Arvioida säteilyenergiaa ja sen vaikutusta säteilyvastaanottimiin, joihin kuuluvat valosähköiset laitteet, lämpö- ja fotokemialliset vastaanottimet sekä silmä-, energia- ja kevyet määrät.
Energiamäärät ovat ominaisuuksia optinen säteily liittyy koko optiseen alueeseen.
Silmä pitkä aika oli ainoa optisen säteilyn vastaanottaja. Siksi se on historiallisesti kehittynyt niin, että laadun ja kvantifiointi Säteilyn näkyvälle osalle käytetään valon (fotometrisiä) suureita, jotka ovat verrannollisia vastaaviin energiamääriin.
Yllä on annettu koko optista aluetta koskeva säteilyvuon käsite. Arvo, joka valosuureiden järjestelmässä vastaa säteilyvirtaa,
on valovirta Ф, eli tavallisen fotometrisen tarkkailijan arvioima säteilyteho.
Tarkastellaan valosuureita ja niiden yksiköitä, ja sitten löydetään näiden suureiden yhteys energiasuureiden kanssa.
Kahden näkyvän säteilyn lähteen arvioimiseksi verrataan niiden luminesenssia saman pinnan suunnassa. Jos yhden lähteen hehku otetaan yksikkönä, niin vertaamalla toisen lähteen hehkua ensimmäiseen saadaan arvo, jota kutsutaan valovoimaksi.
AT kansainvälinen järjestelmä Valovoiman yksikön SI-yksikkö on kandela, jonka määritelmän hyväksyi XVI yleiskonferenssi (1979).
Candela - valon voima sisään annettu suunta lähde, joka lähettää monokromaattista säteilyä taajuudella Hz, energia voima jonka valo tähän suuntaan on
Valon intensiteetti tai kulmatiheys valovirta,
missä on valovirta tietyssä suunnassa avaruuskulman sisällä
Avaruuskulma on avaruuden osa, jota rajoittaa mielivaltainen kartiomainen pinta. Jos pallo kuvataan tämän pinnan yläosasta keskeltä, niin kartiomaisen pinnan (kuva 85) leikkaaman palloosan pinta-ala on verrannollinen pallon säteen neliöön:
Suhteellisuuskerroin on avaruuskulman arvo.
Avaruuskulman yksikkö on steradiaani, joka on yhtä suuri kuin avaruuskulma pallon keskellä olevan kärjen kanssa, joka leikkaa pallon pinnasta alueen, yhtä suuri kuin pinta-ala neliö sivuilla yhtä suuri kuin säde pallot. täysi pallo muodostaa kiinteän kulman
Riisi. 85. Kiinteä kulma
Riisi. 86. Säteily avaruuskulmassa
Jos säteilylähde on rivin yläosassa pyöreä kartio, silloin avaruudessa allokoitua avaruuskulmaa rajoittaa tämän sisäontelo kartiomainen pinta. Kun tiedetään kartiomaisen pinnan akselin ja generaattorin välisen tasokulman arvo, voidaan määrittää vastaava avaruuskulma.
Erotetaan avaruuskulmassa äärettömän pieni kulma, joka leikkaa pallon äärettömän kapean rengasmaisen osan (kuva 86). Tämä tapaus kuuluu yleisimmin havaittuun valovoiman akselisymmetriseen jakaumaan.
Rengasmaisen osan alue, jossa etäisyys kartion akselista kapeaan leveysrenkaaseen
Kuvan mukaan missä on pallon säde.
Siksi missä
Tasaista kulmaa vastaava umpikulma
Puolipallon osalta pallon avaruuskulma on
Kaavasta (160) seuraa, että valovirta
Jos valon intensiteetti ei muutu siirryttäessä suunnasta toiseen, niin
Itse asiassa, jos valonlähde, jolla on valovoima, sijoitetaan avaruuskulman kärkeen, sama valovirta pääsee kaikkiin alueisiin, joita rajoittaa kartiomainen pinta, joka erottaa tämän avaruuskulman avaruudessa. Sitten, kuten kokemus osoittaa, näiden alueiden valaistusaste on kääntäen verrannollinen näiden pallojen säteiden neliöihin ja suoraan verrannollinen alueiden kokoon.
Siten seuraava yhtäläisyys pätee: eli kaava (165).
Yllä oleva kaavan (165) perustelu pätee vain, kun valonlähteen ja valaistun alueen välinen etäisyys on riittävän suuri lähteen kokoon verrattuna ja kun lähteen ja valaistun alueen välinen väliaine ei absorboi tai siroa valoenergiaa. .
Valovirran yksikkö on lumen (lm), joka on valovirta avaruuskulmassa, kun avaruuskulman yläosassa sijaitsevan lähteen valon voimakkuus on yhtä suuri kuin
Tuleviin säteisiin nähden normaalin alueen valaistus määräytyy suhteella, jota kutsutaan valaistukseksi E:
Kaava (166) samoin kuin kaava (165) tapahtuu sillä ehdolla, että valonvoimakkuus I ei muutu siirryttäessä suunnasta toiseen tietyssä avaruuskulmassa. Muussa tapauksessa tämä kaava pätee vain äärettömän pienelle alueelle
Jos tulevat säteet muodostavat kulmia normaalin kanssa valaistulle alueelle, kaavat (166) ja (167) muuttuvat, koska valaistu alue kasvaa. Tuloksena saamme:
Kun sivusto on valaistu useista lähteistä, sen valaistus
jossa säteilylähteiden lukumäärä eli kokonaisvalaistus on yhtä suuri kuin paikan kustakin lähteestä vastaanottamien valaisujen summa.
