परिभाषाएं फोटोमेट्रिक मात्राएँप्रकाश श्रृंखला और उनके बीच के गणितीय संबंध ऊर्जा श्रृंखला की संगत मात्राओं और संबंधों के समान हैं। इसीलिए धीरे - धीरे बहना, ठोस कोण के भीतर विस्तार, के बराबर है। इकाई चमकदार प्रवाह (लुमेन). मोनोक्रोमैटिक प्रकाश के लिए ऊर्जा और प्रकाश मात्रा के बीच संबंधसूत्र द्वारा दिया गया है:
स्थिरांक को कहां कहा जाता है प्रकाश का यांत्रिक समकक्ष.
प्रति तरंग दैर्ध्य अंतराल पर चमकदार प्रवाह एलपहले ,
, (30.8)
कहाँ जे- तरंग दैर्ध्य पर ऊर्जा वितरण फ़ंक्शन (चित्र 30.1 देखें)। फिर कुल चमकदार प्रवाह हर किसी के द्वारा किया जाता है स्पेक्ट्रम तरंगें,
. (30.9)
रोशनी
चमकदार प्रवाह उन पिंडों से भी आ सकता है जो स्वयं चमकते नहीं हैं, बल्कि उन पर पड़ने वाले प्रकाश को प्रतिबिंबित या बिखेरते हैं। ऐसे मामलों में, यह जानना महत्वपूर्ण है कि शरीर की सतह के किसी विशेष क्षेत्र पर कौन सा चमकदार प्रवाह पड़ता है। इसी उद्देश्य से इसका प्रयोग किया जाता है भौतिक मात्रा, जिसे रोशनी कहा जाता है
. (30.10)
रोशनीसंख्यात्मक रूप से किसी सतह तत्व पर आपतित कुल चमकदार प्रवाह और इस तत्व के क्षेत्रफल के अनुपात के बराबर है (चित्र 30.4 देखें)। एकसमान प्रकाश उत्पादन के लिए
रोशनी इकाई 
(विलासिता)। लूक्रस 1 एम2 क्षेत्रफल वाली सतह की रोशनी के बराबर होती है जब 1 एलएम का चमकदार प्रवाह उस पर पड़ता है। विकिरण इसी प्रकार निर्धारित किया जाता है
विकिरण की इकाई.
चमक
कई प्रकाश गणनाओं के लिए, कुछ स्रोतों को बिंदु स्रोत माना जा सकता है। हालाँकि, ज्यादातर मामलों में प्रकाश स्रोतों को उनके आकार को अलग करने के लिए पर्याप्त करीब रखा जाता है, दूसरे शब्दों में, स्रोत के कोणीय आयाम एक बिंदु से एक विस्तारित वस्तु को अलग करने के लिए आंख या ऑप्टिकल उपकरण की क्षमता के भीतर होते हैं। ऐसे स्रोतों के लिए, चमक नामक एक भौतिक मात्रा पेश की जाती है। चमक की अवधारणा उन स्रोतों पर लागू नहीं होती है जिनके कोणीय आयाम आंख या ऑप्टिकल उपकरण (उदाहरण के लिए, तारे) के रिज़ॉल्यूशन से कम होते हैं। चमक एक निश्चित दिशा में चमकदार सतह के उत्सर्जन की विशेषता है। स्रोत स्वयं या परावर्तित प्रकाश से चमक सकता है।
आइए चमकदार सतह के एक खंड से एक ठोस कोण में एक निश्चित दिशा में फैलने वाले चमकदार प्रवाह का चयन करें। बीम अक्ष सतह के अभिलंब के साथ एक कोण बनाता है (चित्र 30.5 देखें)।
चयनित दिशा के लंबवत क्षेत्र पर चमकदार सतह के एक खंड का प्रक्षेपण,
(30.14)
