دمای رنگ

هنگامی که جسم سیاهی گرم می‌شود، در دماهای مختلف نورهای متفاوتی ایجاد می‌کند که این نورها تمام طیف مرئی را پوشش می‌دهند. برای مشخّص کردن نورها و رنگ‌ها از دمای جسم سیاهی که آن را تولید می‌کند، استفاده می‌کنند. نوری که از شیشه منشور می‌گذرد، به لحاظ بستگی ضریب شکست به طول موج یا پاشیدگی مواد، به رنگ‌های تشکیل دهنده آن تجزیه می‌شود، مانند نور سفید که به طیف وسیع هفت رنگ خود تجزیه می‌گردد. طیف نور مرئی نام بخشی از طیفی الکترومغناطیسی است که با چشم انسان قابل رویت و تشخیص است. طول موج طیف مرئی بین ۳۸۰ تا ۷۵۰ نانومتر[۱] و بسامد آن‌ بین ۴۰۰ تا ۷۰۰ تراهرتز است. حساسیت چشم انسان به طول موج‌های مختلف الکترومغناطیسی متفاوت است و بیشترین حساسیت را به طول موج ۰٫۵۵۵ میکرون دارد. چشم انسان حساسیت بالایی نسبت به طول موج دارد به‌طوری‌که در طول موج‌های ۰٫۵۱ میکرون حساسیت چشم به ۵۰٪ کاهش پیدا می‌کند. منحنی حساسیت چشم انسان نسبت به نور مرئی بازگوکننده این است که میزان حساس بودن چشم انسان با گذشت زمان با شرایط محیطی تطبیق یافته‌است. دمای رنگ یا درجه حرارت رنگ که با واحد کلوین سنجیده می‌شود، بیان‌کنندهٔ رنگ نور است.

به عبارتی دیگر به میزان گرمی و سردی طیف منابع نوری؛ درجه حرارت رنگی آن منبع می‌گویند که بر اساس درجه کلوین محاسبه می‌شود، یعنی هر منبع نور دارای درجه حرارت رنگی مخصوص به خود است که به نوعی رنگ طیف‌های مورد پراکنش از آن منبع را تعیین می‌کند و با درجه کلوین نیز سنجیده می‌شود.

در عکاسی و بویژه فیلمبرداری یا تصویربرداری درجه حرارت رنگی منابع نور برای ثبت رنگ اجسام و محیط توسط دوربین بسیار با اهمیت است زیرا چنانچه درجه حرارت رنگی یک منبع نور پایین باشد رنگها به سمت زرد و نارنجی و چنانچه درجه حرارت رنگی منبع نوری بالا باشد رنگ اجسام یا طیف منتشره از همان منبع به سمت آبی یا بنفش متمایل می‌شود.

درجه حرارت رنگی را فیزیکدان معروف بریتانیایی لرد کلوین طی آزمایشی ابداع کرد او برای اینکار یک قطعه فلز کاملاً سیاه تابشگر (black radiator) را بصورت کروی درآورد و درون آن را خالی کرد. سپس بر روی بدنهٔ این فلز تابشگر لوله‌هایی مسی قرار داد تا بتواند آب گرم را بر روی بدنهٔ گوی سیاه به حرکت درآورده و بدنهٔ گوی را گرم کند.

کلوین در مقابل فرورفتگی این حفره نیز دستگاهی بنام اسپکتروفتومتر قرار داد. این دستگاه می‌تواند طول موج‌های متصاعد شده از یک منبع نور را شناسایی و ثبت کند. کلوین با به گردش درآوردن آب گرم بر روی جسم سیاه تابشگر مولکولهای منجمد جسم سیاه را وادار به حرکت کرد و اسپکتروفتومتر نیز طول موج‌های متصاعد شده از گوی سیاه را در هر حرارتی ثبت می‌کرد.

