¿Cómo se relaciona la temperatura con el color?

Question

Pasé un tiempo estudiando sobre las temperaturas y el color de los objetos. Resulta que al calentar algo se vuelve rojo, luego blanco amarillento y si lo calentamos más se vuelve blanco azulado.

Como podemos decir que una estrella azul es más caliente que una estrella roja. Pero, ¿por qué no ocurre lo mismo con las llamas?

La llama azul no siempre es más caliente que la roja. Es sólo la química de todo esto.

Quiero decir que sé que los electrones saltan de una órbita a otra y entran en estado excitado cuando se calientan.

Pero las preguntas que me hago son:

1. Si un objeto aparece azul y otro rojo, eso no siempre significa que el objeto azul esté más caliente que el rojo. ¿Es eso cierto? Si es así, ¿cómo es eso? Lo siento pero estoy un poco confundido al respecto.

2. Con el concepto de "Temperatura de Color" en Wikipedia. Dicen que 1.700 K para coincidir con una llama. Pero de 15.000 a 27.000 K para un cielo azul claro en el polo.

Esto me confunde. El cielo parece azul, ¿significa eso que está caliente? Pero no es así, ¿verdad? Es más frío. No estoy seguro de poder encuadrarlo bien. Es un poco confuso para mí.

¿Se trata de algo así como un objeto brillante frente a un objeto reflectante? El sol es blanco pero la Tierra es azul. Pero el sol es más caliente que la tierra. Es el sol el que irradia luz pero la tierra solo la dispersa.

Pero la temperatura de la superficie del sol es de 5778K mientras que la Wikipedia afirma que nuestro cielo tiene una temperatura de entre 15000K y 27000... Sé que hay algo que se me escapa. Espero que alguien pueda decirme qué es.

Answer 1

1) Si un objeto aparece azul y otro rojo. Eso no siempre significa que el objeto azul es más caliente que el rojo? ¿Es eso correcto? Si es así ¿entonces cómo es eso? Lo siento, pero estoy un poco confundido al respecto.

Sí, es correcto: cuando un objeto brilla en azul al arder, significa que tiene más temperatura que un objeto que brilla en rojo. Esto se debe a que un objeto que brilla en azul tiene más energía. Energía de un objeto de temperatura $T$ (en kelvins) se calcula mediante esta ecuación: $E=kT$ donde $k$ es la constante de Boltzmann. Energía de una luz con frecuencia $f$ se calcula con esta ecuación: $E=hf$ donde $h$ es la constante de Plank. Así que radiaciones espectrales de la luz emitida con la frecuencia $f$ del objeto con temperatura $T$ se calcula utilizando $\beta(T) = \frac{2hf^3}{c^2}\frac{1}{e^{\frac{hf}{kT}}-1}$ . Para la derivación Véase Ley de Plank . Cuanto más alta es la frecuencia de la luz, más energía tiene y se ve "más azul" y cuanto más baja es la frecuencia, menos energía y se ve "más roja".

Aquí hay una muy buena imagen de la "luz" (la luz es parte del espectro que vemos (espectro visible), el espectro completo se llama espectro electromagnético, pero para simplificar vamos a llamarlo sólo luz) espectro:

Aquí hay un muy buen diagrama de la luz emitida con la longitud de onda $\lambda$ de un objeto con temperatura $T$ (en kelvins). (NOTA: para la luz con frecuencia $f$ La longitud de onda es $\lambda = \frac{c}{f}$ donde $c$ es la velocidad de la luz).

2) Con el concepto de "Temperatura de color" en Wikipedia. Dicen que 1.700 K para la llama de una cerilla. Pero de 15.000 a 27.000 K para un cielo azul claro en el polo.

Esto me confunde. El cielo parece azul, ¿significa eso que hace calor? Pero no no lo es, ¿verdad? Está más frío. No estoy seguro de ser capaz de enmarcarlo correctamente. Es un poco confuso para mí.

¿Se trata de algo así como un objeto brillante frente a un objeto reflectante? El sol es blanco pero la Tierra es azul. Pero el sol es más caliente que la tierra. Es el sol irradiando luz pero la tierra solo la dispersa.