बुलाया दृश्यमान सतहस्रोत साइट का तत्व (चित्र 30.6 देखें)।
चमकदार प्रवाह का मान दृश्य सतह के क्षेत्र, कोण और ठोस कोण पर निर्भर करता है:
आनुपातिकता कारक को चमक कहा जाता है यह इस पर निर्भर करता है ऑप्टिकल गुणविकिरण सतह और विभिन्न दिशाओं के लिए भिन्न हो सकती है। (30.5) चमक से
. (30.16)
इस प्रकार, चमकप्रति इकाई ठोस कोण दृश्य सतह की एक इकाई द्वारा एक निश्चित दिशा में उत्सर्जित चमकदार प्रवाह द्वारा निर्धारित किया जाता है। या दूसरे शब्दों में: एक निश्चित दिशा में चमक संख्यात्मक रूप से स्रोत की दृश्य सतह के प्रति इकाई क्षेत्र में निर्मित प्रकाश की तीव्रता के बराबर होती है।
में सामान्य मामलाचमक दिशा पर निर्भर करती है, लेकिन ऐसे प्रकाश स्रोत भी हैं जिनकी चमक दिशा पर निर्भर नहीं करती। ऐसे सूत्रों को कहा जाता है लाम्बर्टियनया कोज्या, क्योंकि लैंबर्ट का नियम उनके लिए मान्य है: एक निश्चित दिशा में प्रकाश की तीव्रता स्रोत की सतह और इस दिशा के बीच के कोण के कोसाइन के समानुपाती होती है:
सतह के अभिलंब की दिशा में प्रकाश की तीव्रता कहां है, और सतह के अभिलंब और चयनित दिशा के बीच का कोण है। सभी दिशाओं में समान चमक सुनिश्चित करने के लिए, तकनीकी ल्यूमिनेयर दूध के गिलास के गोले से सुसज्जित हैं। लैम्बर्टियन स्रोत जो विसरित प्रकाश उत्सर्जित करते हैं उनमें मैग्नीशियम ऑक्साइड से लेपित सतहें, बिना शीशे वाले चीनी मिट्टी के बरतन, ड्राइंग पेपर और ताजी गिरी हुई बर्फ शामिल हैं।
चमक इकाई 
(नाइट). यहां कुछ प्रकाश स्रोतों के चमक मान दिए गए हैं:
चंद्रमा - 2.5 knt,
फ्लोरोसेंट लैंप - 7 केएनटी,
प्रकाश बल्ब फिलामेंट - 5 एमएनटी,
सौर सतह - 1.5 Gnt.
मानव आंख द्वारा महसूस की जाने वाली सबसे कम चमक लगभग 1 माइक्रोंट है, और 100 knt से अधिक चमक आंख में दर्द का कारण बनती है और दृष्टि को नुकसान पहुंचा सकती है। पढ़ते और लिखते समय श्वेत पत्र की एक शीट की चमक कम से कम 10 निट्स होनी चाहिए।
ऊर्जा चमक इसी प्रकार निर्धारित की जाती है
. (30.18)
चमक मापने की एक इकाई.
चमक
आइए हम सीमित आयामों (स्वयं या परावर्तित प्रकाश से प्रकाशित) वाले एक प्रकाश स्रोत पर विचार करें। चमकस्रोत कहा जाता है सतह का घनत्वएक ठोस कोण के भीतर सभी दिशाओं में सतह द्वारा उत्सर्जित चमकदार प्रवाह। यदि कोई सतह तत्व चमकदार प्रवाह उत्सर्जित करता है, तो
एकसमान चमक के लिए हम लिख सकते हैं:
चमक के माप की एक इकाई।
ऊर्जावान चमक इसी तरह निर्धारित की जाती है
ऊर्जावान चमक की एक इकाई.