Valaistusyksikkö on paikan valaistus, kun valovirta putoaa siihen (kohta on kohtisuorassa tulevan säteen suhteen). Tätä yksikköä kutsutaan luxiksi
Jos säteilylähteen mittoja ei voida jättää huomiotta, useiden ongelmien ratkaisemiseksi on tarpeen tietää tämän lähteen valovirran jakautuminen sen pinnalla. Pintaelementistä tulevan valovirran suhdetta tämän elementin pinta-alaan kutsutaan valovoimaksi ja se mitataan lumeneina per neliömetri Valoisuus luonnehtii myös heijastuneen valovirran jakautumista.
Valoisuus siis
missä on lähteen pinta-ala.
Valon voimakkuuden suhdetta tietyssä suunnassa valopinnan projektioalueeseen tähän suuntaan kohtisuoraan tasoon kutsutaan kirkkaudeksi.
Siksi kirkkaus
missä on kulma normaalin ja valon voimakkuuden suunnan välillä
Korvaamalla kaavaan (172) arvo [katso kaava (160)), saadaan, että kirkkaus
Kaavasta (173) seuraa, että kirkkaus on vuon toinen derivaatta suhteessa avaruuskulmaan alueen suhteen.
Kirkkauden yksikkö on kandela neliömetriä kohti.
Tulevan säteilyn valoenergian pintatiheyttä kutsutaan valotukseksi:
AT yleinen tapaus kaavan (174) valaistus voi muuttua ajan myötä
Näyttelyssä on hieno käytännön arvoa, esimerkiksi valokuvauksessa, ja se mitataan lux-sekunteina
Kaavoilla (160) - (174) lasketaan sekä valo- että energiamäärät ensinnäkin monokromaattiselle säteilylle eli tietyn aallonpituuden omaavalle säteilylle ja toiseksi ottamatta huomioon säteilyn spektrijakaumaa, joka yleensä tapahtuu visuaalisissa optisissa laitteissa.
Säteilyn spektrikoostumus - säteilytehon jakautuminen aallonpituuksille on hyvin tärkeä energiamäärien laskemiseen käytettäessä selektiivisiä säteilyvastaanottimia. Näitä laskelmia varten otettiin käyttöön säteilyvuon spektritiheyden käsite [katso. kaavat (157)-(159)].
Meillä on vastaavasti rajoitetulla aallonpituusalueella:
Kaavojen määrittämät energiamäärät koskevat myös spektrin näkyvää osaa.
Perusfotometriset ja energiamääriä, jotka määrittelevät niiden kaavat ja yksiköt SI-järjestelmän mukaisesti, on annettu taulukossa. 5.
1. Säteilyvuo. Sähkömagneettisen säteilyn spektrin käsite. Periaate virtausjakauman mittaamisesta spektrin yli. Energiamäärät.
Säteilyvuo (teho) (F) yavl. pääsuure energiamittausjärjestelmässä. Säteilytehon (tai -vuon) katsotaan olevan aikayksikköä kohti siirtynyt energia. F:n arvo ilmaistaan watteina (W).
Sähkömagneettinen aaltoalue epäröinti, n. luonnossa on melko leveä ja ulottuu angströmin murto-osista kilometriin.
Sähkömagneettisen säteilyn spektri, mikroneja
Gammasäteet __________________________________________ vähemmän kuin 0,0001
Röntgenkuvat ___________________________________ 0,01-0,0001
Ultraviolettisäteet ___________________________________ 0,38-0,01
Näkyvä valo ___________________________________________________ 0,78-0,38
Infrapunasäteet _________________________________________1000-0,78
Radioaallot ______________________________________________________ yli 1000
Vain osa spektristä kuuluu optiseen alueeseen elektromagneettinen säteily aallonpituusvälillä λmin= 0,01 µm - λmax=1000 µm. Tällainen säteily syntyy atomien sähkömagneettisen virityksen seurauksena, värähtely- ja pyörivä liike molekyylejä.
AT optinen spektri kolme pääaluetta voidaan erottaa: ultravioletti, näkyvä, infrapuna.
Ultraviolettisäteily tuottaa voimakkaimpia fotoneja ja sillä on voimakas valokemiallinen vaikutus.
Näkyvän valon säteily, huolimatta melko kapeasta intervallista, antaa meille mahdollisuuden nähdä ympärillämme olevan maailman monimuotoisuus. Joten ihmissilmä ei käytännössä havaitse äärimmäisten aallonpituusalueiden säteilyä (niillä on heikko vaikutus silmään) näkyvä valo on tapana harkita säteilyä, jonka aallonpituusalue on 400-700 nm. Tällä säteilyllä on merkittävä fotofyysinen ja fotokemiallinen vaikutus, mutta vähemmän kuin ultravioletti.
Fotoneilla on pienin energia spektrin koko optisesta alueesta infrapunasäteily. Tämän säteilyn har-but lämpövaikutus ja suuressa määrin alempi tutkinto, valofysikaalisia ja fotokemiallisia. toiminta.
2. Säteilyvastaanottimen käsite . Vastaanottajan reaktiot. Säteilyvastaanottimien luokitus. Lineaariset ja epälineaariset vastaanottimet. Säteilyvastaanottimen spektriherkkyys.
kappaleet, joissa tällaisia muutoksia tapahtuu valotekniikassa vastaanotetun optisen säteilyn vaikutuksesta yleinen nimi "säteilyvastaanottimet"
Perinteisesti säteilyvastaanottimet jaetaan:
1. Luonnollinen säteilyn vastaanottaja on ihmissilmä.
2. Valoherkät materiaalit, joita käytetään kuvien optiseen tallentamiseen.
3. Vastaanottimet ovat myös valoherkkiä elementtejä mittauslaitteet(tiheysmittarit, kolorimetrit)
Optisella säteilyllä on korkea energia ja se vaikuttaa siksi moniin aineisiin ja fyysisiin kehoihin.
