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Grundwissen

Licht und Farben

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Licht hat keine Farbe.
  • Wenn Licht aber auf die Netzhaut im Auge trifft, senden die verschiedenen lichtempfindlichen Zapfen elektrische Impulse an das Gehirn. Dort werden diese Impulse verarbeitet und im Gehirn wird ein Farbeindruck erzeugt.
  • Licht aus verschiedenen Bereichen des Lichtbündels, das nach der Zerlegung von Sonnenlicht entsteht, erzeugt jeweils einen anderen Farbeindruck. Wir unterscheiden das Licht deshalb nach diesem Farbeindruck und bezeichnen z.B. Licht aus dem linken Bereich des Lichtbündels als "Licht der Spektralfarbe Rot" oder kurz als "rotes Licht".
  • Ist Licht verschiedener Spektralfarben gemischt, dann kann dieses Licht Farbeindrücke erzeugen, die mit Licht einer einzelnen Spektralfarbe nicht erzeugt werden können.
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Lichtzerlegung und Spektralfarben

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Abb. 1 Typische Darstellung der Zerlegung von Sonnenlicht

Trifft Sonnenlicht auf ein Prisma, dann wird das Licht beim Durchgang durch das Prisma zerlegt und weitet sich zu einem Lichtbündel auf. Trifft dieses Lichtbündel auf einen Schirm, dann siehst du dort ein farbiges Lichtband, das sogenannte Spektrum des Sonnenlichts. Die einzelnen Farben des Spektrums nennen wir Spektralfarben.

Leider haben wir in dieser Klassenstufe noch keine Möglichkeit, das Licht in den verschiedenen Bereichen des Lichtbündels durch Messwerte zu unterscheiden (das wird erst später mit der physikalischen Größe Wellenlänge möglich sein). Wir nutzen deshalb zur Unterscheidung des Lichts die Spektralfarben, die wir in den einzelnen Bereichen beobachten können. Wir bezeichnen z.B. Licht aus dem linken Bereich des Lichtbündels als Licht der Spektralfarbe "Rot" oder kurz als "rotes" Licht. Meistens färbt man das Sonnenlicht weiß und die verschiedenen Bereiche des Lichtbündels in den Spektralfarben ein. In Abb. 1 siehst du eine typische Darstellung des gesamten Phänomens.

Aber: Ist das Sonnenlicht wirklich weiß? Ist das Licht in dem Lichtbündel, das aus dem Prisma austritt, wirklich farbig?

Nein! Licht hat von Natur aus keine Farbe. Erst wenn das Licht in unser Auge trifft und dort und in unserem Gehirn verarbeitet wird, entsteht in unserem Gehirn ein Farbeindruck. Das Licht z.B. aus dem linken Bereich des Lichtbündels ist also nicht rot, sondern erzeugt in unserem Gehirn den Farbeindruck "rot".

Lichtverarbeitung in Auge und Gehirn

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Abb. 2 Normierte Empfindlichkeit der R-, G- und B-Zapfen für Licht der unterschiedlichen Spektralfarben.

Um zu verstehen, wie die unterschiedlichen Farbeindrücke entstehen müssen wir uns etwas genauer mit einem Teil des Auges, der Netzhaut, beschäftigen. In der Netzhaut befinden sich etwa 7 Millionen lichtempfindliche Zellen, die sogenannten Zapfen. Hiervon gibt es wiederum 3 verschiedene Arten, die für Licht der unterschiedlichen Spektralfarben empfindlich sind. Zapfen, die besonders empfindlich sind für Licht

  • im linken Bereich des Lichtbündels ("rotes" Licht) sind, bezeichen wir als R-Zapfen.
  • im mittleren Bereich des Lichtbündels ("grünes" Licht) sind, bezeichen wir als G-Zapfen.
  • im rechten Bereich des Lichtbündels ("blaues" Licht) sind, bezeichnen wir als B-Zapfen.