रोशनी के नियम
फोटोमीट्रिक माप रोशनी के दो नियमों पर आधारित हैं।
1. एक बिंदु प्रकाश स्रोत द्वारा किसी सतह की रोशनी प्रबुद्ध सतह से स्रोत की दूरी के वर्ग के विपरीत अनुपात में भिन्न होती है। सभी दिशाओं में प्रकाश उत्सर्जित करने वाले एक बिंदु स्रोत (चित्र 30.7 देखें) पर विचार करें। आइए हम स्रोत के चारों ओर त्रिज्या और संकेन्द्रित क्षेत्रों का वर्णन करें। यह स्पष्ट है कि सतह क्षेत्रों के माध्यम से चमकदार प्रवाह समान है, क्योंकि यह एक ही ठोस कोण में फैलता है। तब क्षेत्रों की रोशनी क्रमशः, और होगी। तत्वों को व्यक्त करना गोलाकार सतहेंठोस कोण के माध्यम से, हम पाते हैं:
. (30.22)
2. एक प्राथमिक सतह क्षेत्र पर एक निश्चित कोण पर आपतित चमकदार प्रवाह द्वारा बनाई गई रोशनी किरणों की दिशा और सतह के सामान्य के बीच के कोण के कोसाइन के समानुपाती होती है। आइए हम सतहों के खंडों पर आपतित किरणों की एक समानांतर किरण (चित्र 29.8 देखें) पर विचार करें। किरणें सतह पर सामान्य दिशा में और सतह पर - सामान्य से एक कोण पर गिरती हैं। समान चमकदार प्रवाह दोनों वर्गों से होकर गुजरता है। पहले और दूसरे खंड की रोशनी क्रमशः होगी, 
. लेकिन, इसलिए,
इन दोनों कानूनों को मिलाकर हम बना सकते हैं रोशनी का बुनियादी नियम: किसी बिंदु स्रोत द्वारा किसी सतह की रोशनी सीधे स्रोत की चमकदार तीव्रता के समानुपाती होती है, किरणों के आपतन कोण की कोज्या और स्रोत से सतह तक की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है
. (30.24)
यदि स्रोत के रैखिक आयाम प्रबुद्ध सतह की दूरी के 1/10 से अधिक नहीं हैं, तो इस सूत्र का उपयोग करके गणना काफी सटीक परिणाम देती है। यदि स्रोत 50 सेमी व्यास वाली एक डिस्क है, तो डिस्क के केंद्र के सामान्य बिंदु पर रिश्तेदारों की गलतीगणना में 50 सेमी की दूरी के लिए यह 25% तक पहुँच जाता है, 2 मीटर की दूरी के लिए यह 1.5% से अधिक नहीं होता है, और 5 मीटर की दूरी के लिए यह घटकर 0.25% हो जाता है।
यदि कई स्रोत हैं, तो परिणामी रोशनी प्रत्येक व्यक्तिगत स्रोत द्वारा बनाई गई रोशनी के योग के बराबर है। यदि स्रोत को एक बिंदु स्रोत के रूप में नहीं माना जा सकता है, तो इसकी सतह को प्राथमिक खंडों में विभाजित किया गया है और, उनमें से प्रत्येक द्वारा बनाई गई रोशनी को कानून के अनुसार निर्धारित किया गया है। 
, फिर स्रोत की संपूर्ण सतह पर एकीकृत हो जाते हैं।
कार्यस्थलों और परिसरों के लिए प्रकाश व्यवस्था के मानक हैं। मेजों पर कक्षाओंरोशनी कम से कम 150 लक्स होनी चाहिए; किताबें पढ़ने के लिए रोशनी की आवश्यकता होती है, और ड्राइंग के लिए - 200 लक्स। गलियारों के लिए रोशनी पर्याप्त मानी जाती है, सड़कों के लिए -।
