Как известно, призма разложит «белый» свет на составляющие его цвета спектра от фиолетового до красного, каждому из которых соответствует определенная длина волны
Поместим в спектр фотоэлемент и будем плавно передвигать его вдоль спектра. При этом на чувствительную поверхность фотоэлемента будут поочередно попадать излучения всех длин волн (цвета) спектра от фиолетового до красного. Световая энергия, попадающая на фотоэлемент, отклоняет перо микроамперметрасамописца, которое вычерчивает линию на движущейся бумажной ленте. Приборы, действующие по такой схеме, называются спектрографами и спектрометрами. Их использует в своих целях также картография и геодезия. С помощью этих приборов изучают спектральные свойства тел, самосветящихся и несамосветящихся, прозрачных и непрозрачных.
Пусть лампа горит вполнакала, красноватым светом. Это значит, что в оранжево-красной, длинноволновой, части спектра излучается значительно больше световой энергии, чем в сине-фиолетовой, коротковолновой. Поэтому при движении фотоэлемента по спектру на ленте спектрографа прочертится кривая линия, а имеющая повышение в длинноволновой части графика. Такая кривая называется кривой спектрального излучения источника света и служит объективной характеристикой его цвета.
При питании лампы нормальным напряжением количество синих, коротковолновых, лучей увеличивается. В связи с этим, кривая спектрального излучения не имеет значительного подъема в длинноволновой части спектра. Распределение энергии пo длинам волн выравнивается. Тем не менее, в спектре излучения электрических ламп накаливания, работающих в номинальном режиме, еще преобладают оранжево-красные лучи, придающие их свету заметный желтоватый оттенок. Если же лампа горит с перекалом, то мощность излучения в сине-фиолетовой части спектра еще более увеличивается. Таким образом, спектральный состав света, излучаемого источником, полностью характеризуется кривой его спектрального излучения.
Однако существует и более простой способ выражения спектрального распределения энергии источника света. Большая часть источников света представляет собой тела, нагретые до очень высокой температуры. Причем, как видно из описанного опыта, спектральный состав излучения связан с температурой нагрева светящейся поверхности. Если известна температура светящегося тела, то можно указать спектральный состав его излучения, не прибегая к помощи спектрографа. И, наоборот, по распределению энергии в спектре излучения можно судить о температуре излучающей поверхности источника света. Наиболее точно и стабильно эта зависимость выполняется для абсолютно черного тела. Ее существование позволило выразить спектральную характеристику источника света не полной кривой спектрального излучения, а в виде одного числа цветовой температуры.
Цветовой температурой источника излучения называется та температура абсолютно черного тела, при которой оно излучает свет с таким же спектральным составом, как и изучаемый источник света.
В физике принято измерять температуру не по шкале Цельсия (°С), а по абсолютной шкале температур Кельвина (К), путь которой лежит на −273,16° ниже, чем на шкале Цельсия. Например, цветовая температура лампы накаливания указывается цифрой 2850К (или 2576,84°С). Это значит, что если абсолютно черное тело нагреть до температуры 2850 К, то спектральный состав его излучения будет таким же, как у лампы накаливания.
Цветовую температуру источника света можно определить следующим образом. С помощью спектрографа получают спектральную кривую излучения изучаемого источника. Затем вместо изучаемого источника в спектрограф устанавливают абсолютно черное тело и нагревают его до тех пор, пока не получат такую же спектральную кривую излучения, как и в первом случае. Измеренная температура абсолютно черного тела и будет цветовой температурой изучаемого источника.
Понятие цветовой температуры иногда применяют для обеспечения спектрального состава света, приходящего и от несамосветящихся тел, например неба, что особенно важно, когда производится аэрофотосъемка.
В цветной фотографии цветовую температуру источников света определяют с помощью визуальных приборов — упрощенных измерителей цветовой температуры (ИЦТ). Принцип действия прибора основан на изменении отношения интенсивности световых потоков красной и синей частей спектра при изменении цветовой температуры источника.
Для большинства источников света, наиболее часто используемых в цветной фотографии, известны и цветовая температура, и распределение энергии по спектру.
Понятие «белого» света, употребляемое в обыденной жизни, не является определенным. Мы называем белым и рассеянный дневной солнечный свет, и прямой свет солнца, и свет электрических ламп накаливания, хотя при непосредственном их сравнении могут быть легко обнаружены цветовые различия между ними, подтверждаемые различиями их спектральных составов. Этот факт неоднозначности понятия «белого» света обусловлен цветовой приспосабливаемостью (адаптацией) зрительного аппарата к характеру освещения. В различных условиях мы принимаем за «белый» цвет то излучение, которое, во-первых, обладает наиболее равномерным из всех имеющихся распределением энергии излучения по спектру, а во-вторых, является наиболее мощным.
Там, где требуется точная характеристика белого цвета, например, при цветовых измерениях в колориметрии, или когда распечатываются топографические карты, введено несколько эталонов белого цвета. Излучения, соответствующие каждому из них, характеризуются своим спектральным составом, а их цвет — своей цветовой температурой.
