光谱分析(台大朱子豪教授).ppt

光譜分析 電磁訊息 宇宙訊息穿梭勤 電磁交錯承載運 波動頻率長譜展 幅散反射探索進 可見光譜斑斕欣 紅外微波神秘隱 電子感應現真相 現代神通了天心 本講大綱 生活化的光譜知識與應用 能量來源及輻射理論 大氣中能量的反應 顏色描述系統 地物反射率 一、生活化的光譜知識與應用 色彩的描述方式（濃淡（深淺），明暗，顏色） 一、生活化的光譜知識與應用（續） 現象顏色變化的解釋 （太陽的一日變化，彩虹，彩霞，植物的季節變色，幼嫩綠（粉嫩綠）變蒼老，臉色白裡透紅與蒼白 星球的顏色 （紅色星，白色星） 為何可見光是目前的光段（太陽的最強輻射） 一、生活化的光譜知識與應用（續） 衣服顏色的物理暖熱與心理暖熱 （反射與吸收，經驗直覺） 生物氣場的電磁波記錄（人的氣場顏色與光暈） 五行與五色（金木水火土，白綠黑紅黃） 一、生活化的光譜知識與應用（續） 為何地面溫度可以透過熱紅外線偵測（大氣窗與地球輻射特性） 大氣窗 太陽之電磁波在穿透大氣時，由不同之大氣分子以不同之吸收率干擾此電磁波，造成只有部分光段形成有效之光源，此些波段即為大氣窗。亦即是我們可以用於以太陽為光源的被動遙測的波段 二、能量來源及輻射理論 電磁波是窄義遙測偵測能量的主要對象。是原子的電場伴隨磁場的場力大小震盪而形成的訊息波動。 偵測地質反射或輻射的電磁波以判斷物質的類別與特定物理狀態或特性。 由於電磁波亦會與大氣中之物質互動而造成干擾（散射、吸收、輻射等），故造成了此種偵測的複雜性。 二、能量來源及輻射理論（續） 光譜(電磁波) 電磁波是由不同波長之正弦形的電波與磁波組合且相互垂直於行走方向。 二、能量來源及輻射理論（續） 光譜(電磁波) 電磁波是由不同的物質輻射產生，此物質子為電磁波源。物質的粒子震動與能階的變化，便會產生不同的電磁頻率的電磁波。而不同的物質的粒子亦會與不同波長的電磁波互動（吸收、穿透、反射、再輻射等），而改變其狀況。 二、能量來源及輻射理論 光譜(電磁波) 光速（C） = 頻率（f）＊ 波長（λ） 光速為定速，故頻率（f）與波長互補，即波長大則頻率低，反之亦然。不同之物質對不同波長之電磁波有不同之反應（穿透、反射、吸收、再輻射），而不同溫度之物體造成不同之頻率輻射分佈與輻射光能，溫度愈高則輻射高頻率的電磁波的比率會愈高，其中不同之頻率光子具不同之能量，頻率愈高則能量愈大。 二、能量來源及輻射理論（續） 光譜(電磁波) 電磁波之描述或命名 依波長或頻率大小來描述或命名 例： 短波、長波、或高頻、低頻等 依特定波段命名 例：可見光（0.4～0.7μm）、紅外光約（0.7μm～1mm）、微波約（1mm～1km）等（見下頁圖）。 二、能量來源及輻射理論（續） 光譜(電磁波) 電磁波之描述或命名 可見光之光的顏色 依頻率粗分為彩虹的紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七光段，但由於人類眼睛的三種錐狀體基本感應器的感應範圍，正好對應紅、綠、藍三原光，故三原光可組合成各種人類可以感覺的顏色。可見光是可以由傳統光化學的底片加以偵測與紀錄，亦可由光電子之感應器來記錄。以下為三原光之頻段範圍： ???? 藍---0.4～0.5μm ???? 綠---0.5～0.6μm ??? ?紅---0.6～0.7μm 二、能量來源及輻射理論（續） 光譜(電磁波) 電磁波之描述或命名 紅外光之分類 較可見光中的紅光段長一些之光段，常用的紅外光段有近紅外光 (0.72~ 1.30μm)、中紅外光 (1.30~3.00μm)、遠紅外光 (7.0~ 15μm)。有些傳統的光化學性底片或光電子的數位照相機可以對紅外光感光，但遠紅外光則多需以光電子感應設備來偵測，如熱紅外輻射計。 微波 微波能量較低需以較大之天線來接收，但其波長較大故不同頻率之微波可透過大氣中之雲與水氣、部分植物及表層大地。 二、能量來源及輻射理論（續） 能量 物質的平均能量反應在溫度上，影響到其輻射電磁波頻率的強度分佈 光子之能量與頻率成正比 E = h ＊ f E：光子的能量 h：Planck’s constant（伯朗克常數） 6.626×10-34瓦秒 f：頻率 二、能量來源及輻射理論（續） 物體輻射光能 W =σT4 W：每平方米輻射總能量 σ：Stefan-Boltzmann constant(史蒂芬-波茲曼常數)， 5.6697×10-8 瓦 m-2 °K-4 T：絕對溫度（K） 物體最大輻射能量之波長 λm = A / T λm：最大輻射波長 ?A ：2898μmk ?T ：絕對溫度（K） 二、能量來源及輻射理論（續） 光源不同會影響到影像的光譜記錄 主動光源 自行發射光源 被動光源 運用環境中的光源 不同之光源會影響地物之不同頻段的入射強