Dispersion, Farbwahrnehmung und Farbmischung
Nach einem Regenschauer steht ein Regenbogen am Himmel. Dein Bildschirm zeigt Millionen Farben, obwohl er nur Leuchtpunkte in drei Farben hat. Ein roter Apfel ist rot, aber unter einer grünen Lampe sieht er fast schwarz aus. Und im Malkasten ergibt Gelb mit Blau Grün, doch ein gelber und ein blauer Scheinwerfer ergeben zusammen fast weißes Licht.
Wie passt das zusammen? Du lernst, woraus weißes Licht besteht, warum Körper farbig aussehen und wie sich Farben mischen.
Prisma und Dispersion
Das Prisma kennst du aus Klasse 5 und 6: Weißes Licht fächert sich zu einem Spektrum von Rot bis Violett auf. Jetzt kannst du erklären, warum. Die Stärke der Brechung hängt von der Farbe des Lichts ab: Violettes Licht wird stärker gebrochen als rotes. Diese Abhängigkeit heißt Dispersion. Weil jede Farbe beim Eintritt in das Prisma und beim Austritt ein wenig anders abgelenkt wird, laufen die Farben auseinander.
Das Prisma färbt das Licht nicht. Die Farben stecken schon im weißen Licht. Ein zweites, umgekehrt gestelltes Prisma kann sie wieder zu Weiß zusammenführen.
Spektrum und Wellenlänge
Licht lässt sich als Welle beschreiben, ähnlich wie eine Wasserwelle, nur viel kleiner. Der Abstand von einem Wellenberg zum nächsten heißt Wellenlänge. Jede Farbe hat ihre eigene Wellenlänge. Sie ist so klein, dass man sie in Nanometern (nm) angibt: 1 nm ist ein millionstel Millimeter. Violett hat die kürzeste Wellenlänge, Rot die längste. Je kürzer die Wellenlänge, desto stärker wird das Licht gebrochen. Darum wird Violett im Prisma am stärksten abgelenkt.
| Farbe | Wellenlänge (etwa) |
|---|---|
| Violett | 400 bis 450 nm |
| Blau | 450 bis 490 nm |
| Grün | 490 bis 570 nm |
| Gelb | 570 bis 590 nm |
| Orange | 590 bis 620 nm |
| Rot | 620 bis 750 nm |
Das ist das sichtbare Licht. Kürzere Wellenlängen (ultraviolett) und längere (infrarot) sieht das Auge nicht. Die Farben gehen ineinander über, die Grenzen sind nur Näherungen. Weißes Licht ist ein Gemisch aus allen Wellenlängen des sichtbaren Lichts.
Wie viele Wellenlängen passen in ein Haar?
Wie viele Wellenlängen passen in ein Haar?
Rotes Licht hat eine Wellenlänge von 700 nm. Angenommen, ein Haar ist 0,07 mm dick. Wie viele Wellenlängen passen nebeneinander in die Dicke des Haares?
1 nm ist ein millionstel Millimeter, also sind 1 mm = 1 000 000 nm. Das Haar ist 0,07 mm = 0,07 · 1 000 000 nm = 70 000 nm dick. Jetzt teilst du: 70 000 nm : 700 nm = 100. Es passen etwa 100 Wellenlängen hinein.
Farbeindruck durch Absorption
Die meisten Körper leuchten nicht selbst. Du siehst ihre Farbe, weil sie aus dem weißen Licht einen Teil absorbieren, also verschlucken, und den Rest zurückwerfen oder durchlassen. Dein Auge sieht die Farben, die übrig bleiben.
- Ein roter Apfel wirft vor allem rotes Licht zurück und absorbiert die übrigen Farben.
- Weißes Papier wirft fast alle Farben zurück. Schwarzer Stoff absorbiert fast alle.
- Ein Farbfilter, zum Beispiel eine rote Folie, lässt nur Licht seiner Farbe durch und absorbiert den Rest.
Ein Körper kann nur zurückwerfen, was im Licht enthalten ist, das ihn trifft. Fehlt Rot im Licht, kann der Apfel kein Rot zurückwerfen.
Welche Farbe sieht man?
Welche Farbe sieht man?
Ein roter Apfel wirft vor allem rotes Licht zurück. Wie sieht er aus, wenn er mit a) weißem, b) rotem und c) grünem Licht beleuchtet wird?
a) Weißes Licht enthält Rot. Der Apfel wirft es zurück und sieht rot aus.
b) Rotes Licht wirft er ebenfalls zurück. Er sieht rot aus.
c) Grünes Licht enthält kein Rot. Der Apfel absorbiert das Grün, und fast nichts gelangt in dein Auge. Er sieht fast schwarz aus.
