Säteilyenergian ja sen vaikutuksen arvioimiseen säteilyvastaanottimiin, joihin kuuluu valosähköisiä laitteita, lämpö- ja fotokemiallisia vastaanottimia sekä silmään käytetään energia- ja valomääriä.

Energiamäärät ovat optisen säteilyn ominaisuuksia, jotka koskevat koko optista aluetta.

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 takana tähän suuntaan Hz:n taajuudella yksiväristä säteilyä säteilevä lähde, jonka energiaintensiteetti 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 palloleikkauksen 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 valovoima 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 tietyn avaruuskulman sisällä. 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 pääsääntöisesti 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.

Tärkeimmät fotometriset ja energiasuureet, jotka määrittävät niiden kaavat ja yksiköt SI-järjestelmän mukaisesti, on esitetty 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.

Säteily näkyvä valo, huolimatta melko kapeasta intervallista, anna meidän nähdä ympärillämme olevan maailman monimuotoisuus. Niin ja niin ihmisen silmä ei käytännössä havaitse säteilyä äärimmäisillä aallonpituusalueilla (niillä on heikko vaikutus silmään), käytännössä näkyvänä valona pidetään 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 fotokemiallinen 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 kiinnityskohdat, 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 keskikalvoon 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 aloilla 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) Samalla F555:llä jokaisen valovirran yksikön säteilyteho on Ф555 = 0,00146W 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 yksikkösäteilyvoimakkuuden 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, joka ilmaistaan ​​sen kerroksen paksuuden käänteislukuna, joka vaimentaa 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 (  ) - spektrin tietylle kapealle osalle kuuluvan säteilytehon suhde tämän osan leveyteen (kuva 2.2). Kapealle spektrialueelle d säteilyvirta on dФ  . Ordinaatta näyttää säteilyvuon spektritiheydet   = dФ  /d , siksi virtausta edustaa graafin alkeisosan pinta-ala, ts.

Kuva 2.2 - Spektrivuon tiheyden riippuvuus   säteily aallonpituudesta 

E Jos emissiospektri on rajoissa  1 ennen  2 , sitten säteilyvuon suuruus

Alla valovirta F, yleensä ymmärtää säteilyn tehon, joka on arvioitu sen vaikutuksen perusteella ihmissilmään. Valovirran yksikkö on lumen (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 voima (minä). 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  valon virtaus F tämän lähteen lähettämä tiettyyn suuntaan:

minä =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 uh ymmärtää säteilyn virtausta alueen yksikkö valaistu pinta K:

Energiavalaistus ilmaistaan W/m 2 .

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 Wuh tai valoenergiaa W, sekä energiaa Ne tai valoa H valotus.

Arvot We ja W määritetään lausekkeiden avulla

missä ovat vastaavasti funktioita muuttaa säteilyvirtaa ja valovirtaa ajassa. Meitä mitataan jouleina tai Ws, a W – in lm s.

Alla energia H uh tai valotus ymmärtää pintatiheys säteilyenergiaa W uh tai valoenergiaa W vastaavasti valaistulle pinnalle.

Eli valotja minäaltistuminen H on valaistuksen tuote E säteilylähteen luoma jonkin aikaa t tämän säteilyn toimintaa.

Säteilyn kvantifiointiin käytetään melko laajaa valikoimaa suureita, jotka voidaan ehdollisesti jakaa kahteen yksikköjärjestelmään: energiaan ja valoon. Tässä tapauksessa energiasuureet kuvaavat spektrin koko optiseen alueeseen liittyvää säteilyä ja valosuureet näkyvää säteilyä. Energiamäärät ovat verrannollisia vastaaviin valaistusmääriin.

Energiajärjestelmän pääsuure, 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 lumen (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, joka 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 säteilyn pintaenergiatiheyttä Me tai valoenergiaa W vastaavasti valaistulle pinnalle.

Eli valotus H on valaistuksen tuote E säteilylähteen luoma jonkin aikaa t tämän säteilyn toimintaa.