Abb. 2 zeigt, welche Zapfenart für Licht welcher Spektralfarbe besonders empfindlich ist.

Wenn die Zapfen durch Licht angeregt werden, dann senden sie elektrische Impulse in das Sehzentrum in unserem Gehirn. Dort werden alle eintreffenden Impulse kombiniert und ein Farbeindruck erzeugt.

Entstehung von Farbeindrücken

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Abb. 3 Entstehung des Farbeindrucks durch die Anregung verschiedener lichtempfindlicher Zapfenarten durch Licht einer Spektralfarbe

Die Simulation in Abb. 3 zeigt, wie die unterschiedlichen Farbeindrücke im Gehirn entstehen.

Das Sonnenlicht und das Lichtbündel aus Abb. 1 sind nun nicht mehr farbig, sondern grau gefärbt, weil das Licht selbst ja keine Farbe hat. Mit der Maus oder dem Finger kannst du Licht aus einem Bereich des Lichtbündels wählen und darunter beobachten, welche Zapfenarten durch dieses Licht angeregt werden und welcher Farbeindruck dadurch im Gehirn entsteht. Mache dir mit der Simulation die folgenden 5 Beispiele klar:

  • Licht aus dem linken Bereich des Lichtbündels regt die R-Zapfen stärker als die G-Zapfen und die B-Zapfen gar nicht an: der Farbeindruck ist "rot".

  • Licht aus dem halblinken Bereich des Lichtbündels regt die R-Zapfen sehr und die G-Zapfen etwas weniger stark, die B-Zapfen gar nicht an: der Farbeindruck ist "gelb".

  • Licht aus dem mittleren Bereich des Lichtbündels regt die R-Zapfen stark, die G-Zapfen aber noch stärker und die B-Zapfen gar nicht an: der Farbeindruck ist "grün".

  • Licht aus dem halbrechten Bereich des Lichtbündels regt die R-Zapfen fast gar nicht, aber die G-Zapfen und die B-Zapfen mittelstark an: der Farbeindruck ist "türkis".

  • Licht aus dem rechten Bereich des Lichtbündels regt die R- und die G-Zapfen fast gar nicht mehr und nur noch die B-Zapfen an: der Farbeindruck ist "blau".

 

 

Licht verschiedener Spektralfarben und Farbeindruck

Licht hat keine Farbe.

Wenn Licht aber auf die Netzhaut im Auge trifft, senden die verschiedenen lichtempfindlichen Zapfen elektrische Impulse an das Gehirn. Dort werden diese Impulse verarbeitet und im Gehirn wird ein Farbeindruck erzeugt.

Licht aus verschiedenen Bereichen des Lichtbündels, das nach der Zerlegung von Sonnenlicht entsteht, erzeugt jeweils einen anderen Farbeindruck. Wir unterscheiden das Licht deshalb nach diesem Farbeindruck und bezeichnen z.B. Licht aus dem linken Bereich des Lichtbündels als Licht der Spektralfarbe "Rot" oder kurz als "rotes" Licht.

Licht- oder Farbmischung

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Abb. 4 Entstehung des Farbeindrucks durch die Anregung verschiedener lichtempfindlicher Zapfenarten durch Licht zweier Spektralfarben

Was geschieht nun, wenn nicht nur das Licht einer Spektralfarbe, sondern das Licht verschiedener Spektralfarben, z.B. "rotes Licht" und "blaues Licht" zusammen in unser Auge fällt?

Wie du in der Animation in Abb. 4 mit dem Licht zweier Spektralfarben ausprobieren kannst entstehen hierbei Farbeindrücke, die teilweise als Spektralfarben bekannt, teilweise aber auch völlig neu sind.