Mediassa ja kehoissa tapahtuvan valon absorption seurauksena koko rivi ilmiöt (Kuva 2.1, Sir 48)
Säteilyä absorboinut keho alkaa säteillä itseään. Tässä tapauksessa sekundäärisellä säteilyllä voi olla eri spektrialue kuin absorboidulla. N-r, valaistuksen alla UV-valo keho lähettää näkyvää valoa.
Absorboituneen säteilyn energia muunnetaan sähköenergiaa, kuten valosähköisen efektin tapauksessa, tai aiheuttaa muutoksen sähköiset ominaisuudet materiaalia, jota esiintyy valojohteissa. Tällaisia muunnoksia kutsutaan valofyysinen.
Toinen fotofysikaalisen muuntamisen tyyppi on säteilyenergian siirtyminen lämpöenergia. Tämä ilmiö on löytänyt sovelluksen lämpöelementeissä, joita käytetään säteilytehon mittaamiseen.
Säteilyenergia muunnetaan kemialliseksi energiaksi. Valoa absorboivan aineen fotokemiallinen muutos tapahtuu. Tämä muunnos tapahtuu useimmissa valoherkissä materiaaleissa.
Kappaleet, joissa tällaisia muutoksia tapahtuu optisen säteilyn vaikutuksesta, ovat saaneet yleisen nimen valaistustekniikassa. "säteilyvastaanottimet"
Lineaariset epälineaariset vastaanottimet?????????????????????
Säteilyvastaanottimen spektriherkkyys.
Vastaanottimessa olevan optisen säteilyn vaikutuksesta tapahtuu valokemiallinen ja fotofysikaalinen muutos, joka muuttaa vastaanottimen ominaisuuksia tietyllä tavalla.
Tätä muutosta kutsutaan vastaanottimen hyödylliseksi vastaukseksi.
Kaikkea tulevan säteilyn energiaa ei kuitenkaan kuluteta hyödylliseen reaktioon.
Osa vastaanottimien energiasta ei imeydy, joten se ei voi aiheuttaa reaktiota. Imeytynyt energia ei myöskään muutu täysin hyödylliseksi. Esimerkiksi valokemiallisen muutoksen lisäksi voi tapahtua vastaanottimen kuumenemista. Käytännössä käytetty osa energiasta ns. hyödyllinen, ja käytännössä käytetty osa säteilytehosta (säteilyvuo Ф) on tehollinen vuo Ref.
Tehollisen vuon Ref suhde vastaanottimeen tulevaan säteilyvuon
nimeltään vastaanottimen herkkyys.
Useimpien vastaanottimien spektriherkkyys riippuu aallonpituudesta.
Sλ= сРλ eff/Фλ ja Рλ eff=КФλSλ
Suureita kutsutaan Фλ ja Рλ, vastaavasti monokromaattinen säteilyvirta ja monokromaattinen tehollinen vuo, ja Sλ on monokromaattinen spektriherkkyys.
Kun tiedetään vastaanottimeen tulevan säteilyn tehojakauma spektrissä Ф(λ) ja vastaanottimen spektriherkkyys S(λ), on mahdollista laskea tehollinen vuo kaavalla – Реф=К ∫ Ф(λ) S(λ)dλ
Mittaus tarkoittaa ∆λ-aluetta, jota rajoittaa joko vastaanottimen spektrivaste tai mittauksen spektrialue.
3. Silmän ominaisuudet vastaanottimena. Valon virtaus. Sen yhteys säteilyvirtaan. näkyvyyskäyrä. Valon ja energian välinen ero virtaa alueella 400-700 nm.
Silmän ominaisuudet vastaanottimena.
Näkölaitteisto koostuu säteilyvastaanottimesta (silmistä), näköhermoista ja aivojen näköalueista. Näillä alueilla silmiin muodostuvat ja näköhermojen kautta tulevat signaalit analysoidaan ja muunnetaan visuaalisiksi kuviksi.
Säteilyvastaanotin koostuu kahdesta silmämunasta, joista kumpikin pääsee kuuden ulkoisen lihaksen avulla helposti pyörimään kiertoradalla sekä vaaka- että pystytasossa. Kun tutkitaan kohdetta, silmät liikkuvat äkillisesti ja vuorotellen kiinnittyvät erilaisia kohtia esine. Tämä liike on luonteeltaan vektorimuotoista, ts. kunkin hypyn suunta määräytyy tarkasteltavan kohteen mukaan. Hyppynopeus on erittäin korkea ja kiinnityspisteet, joissa silmä pysähtyy 0,2-0,5 s, sijaitsevat pääasiassa yksityiskohtien rajoilla, joissa on kirkkauseroja. "Pysähdysten" aikana silmä ei ole levossa, vaan tekee nopeita mikroliikkeitä suhteessa kiinnityskohtaan. Näistä mikrosakkadeista huolimatta kohteen havaittu alue kohdistuu kiinnityspisteissä valoherkän verkkokalvon fovea-alueelle silmistä.
Kuva 2.4 (Silmän vaakaleikkaus) s.56
Valon virtaus(F) Ymmärrä valovirralla yleensä säteilyn teho, joka on arvioitu sen vaikutuksen perusteella ihmissilmään. Valovirran yksikkö on lumen (lm).
Valovirran vaikutus silmään aiheuttaa sen tietyn reaktion. Valovirran vaikutustasosta riippuen toimivat yhden tai toisen tyyppiset valoherkät silmän vastaanottimet, joita kutsutaan sauvoiksi tai kartioiksi. Olosuhteissa matala taso valaistuksessa (esim. kuun valossa), silmä näkee ympäröivät esineet sauvojen ansiosta. klo korkeat tasot Valaistus, päivänäkölaite alkaa toimia, mistä kartiot ovat vastuussa.
Lisäksi kartiot on jaettu kolmeen ryhmään niiden valoherkän aineen mukaan, joilla on erilainen herkkyys eri alueita spektri. Siksi, toisin kuin sauvat, ne eivät reagoi vain valovirtaan, vaan myös sen spektriseen koostumukseen.
