El color está en la materia

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Luz y color
La luz es un fenómeno complejo que clásicamente se explica con un modelo simple basado en los rayos y los frentes de onda. Las expresiones moleculares Microscopía Primer explora muchos de los aspectos de la luz visible a partir de una introducción a la radiación electromagnética y continuando a través de la visión humana y la percepción del color. Cada sección se describen a continuación es un tratado independiente sobre un aspecto limitado de la luz y el color. Esperamos que disfrute de su visita y encontrar las respuestas a sus preguntas.

Radiación Electromagnética - La luz visible es un fenómeno complejo que clásicamente se explica con un modelo simple basado en los rayos de multiplicación y de frentes de onda, un concepto propuesto en el finales de 1600 por el neerlandés físico Christiaan Huygens. La radiación electromagnética, la familia más grande de los fenómenos en forma de onda a la que pertenece la luz visible (también conocida como energía radiante), es el principal transporte de energía a través de las vastas extensiones del universo. Los mecanismos por los cuales se emite la luz visible o absorbidos por las sustancias, y cómo reacciona previsiblemente en condiciones muy variables a medida que viaja por el espacio y la atmósfera, forman la base de la existencia de color en nuestro universo.

Luz: partícula o una onda? - Muchos distinguidos científicos han tratado de explicar cómo la radiación electromagnética puede mostrar lo que se ha dado en llamar la dualidad, o ambos-como partículas y como ondas comportamiento. A veces la luz se comporta como si estuviera compuesta de partículas, y otras veces como una onda continua. Esta complementarias, o doble, el papel de las propiedades de la luz puede ser empleado para describir todas las características conocidas que se han observado experimentalmente, que van desde la refracción, la reflexión, la interferencia y difracción, a los resultados con luz polarizada y el efecto fotoeléctrico.

Las fuentes de luz visible - Una amplia variedad de fuentes son los responsables de las emisiones de radiación electromagnética, y generalmente se clasifican de acuerdo con el espectro de longitudes de onda específicas generadas por la fuente. Relativamente largas ondas de radio son producidas por corriente eléctrica que circula a través de enormes antenas de transmisión, aunque es mucho más corta las ondas de luz visible son producidos por las fluctuaciones de energía del estado de los electrones con carga negativa dentro de los átomos. La forma más corta de la radiación electromagnética, las ondas gamma, los resultados de la descomposición de los componentes nucleares en el centro del átomo. La luz visible que los seres humanos son capaces de ver es generalmente una mezcla de longitudes de onda cuya composición variable está en función de la fuente de luz.

Fluorescencia - El fenómeno de la fluorescencia era conocido a mediados del siglo XIX. El científico británico Sir George G. Stokes primero hizo la observación de que la fluorita minerales exhibe fluorescencia cuando se ilumina con luz ultravioleta, y acuñó la palabra "fluorescencia". Stokes observó que la luz fluorescente tiene mayor longitud de onda de la luz de excitación, un fenómeno que se ha vuelto a ser conocido como el desplazamiento de Stokes. La microscopia de fluorescencia es un método excelente para estudiar el material que se puede hacer para fluorescencia, ya sea en su forma natural (la llamada primaria o fluorescencia auto) o cuando son tratados con productos químicos capaces de fluorescentes (conocida como fluorescencia de secundaria). El microscopio de fluorescencia fue ideado en la primera parte del siglo XX por August Koehler, Reichert Carl, y Heinrich Lehmann, entre otros. Sin embargo, el potencial de este instrumento no se realizó durante varias décadas, y microscopía de fluorescencia es ahora un importante (e indispensable tal vez) la herramienta de la biología celular.

Speed of Light - A partir de 1676 con los esfuerzos avance Ole Roemer, la velocidad de la luz se ha medido por lo menos 163 veces por más de 100 investigadores que utilizan una amplia variedad de técnicas diferentes. Finalmente, en 1983, más de 300 años después del intento de la primera medición graves, la velocidad de la luz se definió como 299,792.458 kilómetros por segundo por el XVII Congreso General de Pesos y Medidas. Así, el metro se define como la distancia que viaja la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1 / 299, 792,458 segundos. En general, sin embargo, (aunque en muchos cálculos científicos) la velocidad de la luz se redondea a 300.000 kilómetros (o 186.000 millas) por segundo.