पृथ्वी पर समस्त जीवन के लिए प्रकाश का सबसे महत्वपूर्ण स्रोत सूर्य है, जो सृजन करता है ऊपरी सीमावायुमंडल, ऊर्जा विकिरण जिसे सौर स्थिरांक कहा जाता है - और रोशनी 137 klx है। ग्रीष्म ऋतु में सीधी किरणों द्वारा पृथ्वी की सतह पर उत्पन्न ऊर्जा प्रकाश दो गुना कम होता है। औसत अक्षांश पर दोपहर के समय सीधी धूप से उत्पन्न रोशनी 100 klx होती है। पृथ्वी पर ऋतुओं के परिवर्तन को इसकी सतह पर सूर्य की किरणों के आपतन कोण में परिवर्तन से समझाया जाता है। उत्तरी गोलार्ध में, पृथ्वी की सतह पर किरणों का आपतन कोण सर्दियों में सबसे बड़ा और गर्मियों में सबसे छोटा होता है। पर रोशनी खुली जगहबादलों वाले आकाश में यह 1000 लक्स है। एक खिड़की के पास एक उज्ज्वल कमरे में रोशनी 100 लक्स है। तुलना के लिए, हम रोशनी प्रस्तुत करते हैं पूर्णचंद्र- 0.2 लक्स और चांदनी रात में रात्रि आकाश से - 0.3 मिलीक्स। सूर्य से पृथ्वी की दूरी 150 मिलियन किलोमीटर है, लेकिन बल के कारण सूरज की रोशनीबराबर, पृथ्वी की सतह पर सूर्य द्वारा उत्पन्न रोशनी इतनी महान है।
ऐसे स्रोतों के लिए जिनकी चमकदार तीव्रता दिशा पर निर्भर करती है, कभी-कभी उनका उपयोग किया जाता है औसत गोलाकार चमकदार तीव्रता, दीपक का कुल चमकदार प्रवाह कहां है। चमकदार प्रवाह अनुपात बिजली का लैंपइसकी विद्युत शक्ति को कहा जाता है चमकदार दक्षतालैंप: . उदाहरण के लिए, 100 W तापदीप्त लैंप की औसत गोलाकार चमकदार तीव्रता लगभग 100 सीडी है। ऐसे लैंप का कुल चमकदार प्रवाह 4 × 3.14 × 100 सीडी = 1260 एलएम है, और चमकदार दक्षता 12.6 एलएम/डब्ल्यू है। फ्लोरोसेंट लैंप की चमकदार दक्षता गरमागरम लैंप की तुलना में कई गुना अधिक है और 80 एलएम/डब्ल्यू तक पहुंच जाती है। इसके अलावा, फ्लोरोसेंट लैंप की सेवा जीवन 10 हजार घंटे से अधिक है, जबकि गरमागरम लैंप के लिए यह 1000 घंटे से कम है।
लाखों वर्षों से अधिक का विकास मनुष्य की आंखसूर्य के प्रकाश के अनुकूल हो गया है, और इसलिए यह वांछनीय है कि लैंप की रोशनी की वर्णक्रमीय संरचना सूर्य के प्रकाश की वर्णक्रमीय संरचना के जितना संभव हो उतना करीब हो। फ्लोरोसेंट लैंप इस आवश्यकता को काफी हद तक पूरा करते हैं। इसीलिए इन्हें फ्लोरोसेंट लैंप भी कहा जाता है। प्रकाश बल्ब के फिलामेंट की चमक से आंखों में दर्द होता है। इसे रोकने के लिए मिल्क ग्लास लैंपशेड और लैंपशेड का उपयोग किया जाता है।
अपने सभी फायदों के साथ, फ्लोरोसेंट लैंप के कई नुकसान भी हैं: स्विचिंग सर्किट की जटिलता, प्रकाश प्रवाह की धड़कन (100 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ), ठंड में शुरू करने की असंभवता (पारा संक्षेपण के कारण), थ्रॉटल भनभनाहट (मैग्नेटोस्ट्रिक्शन के कारण), पर्यावरणीय खतरा (टूटे हुए लैंप से निकलने वाला पारा पर्यावरण को जहरीला बनाता है)।
गरमागरम लैंप के विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना सूर्य के समान होने के लिए, इसके फिलामेंट को सूर्य की सतह के तापमान तक, यानी 6200 K तक गर्म करना आवश्यक होगा। लेकिन टंगस्टन , धातुओं में सबसे अधिक दुर्दम्य, 3660 K पर पहले से ही पिघल जाता है।