Tässä suhteessa voimme sanoa, että valotoiminta on kaksiulotteinen. Määrällinen ominaisuus valaistustasoon liittyvät silmäreaktiot, ns. valoa. Laatuominaisuus, joka liittyy eri tasoilla kolmen kartioryhmän reaktiot, joita kutsutaan kromaattiseksi.
Tärkeä ominaisuus silmän suhteellisen spektriherkkyyden (suhteellinen spektraalinen valotehokkuus) yavl-jakaumakäyrä päivänvalossa νλ =f(λ) Kuva 1.3 p.9
Käytännössä on todettu, että päivänvalossa ihmissilmän maksimiherkkyys säteilylle on Lamda = 555 nm (V555 = 1) Samaan aikaan jokaisen valovirran yksikön säteilyteho F555:llä on Ф555 = 0,00146 W. Valovirran F555 suhdetta Ф555 kutsutaan spektrinen valotehokkuus.
K = F555/F555 = 1/0,00146 = 680 (lm/W)
Tai mille tahansa säteilyn aallonpituudelle näkyvällä alueella K=const:
K \u003d 1 / V (λ) * F λ / Ф λ \u003d 680. (yksi)
Kaavan (1) avulla on mahdollista muodostaa suhde valovirran ja säteilyvirran välille.
Fλ = 680 * Vλ * Фλ
Integroituun säteilyyn
F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ
4. Fotoaktiivinen virtaus. Yleistä tietoa tehokkaasta virtauksesta. Yksiväriset ja integraalivirrat. aktinismi .
Valaistustekniikassa ja toistotekniikassa käytetään kahden tyyppisiä tehollisia vuotoja: valo F ja fotoaktiini A.
Valovirta suhteutetaan tehoon (säteilyvirtaan Ф) seuraavalla lausekkeella:
F=680 ∫ Ф(λ) V(λ) dλ
400 nm
jossa Ф(λ) on säteilytehon jakautuminen spektrin yli, V(λ) on suhteellinen spektrinen valotehokkuuskäyrä (näkyvyyskäyrä) ja 680 on kerroin, jonka avulla voit siirtyä wateista lumeneihin. Sitä kutsutaan valovirran ekvivalentiksi ja se ilmaistaan yksikkönä lm/W.
Jos valovirta putoaa jollekin pinnalle, sen pintatiheyttä kutsutaan valotiheydeksi. Valaistus E on suhteessa valovirtaan kaavan mukaan
Missä Q on pinta-ala metreinä Valon yksikkö on luksi (kl)
Käytä valoherkille materiaaleille ja mittauslaitteiden valoantureille fotoaktiininen virtausA.
Tämä on lausekkeen määrittelemä tehokas virtaus
A = ∫ Ф (λ) S (λ) dλ
Jos spektrialue, jolla mittaus suoritetaan, on rajoitettu aallonpituuksilla λ1 ja λ2, niin lauseke fotoaktiininen virtaus ottaa muodon
A \u003d ∫ F (λ) * S (λ) dλ
λ1
Mittayksikkö A riippuu spektriherkkyyden mittayksiköstä. Jos Sλ on suhteellinen arvo, ja mitataan watteina. Jos Sλ:lla on mitta, esim.
m /J, niin tämä vaikuttaa fotoaktiinivuon mittaan
Fotoaktiinivuon pintatiheys valaistulla pinnalla naz-säteilyn aktiivisuusa, a= dA/ dQ
Jos vastaanottimen pinta on valaistu tasaisesti, niin a=A/Q.
Yksiväriselle säteilylle.
Fλ = 680 * Vλ * Фλ
Integroituun säteilyyn
F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ
aktinismi- analoginen valaistus. Sen mittayksikkö riippuu mitat A
Jos A - W, niin a-W / m
Kuva 2.2 sivu 52
Mitä suurempi säteilyn aktiivisuus on, sitä tehokkaammin säteilyenergiaa käytetään ja mitä enemmän muiden yhtäläiset olosuhteet, vastaanottajan vastaus on hyödyllinen.
Maksimaalisen aktiivisuuden saavuttamiseksi on toivottavaa, että vastaanottimen maksimispektriherkkyys ja suurin säteilyteho osuvat samoille spektrivyöhykkeille. Tämä huomio ohjaa valonlähteen valintaa kuvien saamiseksi tietyntyyppisistä valoherkistä materiaaleista.
Esimerkiksi kopiointiprosessi.
Painolevyjen valmistukseen käytetyt kopiokerrokset ovat herkkiä ultravioletti- ja siniviolettisäteilylle. Muiden vyöhykkeiden säteilylle näkyvä spektri he eivät reagoi. Siksi he käyttävät kopiointiprosessin suorittamiseen
Metallihalogenidilamput, joissa on runsaasti ultravioletti- ja sinistä spektrisäteilyä.
kuvio 2.3. Sivu 53 käsikirja
5. Värilämpötila. Absoluuttisen mustan kappaleen kirkkauskäyrät klo eri lämpötiloja. Normalisoidun käyrän käsite. Termin "värilämpötila" määritelmä. Säteilyn värin suuntamuutos värilämpötilan muutoksen myötä.
