Wieso haben Farben unterschiedliche Wellenlängen?

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Schöne Frage zum Verständnis:

Welche Farbe hat ein roter Ball in absoluter Dunkelheit?

Antwort:

Schwarz.

Denn die Farben entstehen erst wenn Licht im Spiel ist. Unser Auge + Gehirn nimmt elektromagnetische Wellen mit den Wellenlängen von ca. 400 - 800 nm als unterschiedliche Farben wahr.

Entweder ein Körper sendet selbst Licht aus, wie eine Lampe oder die Sonne, oder es wird Licht reflektiert. Dabei wird den Atomen und Molekülen in einem Körper Energie zugeführt. Das kann z.B. Wärme oder elektrischer Strom sein. Dadurch werden Elektronen in der Elektronenhülle der Atome und Moleküle angeregt und nehmen damit energiereichere Positionen ein. Dort sind sie aber unstabil und bestrebt wieder den stabilen energiearmen Zustand einzunehmen. Um das zu tun geben sie Energie ab, in Form von Strahlung, als elektromagnetische Wellen. Ist der Wellenlängenbereich zwischen 400 und 800 nm sehen wir das als Licht.

Trifft weißes Licht auf den roten Ball, dann werden die Moleküle darin angeregt und die Elektronen geben dann rotes Licht ab, oder mehrere Wellenlängen, die unser Gehirn sich zu einem Roten Eindruck zusammen bastelt. Die anderen Wellenlängen werden absorbiert und in Wärme umgewandelt. Die Energieniveaus der Elektronen sind immer genau definiert, also auch die Farbe, die daraus entsteht. Darum unterscheiden sich unterschiedliche Stoffe in ihrer Farbigkeit.

Trifft also kein Licht auf einen Körper, oder werden die Elektronen nicht durch wärme oder Strom angeregt, kann es keine Farben geben, da die Farben Elektromagnetische Wellen sind und erst bei dem Prozess der Elektronenanregung entstehen.

Die Umrechnung von der Wellenlänge in eine Frequenz erfolgt mit der einfachen Formel
Frequenz ist Lichtgeschwindigkeit geteilt durch die Wellenlänge:

f =c / lambda

Die Wellenlängen in dem Bereich zwischen ca. 380 bis ca. 750 nm lösen in unserem Auge einen organischen Reiz auf Farbrezeptoren der Netzhaut aus, so wie Schallwellen einer bestimmten Frequenz bzw. Wellenlänge in unserem Ohr den Reiz eines Tones auslösen. Während jedoch das Ohr gleichzeitig eintreffende Schallwellen getrennt hören kann, registriert das Auge nur die Summe aller gleichzeitig auf die Netzhaut eintreffenden Lichtstrahlen unterschiedlicher Frequenz. Das liegt daran, dass die drei verschiedenen Farbrezeptoren, nämlich für Rot, Grün und Blau, nur auf bestimmte Frequenzbereiche des Lichtes reagieren und diese dann aber mischen.

Unterschiedliche Wellenlängen lösen bei unterschiedlichen Farbrezeptoren auf der Netzhaut eine Reaktion aus. Daraus macht das Gehirn einen Farbeindruck. Licht ist selber nicht farbig, es ist noch nicht mal hell. Erst wenn es von einem Gehirn detektiert wird lösen Lichtwellen im Bereich des sichtbaren Spektrums einen Farbeindruck aus.

wie verhält sich das Licht bei der Farbe Schwarz?

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