Farben

Fachbereich Physik, Farben”.

Farbe ist ein physikalisches Phänomen des Lichts, das eng mit verschiedenen Wellenlängen im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums verbunden ist.
(Das elektromagnetische Spektrum ist der Sammelbegriff für alle bekannten Frequenzen und deren verbundene Wellenlängen der bekannten Photonen) Die Wahrnehmung von Farben beim Menschen und vielen Tieren ist ein äußerst komplexer neurophysiologischer Prozess. Farben können grundsätzlich als Mischungen von drei Primär- oder Primärfarben verstanden werden.
Sie dienen als Grundlage für viele wissenschaftliche und technische Analysemethoden. In der Farbmetrik beispielsweise werden die Konzentrationen von Probenlösungen durch Farbvergleiche bestimmt. Die Farbintensität der jeweiligen Probe wird bestimmt und mit der Farbintensität einer Lösung (Standardlösung) verglichen, deren Konzentration bekannt ist. Je ähnlicher die Farbintensität der bekannten Lösung mit der Intensität der Probe übereinstimmt, desto genauer wird die Konzentrationsbestimmung. In der
Regel wird eine ganze Reihe von Standardlösungen in der Farbmetrik (Farbmetrik ist “die Wissenschaft und Technologie zur Quantifizierung und Beschreibung der menschlichen Farbwahrnehmung) vor der Messung der Probe hergestellt.

Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen zwischen 350 und 750 Milliardstel Metern (ein Milliard