Puede calcular radiaciones espectrales . La radiación espectral es como un (la radiancia espectral no es totalmente la intensidad, es como una intensidad) intensidad de la luz emitida con la frecuencia $f$ del objeto con temperatura $T$ (en kelvins) de la luz emitida por un objeto con temperatura $T$ (en kelvins) utilizando esta ecuación: $$\beta(T) = \frac{2hf^3}{c^2}\frac{1}{e^{\frac{hf}{kT}}-1}$$ La Tierra es azul porque refleja luz, no la emite. Pero el Sol no refleja la luz (es un cuerpo negro, pero no perfecto), sólo la emite, por eso está más caliente.

Answer 2

Permítanme recomendarles el Artículo de la Wikipedia sobre la temperatura del color pero te advierto que, aunque ese artículo es bastante bueno, dice algunas cosas engañosas y, como siempre, es posible que quieras visitar una biblioteca o hacer una investigación más extensa en línea. Si quieres aprender las matemáticas de cómo se correlacionan el color y la temperatura en la radiación térmica, mira el excelente artículo de Ley de desplazamiento de Wien . (Spoiler: es pico de longitud de onda de la luz = una constante / temperatura o pico de frecuencia de la luz = una constante diferente pero relacionada * temperatura)

1) Si un objeto aparece azul y otro rojo. ¿Eso no significa siempre que el objeto azul esté más caliente que el rojo? ¿Es eso correcto?

Eso es precisamente correcto. De hecho, la mayoría de los colores que vemos a nuestro alrededor en el curso normal de la vida no están correlacionados con la temperatura de esta manera. Los físicos han descubierto que el espectro de radiación emitido por un objeto está correlacionado con la temperatura del mismo. Si el objeto está lo suficientemente caliente, emite luz visible. La temperatura de color de la que hablamos aquí es la temperatura a la que un radiador perfecto (negro) emitiría radiación de la misma frecuencia media.

Si es así, ¿cómo es posible? La mayor parte de la luz que vemos a nuestro alrededor no es térmica; su color se deriva de las diferencias en las propiedades de los distintos materiales. Por ejemplo, las moléculas de aire sobre nuestras cabezas dispersan la luz azul unas ocho veces más fácilmente que la luz roja, por lo que vemos un fuerte color azul. Para obtener luz de una fuente puramente térmica que fuera en algún sentido medio "igualmente azul", habría que calentar esa fuente a unas cuatro veces la temperatura de la fotosfera de nuestro Sol.

Las únicas fuentes térmicas que se ven en la vida cotidiana son cosas como los cables de las tostadoras o las bobinas de los hornos que se ponen al rojo vivo, el Sol y las estrellas fijas, y las luces incandescentes.
Todo lo que se ve por la luz reflejada (incluidos los planetas y la Luna, así como casi todo lo que se ve en la Tierra que no es roja o más caliente), o la luz dispersa (como el cielo azul), o varios tipos de emisión no térmica (láseres, LEDs, fluorescentes, rayos). Incluso las llamas abiertas -la luz de las velas y la del fuego- no son térmicas, una vela no está ni de lejos a los miles de grados que su color parece indicar; si quieres ver cómo funcionan los colores térmicos, una buena manera es observar a los sopladores de vidrio en su trabajo y mirar a través de la pequeña ventana de su horno.

Si se utilizan cámaras o gafas de infrarrojos, se puede ver una representación de la radiación térmica de objetos como personas o árboles o el escape caliente de un vehículo. Busca "imágenes térmicas" en un motor de búsqueda o en una biblioteca y encontrarás algunas imágenes que muestran las cosas cálidas como brillantes y las más frías como más oscuras. Recuerda que los colores que ves en esas imágenes son "falsos", no puedes ver esos colores con tus ojos, aunque puedes sentirlos en tu piel y algunos animales, como las víboras de fosetas, pueden "verlos" directamente con órganos sensoriales adaptados a la luz infrarroja.

Nota:
Cuando la gente habla de "temperatura del color" puede referirse a varias cosas diferentes, especialmente:

1. la temperatura de color correlativa (CCT), es decir, la temperatura a la que debería calentarse un cuerpo negro (radiador térmico perfecto) para emitir luz del mismo color medio.

