диапазон в пределах 5000-7000К. Свечение, излучаемое в этом диапазоне, называется «холодный или дневной белый» свет. Он соответствует яркому дневному свету. Применяется для уличного освещения парков, аллей, парковок, рекламных щитов и т.д.

Разное свечение ламп

При несоответствии цветовой температуры 5000К оттенки, за исключением белого, будут иметь теплые тона (при превышении данного значения) или холодные (при уменьшении этого значения). При этом корпуса источников света не греются, что нисколько не влияет на продолжительность службы этих энергосберегающих лампочек.
Помните, выбирая подобную осветительную продукцию, необходимо обязательно отдавать предпочтение наиболее подходящему показателю индекса цветопередачи.

Заключение

Конечно, искусственному освещению сложно сравниться с естественным светом, но светодиодные лампочки из всего разнообразия моделей максимально близко приблизились к этому. К тому же они почти не нагреваются! Решив использовать для подсветки светодиодные источники света, нужно быть знакомым с таким показателем, как цветовая температура. От этого параметра зависит тот световой поток, который будет оказывать прямое влияние на зрительный анализатор человека. Если же цветовую температуру не брать во внимание, то ваша задумка не подарит желаемого удобства, а принесет только один дискомфорт.

USB лампы как атрибут рабочего стола Выбор светильника с датчиком на батарейках для квартиры, готовые варианты

Прежде, чем разобраться в том, что такое цветовая температура, имеет смысл для начала вспомнить, что такое температура вообще, отчего тела бывают горячие и холодные.
Температура – это движение атомов, из которых состоят все тела. Чем подвижнее атомы, чем сильнее они колеблются – тем больше и будет температура тела. Цельсий придумал шкалу температуры, взяв за точки отсчета воду. При нуле градусов она должна превращаться в лед, а при ста – кипеть (при оговоренном атмосферном давлении). Кельвин выяснил, что бывает предел холода – состояние, когда все атомы тела неподвижны, и назвал такую температуру «абсолютный ноль», потому что ниже температуры во Вселенной быть не может (в самом деле – нельзя же еще замедлять и без того неподвижные атомы).
Кельвин воспользовался шкалой Цельсия, при которой абсолютный ноль составил –273С. Шкала Кельвина отличается от шкалы Цельсия как раз на эти 273 градуса, то есть температура замерзания воды по Кельвину - это 273К, а температура кипения – это 373К. Все просто. Нужна эта шкала нам только потому, что цветовую температуру измеряют именно в Кельвинах.

Представим себе тело, вроде сажи, которое совсем не отражает свет, и назовем его «абсолютно черным телом». Для простоты опыта возьмем в качестве такого тела спираль из вольфрама в электрической лампочке. И приступим к эксперименту. Для начала запремся в темной комнате и выключим свет. После того, как глаза привыкнут к темноте, начнем через блок питания подавать ток на лампочку, потихоньку поднимая напряжение.

Рано или поздно спираль начнет светиться еле заметным малиновым цветом. Это значит, что она разогрелась примерно до 900 градусов по Цельсию. Значит, абсолютно черное тело начинает светиться при 1200К. Это и будет красная граница спектра видимого света. Иными словами, красному цвету соответствует цветовая температура 1200К. Продолжим увеличивать напряжение. При 2000К спираль станет оранжевой, при 3000К - желтой, при 5500К – белой, при 6000К – голубой, а потом – фиолетовой. 18000К – это верхняя, фиолетовая граница спектра видимого света (Разумеется, это опыт умозрительный, потому что в реальности спираль перегорит гораздо раньше, вольфрам расплавится уже при 3500К).