stel Meter ist ein Nanometer; (Der Nanometer oder Nanometer ist eine Längeneinheit im metrischen System, gleich einem Milliardstel Meter). Wenn alle Wellenlängen des sichtbaren Spektralbereichs mit ähnlichen Intensitäten auftreten, erscheint das Licht weiß, wobei die Helligkeit von der Gesamtintensität abhängt. Jede Wellenlänge entspricht einem sehr spezifischen Farbton, den das menschliche Auge wahrnimmt. Licht mit einer Wellenlänge von 750 Nanometern erscheint rot, violett beginnt bei 350 Nanometern. Dazwischen verschieben sich die Wellenlängen für blaues, grünes, gelbes und oranges Licht zunehmend von violett nach rot. Im Gegensatz zu den hellen Farben wie Rot, Blau und Gelb fehlt bei den so genannten achromatischen (Grau oder Grau ist eine Zwischenfarbe zwischen Schwarz und Weiß) den Farbtönen Weiß, Schwarz und Grau.
Entspricht das Licht nur einem sehr engen Spektralbereich, also fast nur einer einzigen Wellenlänge, so liegt eine reine Spektralfarbe vor. Solche Farben sind in der Natur sehr selten. Ein Beispiel für ihre künstliche Herstellung ist das gelbe Licht von Natriumdampflampen. Die meisten Farben umfassen daher mehrere Wellenlängen oder verschiedene Teilbereiche des sichtbaren Spektrums. (Das sichtbare Spektrum ist der Teil des elektromagnetischen Spektrums, der für das menschliche Auge sichtbar ist) Die wahrgenommene Farbe hängt vom Intensitätsverhältnis der auftretenden elektromagnetischen Wellen ab.
Die Helligkeit wird durch die Gesamtintensität bestimmt.
Das menschliche Auge kann das einfallende Licht nicht in seine Spektralkomponenten zerlegen. Daher kann das gleiche Farbempfinden durch unterschiedliche Mischungsverhältnisse verschiedener Farben, d.h. durch unterschiedliche physikalische Reize, entstehen. Beispielsweise enthält eine Mischung aus rotem und grünem Licht keine Wellen mit der Wellenlänge des rein gelben Lichts. Dennoch kann sie für das menschliche Auge so gelb erscheinen wie eine reine Spektralfarbe (Eine Spektralfarbe ist eine Farbe , die durch eine einzelne Wellenlänge des Lichts im sichtbaren Spektrum oder durch ein relativ schmales Wellenlängenband, auch monochromatisches Licht genannt) die Natriumdampflampe (Eine Natriumdampflampe ist eine Gasentladungslampe, die Natrium im angeregten Zustand verwendet, um Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge nahe 589 nm zu erzeugen) das Intensitätsverhältnis der Wellen geeignet ist.
Jedes Farbempfinden kann durch Mischen der entsprechenden Anteile von rotem, blauem und grünem Licht hervorgerufen werden (sog. additive Farbmischung). Diese drei Farben werden als additive Primärfarben bezeichnet, die zusammen weißes Licht mit annähernd gleicher Farbintensität erzeugen. Bestimmte Paare von reinen Spektralfarben werden Komplementärfarben genannt. Werden diese miteinander vermischt, kann auch die Farbe Weiß beibehalten werden. Beispiele für Komplementärfarben sind die Paare gelb und blau sowie rot und grün.
Die meisten für das Auge wahrnehmbaren Farben entstehen dadurch, dass das betreffende Objekt einen Teil (d.h. bestimmte Wellenlängenbereiche) des weißen Lichts absorbiert und den Rest nur reflektiert oder durchlässt. Die sichtbare Farbe ergibt sich aus dem Mischungsverhältnis der reflektierten oder transmittierten Wellenlängen. Dies wird auch als subtraktive Farbmischung bezeichnet.
Die drei standardisierten subtraktiven Grundfarben, die auch im Farbdruck verwendet werden o (Farbdruck oder Farbdruck ist die Wiedergabe eines Bildes oder Textes in Farbe (im Gegensatz zu einfacherem Schwarz-Weiß) in Tintenstrahldruckern sind magenta (lila), das Grün absorbiert, dann gelb, das Blau absorbiert, und cyan (blau), das Gelb absorbiert. Fällt beispielsweise grünes Licht auf eine rote Fläche, wird praktisch kein Licht reflektiert. Der Bereich erscheint dunkel bis schwarz. Mit geeigneten Mischungsverhältnissen der subtraktiven Grundfarben kann praktisch jeder gewünschte Farbton erzeugt werden. Alle drei Grundfarben bilden zusammen eine sehr dunkle, aber nicht ganz schwarze Oberfläche. Deshalb wird Schwarz als vierte Farbe gedruckt. Subtraktive Primärfarben (Ein Satz von Primärfarben ist ein kleiner, beliebiger Satz von pigmentierten physikalischen Medien, Lichtern oder rein abstrakten Elementen eines mathematischen Farbraummodells) werden auch in der Fotografie verwendet: Farbfilme enthalten Farbstoffe mit den Farben Magenta, (Magenta ist eine Farbe, die unterschiedlich definiert ist als purpurrot, rötlich-violett oder mauvisch-karmesinrot), Cyan  (Cyan ist grünlich-blau) und Gelb. Diese Farbstoffe werden durch Belichtung und anschließende Entwicklung bis zu einem gewissen Grad entfernt. Die Menge an Farbe (Farbe oder Farbe ist die Eigenschaft der menschlichen Sehwahrnehmung, die durch Farbkategorien beschrieben wird, mit Namen wie rot, gelb, lila oder blau) entspricht dem jeweiligen Farbton an jeder Stelle des Bildes.
Der Farbton, mit dem ein Kontrast für das Auge sichtbar wird, hängt jedoch nicht nur vom jeweiligen Anteil der Farbstoffe auf seiner Oberfläche ab, sondern auch von der Lichtquelle, mit der er beleuchtet wird. Zum Beispiel ist das Licht einer Glühlampe (Eine Glühbirne, Glühlampe oder Glühlampe ist ein elektrisches Licht mit einem Draht, der auf eine so hohe Temperatur erhitzt wird, dass er mit sichtbarem Licht leuchtet) als ein viel höherer Anteil an langwelligem Rotlicht als Sonnenlicht. Daher hat das von einem Objekt im Lampenlicht reflektierte Licht eine andere Zusammensetzung als im Sonnenlicht. Diese Farbunterschiede sind meist nicht wahrnehmbar, da sich das Auge an das jeweilige Licht gewöhnt und es als weiß interpretiert. So wird sichergestellt, dass das Objekt sozusagen immer in der richtigen Farbe erscheint. Dieses Phänomen beruht auf der gemeinsamen Leistung von Auge und Gehirn. Der amerikanische Physiker Edwin Herbert Land, (Edwin Herbert Land, ForMemRS, FRPS, Hon.MRI war ein amerikanischer Wissenschaftler und Erfinder, am besten bekannt als Mitbegründer der Polaroid Corporation), der die Sofortbildfotografie erfand ((Die Sofortbildkamera ist eine Art von Kamera, die einen selbst entwickelten Film verwendet, um einen chemisch entwickelten Druck kurz nach der Aufnahme des Bildes zu erzeugen). Er konnte zeigen, dass die Sinnesreize der Zapfen in der Netzhaut  (Die Netzhaut (pl) des Auges nur einen Teil der Farbwahrnehmung verursachen und dass die Wahrnehmung von Formen und Farben hauptsächlich im Gehirn stattfindet.
Auge und Gehirn sind auch in der Lage, Farben mit wenig Information zu rekonstruieren. Um dies zu zeigen, fotografierte Land das gleiche Objekt mit zwei Schwarzweißfilmen, einen unter rotem und einen unter grünem Licht. Als die Dias, eines mit einer roten und eines mit einer grünen Projektionslampe, auf ein und dieselbe Leinwand projiziert wurden, entstand ein komplett farbiges Bild. Der gleiche Effekt wurde beobachtet, wenn eines der Dias mit einer weißen Lampe projiziert wurde.
Nach dem Austausch der Lampen in den Projektoren wird ein Bild in den Komplementärfarben w (Komplementärfarben sind Farbpaare, die sich gegenseitig aufheben) wie auf dem Bildschirm erzeugt.