Värilämpötilalla tarkoitetaan kelvineinä ilmaistua täysin mustan kappaleen lämpötilaa, jossa säteily on samanväristä kuin tarkasteltava. Volframilangalla varustetuissa hehkulampuissa säteilyn spektrijakauma on verrannollinen täysin mustasta kappaleesta tulevan säteilyn spektrijakaumaan aallonpituusalueella 360-1000 nm. Laskemiseen spektrinen koostumus mustan kehon säteily tietylle absoluuttinen lämpötila Kuumenna sitä, voit käyttää Planckin kaavaa:
e -5 s 2 / λ t
Rλ \u003d C1 λ (e -1)
uh
Missä Rλ on spektrin energian kirkkaus, C1 ja C2 ovat vakioita, e on kanta luonnolliset logaritmit, T-absoluuttinen lämpötila, K
Kokeellisesti värilämpötila määräytyy aktiivisuuksien sini-punasuhteen arvon perusteella. Aktiivisuus-valaistus, tehokas suhteessa valoanturiin:
Аλ = Фλ Sλ / Q = Eλ Sλ
Missä Ф on säteilyvirta, Sλ on valodetektorin herkkyys, Qλ on sen pinta-ala
Jos valontunnistimena käytetään valomittaria, niin aktiivisuus on valaistus, joka määritetään, kun valokenno on suojattu sinisellä ja punaisella valosuodattimella.
Teknisesti mittaus tehdään seuraavasti.
Valomittarin valokenno on vuorotellen suojattu erityisesti valituilla sinisellä ja punaisella valosuodattimella. Valonsuodattimien tulee olla vyöhykkeellisiä ja niillä on sama monikertaisuus lähetysalueella. Luxmeter galvanometri määrittää valaistuksen mitatusta lähteestä jokaiselle suodattimelle. Laske sini-punainen suhde kaavan avulla
K \u003d Ac / Ak \u003d Es / Ek
AIKATAULU sivu 6 lab orja
Фλ. Tätä varten Planckin kaavan mukaan spektrin arvot energian kirkkaus. Seuraavaksi tuloksena oleva funktio normalisoidaan. Sääntely koostuu kaikkien arvojen suhteellisesta vähentämisestä tai lisäämisestä tällä tavalla
niin, että funktio kulkee pisteen läpi, jonka koordinaatit λ= 560nm, lg R560 =2.0
tai λ= 560 nm, R560 rel = 100 Tässä tapauksessa katsotaan, että jokainen arvo viittaa laskentavaihetta vastaavaan spektriväliin ∆λ.
∆λ=10 nm, valoisuus 100 W*m vastaavat 560 nm:n aallonpituutta aallonpituusalueella 555-565 nm.
Kuva 1.2 Sivu 7 lab orja
Spektririippuvuusfunktiolla Rλ = f λ voidaan löytää funktiot E λ = Фλ = f λ Käytä kaavoja.
E-valaistus, R-valoisuus, F- energian virtaus, Q-alue
6. Valonlähde. niiden spektriominaisuudet. Valonlähteiden luokitus säteilytyypin mukaan. Planckin ja Wienin kaava.
7. Säteilylähteiden fotometriset ominaisuudet. Luokittelu geometriset suuret: piste- ja laajennettu valonlähde, fotometrinen runko.
Säteilylähteet voidaan jakaa kahteen ryhmään riippuen emitterin mittojen suhteesta ja sen etäisyydestä tutkittavaan kentän pisteeseen:
1) pistesäteilylähteet
2) äärellisen ulottuvuuden lähde (lineaarinen lähde) Säteilylähde, jonka mitat ovat merkittävästi vähemmän etäisyyttä tutkittavaan pisteeseen kutsutaan pisteeksi. Käytännössä pistelähteenä pidetään sellaista, jonka maksimikoko on vähintään 10 kertaa pienempi kuin etäisyys säteilyvastaanottimeen. Tällaisille säteilylähteille noudatetaan etäisyyden käänteistä neliölakia.
E = I/r 2 kosini alfa, jossa alfa = valonsäteen ja pintaan C nähden kohtisuoran välinen kulma.
Jos pisteestä, jossa pisteen säteilylähde sijaitsee, syrjään eri suuntiin avaruus ovat yksikön säteilyvoimakkuuden vektoreita ja piirtävät pinnan niiden päiden läpi, jolloin saadaan lähteen säteilyvoimakkuudesta FOTOMETRILLISEN RUNKO. Tällainen kappale luonnehtii täysin tietyn lähteen säteilyvuon jakautumista ympäröivään tilaan
8. Säteilyn muuntaminen optisilla välineillä. Säteilykonversion ominaisuudet: valokertoimet, kerrannaisuudet, optiset tiheydet, niiden välinen suhde. Suodattimet Termin määritelmä. Spektrikäyrä yleisenä suodattimen ominaisuutena.
Kun säteilyvuo Ф0 osuu oikea vartalo(optinen väliaine), osa sen Ф(ro):sta heijastuu pintaan, osa Ф(alpha):sta imeytyy kehoon ja osa Ф(tau):sta kulkee sen läpi. kehon kyky ( optinen ympäristö) tällaiselle muunnokselle on tunnusomaista heijastuskerroin ro=Fro/Ф0, kerroin tau=Ftau/Ф0.
Jos kertoimet määritetään muuntamalla valovirtoja (F, lm), niin niitä kutsutaan valoksi (fotometrisiksi)
Rosv \u003d Fo / Fo; Alphasw=Falpha/Fо; tausv=Ftau/Fо
Optisten ja valokertoimien kohdalla väite on totta, että niiden summa on 1,0 (po + alfa + tau \u003d 1)
On olemassa vielä kahdenlaisia kertoimia - yksivärinen ja vyöhyke. Edellinen arvioi optisen väliaineen vaikutusta monokromaattiseen säteilyyn lambda-aallonpituudella.
Vyöhykekertoimet arvioivat spektrivyöhykkeiltä lainatun säteilyn muuntumista (sininen delta lambda = 400-500 nm, vihreä delta lambda = 500-600 nm ja punainen delta lambda = 600-700 nm)
9. Bouguer-Lambert-Beerin laki. Laissa sidotut määrät. Optisten tiheysten additiivisuus Bouguer-Lambert-Beer-lain pääjohtopäätöksenä. Valonsirontamerkit, väliaineen sameus. Valonsirontatyypit.