2. Algún tipo de "temperatura de color percibida" que varía en función de quién realice el mapeo de color/temperatura. Por lo general, parece que se trata de hacia atrás del CCT, de modo que el rojo y el naranja son colores "cálidos" y el azul, el morado y el verde se denominan colores "fríos", pero no tiene por qué ser un simple mapa al revés; por ejemplo, el rojo podría denominarse "cálido", y el naranja "caliente", entonces el verde es "frío", y el azul, "frío". No existe una lista universal de cómo la gente clasifica los colores psicológica o artísticamente en términos de temperatura; de hecho, según los diseñadores visuales, hay "grises cálidos" y "grises fríos" que ni siquiera encajarían en la escala del CCT. Esto significa que si estás leyendo un libro y se habla de colores cálidos o fríos, es posible que no tengas una forma real de saber a qué tipo de color se refiere, a menos que lo captes por el contexto de ese libro en particular.

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Además, las personas ven el color de forma muy diferente a como lo hace un simple analizador de espectro; nuestra visión depende en gran medida del fondo y de la historia. La misma frecuencia que nos parece amarilla en un contexto puede parecer verde o naranja en otro.

El cielo parece azul, ¿significa eso que hace calor?

No, sus dudas aquí están bien justificadas. El cielo azul no es una fuente de luz térmica. De hecho, asignarle una temperatura térmica es un poco falso, ya que hay otra forma de medir "la temperatura del cielo" con un telescopio que da una respuesta mucho más sensata. (se apunta con el telescopio a un trozo de cielo y se pone una especie de termómetro en el foco - le aseguro que no se obtienen 27.000 grados para un trozo de cielo azul de esta manera, pero sí se obtiene el tipo de temperatura correcta para el Sol). Hubiera sido mejor decir simplemente "Si se mide el perfil de intensidad de la luz frente a la frecuencia para la luz de este parche de cielo azul, la intensidad máxima es bla bla, que resulta ser la misma que la frecuencia máxima de la luz emitida por la radiación puramente térmica de una estrella cuya superficie está a 25.000 grados C, ¿no es interesante?". O alguna construcción parecida.

Tenga en cuenta que la luz realmente lo hace tienen una temperatura medible de otra manera que depende tanto de la frecuencia media de la luz como de lo "termalizada" que esté la luz. En este sentido, la luz procedente de fuentes térmicas, como el Sol o un horno, tiene justo el tipo de temperatura que has leído antes de hacer la pregunta, pero la luz procedente de otras fuentes suele ser más "fría". La luz fluorescente sería "fría" y la luz láser "extremadamente fría". Este sentido es en realidad la forma más coherente y útil que conozco para hablar de la luz y la temperatura, pero poca gente parece utilizarlo fuera de las personas que realmente utilizan o estudian la física atómica o la física del láser. Creo que es probable que se haga más popular en el futuro y entonces la gente dirá con mucha menos frecuencia cosas confusas y tontas sobre la temperatura del cielo azul y demás.

Answer 3

La página de la wikipedia sobre la temperatura del color dice: "La temperatura del color de una fuente de luz es la temperatura de un radiador ideal para cuerpos negros que irradia luz de un tono comparable al de la fuente de luz". Es decir, un objeto ideal lo más negro posible. Pensemos en un trozo de roca volcánica: generalmente es muy negro y parece negro, pero emite un espectro de radiación infrarroja debido al efecto del cuerpo negro. Pero eso no es todo: puede reflejar la luz, puede tener su propio color, puede tener muchas otras cosas que no entran en la categoría de "cuerpo negro perfecto", en cuyo caso las leyes no se aplican [perfectamente].

1. Si un cuerpo negro perfecto parece "más caliente" que otro, entonces es más caliente. Sin embargo, si los objetos no son cuerpos negros perfectos (como un cubo de juguete rojo brillante comparado con una pala de juguete azul brillante), esta ley no se aplica. La forma más sencilla en que los objetos pueden obtener su color es absorbiendo toda la luz que no sea de ese color. Una cosa así se llama pigmento . Pero si sigues preguntando "cómo consigue esto su color" (películas de jabón, prismas, por qué la curva del cuerpo negro es como es es), descubrirá que las cosas se complican y que hay muchas formas diferentes .

2. Tienes razón con lo del sol. Vea esta demostración: Walter Lewin, Por amor a la física . (También hay una demostración con el humo de los cigarrillos). La atmósfera dispersa la luz azul y acaba en nuestros ojos. La atmósfera no es $27000\mbox{K}$ .