Weiße Farbe in Wissenschaft und Natur

Weiß ist die hellste Farbe und ist achromatisch (ohne Farbton), weil es alle sichtbaren Wellenlängen des Lichts vollständig reflektiert und streut. Es hat die Farbe von Neuschnee, Kreide und Milch und ist das Gegenteil von Schwarz.

Im alten Ägypten und im alten Rom trugen Priesterinnen Weiß als Symbol der Reinheit, und Römer trugen eine weiße Toga als Symbol der Staatsbürgerschaft. Im Mittelalter und in der Renaissance symbolisierte ein weißes Einhorn Keuschheit und ein weißes Lamm Opfer und Reinheit. Es war die königliche Farbe der Könige von Frankreich und der monarchistischen Bewegung, die sich während des russischen Bürgerkriegs (1917-1922) gegen die Bolschewiki stellte. Griechische und römische Tempel wurden mit weißem Marmor konfrontiert, und ab dem 18. Jahrhundert, mit dem Aufkommen der neoklassischen Architektur, wurde Weiß die häufigste Farbe von neuen Kirchen, Kapitolen und anderen Regierungsgebäuden, besonders in den Vereinigten Staaten. Es war auch weit verbreitet in der modernen Architektur des 20. Jahrhunderts als Symbol der Modernität und Einfachheit verwendet.

Nach Umfragen in Europa und den Vereinigten Staaten ist Weiß die Farbe, die am häufigsten mit Perfektion, dem Guten, Ehrlichkeit, Sauberkeit, dem Anfang, dem Neuen, Neutralität und Genauigkeit assoziiert wird. Weiß ist eine wichtige Farbe für fast alle Weltreligionen. Der Papst, das Oberhaupt der römisch-katholischen Kirche, wird seit 1566 als Symbol für Reinheit und Opfergabe weiß getragen. Im Islam und in der Shinto Religion von Japan wird es von Pilgern getragen; und von den Brahmanen in Indien. In westlichen Kulturen und in Japan ist Weiß die gebräuchlichste Farbe für Brautkleider und symbolisiert Reinheit und Jungfräulichkeit. In vielen asiatischen Kulturen ist Weiß auch die Farbe der Trauer.

Etymologie
Das Wort weiß setzt das alte Englisch hwīt fort, letztlich aus einem gemeinsamen germanischen * χwītaz, das sich auch in der OHG (h) wíz widerspiegelt, ON hvítr, Goth. Das ist. Die Wurzel ist letztlich von Proto-Indo-europäischen Sprache * kwid-, überlebt auch in Sanskrit Śveta „weiß oder hell“ und slawischen světŭ „Licht“. Das isländische Wort für Weiß, hvítur, leitet sich direkt von der altnordischen Form des Wortes hvítr ab. Common Germanic hatte auch das Wort * blantz („weiß, hell, blendend“), in spätes Latein als * blancus entlehnt, die die Quelle für romanische Wörter für „weiß“ (Katalanisch, Okzitanisch und Französisch blanc, Spanisch blanco, Italienisch bianco , Galizisch-Portugiesische Branco, etc.). Das Gegenteil von Weiß ist schwarz.

Einige außereuropäische Sprachen haben eine Vielzahl von Begriffen für Weiß. Die Inuit-Sprache hat sieben verschiedene Wörter für sieben verschiedene Nuancen von Weiß. Sanskrit hat bestimmte Wörter für helles Weiß, das Weiß der Zähne, das Weiß des Sandelholzes, das Weiß des Herbstmondes, das Weiß des Silbers, das Weiß der Kuhmilch, das Weiß der Perlen, das Weiß eines Sonnenstrahls, und das Weiß der Sterne. Japanisch hat sechs verschiedene Wörter, abhängig von Brillanz oder Dumpfheit, oder wenn die Farbe inert oder dynamisch ist.