सूर्य की सतह के तापमान के करीब का तापमान लगभग 15 एटीएम के दबाव में पारा वाष्प या क्सीनन में एक आर्क डिस्चार्ज द्वारा प्राप्त किया जाता है। एक आर्क लैंप की चमकदार तीव्रता को 10 Mcd तक बढ़ाया जा सकता है। ऐसे लैंप का उपयोग फिल्म प्रोजेक्टर और स्पॉटलाइट में किया जाता है। सोडियम वाष्प से भरे लैंप इस तथ्य से भिन्न होते हैं कि उनमें विकिरण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा (लगभग एक तिहाई) स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र (दो तीव्र पीली रेखाएं 589.0 एनएम और 589.6 एनएम) में केंद्रित होता है। यद्यपि सोडियम लैंप का उत्सर्जन मानव आंखों से परिचित सूर्य के प्रकाश से बहुत अलग है, उनका उपयोग राजमार्गों को रोशन करने के लिए किया जाता है, क्योंकि उनका लाभ उनकी उच्च चमकदार दक्षता है, जो 140 एलएम/डब्ल्यू तक पहुंचती है।
फोटोमीटर
विभिन्न स्रोतों से चमकदार तीव्रता या चमकदार प्रवाह को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण कहलाते हैं फोटोमीटर. पंजीकरण सिद्धांत के आधार पर, फोटोमीटर दो प्रकार के होते हैं: व्यक्तिपरक (दृश्य) और वस्तुनिष्ठ।
एक व्यक्तिपरक फोटोमीटर के संचालन का सिद्धांत दो आसन्न क्षेत्रों की रोशनी की समानता (अधिक सटीक रूप से, चमक) को पर्याप्त सटीकता के साथ रिकॉर्ड करने की आंख की क्षमता पर आधारित है, बशर्ते कि वे एक ही रंग के प्रकाश से रोशन हों।
दो स्रोतों की तुलना करने के लिए फोटोमीटर को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि तुलना किए जा रहे स्रोतों द्वारा प्रकाशित दो आसन्न क्षेत्रों की रोशनी की समानता स्थापित करने के लिए आंख की भूमिका कम हो जाती है (चित्र 30.9 देखें)। पर्यवेक्षक की आंख अंदर एक काले पाइप के बीच में स्थापित एक सफेद त्रिकोणीय प्रिज्म की जांच करती है। प्रिज्म स्रोतों से प्रकाशित होता है और। स्रोतों से प्रिज्म तक की दूरी को बदलकर, आप सतहों की रोशनी को बराबर कर सकते हैं और। फिर, प्रकाश की तीव्रताएँ क्रमशः कहाँ और हैं, स्रोत और। यदि किसी एक स्रोत की चमकदार तीव्रता ज्ञात है (संदर्भ स्रोत), तो चयनित दिशा में दूसरे स्रोत की चमकदार तीव्रता निर्धारित की जा सकती है। विभिन्न दिशाओं में स्रोत की चमकदार तीव्रता को मापकर, कुल चमकदार प्रवाह, रोशनी आदि का पता लगाया जाता है। संदर्भ स्रोत एक गरमागरम लैंप है, जिसकी चमकदार तीव्रता ज्ञात होती है।
बहुत व्यापक सीमा के भीतर दूरी अनुपात को बदलने में असमर्थता फ्लक्स को कम करने के अन्य तरीकों के उपयोग को मजबूर करती है, जैसे चर मोटाई के एक फिल्टर द्वारा प्रकाश अवशोषण - एक पच्चर (चित्र 30.10 देखें)।
किस्मों में से एक दृश्य विधिफोटोमेट्री प्रत्येक व्यक्तिगत पर्यवेक्षक के लिए आंख की दहलीज संवेदनशीलता की स्थिरता के उपयोग पर आधारित एक दमन विधि है। आंख की दहलीज संवेदनशीलता सबसे कम चमक (लगभग 1 माइक्रोन) है जिस पर मानव आंख प्रतिक्रिया करती है। पहले आंख की संवेदनशीलता सीमा निर्धारित करने के बाद, किसी तरह से (उदाहरण के लिए, एक कैलिब्रेटेड अवशोषित पच्चर) अध्ययन के तहत स्रोत की चमक संवेदनशीलता सीमा तक कम हो जाती है। यह जानकर कि चमक कितनी बार क्षीण हुई है, आप संदर्भ स्रोत के बिना स्रोत की पूर्ण चमक निर्धारित कर सकते हैं। यह तरीका बेहद संवेदनशील है.