Итак, цветовая температура желтого цвета примерно 3000К. Это значит, что для того, чтобы получить точно такой же желтый цвет, нагревая спираль, ее надо разогреть как раз до 3000 градусов по Кельвину. Что, конечно же, ни в коем случае не будет означать, что предмет синего цвета окажется горячее желтого. Человеку чисто психологически трудно привыкнуть к тому, что цветовая температура пламени свечи (1200К) ниже цветовой температуры чистого неба (12000К). Отсюда вытекает вывод: цветовую температуру источника света можно менять. Для этого сгодится самый обыкновенный светофильтр, крашеное стекло. Цветовую температуру лампы накаливания можно легко довести до тех же 12000К, воткнув в прожектор светофильтр. При этом реальная тепловая температура нити накаливания как была 2700К, так и останется.

Лампы и фары

Поначалу автомобили оборудовали ацетиленовыми лампами, очень быстро их сменили лампы накаливания. Со временем они совершенствовались, лучше становились рассеиватель и прожектор, но источником света неизменно служила вольфрамовая нить. У обычной лампы накаливания колба из силикатного стекла. Воздух из нее выкачан, а к электродам прикреплена вольфрамовая спираль. Недостатков у таких ламп хватает: вольфрам понемногу испаряется, оседает на стенках колбы, и стекло теряет прозрачность. Спираль истончается, растет ее сопротивление, и она в конце концов перегорает. Вольфрам нельзя раскалять беспредельно – расплавится нить. Значит, свечение будет желтоватым. Чтобы увеличить силу света и яркость, приходится удлинять и утолщать нить, а чем она длиннее, тем труднее фокусируется фарой . Наконец, КПД лампы накаливания всего-то 3% – львиная доля электроэнергии бесполезно превращается в тепло.

Во второй половине двадцатого века появилось новое поколение ламп накаливания: галогеновые. У такой лампы колба заполнена газами из группы галогенов. Особенность ее в том, что галоген возвращает частицы испарившегося вольфрама с колбы на спираль. Значит, ее можно разогреть до большей температуры, реально до 2700–3000°С. Светоотдача «галогенок» достигает 22–25 лм/Вт – в два раза больше, чем у классических ламп. Простой пример: световой поток обычной автомобильной 45-ваттной лампы – 600 люменов, а 55-ваттной «галогенки» – более полутора тысяч! Стекло «галогенок» не загрязняется со временем, а срок службы ощутимо больше. Колба из жаростойкого кварцевого стекла и повышенные требования к точности сборки спирали сказались на цене: «галогенка» дороже обычной лампы в несколько раз.

А в начале 90-х годов на автомобилях появились газоразрядные лампы, которые и называют в обиходе «ксеноновыми» или просто «ксеноном». В такой лампе нет раскаленной нити. Свет дает крошечная сфера из газов (один из них – ксенон, откуда и пошло название). Газы нагреты электрической дугой почти до солнечной температуры, более 4000°К. 35-ваттная газоразрядная лампа дает световой поток в 3000 люменов! В продаже есть лампы с разной цветовой температурой, от 3500К до 8000К.

3500К желтый – годится только для противотуманок
4300К бело-желтый, такие лампы идут в заводской комплектации автомобиля
5000К белый
6000К холодный белый с легким голубым
7000К голубой, яркость лампы значительно ниже, ездить с голубым светом плохо
8000К синий – легкий фиолетовый, яркость еще хуже

Разумеется, такой разбег цветовых температур достигается не разным разогревом газа, а всего-навсего подкраской – в смесь газа вводятся добавки, которые и окрашивают световой поток. Интересно, что самый лучший, самый приятный для глаза свет дают лампы без красителей.
Свет ксеноновой лампы легко сформировать в точный световой пучок, а это значит, он он будет отчетливее. Такие лампы долговечны, не боятся вибраций. Ехать с ксеноном – одно удовольствие, видимость просто изумительная. Даже создается впечатление, что дальний свет и не нужен.