F 0 /F t =10 kl, k-absorptionopeus. Beer havaitsi, että absorptioindeksi riippuu myös valoa absorboivan aineen pitoisuudesta c, k \u003d Xc, x on molaarinen absorptioindeksi ilmaistuna kerroksen paksuuden käänteislukuna, vaimentaen valoa 10 kertaa pitoisuudessa. valoa absorboivaa ainetta siinä 1 mol / l.
Bouguer-Lambert-Beer-lakia ilmaiseva lopullinen yhtälö näyttää tältä: F0 / Ft \u003d 10 Xc1:n potenssiin
Kerroksen välittämä valovirta liittyy eksponentiaalisesti vähentyneeseen valovirtaan molaarisen absorptioindeksin, kerroksen paksuuden ja valoa absorboivan aineen pitoisuuden kautta. Se seuraa harkitusta laista fyysinen merkitys optisen tiheyden käsitteet. Integroimalla lauseke Ф0/Фт=10 potenssiin Xc1
Saamme D \u003d X * s * l, ne. Optinen tiheys ympäristö riippuu sen luonteesta, on verrannollinen sen paksuuteen ja valoa absorboivan in-va:n pitoisuuteen. Koska Bouguer-Lambert-Beer-laki luonnehtii absorboituneen valon osuutta läpäisevän valon osion kautta, se ei ota huomioon heijastunutta ja sirontavaloa. Lisäksi saatu Bouger-Lambert-Beer-lakia ilmaiseva relaatio pätee vain homogeenisille aineille, eikä se ota huomioon valon heijastuksen menetystä kappaleiden pinnasta. Poikkeaminen laista johtaa optisten tietovälineiden ei-additiivisuuteen.
Säteilyn kvantifiointiin käytetään riittävästi. leveä ympyrä määrät, jotka voidaan ehdollisesti jakaa kahteen yksikköjärjestelmään: energiaan ja valoon. Tässä tapauksessa energiasuureet kuvaavat spektrin koko optiseen alueeseen liittyvää säteilyä ja valaistussuureet - näkyvää säteilyä. Energiamäärät ovat verrannollisia vastaaviin valaistusmääriin.
Päämäärä sisään energiajärjestelmä, jonka avulla on mahdollista arvioida säteilyn määrää, on säteilyvirta Ph, tai säteilyteho, eli energian määrä W, säteilevä, kuljetettu tai absorboitunut aikayksikköä kohti:
Fe-arvo ilmaistaan watteina (W). - energiayksikkö
Useimmissa tapauksissa he eivät ota huomioon säteilyn esiintymisen kvanttiluonteisuutta ja pitävät sitä jatkuvana.
Säteilyn laadullinen ominaisuus on säteilyvuon jakautuminen spektrin yli.
Säteilyille, joilla on jatkuva spektri, otetaan käyttöön käsite säteilyvuon spektritiheys (j l)- spektrin tietylle kapealle osalle kuuluvan säteilytehon suhde tämän osan leveyteen (kuva 2.2). Kapealle spektrialueelle dl säteilyvirta on dФ l . Ordinaatta näyttää säteilyvuon spektritiheydet j l = dФ l /dl, siksi virtausta edustaa graafin alkeisosan pinta-ala, ts.
Jos emissiospektri on rajoissa l 1 ennen l 2, sitten säteilyvuon suuruus
Alla valovirta F, yleensä ymmärtää säteilyn tehon, joka on arvioitu sen vaikutuksen perusteella ihmissilmään. Valovirran yksikkö on lumeni (lm). – valaistusyksikkö
Valovirran vaikutus silmään aiheuttaa sen tietyn reaktion. Valovirran vaikutustasosta riippuen toimivat yhden tai toisen tyyppiset valoherkät silmän vastaanottimet, joita kutsutaan sauvoiksi tai kartioiksi. Hämärässä (esimerkiksi kuun valossa) silmä näkee ympäröivät esineet sauvojen ansiosta. Korkealla valaistustasolla päivänäkölaite, josta kartiot ovat vastuussa, alkaa toimia.
Lisäksi kartiot jaetaan kolmeen ryhmään niiden valoherkän aineen mukaan, joilla on erilainen herkkyys spektrin eri alueilla. Siksi, toisin kuin sauvat, ne eivät reagoi vain valovirtaan, vaan myös sen spektriseen koostumukseen.
Tältä osin voidaan sanoa, että kevyt toiminta kaksiulotteinen.
Valaistustasoon liittyvää silmän reaktion kvantitatiivista ominaisuutta kutsutaan keveys. Laadullista ominaisuutta, joka liittyy kolmen kartioryhmän erilaiseen reaktiotasoon, kutsutaan värikkyys.
Valon voimakkuus (I). Valaistustekniikassa tätä arvoa pidetään muodossa perus. Tällä valinnalla ei ole perustavanlaatuista perustaa, vaan se tehdään mukavuussyistä, koska Valon voimakkuus ei riipu etäisyydestä.
Valovoiman käsite viittaa vain pistelähteisiin, ts. lähteisiin, joiden mitat ovat pienet verrattuna etäisyyteen niistä valaistuun pintaan.
Pistelähteen valovoima tietyssä suunnassa on avaruuskulmayksikköä kohti W valon virtaus F tämän lähteen lähettämä tiettyyn suuntaan:
I = F/Ω
Energiaa valovoima ilmaistaan watteina steradiaania kohti ( ti/ke).
Takana valaistus valovoiman yksikkö hyväksytään candela(cd) on pistelähteen valovoima, joka lähettää 1 lm:n valovirran, joka jakautuu tasaisesti 1 steradiaanin (sr) avaruuskulmaan.