स्रोत के कुल चमकदार प्रवाह का प्रत्यक्ष माप अभिन्न फोटोमीटर में किया जाता है, उदाहरण के लिए, एक गोलाकार फोटोमीटर में (चित्र 30.11 देखें)। अध्ययन के तहत स्रोत को अंदर एक मैट सतह के साथ सफेद किए गए गोले की आंतरिक गुहा में निलंबित कर दिया गया है। गोले के अंदर प्रकाश के कई प्रतिबिंबों के परिणामस्वरूप, रोशनी पैदा होती है, जो स्रोत की औसत चमकदार तीव्रता से निर्धारित होती है। छेद की रोशनी, स्क्रीन द्वारा सीधी किरणों से सुरक्षित, चमकदार प्रवाह के समानुपाती होती है: , डिवाइस का स्थिरांक उसके आकार और रंग पर निर्भर करता है। छेद दूधिया गिलास से ढका हुआ है। दूध के गिलास की चमक भी चमकदार प्रवाह के समानुपाती होती है। इसे ऊपर वर्णित फोटोमीटर का उपयोग करके या किसी अन्य विधि से मापा जाता है। प्रौद्योगिकी में, फोटोकल्स के साथ स्वचालित गोलाकार फोटोमीटर का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, विद्युत लैंप संयंत्र के कन्वेयर पर गरमागरम लैंप को नियंत्रित करने के लिए।
वस्तुनिष्ठ तरीकेफोटोमेट्री को फोटोग्राफिक और इलेक्ट्रिकल में विभाजित किया गया है। फ़ोटोग्राफ़िक विधियाँ इस तथ्य पर आधारित हैं कि प्रकाश संवेदनशील परत का काला पड़ना, एक विस्तृत श्रृंखला में, उसकी रोशनी के दौरान परत पर पड़ने वाली प्रकाश ऊर्जा के घनत्व के समानुपाती होता है, अर्थात एक्सपोज़र (तालिका 30.1 देखें)। यह विधि निकट स्थित दो की सापेक्ष तीव्रता निर्धारित करती है वर्णक्रमीय रेखाएँएक स्पेक्ट्रम में या फोटोग्राफिक प्लेट के कुछ क्षेत्रों के काले पड़ने के आधार पर दो आसन्न (एक फोटोग्राफिक प्लेट पर लिए गए) स्पेक्ट्रा में एक ही रेखा की तीव्रता की तुलना करें।
दृश्य और फोटोग्राफिक तरीकों को धीरे-धीरे विद्युत तरीकों से प्रतिस्थापित किया जा रहा है। उत्तरार्द्ध का लाभ यह है कि वे कंप्यूटर के उपयोग तक, परिणामों का स्वचालित पंजीकरण और प्रसंस्करण काफी सरलता से करते हैं। इलेक्ट्रिक फोटोमीटर दृश्य स्पेक्ट्रम से परे विकिरण की तीव्रता को मापना संभव बनाते हैं।
अध्याय 31. तापीय विकिरण
31.1. विशेषताएँ ऊष्मीय विकिरण