Любой предмет в окружающем нас мире имеет температуру, выше абсолютного нуля, а значит, испускает тепловое излучение. Даже лед, у которого отрицательная температура, является источником теплового излучения. В это трудно поверить, но это так. В природе температура -89°С не самая низкая, можно достичь ещё более низких температур, правда, пока что, в лабораторных условиях. Самая низкая температура, которая на данный момент теоретически возможна в пределах нашей вселенной - это температура абсолютного нуля и она равна -273,15°С. При такой температуре прекращается движение молекул вещества и тела полностью перестают испускать любое излучение (тепловое, ультрафиолетовое, а уж тем более видимое). Полная тьма, нет ни жизни, ни тепла. Возможно, кто-нибудь из вас знает, что цветовая температура измеряется в Кельвинах. Кто покупал себе домой энергосберегающие лампочки, тот видел надпись на упаковке: 2700К или 3500К или 4500К. Это как раз и есть цветовая температура светового излучения лампочки. Но почему измеряется в Кельвинах, и что означает Кельвин? Эта единица измерения была предложена в 1848г. Ульямом Томсоном (он же лорд Кельвин) и официально утверждена в Международной Системе единиц. В физике и науках, имеющих непосредственное отношение к физике, термодинамическую температуру измеряют как раз Кельвинах. Начало отчета температурной шкалы начинается с точки0 Кельвин , что означат -273,15 градуса Цельсия . То есть 0К - это и есть абсолютный нуль температуры . Можно легко перевести температуру из Цельсия в Кельвин. Для этого нужно просто прибавить число 273. Например, 0°С это 273К, тогда 1°С это 274К, по аналогии, температура тела человека 36,6°С это 36,6 + 273,15 = 309,75К. Вот так всё просто получается.

Чернее чёрного

С чего всё начинается? Всё начинается с нуля, в том числе и световое излучение. Черный цвет - это отсутствие света вовсе. С точки зрения цвета, черный - это 0 интенсивности излучения, 0 насыщенности, 0 цветового тона (его просто нет), это полное отсутствие всех цветов вообще. Почему мы видим предмет черным, а потому, что он почти полностью поглощает весь падающий на него свет. Существует такое понятие как абсолютно черное тело . Абсолютно черным телом называют идеализированный объект, который поглощает всё падающее на него излучение и ничего не отражающее. Конечно же, в реальности это недостижимо и абсолютно черных тел в природе не существует. Даже те предметы, которые кажутся нам черными, на самом деле не абсолютно черные. Но можно изготовить модель почти что абсолютно черного тела. Модель представляет собой куб с полой структурой внутри, в кубе проделано небольшое отверстие, через которое внутрь куба проникают световые лучи. Конструкция чем-то похожа на скворечник. Посмотрите на рисунок 1.

Рисунок 1 - Модель абсолютно черного тела.

Свет, попадающий внутрь сквозь отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. Даже если мы покрасим куб в черный цвет, отверстие будет чернее черного куба. Это отверстие и будет являться абсолютно черным телом . В прямом смысле слова, отверстие не является телом, а только лишь наглядно демонстрирует нам абсолютно черное тело.
Все объекты обладают тепловым излучением (пока их температура выше абсолютного нуля, то есть -273,15 градусов по Цельсию), но ни один объект не является идеальным тепловым излучателем. Одни объекты излучают тепло лучше, другие хуже, и всё это в зависимости от различных условий среды. Поэтому, применяют модель абсолютно черного тела. Абсолютно черное тело является идеальным тепловым излучателем . Мы можем даже увидеть цвет абсолютно черного тела, если его нагреть, и цвет, который мы увидим , будет зависеть от того, до какой температуры мы нагреем абсолютно черное тело. Мы вплотную подошли к такому понятию как цветовая температура. Посмотрите на рисунок 2.

Рисунок 2 - Цвет абсолютно черного тела в зависимости от температуры нагревания.