Reflexión de la luz - Reflexión de la luz (y otras formas de radiación electromagnética) se produce cuando las olas de superficie o un encuentro otro límite que no absorbe la energía de la radiación y rebota las ondas de la superficie. La onda de la luz entrante se conoce como una onda incidente y la onda que es rebotada fuera de la superficie se llama onda reflejada. El ejemplo más simple de reflexión de la luz visible es la superficie de cristal-como de una piscina sin problemas de agua, donde se refleja la luz de una manera ordenada para producir una imagen clara de los paisajes que rodean la piscina. Tira una piedra en el estanque, y el agua se perturba para formar olas, que perturban la imagen de la escena por la dispersión de la luz reflejada en todas direcciones.

Refracción de la Luz - A medida que pasa la luz de una sustancia en otra, viajará directamente a través sin cambio de rumbo para cruzar la frontera entre las dos sustancias frontal (perpendicular, o un ángulo de 90 grados de incidencia). Sin embargo, si los efectos de luz la frontera en cualquier otro ángulo, será doblada o refractada, con el grado de refracción aumenta a medida que el haz es progresivamente inclinada en un ángulo mayor con respecto a la frontera. A modo de ejemplo, un haz de luz de agua que golpea verticalmente no se refracta, pero si el haz de entrar en el agua con un ligero ángulo será refractada en un grado muy pequeño. Si el ángulo del haz se incrementa aún más, la luz se refractan con mayor proporción al ángulo de entrada. Los primeros científicos se dieron cuenta que la relación entre el ángulo en que la luz atraviesa la interfaz de medios de comunicación y el ángulo de refracción es producida después de una característica muy precisa del material que produce el efecto de refracción.

Difracción de la luz - Dependiendo de las circunstancias que dan origen al fenómeno, la difracción se puede percibir en una variedad de maneras diferentes. Los científicos han utilizado hábilmente de difracción de neutrones y rayos-X para dilucidar la disposición de los átomos en pequeños cristales iónicos, moléculas, e incluso esos grandes asambleas macromoleculares como proteínas y ácidos nucleicos. Difracción de electrones se emplea a menudo para examinar las características de los virus de periódicos, las membranas y otros organismos biológicos, así como sintéticas y materiales de origen natural. No existe la lente que se centrará neutrones y rayos-X en una imagen, por lo que los investigadores deben reconstruir las imágenes de moléculas y proteínas a partir de los patrones de difracción mediante análisis matemáticos sofisticados. Afortunadamente, las lentes magnéticas pueden centrarse difractada electrones en el microscopio electrónico, y las lentes de cristal son muy útiles para enfocar la luz difractada para formar una imagen óptico que puede ser visto fácilmente.

Polarización de la Luz - El ojo humano no tiene la capacidad de distinguir entre la luz polarizada y orientadas al azar, y la luz polarizada en un plano sólo se puede detectar a través de un efecto de color o intensidad, por ejemplo, por el deslumbramiento reducida en el uso de gafas polarizadas dom En efecto, los seres humanos no pueden diferenciar entre las imágenes de alto contraste real observada en un microscopio de luz polarizada y las imágenes idénticas de los mismos especímenes capturados en formato digital (o en una película), y luego se proyecta en una pantalla con una luz que no está polarizado. Los primeros indicios de la existencia de la luz polarizada en torno a 1669 cuando surgieron Erasmus Bartholin descubrió que los cristales del mineral espato de Islandia (más comúnmente conocida como la calcita) produce una doble imagen cuando los objetos son vistos a través de los cristales en luz transmitida. Durante sus experimentos, Bartholin observó también un fenómeno bastante inusual. Cuando los cristales de calcita se rotan sobre su eje, una de las imágenes se mueve en un círculo alrededor de la otra, proporcionando una fuerte evidencia de que los cristales son de alguna manera la división de la luz en dos haces diferentes.

Fundamentos de la interferencia - La relación aparentemente estrecha entre la difracción y la interferencia se produce porque en realidad son manifestaciones del mismo proceso físico y producen efectos recíprocos ostensiblemente. La mayoría de nosotros observar algún tipo de interferencia óptica casi todos los días, pero generalmente no se dan cuenta de los acontecimientos en juego detrás de la pantalla a menudo caleidoscópica de color que se produce cuando las ondas de luz interfieren entre sí. Uno de los mejores ejemplos de interferencia se demuestra por la luz reflejada por una capa de aceite flotando en el agua. Otro ejemplo es la fina película de una pompa de jabón, lo que refleja un espectro de colores hermosos cuando son iluminados por fuentes de luz natural o artificial.