Wissenschaftliches Verständnis (Farbwissenschaft)
Licht wird vom menschlichen Sehsystem als weiß wahrgenommen, wenn das einfallende Licht für das Auge alle drei Arten von farbempfindlichen Kegelzellen im Auge in etwa gleicher Menge stimuliert. Materialien, die selbst kein Licht emittieren, erscheinen weiß, wenn ihre Oberflächen den größten Teil des diffusen Lichts reflektieren.

weißes Licht
Im Jahr 1666 demonstrierte Isaac Newton, dass weißes Licht in seine zusammengesetzten Farben zerlegt werden konnte, indem man es durch ein Prisma führte und dann ein zweites Prisma verwendete, um sie wieder zusammenzusetzen. Vor Newton glaubten die meisten Wissenschaftler, dass Weiß die Grundfarbe des Lichts sei.

Weißes Licht kann von der Sonne, von Sternen oder von erdgebundenen Quellen wie Leuchtstofflampen, weißen LEDs und Glühlampen erzeugt werden. Auf dem Bildschirm eines Farbfernsehers oder Computers wird Weiß durch Mischen der Primärfarben des Lichts erzeugt: Rot, Grün und Blau (RGB) bei voller Intensität, ein Prozess, der additive Mischung genannt wird (siehe Bild unten). Weißes Licht kann unter Verwendung von Licht mit nur zwei Wellenlängen hergestellt werden, beispielsweise durch Mischen von Licht von einem Rot- und Cyan-Laser oder von gelben und blauen Lasern. Dieses Licht wird jedoch sehr wenig praktische Anwendungen haben, da die Farbwiedergabe von Objekten stark verzerrt sein wird.

Die Tatsache, dass Lichtquellen mit stark unterschiedlichen spektralen Leistungsverteilungen zu einer ähnlichen sensorischen Erfahrung führen können, liegt an der Art und Weise, wie das Licht vom visuellen System verarbeitet wird. Eine Farbe, die aus zwei verschiedenen spektralen Leistungsverteilungen entsteht, wird als Metamerie bezeichnet.

Viele der Lichtquellen, die weißes Licht emittieren, emittieren Licht bei fast allen sichtbaren Wellenlängen (Sonnenlicht, Glühlampen mit verschiedenen Farbtemperaturen). Dies hat zu der Vorstellung geführt, dass weißes Licht als eine Mischung von „allen Farben“ oder „allen sichtbaren Wellenlängen“ definiert werden kann. Diese verbreitete Idee ist ein Missverständnis und könnte ursprünglich von der Tatsache herrühren, dass Newton entdeckte, dass Sonnenlicht aus Licht mit Wellenlängen im sichtbaren Spektrum besteht. Zusammenfassend, da „alle Farben“ weißes Licht erzeugen, dann muss Weiß aus „allen Farben“ bestehen, ist ein üblicher logischer Fehler, der als Bestätigung der Folge bezeichnet wird, was die Ursache für das Missverständnis sein könnte.

Ein Bereich spektraler Verteilungen von Lichtquellen kann als weiß wahrgenommen werden – es gibt keine einzelne, eindeutige Spezifikation von „weißem Licht“. Zum Beispiel, wenn Sie eine „weiße“ Glühbirne kaufen, können Sie eine beschriftet 2700K, 6000K, etc., die Licht mit sehr unterschiedlichen Spektralverteilungen erzeugen, und doch dies wird nicht verhindern, dass Sie die Farbe der Objekte, die sie beleuchten identifizieren .

Weiße Objekte
Farbsehen ermöglicht es uns, verschiedene Objekte anhand ihrer Farbe zu unterscheiden. Um dies zu tun, kann die Farbkonstanz die wahrgenommene Farbe eines Objekts relativ unverändert halten, wenn sich die Beleuchtung unter verschiedenen breiten (weißlichen) Spektralverteilungen von Licht ändert.