А) Есть абсолютно черное тело, мы его не видим вообще. Температура 0 Кельвин (-273,15 градуса Цельсия) - абсолютный нуль, полное отсутствие любого излучения.
б) Включаем «сверхмощное пламя» и начинаем нагревать наше абсолютно черное тело. Температура тела, посредством нагревания, повысилась до 273К.
в) Прошло ещё немного времени и мы уже видим слабое красное свечение абсолютно черного тела. Температура увеличилась до 800К (527°С).
г) Температура поднялась до 1300К (1027°С), тело приобрело ярко-красный цвет. Такой же цвет свечения вы можете увидеть при нагревании некоторых металлов.
д) Тело нагрелось до 2000К (1727°С), что соответствует оранжевому цвету свечения. Такой же цвет имеют раскаленные угли в костре, некоторые металлы при нагревании, пламя свечи.
е) Температура уже 2500К (2227°С). Свечение такой температуры приобретает желтый цвет. Трогать руками такое тело крайне опасно!
ж) Белый цвет - 5500К (5227°С), такой же цвет свечения у Солнца в полдень.
з) Голубой цвет свечения - 9000К (8727°С). Такую температуру путем нагреванием пламенем получить в реальности будет невозможно. Но такой порог температуры вполне достижим в термоядерных реакторах, атомных взрывах, а температура звезд во вселенной может достигать десятки и сотни тысяч Кельвин. Мы можем лишь увидеть такой же голубой оттенок света, например, у светодиодных фонарей, небесных светил или других источников света. Цвет неба в ясную погоду примерно такого же цвета.Подводя итог ко всему вышесказанному, можно дать четкое определение цветовой температуры. Цветовая температура - это температура абсолютно черного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Проще говоря, температура 5000К - это цвет, который приобретает абсолютно черное тело при нагревании его до 5000К. Цветовая температура оранжевого цвета - 2000К, это означает, что абсолютно черное тело необходимо нагреть до температуры 2000К, чтобы оно приобрело оранжевый цвет свечения.
Но цвет свечения раскаленного тела не всегда соответствует его температуре. Если пламя газовой плиты на кухне сине-голубого цвета, это не значит, что температура пламени свыше 9000К (8727°С). Расплавленное железо в жидком состоянии имеет оранжево-желтый оттенок цвета, что в действительности соответствует его температуре, а это примерно 2000К (1727°С).

Цвет и его температура

Чтобы представить себе как это выглядит в реальной жизни, рассмотрим цветовую температуру некоторых источников: ксеноновых автомобильных ламп на рисунке 3 и люминесцентных ламп на рисунке 4.

Рисунок 3 - Цветовая температура ксеноновых автомобильных ламп.

Рисунок 4 - Цветовая температура люминесцентных ламп.

В Википедии я нашел числовые значения цветовых температур распространенных источников света:
800 К — начало видимого темно-красного свечения раскалённых тел;
1500—2000 К — свет пламени свечи;
2200 К — лампа накаливания 40 Вт;
2800 К — лампа накаливания 100 Вт (вакуумная лампа);
3000 К — лампа накаливания 200 Вт, галогенная лампа;
3200—3250 К — типичные киносъёмочные лампы;
3400 К — солнце у горизонта;
4200 К — лампа дневного света (тёплый белый свет);
4300—4500 K — утреннее солнце и солнце в обеденное время;
4500—5000 К — ксеноновая дуговая лампа, электрическая дуга;
5000 К — солнце в полдень;
5500—5600 К — фотовспышка;
5600—7000 К — лампа дневного света;
6200 К — близкий к дневному свет;
6500 К — стандартный источник дневного белого света, близкий к полуденному солнечному свету;6500—7500 К — облачность;
7500 К — дневной свет, с большой долей рассеянного от чистого голубого неба;
7500—8500 К — сумерки;
9500 К — синее безоблачное небо на северной стороне перед восходом Солнца;
10 000 К — источник света с «бесконечной температурой», используемый в риф-аквариумах (актиниевый оттенок голубого цвета);
15 000 К — ясное голубое небо в зимнюю пору;
20 000 К — синее небо в полярных широтах.
Цветовая температура является характеристикой источника света. Любой видимый нами цвет имеет цветовую температуру и не важно, какой это цвет: красный, малиновый, желтый, пурпурный, фиолетовый, зеленый, белый.
Труды в области изучения теплового излучения абсолютно черного тела принадлежат основоположнику квантовой физики Максу Планку. В 1931 году на VIII сессии Международной комиссии по освещению (МКО, в литературе часто пишется как CIE) была предложена цветовая модель XYZ. Данная модель представляет собой диаграмму цветности. Модель XYZ представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Диаграмма цветности XYZ.