Additive Farbmischung
Fallen verschiedenfarbige Lichter auf dieselbe Stelle, addieren sie sich. Das ist die additive Farbmischung. Dein Auge hat drei Arten von Sinneszellen für Farben, die auf Rot, Grün und Blau am stärksten ansprechen. Darum kann man aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau fast jede Farbe mischen.
| Mischung | Farbe |
|---|---|
| Rot und Grün | Gelb |
| Grün und Blau | Cyan (ein helles Blaugrün) |
| Blau und Rot | Magenta (ein Rotviolett) |
| Rot, Grün und Blau | Weiß |
Je mehr Lichter zusammenkommen, desto heller wird es. Das Auge kann echtes gelbes Licht nicht von einer Mischung aus Rot und Grün unterscheiden. Bildschirme, Fernseher und Bühnenscheinwerfer mischen additiv. Ein Bildpunkt besteht aus drei winzigen Leuchtpunkten in Rot, Grün und Blau.
Subtraktive Farbmischung
Legst du Farbfilter hintereinander oder mischst du Farben im Malkasten, nimmt jede Schicht einen Teil des Lichts weg. Das ist die subtraktive Farbmischung. Ihre Grundfarben sind Cyan, Magenta und Gelb. Jeder dieser Filter absorbiert eine Grundfarbe des Lichts:
- Cyan absorbiert Rot und lässt Grün und Blau durch.
- Magenta absorbiert Grün und lässt Rot und Blau durch.
- Gelb absorbiert Blau und lässt Rot und Grün durch.
Hintereinander kommt nur durch, was jeder Filter durchlässt:
| Filter | Es bleibt übrig |
|---|---|
| Gelb und Cyan | Grün |
| Gelb und Magenta | Rot |
| Cyan und Magenta | Blau |
| Cyan, Magenta und Gelb | fast nichts: Schwarz |
Je mehr Farben, desto dunkler. Drucker mischen subtraktiv aus Cyan, Magenta und Gelb und nehmen noch Schwarz dazu.
Mischen oder filtern?
Mischen oder filtern?
a) Ein roter und ein grüner Scheinwerfer leuchten auf dieselbe weiße Wand. Welche Farbe siehst du? Und wenn ein blauer dazukommt?
b) Weißes Licht geht erst durch einen gelben, dann durch einen cyanfarbenen Filter. Welche Farbe kommt heraus?
a) Das ist additive Mischung. Rot und Grün ergeben Gelb. Kommt Blau dazu, sind alle drei Grundfarben beisammen: Die Wand sieht weiß aus.
b) Das ist subtraktive Mischung. Der gelbe Filter absorbiert Blau und lässt Rot und Grün durch. Der Cyanfilter absorbiert Rot und lässt Grün und Blau durch. Beide lassen nur Grün durch. Es kommt grünes Licht heraus.
Gelb und Blau ergeben immer Grün
Gelb und Blau ergeben immer Grün
„Gelb und Blau mischt man zu Grün. Das gilt auch für Licht.“
Das gilt für Malfarben und Filter, also subtraktiv. Bei Licht addiert sich alles. Gelbes Licht besteht aus Rot und Grün. Kommt Blau dazu, sind alle drei Grundfarben beisammen, und das Ergebnis ist weiß.
Ein roter Körper sendet rotes Licht aus
Ein roter Körper sendet rotes Licht aus
„Der Pulli ist rot, weil er rotes Licht erzeugt.“
Der Pulli leuchtet nicht selbst. Er wirft nur den roten Teil des Lichts zurück, das ihn trifft, und absorbiert die anderen Farben. Im Dunkeln hat er keine Farbe.
Zusammenfassung
Dispersion heißt, dass die Brechung von der Farbe abhängt. Violett wird stärker gebrochen als Rot, darum zerlegt ein Prisma weißes Licht.
Jede Farbe hat eine Wellenlänge, gemessen in Nanometern. Sichtbares Licht reicht von etwa 400 nm (Violett) bis etwa 750 nm (Rot).
Ein Körper erscheint farbig, weil er einen Teil des Lichts absorbiert und den Rest zurückwirft oder durchlässt.
Additive Farbmischung ist das Mischen von Lichtern. Rot, Grün und Blau ergeben zusammen Weiß.
Subtraktive Farbmischung ist das Mischen von Filtern oder Malfarben. Cyan, Magenta und Gelb ergeben zusammen fast Schwarz.
Gelb und Blau ergeben als Malfarben Grün, als Lichter Weiß.
Übungen
Welche Farbe wird im Prisma am stärksten abgelenkt?
Grünes Licht hat eine Wellenlänge von 500 nm. Wie viele solcher Wellenlängen passen nebeneinander in 1 Millimeter? Schreibe die Zahl ohne Punkt.
Ein grüner Pullover wird nur mit rotem Licht beleuchtet. Wie sieht er aus?
Gelbes Licht (aus Rot und Grün gemischt) und blaues Licht treffen auf dieselbe Stelle einer weißen Wand. Welche Farbe siehst du?
Erkläre, warum ein gelber und ein cyanfarbener Filter hintereinander grünes Licht ergeben.