Das gleiche Prinzip wird in der Fotografie und Kinematografie verwendet, wo die Wahl des weißen Punktes eine Transformation aller anderen Farbreize bestimmt. Änderungen oder Manipulation des Weißpunkts können verwendet werden, um einige optische Täuschungen wie das Kleid zu erklären.

Obwohl es keine einzige, eindeutige Spezifikation von „weißem Licht“ gibt, gibt es tatsächlich eine eindeutige Spezifikation von „weißem Objekt“ oder genauer gesagt „weißer Oberfläche“. Eine vollkommen weiße Oberfläche reflektiert (streut) das gesamte sichtbare Licht diffus, ohne es zu absorbieren, unabhängig von der Wellenlänge oder der spektralen Verteilung des Lichts. Da es das einfallende Licht nicht absorbiert, ist Weiß die leichteste Farbe. Wenn die Reflexion nicht diffus, sondern spiegelnd ist, beschreibt dies eher einen Spiegel als eine weiße Oberfläche.

Die Reflexion von 100% des einfallenden Lichts bei allen Wellenlängen ist eine Form der gleichmäßigen Reflexion, so dass Weiß eine achromatische Farbe ist, was eine Farbe ohne Farbton bedeutet. Der Farbreiz, der durch den perfekten Diffusor erzeugt wird, wird üblicherweise als ein achromatischer Stimulus für alle Leuchtmittel angesehen, außer für solche, deren Lichtquellen stark chromatisch erscheinen.

Die Farbkonstanz wird durch chromatische Anpassung erreicht. Die Internationale Beleuchtungskommission definiert Weiß (angepasst) als „einen Farbreiz, den ein Betrachter, der [chromatisch] an die Betrachtungsumgebung angepasst ist, als vollkommen achromatisch beurteilen und einen Leuchtdichtefaktor von Eins haben würde. Der Farbreiz, der berücksichtigt wird Das angepasste Weiß kann an verschiedenen Orten innerhalb einer Szene unterschiedlich sein.

Warum Schnee, Wolken und Strände weiß sind
Strände mit Sand, die hohe Mengen an Quarz oder erodiertem Kalkstein enthalten, erscheinen ebenfalls weiß, da Quarz und Kalkstein Sonnenlicht reflektieren oder streuen, anstatt es zu absorbieren. Tropische weiße Sandstrände können auch eine große Menge an weißem Calciumcarbonat aus winzigen Stückchen Muscheln enthalten, die durch die Wellen in feinen Sand gemahlen werden.

Schnee ist eine Mischung aus Luft und winzigen Eiskristallen. Wenn weißes Sonnenlicht in Schnee fällt, wird nur sehr wenig vom Spektrum absorbiert; fast das gesamte Licht wird von den Luft- und Wassermolekülen reflektiert oder gestreut, so dass der Schnee die Farbe des Sonnenlichts zu haben scheint, weiß. Manchmal springt das Licht in den Eiskristallen herum, bevor es zerstreut wird und der Schnee scheint zu funkeln.

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Im Fall von Gletschern ist das Eis fester zusammengepresst und enthält wenig Luft. Wenn Sonnenlicht in das Eis eindringt, wird mehr Licht des roten Spektrums absorbiert, so dass das gestreute Licht bläulich ist.

Wolken sind aus dem gleichen Grund weiß wie Eis. Sie bestehen aus Wassertröpfchen oder Eiskristallen, die mit Luft vermischt sind. Sehr wenig Licht, das auf sie trifft, wird absorbiert, und das meiste Licht wird gestreut und erscheint dem Auge als weiß. Schatten anderer Wolken oben können Wolken grau aussehen lassen, und einige Wolken haben ihren eigenen Schatten am Boden der Wolke.

Viele Berge mit Winter- oder ganzjährigen Schneedecken heißen dementsprechend: Mauna Kea bedeutet auf Hawaiisch weißen Berg, Mont Blanc heißt auf Französisch Weißberg. Changbai Mountains bedeutet wörtlich weiße Berge, markiert die Grenze zwischen China und Korea.