Числовые значения X и Y определяют координаты цвета на диаграмме. Координата Z определяет яркость цвета, она в данном случае не задействована, так как диаграмма представлена в двухмерном виде. Но самое интересное на этом рисунке - это кривая Планка, которая характеризует цветовую температуру цветов на диаграмме. Рассмотрим её поближе на рисунке 6.

Рисунок 6 -Кривая Планка

Кривая Планка на этом рисунке немного урезана и «слегка» перевернута, но на это можно не обращать внимание. Чтобы узнать цветовую температуру какого-либо цвета, нужно просто продолжить линию перпендикуляра до интересующей вас точки (участка цвета). Линия перпендикуляра, в свою очередь, характеризует такое понятие как смещение - степень отклонения цвета в зеленый или пурпурный. Те, кто работал с RAW-конвертерами, знают такой параметр как Tint (Оттенок) - это и есть смещение. Рисунок 7 отображает панель настройки цветовой температуры в таких RAW-конверторах как Nikon Capture NX и Adobe CameraRAW.

Рисунок 7- Панель настройки цветовой температуры у разных конвертеров.

Пора посмотреть, как определяется цветовая температура не просто отдельного цвета, а всего фотоснимка в целом. Возьмем, к примеру, деревенский пейзаж в ясный солнечный полдень. Кто имеет практический опыт в фотосъемках, знает, что цветовая температура в солнечный полдень составляет примерно 5500К. Но мало кто знает, откуда взялась эта цифра. 5500К - это цветовая температура всей сцены , т.е всего рассматриваемого изображения (картины, окружающего пространства, участка поверхности). Естественно, что изображение состоит из отдельных цветов, а у каждого цвета своя цветовая температура. Что получается: голубое небо (12000К), листва деревьев в тени (6000К), трава на поляне (2000К), разного рода растительность (3200К - 4200К). В итоге, цветовая температура всего изображения будет равна усредненному значению всех эти участков, т.е 5500К. Рисунок 8 наглядно демонстрирует это.

Рисунок 8 - Расчет цветовой температуры сцены снятой в солнечный день.

Следующий пример иллюстрирует рисунок 9.

Рисунок 9 - Расчет цветовой температуры сцены снятой на закате солнца.

На рисунке изображен красный цветочный бутончик, который как будто бы растет из пшеничной крупы. Снимок был сделан летом в 22:30, когда солнце шло на закат. В этом изображении преобладает большое количество цветов желтого и оранжевого цветового тона, хотя на заднем плане есть и голубой оттенок с цветовой температурой примерно 8500К, также есть почти чистый белый цвет с температурой 5500К. Я взял лишь 5 самых основных цветов в этом изображении, сопоставил их с диаграммой цветности и посчитал среднюю цветовую температуру всей сцены. Это, конечно же, примерно, но соответствует истине. Всего в этом изображении 272816 цветов и каждый цвет имеет свою цветовую температуру, если подсчитать среднюю для всех цветов вручную, то через пару месяцев мы сможем получить значение ещё более точное, чем подсчитал я. А можно написать программу для расчета и получить ответ гораздо быстрее. Идем дальше: рисунок 10.

Рисунок 10 - Расчет цветовой температуры других источников освещения

Ведущие шоу-программы решили не грузить нас расчетами цветовой температуры и сделали всего два источника освещения: прожектор, испускающий бело-зеленый яркий свет и прожектор, который светит красным светом, и всё это дело разбавили дымом….а, ну да - и поставили ведущего на передний план. Дым прозрачный, поэтому с легкостью пропускает красный свет прожектора и сам становится красный, а температура нашего красного цвета, согласно диаграмме - 900К. Температура второго прожектора - 5700К. Среднее между ними - 3300К Остальные участки изображения можно в расчет не брать - они почти черные, а такой цвет даже не попадает на кривую Планка на диаграмме, ведь видимое излучение раскаленных тел начинается примерно с 800К (красный цвет). Чисто теоретически, можно предположить и даже подсчитать температуру для темных цветов, но её значение будет пренебрежимо мало по сравнению с теми же 5700К.
И последнее изображение на рисунке 11.