Mache dir mit der Simulation die folgenden 2 Beispiele klar:

  • Mischst du Licht aus dem halblinken Bereich des Lichtbündels, dann regt das gemischte Licht z.B. die R-Zapfen und die G-Zapfen gleich stark und die B-Zapfen gar nicht an: der Farbeindruck ist "gelb". Eine ähnliche Anregung der Zapfen und damit ein ähnlicher Farbeindruck könnte auch von Licht der Spektralfarbe "Gelb" allein erzeugt werden.

  • Mischst du Licht aus dem linken und dem rechten Bereich des Lichtbündels, dann regt das gemischte Licht gleichzeitig die R-Zapfen und die B-Zapfen stark, die G-Zapfen aber gar nicht an: der Farbeindruck ist "magenta". Eine ähnliche Anregung der Zapfen und damit ein ähnlicher Farbeindruck kann von Licht einer einzelnen Spektralfarbe nicht erzeugt werden: die Farbe "Magenta" ist deshalb im Spektrum nicht zu beobachten.

Hinweise

Ist Licht verschiedener Spektralfarben zusammengemischt, dann bezeichnet man dies als Farbmischung. Dieser Begriff wird zwar von Physikern und deinem Physikbuch genutzt, aber er ist schlecht gewählt: Es werden ja nicht Farben, sondern es wird Licht gemischt! Besser wäre es, von Lichtmischung oder Lichtüberlagerung zu sprechen. Wir werden uns aber an die übliche Bezeichnung halten und von Farbmischung sprechen.

Farbmischung

Wir sprechen von Farbmischung, wenn das Licht zweier oder mehrerer Spektralfarben zusammmengefügt ist.

Dieses zusammengemischte Licht kann einen anderen Farbeindruck als das Licht einer einzelnen Spektralfarbe erzeugen.

Der Farbeindruck "weiß" durch Mischung des Lichts aller Spektralfarben

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Abb. 5 Entstehung des Farbeindrucks "weiß" durch die Mischung des Lichts aller Spektralfarben

Wenn gleichzeitig die R-Zapfen, die G-Zapfen und die B-Zapfen angeregt werden, so erzeugt dies bei uns den Farbeindruck "weiß".

Diese Anregung können wir natürlich dadurch erreichen, dass wir das Licht aller Spektralfarben zusammenmischen und dieses Licht in unser Auge fallen lassen; dies ist in Abb. 5 dargestellt. Wir sprechen in diesem Zusammenhang von "weißem" Licht.

Auch wenn die Sonne oft gelb gezeichnet wird, so ist das Sonnenlicht doch eine Mischung aus dem Licht aller Spektralfarben und erzeugt bei uns den Farbeindruck "weiß". Vorsicht: Niemals direkt in die Sonne sehen, da das Sonnenlicht so hell ist, dass die Netzhaut direkt beschädigt wird.

Der Farbeindruck "weiß" durch Mischung des Lichts von drei Spektralfarben

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Abb. 6 Entstehung des Farbeindrucks "weiß" durch die Mischung des Lichts von drei Spektralfarben

Überraschend ist, dass der Farbeindruck "weiß" auch dann entstehen kann, wenn das Licht von nur drei Spektralfarben zusammengemischt wird. Das Licht muss dabei so gewählt werden, dass wieder gleichzeitig die R-Zapfen, die G-Zapfen und die B-Zapfen angeregt werden. Dies erreicht man dadurch, dass man Licht der Spektralfarben "Rot", "Grün" und "Blau" mischt. Dies ist in Abb. 6 dargestellt.

Der Farbeindruck "weiß"

Ist das Licht sehr vieler verschiedener oder aller Spektralfarben zusammengemischt wie z.B. im Sonnenlicht, dann erzeugt dieses zusammengemischte Licht den Farbeindruck "weiß". Wir sprechen bei einer solchen Mischung dann von "weißem" Licht".

Der Farbeindruck "weiß" entsteht aber auch dann, wenn das Licht der drei Spektralfarben "Rot", "Grün" und "Blau" zusammengemischt wird.

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