Weiße Materialien
Kreide ist eine Art Kalkstein, der aus dem Mineral Calcit oder Calciumcarbonat hergestellt wird. Es wurde ursprünglich unter dem Meer als Schuppen oder Platten von winzigen Mikroorganismen namens Coccolithophor abgelagert. Es war das erste weiße Pigment, das von prähistorischen Künstlern in Höhlenmalereien verwendet wurde. Die Kreide, die heutzutage auf Tafeln verwendet wird, besteht normalerweise aus Gips oder Kalziumsulfat, einem zu Stäbchen gepressten Pulver.

Bianco di San Giovanni ist ein Pigment aus der Renaissance, das im 15. Jahrhundert vom Maler Cennino Cennini beschrieben wurde. Es ist ähnlich wie Kreide, hergestellt aus Calciumcarbonat mit Calciumhydroxid. Es wurde aus getrocknetem Kalk hergestellt, der zu einem Pulver verarbeitet wurde, dann acht Tage lang in Wasser eingeweicht, wobei das Wasser jeden Tag gewechselt wurde. Es wurde dann zu Kuchen verarbeitet und in der Sonne getrocknet.

Bleiweiß wurde im 4. Jahrhundert v. Chr. Hergestellt; Der Prozess ist beschrieben Plinius der Ältere, Vitruv und der altgriechische Schriftsteller Theophrastus. Bleistücke wurden in Tontöpfe gegeben, die ein separates, mit Essig gefülltes Abteil aufwiesen. Die Töpfe waren auf Regalen in der Nähe von Kuhdung gestapelt. Die kombinierten Dämpfe des Essigs und des Kuhmists führten dazu, dass das Blei zu Bleicarbonat korrodierte. Es war ein langsamer Prozess, der einen Monat oder länger dauern konnte. Es hat ein ausgezeichnetes Weiß und wurde von Künstlern seit Jahrhunderten verwendet, aber es war auch giftig. Es wurde im 19. Jahrhundert durch Zinkweiß und Titanweiß ersetzt.

Titanweiß ist das beliebteste Weiß für Künstler heute; es ist das hellste verfügbare weiße Pigment und hat die doppelte Abdeckung von Bleiweiß. Es wurde erstmals im Jahr 1921 kommerziell erhältlich. Es besteht aus Titandioxid, aus den Mineralien Brookit, Anatas, Rutil oder Ilmenit, die derzeit die Hauptquelle ist. Wegen seiner brillanten Weiße wird es als Farbstoff für die meisten Zahnpasten und Sonnencremes verwendet.

Zinkweiß wird aus Zinkoxid hergestellt. Es ist ähnlich, aber nicht so undurchsichtig wie Titanweiß. Es wird zu einigen Frühstückszerealien hinzugefügt, da Zink ein wichtiger Nährstoff ist. Chinese White ist eine Vielzahl von Zinkweiß für Künstler gemacht.

Einige Materialien können „weißer als weiß“ aussehen, dies wird mit optischen Aufhellern (OBA) erreicht. Dies sind chemische Verbindungen, die Licht im ultravioletten und violetten Bereich (üblicherweise 340-370 nm) des elektromagnetischen Spektrums absorbieren und Licht im blauen Bereich (typischerweise 420-470 nm) wieder emittieren. OBAs werden häufig in Papier und Kleidung verwendet, um einen Eindruck von sehr hellem Weiß zu erzeugen. Dies liegt daran, dass die Materialien tatsächlich mehr sichtbares Licht aussenden als sie empfangen.

Bleichen und Bleichen
Bleichen ist ein Prozess zum Bleichen von Stoffen, der seit Tausenden von Jahren praktiziert wird. Manchmal ging es einfach darum, den Stoff in der Sonne zu lassen, um durch das helle Licht verblasst zu werden. Im 18. Jahrhundert entwickelten mehrere Wissenschaftler Chlorbleichlaugen, darunter Natriumhypochlorit und Calciumhypochlorit (Bleichpulver). Bleichmittel, die am häufigsten kein Chlor enthalten, basieren auf Peroxiden wie Wasserstoffperoxid, Natriumpercarbonat und Natriumperborat. Während die meisten Bleichmittel oxidierende Mittel sind, sind weniger Mittel Reduktionsmittel wie Natriumdithionit.