طول موج‌های منتشره از فلز کاملاً سیاه تابشگر عبارت بود از:

قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی، بنفش (هفت طیف رنگین کمان) که باختصار می‌توان آنها را «بناس زنق» نامید.

به‌عبارتی با بالا رفتن درجه حرارت، طیف‌های منتشره از جسم سیاه تابشگر از گرمی به سردی متمایل می‌شدند.

کلوین با فرض اینکه درجه حرارت شیئ سیاه مطلق، منهای ۲۷۳ درجه سانتیگراد باشد (صفر کلوین) با دانستن درجه حرارت منبع آب گرم و تفریق آن دو می‌توانست برای هر طیف یک درجه حرارت رنگی تعریف کند.

بعنوان مثال اگر هنگام تراوش طیف زرد منبع آب گرم ۳۴۷۳ درجهٔ سانتیگراد گرما داشته باشد با تفریق آن از ۲۷۳ درجه به میزان کلوین ۳۲۰۰ درجه می‌رسید لذا حرارت رنگی آن طیف را ۳۲۰۰ درجه کلوین قرار می‌داد.

از آن زمان میزان گرمی یا سردی طیف‌های تراوش شده از منابع نوری را با عددی بیان می‌کنند که همان درجه حرارت رنگی منبع نور بر حسب کلوین است که در لامپ‌های حرفه‌ای تصویربرداری این عدد بر روی لامپ نوشته شده‌است.

هر چه کلوین منابع نور پایین باشد نور متمایل به رنگ گرم (زرد و نارنجی) است و هر چه کلوین منبع نور بالا باشد رنگ منبع به سمت (آبی و بنفش) متمایل می‌شود.

به کلوین ۳۲۰۰ درجه کلوین داخلی و به کلوین ۵۴۰۰ درجه کلوین خارجی می‌گویند.

کلوین نور خورشید که رنگ سفید استاندارد را تولید می‌کند ۵۴۰۰ درجه کلوین است اما این به شرطی است که طیف نور خورشید با زمین زاویه ۴۵ درجه بسازد لذا زمان تابش نور خورشید در رنگ نور آن نیز تأثیر دارد.

همانطور که گفتیم هرچه درجهٔ کلوین بالاتر باشد نور متصاعد شده خنک‌تر و روشن‌تر خواهد بود و به همین نحو درجهٔ کلوین پایین‌تر بیانگر نورهای گرم مانند زرد و قرمز است. لامپهای ۱۴۰۰۰ کلوین به رنگ سفید دیده می‌شود و ۲۰۰۰۰ کلوین به رنگ آبی. تعریف علمی دمای رنگ: اگر جسم سیاه گرم شود، در دماهای مختلف نورهای متفاوتی ایجاد می‌کند و این نورها تمام طیف مرئی را پوشش می‌دهند. برای توضیح این تعریف، رنگ فلز گداخته را در نظر بگیرید. وقتی یک تکه فولاد گداخته می‌شود، در ابتدا رنگ آن قرمز تیره می‌شود. وقتی که گرم‌تر شود، دارای رنگی بین آبی و سفید می‌شود. این پدیده رابطه بین دما و رنگ را نشان می‌دهد. با بالاتر رفتن دما رنگ فلز گداخته به آبی مایل به بنفش تبدیل شده و سرانجام اشعه ماوراء بنفش نامرئی ساطع می‌کند. وقتی قطعه فلز از منبع حرارت دور شود، رنگ آن زرد، سپس نارنجی و قرمز می‌شود؛ بنابراین دمای رنگ بر اساس رنگ تابیده شده از جسمی سیاه در دمای معیین تعریف شده‌است و بر حسب درجه کلوین بیان می‌شود. دمای رنگ بیشتر از ۴۰۰۰ درجه کلوین به عنوان نور سرد و دمای رنگ پایین‌تر از ۳۰۰۰ درجه کلوین به عنوان نور گرم در نظر گرفته می‌شود.