Birrefringencia óptica - cristales anisotrópicos, tales como el cuarzo, calcita y la turmalina, tienen ejes cristalográficamente distintas e interactuar con la luz mediante un mecanismo que depende de la orientación de la red cristalina en relación con el ángulo de luz incidente. Cuando la luz entra en el eje óptico de los cristales anisótropos, se comporta de manera similar a la interacción con los cristales lo es, y pasa a través a una velocidad única. Sin embargo, cuando la luz entra en un eje no equivalentes, se refracta en dos rayos polarizados cada uno con las direcciones de vibración orientados en ángulos rectos entre sí, y viajando a diferentes velocidades. Este fenómeno se denomina la doble refracción o birrefringencia y se exhibe en un grado mayor o menor medida en todos los cristales anisótropos.

Temperatura de color - El concepto de temperatura de color es de importancia crítica en la fotografía e imagen digital, independientemente de si el dispositivo de captura de la imagen es una cámara, un microscopio o telescopio. La falta de un equilibrio adecuado entre la temperatura de color de la fuente de luz del microscopio y la emulsión de la película o sensor de imagen es la razón más común para los cambios de color inesperado en microfotografía e imágenes digitales. Si la temperatura de color de la fuente de luz es demasiado baja para la película, fotomicrografías tendrán un color amarillento en general o un yeso rojizo y aparecerá caliente. Por otro lado, cuando la temperatura de color de la fuente de luz es demasiado alta para la película, fotomicrografías tendrá un color azul y aparecerá fresco. El grado de desajuste determinará el alcance de estos cambios de color, con grandes discrepancias que lleva a los extremos en las variaciones de color. Quizá el mejor ejemplo es la película con luz natural utilizado en un microscopio equipado con una fuente de iluminación de tungsteno-halógeno, sin el beneficio de los filtros de balance de color. En este caso, las fotomicrografías habrá un cambio muy grande en color hacia tonos más cálidos rojizos y amarillentos. Como problemática ya que estos cambios de color pueda parecer, siempre se puede corregir fácilmente mediante el uso adecuado de la conversión y filtros de luz de equilibrio.

Primary Colors - El ojo humano es sensible a una estrecha banda de radiación electromagnética que se encuentra en el rango de longitud de onda entre 400 y 700 nanómetros, comúnmente conocido como el espectro de luz visible, que es la única fuente de color. Cuando se combinan, todas las longitudes de onda presentes en la luz visible, aproximadamente un tercio de la distribución total del espectro que supera con éxito a través de la atmósfera de la Tierra, la forma de luz sin color blanco que se puede refracta y dispersa en sus colores componentes por medio de un prisma. Los colores rojo, verde y azul son clásicamente considerados los colores primarios porque son fundamentales para la visión humana. La luz se percibe como blanco por los seres humanos cuando los tres tipos de conos celulares son a la vez estimulada por cantidades iguales de rojo, verde y azul claro.

Filtros de luz - La mayoría de las fuentes comunes de luz natural y artificial emiten una amplia gama de longitudes de onda que cubren todo el espectro de luz visible, con algunos se extiende a las regiones ultravioleta y rayos infrarrojos también. Para aplicaciones de iluminación simples, tales como luces de la habitación interior, linternas, al contado y los faros de automóviles, y un anfitrión de otros consumidores, los negocios y aplicaciones técnicas, el espectro de longitudes de onda ancha es bastante aceptable y útil. Sin embargo, en muchos casos es deseable reducir el rango de longitud de onda de la luz para aplicaciones específicas que requieren una región seleccionada del color o la frecuencia. Esta tarea se puede lograr fácilmente mediante el uso de filtros especializados que transmiten algunas longitudes de onda y selectivamente absorben, reflejan, refractan, o difractan longitudes de onda no deseadas.

Humanos visión y la percepción del color - La visión humana del color estéreo es un proceso muy complejo que no se comprende por completo, a pesar de cientos de años de intenso estudio y la modelización. Visión implica la interacción casi simultánea de los dos ojos y el cerebro a través de una red de neuronas, los receptores y otras células especializadas. Los primeros pasos en este proceso sensorial son la estimulación de receptores de luz en los ojos, la conversión de los estímulos luminosos o imágenes en señales, y la transmisión de señales eléctricas que contenga la información de visión de cada ojo al cerebro a través de los nervios ópticos. Esta información es procesada en varias etapas, hasta alcanzar la corteza visual del cerebro.

Luz y Energía - La humanidad siempre ha estado dependiendo de la energía del sol es la luz, tanto directamente - en busca de calor, para secar la ropa, cocinar, e indirectamente a proporcionar alimentos, agua y aire. Nuestra conciencia del valor de los rayos del sol gira en torno a la manera en que nos beneficiamos de la energía, pero hay muchas más implicaciones fundamentales de la relación entre la luz y la energía. Sea o no la humanidad inventa mecanismos ingeniosa para aprovechar la energía del sol, nuestro planeta y los cambios del entorno es naturalmente contenida dentro impulsado por la energía de la luz solar.