Рисунок 11 - Расчет цветовой температуры сцены снятой в вечернее время.

Снимок сделан летним вечером после захода солнца. Цветовая температура неба располагается в районе синего цветового тона на диаграмме, что согласно кривой Планка, соответствует температуре примерно 17000К. Прибрежная растительность зеленого цвета имеет цветовую температуру примерно 5000К, а песок с водорослями имеет цветовую температуру где-то 3200К. Среднее значение всех этих температур примерно 8400К.

Баланс белого

С настройками баланса белого особенно хорошо знакомы любители и профессионалы занимающиеся видео и фотосъемками. В меню каждой, даже самой простой мыльницы-фотокамеры, есть возможность настроить этот параметр. Значки режимов настройки баланса белого выглядят примерно так, как показано на рисунке 12.

Рисунок 12 - Режимы настройки баланса белого в фотокамере (видеокамере).

Сразу следует сказать, что белый цвет объектов можно получить, если использовать источник света с цветовой температурой 5500К (это может быть солнечный свет, фотовспышка, другие искусственные осветители) и если сами рассматриваемые объекты белого цвета (отражают всё излучение видимого света). В остальных случаях белый цвет может быть лишь приближен к белому. Посмотрите на рисунок 13. На нем изображена та самая диаграмма цветности XYZ, которую мы недавно рассматривали, а в центре диаграммы помечена крестиком точка белого цвета.

Рисунок 13 - Точка белого цвета.

Отмеченная точка имеет цветовую температуру 5500К и как истинный белый цвет – она является суммой всех цветов спектра. Координаты у неё x = 0,33 и y = 0,33. Эта точка называется точкой равных энергий . Точка белого цвета. Естественно, если цветовая температура источника освещения 2700К, точка белого здесь и рядом не стоит, о каком уж тут белом цвете можно говорить? Там белых цветов никогда не будет! Белыми в данном случае могут быть только блики. Пример такого случая приведен на рисунке 14.

Рисунок 14 – Различная цветовая температура.

Баланс белого цвета – это установка значения цветовой температуры для всего изображения. При правильной установке вы получите цвета соответствующие тому изображению, которое вы видите. Если у получившегося снимка преобладают неестественные синие и голубые цветовые тона, значит, цвета «недостаточно нагреты», установлена слишком низкая цветовая температура сцены, необходимо её повысить. Если же на всём снимке преобладает красный тон – цвета «перегреты», установлена слишком высокая температура, необходимо её понизить. Пример тому - рисунок 15.

Рисунок 15 – Пример правильной и неправильной установки цветовой температуры

Цветовая температура всей сцены рассчитывается как средняя температура всех цветов данного изображения, поэтому в случае смешанных источников освещения или сильно отличающихся по цветовому тону цветов, фотокамера рассчитает среднюю температуру, что не всегда оказывается верно.
Пример одного такого некорректного расчета продемонстрирован на рисунке 16.

Рисунок 16 – Неизбежная неточность в установке цветовой температуры

Фотокамера не способна воспринимать резко отличающиеся яркости отдельных элементов изображения и их цветовую температуру так же, как зрение человека. Поэтому, чтобы сделать изображение почти таким же, как вы видели во время съемки, вам придется его корректировать в ручную в соответствии с вашим зрительным восприятием.

Эта статья больше предназначена для тех, кто ещё недостаточно хорошо знаком с понятием цветовой температуры и хотел бы узнать больше. Статья не содержит сложных математических формул и точных определений некоторых физический терминов. Благодаря вашим замечаниям, которые вы написали в комментариях, я внес небольшие поправки в некоторые абзацы статьи. Прощу прощения, за допущенные неточности.