Avaruuskulma on avaruuden osa, jota rajoittaa kartiomainen pinta ja suljettu kaareva ääriviiva, ei kulje kulman kärjen läpi (kuva 2.3). Kun kartiomainen pinta puristetaan kokoon, pallomaisen alueen o mitat tulevat äärettömän pieneksi. Avaruuskulmasta tulee tässä tapauksessa myös äärettömän pieni:
Kuva 2.3 - "umpikulman" käsitteen määritelmään
Valaistus (E). Energisen valaistuksen alla E e ymmärtää säteilyn virtausta alueen yksikkö valaistu pinta K:
Energiavalaistus ilmaistaan W/m2.
Kevyt valaistus E ilmaistaan valovirran tiheydellä F pinnalla se valaisee (kuva 2.4):
Valon yksiköksi otetaan valaistus ylellisyyttä, eli pinnan valaistus, joka vastaanottaa 1 lm:n valovirran tasaisesti jakautuneena sille 1 m 2:n alueelle.
Muiden valaistustekniikassa käytettyjen määrien joukossa tärkeitä ovat energiaa säteilyä Me tai valoenergiaa W, sekä energiaa Ne tai valoa H valotus.
Arvot We ja W määritetään lausekkeiden avulla
missä ovat vastaavasti säteilyvirran ja valovirran muutosten funktiot ajassa. Meitä mitataan jouleina tai Ws, a W- in lm s.
Alla energia H e tai valoaltistus ymmärtää pintatiheys säteilyenergiaa Me tai valoenergiaa W vastaavasti valaistulle pinnalle.
Eli valotus H on valaistuksen tuote E säteilylähteen luoma jonkin aikaa t tämän säteilyn toimintaa.
Kysymys 2. Fotometriset suureet ja niiden yksiköt.
Fotometria on optiikan ala, joka käsittelee optisen säteilyn energiaominaisuuksien mittaamista etenemis- ja vuorovaikutusprosesseissa aineen kanssa. Fotometriassa käytetään energiasuureita, jotka kuvaavat optisen säteilyn energiaparametreja riippumatta sen vaikutuksesta säteilyvastaanottimiin, sekä valosuureita, jotka kuvaavat valon fysiologisia vaikutuksia ja jotka arvioidaan ihmissilmään tai muihin vastaanottimiin kohdistuvan vaikutuksen perusteella.
Energiamäärät.
Energian virtausF e on arvo numeerisesti yhtä suuri kuin energia W säteily, joka kulkee kohtisuorassa energiansiirron suuntaan nähden, aikayksikköä kohti
F e = W/ t, wattia (ti).
Energian virtaus vastaa energian voimaa.
Todellisen lähteen ympäröivään tilaan säteilemä energia jakautuu sen pinnalle.
Energian kirkkaus(säteily) R e on säteilyteho pinta-alayksikköä kohti kaikkiin suuntiin:
R e = F e / S, (ti/m 2),
nuo. on pintasäteilyvuon tiheys.
Valon energiateho (säteilyvoima) minä e määritellään käyttämällä käsitettä pistevalolähde - lähde, jonka mitat verrattuna etäisyyteen havaintopisteeseen voidaan jättää huomiotta. Valon energiateho minä e arvo, yhtä suuri kuin suhde säteilyvirta F e lähteestä avaruuskulmaan ω , jossa tämä säteily etenee:
minä e= F e / ω , (ti/ke) - wattia steradiaania kohden.
Avaruuskulma on avaruuden osa, jota rajoittaa jokin kartiomainen pinta. Avaruuskulmien erityistapaukset ovat kolmikulmaisia ja monitahoiset kulmat. Kiinteä kulma ω pinta-alasuhteella mitattuna S se osa pallosta, joka on keskitetty kartiomaisen pinnan kärkeen ja jonka tämä avaruuskulma katkaisee, pallon säteen neliöön, ts. ω = S/r 2. Täydellinen pallo muodostaa 4π steradiaania vastaavan avaruuskulman, ts. ω = 4π r 2 /r 2 = 4π ke.
Lähteen valon voimakkuus riippuu usein säteilyn suunnasta. Jos se ei riipu säteilyn suunnasta, niin tällaista lähdettä kutsutaan isotrooppiseksi. Isotrooppisen lähteen valon voimakkuus on
minä e= F e /4π.
Laajennetun lähteen tapauksessa voimme puhua sen pinnan elementin valovoimakkuudesta dS.
Energian kirkkaus (säteilyä) AT e on arvo, joka on yhtä suuri kuin valon energiaintensiteetin suhde Δ minä e säteilevän pinnan elementti alueelle ∆S tämän elementin projektiot tasolle, joka on kohtisuorassa havaintosuuntaa vastaan:
AT e = Δ minä e / ∆ S. [(ti/(sr.m 2)].
Energia valaistus (säteilyvoimakkuus) E e kuvaa pinnan valaistusastetta ja on yhtä suuri kuin valaistun pinnan yksikköön kohdistuvan säteilyvuon suuruus kaikista suunnista ( ti/m 2).
Fotometriassa käytetään käänteistä neliölakia (Keplerin lakia): tason valaiseminen kohtisuorasta suunnasta pistelähteestä voimalla. minä e etäisyydellä r siitä on yhtä suuri kuin:
E e = minä e/ r 2 .
Optisen säteilyn säteen poikkeama kohtisuorasta pintaan nähden kulman verran α johtaa valaistuksen heikkenemiseen (Lambertin laki):
E e = minä e cos α /r 2 .
Tärkeä rooli säteilyn energiaominaisuuksia mitattaessa sen tehon ajallinen ja spektraalinen jakautuminen. Jos optisen säteilyn kesto on lyhyempi kuin havaintoaika, säteilyä pidetään pulssillisena, ja jos se on pidempää, sitä pidetään jatkuvana. Lähteet voivat lähettää säteilyä eri pituuksia aallot. Siksi käytännössä käytetään säteilyspektrin käsitettä - säteilytehon jakautumista aallonpituusasteikolla λ (tai taajuudet). Lähes kaikki lähteet säteilevät eri tavalla spektrin eri osissa.