Introducción a la Óptica Geométrica y lentes - La acción de una lente simple, similar a muchos de los que se utilizan en el microscopio, se rige por los principios de la refracción y reflexión y puede ser entendida con la ayuda de unas pocas reglas simples acerca de la geometría existente en rastreo de los rayos de luz a través de la lente. Los conceptos básicos analizados en este debate, que se derivan de la ciencia de la óptica geométrica, conducirá a una comprensión del proceso de amplificación, las propiedades de las imágenes reales y virtuales, y aberraciones o defectos.

Propiedades básicas de los Espejos - Reflexión de la luz es una propiedad fundamental inherente e importante de los espejos, y es cuantitativamente mide por la relación entre la cantidad de luz reflejada por la superficie y que incide sobre la superficie, un término conocido como la reflectividad. Espejos de diferente diseño y la construcción varían ampliamente en su reflectividad, de casi 100 por ciento para los espejos altamente pulidos recubiertas con metales que reflejan longitudes de onda visible e infrarroja, a casi cero para los materiales que absorben fuertemente.

Prismas y Beamsplitters - Prismas y beamsplitters son componentes esenciales que se doblan, por partes, reflexionar, y doblar la luz a través de las vías de los sistemas de óptica a la vez simple y sofisticado. Corte y el suelo con las tolerancias específicas y los ángulos exactos, prismas son bloques de pulido de vidrio u otros materiales transparentes que se pueden emplear para desviar o desviarse un haz de luz, rotar o invertir una imagen, la polarización estados separados, o dispersar la luz en longitudes de onda que lo componen. Muchos diseños prisma puede realizar más de una función, que a menudo incluye el cambio de la línea de visión y al mismo tiempo acortar el camino óptico, lo que reduce el tamaño de los instrumentos ópticos.

Fundamentos láser - La luz ordinaria natural y artificial es liberado por los cambios de energía a nivel atómico y molecular que se producen sin ninguna intervención externa. Un segundo tipo de luz existe, sin embargo, y se produce cuando un átomo o molécula mantiene su exceso de energía hasta estimulado a emitir la energía en forma de luz. Los láseres están diseñados para producir y amplificar esta forma estimulada de luz intensa y concentrada en las vigas. La palabra láser fue acuñado como un acrónimo de Amplificación de luz por la Emisión Estimulada de Radiación. La naturaleza especial de la luz láser ha hecho de la tecnología láser de una herramienta vital en casi todos los aspectos de la vida cotidiana como las comunicaciones, el entretenimiento, la industria manufacturera, y la medicina.

Luz y color Java Tutoriales - conceptos difíciles en la física de la luz y la ciencia de la óptica son mucho más fáciles de entender con la ayuda de tutoriales interactivos que muestran diversos aspectos de los principios implicados. Echa un vistazo a estos interesantes tutoriales de Java-applets que exploran una amplia gama de conceptos a la luz, el color y la óptica.

Autores colaboradores

Abramowitz Mortimer - América del Olimpo, Inc., dos empresas Center Drive. York, Melville, Nueva, 11747.

Kenneth R. Primavera - Consultor Científico, Lusby, Maryland, 20657.

Matthew J. Parry-Hill, Brian O. Flynn, Kirill I. Tchourioukanov, Thomas J. leñadores ya Michael W. Davidson - Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético, 1800 Paul Dirac Dr. Oriente, la Universidad Estatal de Florida, Tallahassee, Florida, 32310 .

http://translate.google.com/translate?hl=es&sl=en&u=http://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/index.html&ei=5E_0S9DdHYfMMLGnoaQO&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=1&ved=0CBgQ7gEwAA&prev=/search%3Fq%3DMatthew%2BJ.%2BParry-Hill,%2BBrian%2BO.%2BFlynn,%2BKirill%2BI.%2BTchourioukanov,%2BThomas%2BJ.%2Ble%25C3%25B1adores%2Bya%2BMichael%2BW.%2BDavidson%2B-%2BLaboratorio%2BNacional%2Bde%2BAlto%2BCampo%2BMagn%25C3%25A9tico,%2B1800%2BPaul%2BDirac%2BDr.%2BOriente,%2Bla%2BUniversidad%2BEstatal%2Bde%2BFlorida,%2BTallahassee,%2BFlorida,%2B32310%26hl%3Des%26sa%3DG