Der genaue Mechanismus der Lichtabsorption durch farbige Substanzen ist manchmal sehr komplex. Sie hängt im Wesentlichen mit der molekularen Struktur der Substanzen zusammen.
Bei organischen Verbindungen sind Substanzen mit ungesättigtem Charakter (d.h. mit Doppelbindungen) besonders farbig. In der Farben- und Lackindustrie kann der Farbton eines Farbstoffes durch Variation der molekularen Komponenten verändert werden. Einige anorganische Verbindungen sind farblos. Ausnahmen sind beispielsweise zahlreiche Verbindungen von Übergangsmetallen.
Farbe kann auch durch andere physikalische Phänomene als Absorption verursacht werden. Die Farben von Perlmutt, (Perlmutt, auch Perlmutt genannt, ist ein organisch-anorganischer Verbundwerkstoff, der von einigen Weichtieren als innere Schalenschicht produziert wird; er bildet auch die äußere Beschichtung von Perlen) Seifenblasen oder Ölfilme auf Wasser werden durch Interferenzen verursacht. Bestimmte Arten von Kristallen zeigen unterschiedliche Farben, wenn sie unter verschiedenen Winkeln belichtet werden.
Dieses Phänomen nennt man Pleochroismus. (Pleochroismus ist ein optisches Phänomen, bei dem eine Substanz unter verschiedenen Winkeln, insbesondere bei polarisiertem Licht, unterschiedliche Farben zu haben scheint. So erscheint eine sehr dünne Goldfolie im durchscheinenden Licht grün. Das sogenannte Feuer einiger Edelsteine, z.B. Diamanten , entsteht durch die spektrale Zersetzung von weißem Licht. Ein ähnlicher Effekt ist bei Prismen zu beobachten. Wenn bestimmte Stoffe mit Licht einer bestimmten Farbe beleuchtet werden, absorbieren sie dieses Licht und emittieren Licht mit einer anderen Farbe, die immer einer längeren Lichtwellenlänge entspricht. (In der Physik ist die Wellenlänge einer Sinuswelle die räumliche Periode der Welle – die Entfernung, über die sich die Wellenform wiederholt. (Fluoreszenz ist die Emission von Licht durch eine Substanz, die Licht oder andere elektromagnetische Strahlung absorbiert hat) Wenn sie mit einer Verzögerung auftritt, wird sie als Phosphoreszenz bezeichnet. (Phosphoreszenz ist eine spezifische Art der Photolumineszenz, die mit der Fluoreszenz zusammenhängt) Das Blau des Himmels entsteht durch Streuung der Lichtkomponenten mit kürzeren Wellenlängen (violett und blau) durch die Gasmoleküle in der Atmosphäre. Ähnliches kann man in einem Kino beobachten: Von der Seite gesehen hat der Projektionslichtstrahl einen blauen Schimmer. Der Schimmer entsteht durch Lichtstreuung auf Staub und Schwebeteilchen in der Luft.

Neurophysiologisch = Wissenschaftsgebiet, das sich der Frage widmet, wie Nervenzellen Informationen empfangen und übertragen.
Die Messung erfolgt über das Maß, in dem Licht von der zu analysierenden Flüssigkeit absorbiert wird.
Komponente = (lat.) Teil eines Ganzen, Komponente (z.B. eine chemische Verbindung (Eine chemische Verbindung ist eine Einheit bestehend aus zwei oder mehr Atomen, mindestens zwei aus verschiedenen Elementen, die sich über chemische Bindungen verbinden).