Äärettömän pienelle aallonpituusvälille dλ minkä tahansa fotometrisen suuren arvo voidaan määrittää käyttämällä sen spektritiheyttä. Esimerkiksi energian valoisuuden spektritiheys
R eλ = dW/dλ,
missä dW on energia, joka säteilee pinta-alayksiköstä aikayksikköä kohden aallonpituusalueella alkaen λ ennen λ + dλ.
Kevyet määrät. Optisissa mittauksissa käytetään erilaisia säteilyvastaanottimia, joiden spektriominaisuudet eri aallonpituuksille valolle ovat erilaisia. Optisen säteilyn valoilmaisimen spektriherkkyys on vastaanottimen vastetasoa kuvaavan arvon suhde monokromaattisen säteilyn virtaan tai energiaan, joka aiheuttaa tämän reaktion. Erottele absoluuttinen spektrinen herkkyys, joka ilmaistaan nimetyissä yksiköissä (esim. MUTTA/ti jos vastaanottimen vaste mitataan MUTTA), ja dimensioton suhteellinen spektriherkkyys on spektrin herkkyyden suhde tietyllä säteilyn aallonpituudella enimmäisarvo spektriherkkyys tai spektriherkkyys tietyllä aallonpituudella.
Valodetektorin spektriherkkyys riippuu vain sen ominaisuuksista, se on erilainen eri vastaanottimilla. Suhteellinen spektriherkkyys ihmisen silmä V(λ ) on esitetty kuvassa. 5.3.
Silmä on herkin säteilylle, jolla on aallonpituus λ =555 nm. Toiminto V(λ ) tälle aallonpituudelle on otettu yksikkö.
Samalla energiavirralla visuaalisesti arvioitu valon intensiteetti muille aallonpituuksille on pienempi. Ihmissilmän suhteellinen spektrinen herkkyys näille aallonpituuksille osoittautuu vähemmän kuin yksi. Esimerkiksi funktion arvo tarkoittaa, että tietyn aallonpituuden valon energiavuon tiheyden on oltava 2 kertaa suurempi kuin valon, jolla , jotta visuaaliset tuntemukset ovat samat.
Valosuureiden järjestelmä otetaan käyttöön ottaen huomioon ihmissilmän suhteellinen spektriherkkyys. Siksi valomittaukset, koska ne ovat subjektiivisia, eroavat objektiivisista, energiamittauksista, ja niille otetaan käyttöön valoyksiköt, joita käytetään vain näkyvälle valolle. Valon perusyksikkö SI-järjestelmässä on valovoima - candela (CD), joka on yhtä suuri kuin taajuudella 5,4 10 14 monokromaattista säteilyä säteilevän lähteen valon intensiteetti tietyssä suunnassa Hz, jonka energiaintensiteetti tähän suuntaan on 1/683 W/sr. Kaikki muut valomäärät ilmaistaan kandelaina.
Valoyksiköiden määritelmä on samanlainen kuin energiayksiköt. Valomäärien mittaamiseen käytetään erityisiä tekniikoita ja laitteita - fotometrejä.
Valon virtaus . Valovirran yksikkö on luumen (lm). Se on yhtä suuri kuin isotrooppisen valonlähteen valovirta, jonka teho on 1 CD yhden steradiaanin avaruuskulmassa (tasainen säteilykenttä avaruuskulman sisällä):
1 lm = 1 CD·yksi ke.
Kokenut havaittiin, että 1 lm:n valovirta muodostuu aallonpituuden omaavasta säteilystä λ = 555nm vastaa energiavirtaa 0,00146 ti. Valovirta 1:ssä lm, joka muodostuu eri aallonpituuksista säteilystä λ , vastaa energiavirtaa
F e = 0,00146/ V(λ ), ti,
nuo. yksi lm = 0,00146 ti.
valaistus E- valovirran suhteella kelattu arvo F tapaus pinnalle, alueelle S tämä pinta:
E = F/S, ylellisyyttä (OK).
1 OK– pinnan valaistus, per 1 m 2, johon valovirta laskee 1 lm (1OK = 1 lm/m 2). Valaistuksen mittaamiseen käytetään laitteita, jotka mittaavat optisen säteilyn vuon kaikista suunnista - luksimetrejä.
Kirkkaus R Valopinnan C (valoisuus) jossain suunnassa φ on suure, joka on yhtä suuri kuin valovoiman suhde minä tähän suuntaan aukiolle S valopinnan projektio tasolle, joka on kohtisuorassa tähän suuntaan:
R C= minä/(S cos φ ), (CD/m 2).
Yleensä valonlähteiden kirkkaus on erilainen eri suuntiin. Lähteitä, joiden kirkkaus on sama kaikkiin suuntiin, kutsutaan Lambertiksi tai kosiniksi, koska tällaisen lähteen pinnan elementin lähettämä valovirta on verrannollinen cosφ:hen. Täyttää tiukasti tämän ehdon vain täysin musta runko.
Mikä tahansa fotometri, jolla on rajoitettu katselukulma, on pohjimmiltaan luminanssimittari. Spektri ja alueellinen jakautuminen kirkkauden ja valaistuksen avulla voit laskea kaikki muut fotometriset suureet integroimalla.
1. Mikä on fyysinen merkitys absoluuttinen indikaattori
väliaineen taittuminen?
2. Mikä on suhteellinen indikaattori taittuminen?
3. Missä olosuhteissa havaitaan täydellinen heijastus?
4. Mikä on valonohjainten toimintaperiaate?
5. Mikä on Fermatin periaate?
6. Mitä eroa on energia- ja valosuureiden välillä fotometriassa?
