Körperfarbe

Begriff und physikalische Grundlage

Körperfarbe, auch Gegenstandsfarbe genannt, ist die Farbe eines Nichtselbstleuchters. Ein Nichtselbstleuchter ist ein Körper, der zur Sichtbarkeit beleuchtende Strahlung benötigt. Körperfarben sind Farbreize, die von festen, flüssigen oder gasförmigen Objekten ausgehen, wenn diese Umgebungslicht durchlassen oder zurücksenden. Davon unterscheidet sich die Lichtfarbe: Sie gehört zu einer selbstleuchtenden Lichtquelle.

Ein Körper verändert die spektrale Zusammensetzung des auftreffenden Lichts durch sein Transmissions- und Remissionsverhalten. Bei Durchsichtsfarben, etwa farbigen Lösungen oder Farbfiltern, wird der spektrale Transmissionsgrad τλ verwendet. Bei Aufsichtsfarben, etwa Anstrichen oder gefärbten Textilien, beschreibt der spektrale Remissionsgrad βλ das Verhalten.

Der Farbeindruck entsteht durch die Reflexion beziehungsweise Durchlässigkeit des Lichts und die dabei erfolgende spektrale Veränderung. Die Pigmentierung beeinflusst durch spezifische Elektronenkonfigurationen die Absorption des Lichts. Zusätzlich streut die Oberfläche das Licht. Diese Streuung kann durch makroskopische Teilchen und durch quantenmechanische Effekte hervorgerufen werden.

Der farbmetrische Ansatz von Kubelka und Munk stellt einen Zusammenhang zwischen dem konzentrationsabhängigen Absorptionskoeffizienten K, dem stoffspezifischen Streukoeffizienten S und dem Remissionsgrad β(λ) her. Die Beziehung ist von der Wellenlänge λ abhängig. Für den wahrgenommenen Farbeindruck spielt außerdem die Beleuchtung eine Rolle; ihre spektrale Zusammensetzung wird als S(λ) angegeben und durch Lichtart beziehungsweise Weißpunkt mitbestimmt.

Remission und typische Körperfarben

Bei der Remission wird nur ein Teil des auf einen farbigen Körper fallenden Lichts wieder reflektiert. Das reflektierte Licht besitzt gegenüber der Beleuchtung eine veränderte spektrale Zusammensetzung. Dadurch entsteht beim Betrachten ein bestimmter Farbeindruck.

Viele Körper haben eine natürliche Eigenfärbung, zum Beispiel grüne Pflanzen, rotes Blut, farbige Blüten sowie rote oder braune Erde. Andere Körper werden gezielt eingefärbt. Beispiele sind eine mit Färbemittel gefärbte Textilie, ein lackiertes Auto oder ein angestrichenes Haus.

Streuung und Brechung

Die spektrale Zusammensetzung des gestreuten Lichts kann je nach Streurichtung verschieden sein. Entscheidend ist unter anderem das Verhältnis der Teilchengröße zur Wellenlänge. In milchigen Medien wie Milchglas, Opal oder staubiger Luft werden längere Wellen weniger stark gestreut als kürzere. Deshalb erscheinen solche Medien im Durchlicht gelb bis rot, im Streulicht dagegen eher blau. Das Blau des Himmels sowie das Rot bei Sonnenauf- und -untergang sind Beispiele für diesen Zusammenhang.

Beim Durchgang durch die Grenzfläche zwischen zwei optisch durchsichtigen Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex wird Licht wegen der unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeiten abgelenkt. Da Licht verschiedener Wellenlängen in dichten Medien unterschiedlich schnell ist, wird es auch unterschiedlich stark gebrochen. Mehrfarbiges, polychromatisches Licht wird dadurch spektral aufgespalten. Diese Erscheinung heißt Dispersion; ein bekanntes Beispiel ist der Regenbogen.

Interferenz und Strukturfarben

Bei der Interferenz werden Lichtwellen an dünnen Schichten in zwei Anteile aufgeteilt. Diese Anteile können sich gegenseitig verstärken oder auslöschen. Abhängig von der Schichtdicke tritt die Auslöschung bei unterschiedlichen Wellenlängen auf. Dadurch verändert sich die spektrale Zusammensetzung des reflektierten oder durchgelassenen Lichts, sodass ein Farbeindruck entsteht.

Typische Beispiele sind die Farbringe von Öltropfen auf Wasser und die sich bewegenden Schlieren auf Seifenblasen. Auch die Interferenzfarben von Kolibri- und Pfauenfedern sowie von Schmetterlingsflügeln beruhen auf diesem Prinzip.

Strukturfarben sind besondere Interferenzfarben. Sie entstehen durch regelmäßige Feinstrukturen, die eine Beugungsinterferenz der reflektierten oder durchgelassenen Lichtwellen verursachen. Die sichtbare Farbe hängt dabei vom Einfallswinkel des Lichts und von der Betrachtungsrichtung ab. Beispiele sind schillernde CDs und Oberflächenhologramme sowie die schillernden Oberflächen bestimmter Käfer, Schmetterlinge und Vogelfedern.

Transparenzfarbe

Die Transparenzfarbe oder Durchsichtsfarbe wird von durchsichtigen oder durchscheinenden Körpern wahrgenommen. Unter bestimmten Bedingungen kann sie als Lichtfarbe wirken. Zur Beschreibung ihrer spektralen Zusammensetzung dient der Transmissionsgrad τ(λ). Wenn keine Streuung auftritt, kann dieses Spektrum nach Lambert und Beer zur Bestimmung der Konzentration genutzt werden.

Farbmischung

Für Körperfarben gilt die subtraktive Farbmischung. Die eigentliche visuelle Qualität, also die Lichtfarbe, entsteht nach Reflexion und Streuung nach den Regeln der additiven Farbmischung.