Bleichmittel greifen die Chromophore an, den Teil eines Moleküls, der Licht absorbiert und dazu führt, dass Stoffe unterschiedliche Farben haben. Ein oxidierendes Bleichmittel funktioniert durch Aufbrechen der chemischen Bindungen, aus denen das Chromophor besteht. Dies verändert das Molekül in eine andere Substanz, die entweder kein Chromophor enthält oder ein Chromophor enthält, das kein sichtbares Licht absorbiert. Ein reduzierendes Bleichmittel funktioniert, indem Doppelbindungen im Chromophor in Einfachbindungen umgewandelt werden. Dies beseitigt die Fähigkeit des Chromophors, sichtbares Licht zu absorbieren.

Sonnenlicht wirkt als Bleichmittel durch einen ähnlichen Prozess. Hochenergetische Photonen des Lichts, oft im violetten oder ultravioletten Bereich, können die Bindungen im Chromophor stören und die resultierende Substanz farblos machen.

Einige Reinigungsmittel gehen noch einen Schritt weiter; Sie enthalten fluoreszierende Chemikalien, die leuchten und den Stoff buchstäblich weißer als weiß aussehen lassen.

In der natürlichen Welt

Astronomie
Ein Weißer Zwerg ist ein stellarer Überrest, der hauptsächlich aus elektronendegenerierter Materie besteht. Sie sind sehr dicht; die Masse eines weißen Zwerges ist vergleichbar mit der der Sonne und ihr Volumen ist vergleichbar mit dem der Erde. Seine schwache Leuchtkraft kommt von der Emission gespeicherter Wärmeenergie. Ein Weißer Zwerg ist sehr heiß, wenn er gebildet wird, aber da er keine Energiequelle hat, wird er allmählich seine Energie ausstrahlen und abkühlen. Dies bedeutet, dass seine Strahlung, die anfänglich eine hohe Farbtemperatur hat, mit der Zeit abnimmt und rötet. Ein Weißer Zwerg kühlt sich sehr lange auf Temperaturen ab, bei denen er keine nennenswerte Hitze oder Licht mehr ausstrahlt und zu einem kalten schwarzen Zwerg wird. Da jedoch kein Weißer Zwerg älter sein kann als das Alter des Universums (ungefähr 13,8 Milliarden Jahre), strahlen selbst die ältesten Weißen Zwerge immer noch bei Temperaturen von einigen tausend Kelvin, und es gibt noch keine schwarzen Zwerge.

Ein A-Typ Hauptreihenstern (AV) oder ein Zwergstern ist ein Hauptsequenz (Wasserstoff verbrennender) Stern des Spektraltyps A und der Leuchtkraftklasse V. Diese Sterne haben Spektren, die durch starke Wasserstoff-Balmer-Absorptionslinien definiert sind. Sie haben Massen von 1,4 bis 2,1 mal die Masse der Sonne und Oberflächentemperaturen zwischen 7600 und 11 500 K.

Biologie und Ökologie
In der Natur erscheinen Schnee und Wolken weiß, weil sie aus Wassertröpfchen oder Eiskristallen bestehen, die mit Luft vermischt sind; Wenn weißes Sonnenlicht in Schnee eindringt, wird nur sehr wenig vom Spektrum absorbiert; fast das gesamte Licht wird von den Luft- und Wassermolekülen reflektiert oder gestreut, so dass der Schnee die Farbe des Sonnenlichts zu haben scheint, weiß. Die meisten weißen Tiere haben ihre Farbe als eine Form der Tarnung im Winter.

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