पर्याप्त उच्च तापमान तक गर्म किए गए पिंड चमकते हैं। गर्म करने से पिंडों की चमक कहलाती है थर्मल (तापमान) विकिरण. थर्मल विकिरण, प्रकृति में सबसे आम होने के कारण, ऊर्जा के कारण होता है तापीय गतिपदार्थ के परमाणु और अणु (अर्थात इसके कारण)। आंतरिक ऊर्जा) और 0 K से ऊपर के तापमान पर सभी पिंडों की विशेषता है। थर्मल विकिरण की विशेषता एक सतत स्पेक्ट्रम है, जिसकी अधिकतम स्थिति तापमान पर निर्भर करती है। उच्च तापमान पर अल्पकालिक (दृश्यमान और पराबैंगनी) विकिरण उत्सर्जित होता है विद्युतचुम्बकीय तरंगें, कम वाले पर - मुख्य रूप से लंबे (इन्फ्रारेड)।
थर्मल विकिरण की एक मात्रात्मक विशेषता है किसी पिंड की ऊर्जा चमक (उत्सर्जन) का वर्णक्रमीय घनत्व- इकाई चौड़ाई की आवृत्ति रेंज में शरीर के सतह क्षेत्र की प्रति इकाई विकिरण शक्ति:
आरवी,टी =, (31.1)
ऊर्जा कहाँ है विद्युत चुम्बकीय विकिरण, आवृत्ति रेंज में किसी पिंड के एक इकाई सतह क्षेत्र से प्रति इकाई समय (विकिरण शक्ति) उत्सर्जित होती है वीपहले वी+डीवी.
इकाई वर्णक्रमीय घनत्वऊर्जावान चमक आर.वी.,टी- जूल प्रति मीटर वर्ग (J/m2)।
लिखित सूत्र को तरंग दैर्ध्य के एक फ़ंक्शन के रूप में दर्शाया जा सकता है:
=आरवी,टीडीवी= आर λ ,टी डीλ. (31.2)
क्योंकि с =λvυ, वह डीλ/ डीवी = - सीवी 2 = - λ 2 /साथ,
जहां ऋण चिह्न इंगित करता है कि किसी एक मात्रा में वृद्धि के साथ ( λ या वी) एक और मात्रा घट जाती है। इसलिए, निम्नलिखित में हम ऋण चिह्न को छोड़ देंगे।
इस प्रकार,
आर υ,टी =आरλ,टी . (31.3)
सूत्र (31.3) का उपयोग करके आप आगे बढ़ सकते हैं आर.वी.,टीको आरλ,टीऔर इसके विपरीत।
ऊर्जावान चमक के वर्णक्रमीय घनत्व को जानकर, हम गणना कर सकते हैं अभिन्न ऊर्जा चमक(अभिन्न उत्सर्जन), सभी आवृत्तियों का योग:
आर टी = . (31.4)
पिंडों की उन पर आपतित विकिरण को अवशोषित करने की क्षमता की विशेषता है वर्णक्रमीय अवशोषण
ए वी, टी =(31.5)
यह दर्शाता है कि किसी पिंड की आवृत्तियों के साथ उस पर आपतित होने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा प्रति इकाई समय में प्रति इकाई सतह क्षेत्र में लाई गई ऊर्जा का कितना अंश वीपहले वी+डीवी, शरीर द्वारा अवशोषित होता है।
वर्णक्रमीय अवशोषण क्षमता एक आयामहीन मात्रा है। मात्रा आर.वी.,टीऔर ए वी,टीयह शरीर की प्रकृति, उसके थर्मोडायनामिक तापमान पर निर्भर करता है और साथ ही विभिन्न आवृत्तियों वाले विकिरण के लिए भिन्न होता है। इसलिए, इन मूल्यों को निश्चित कहा जाता है टीऔर वी(या बल्कि, काफी संकीर्ण आवृत्ति रेंज तक वीपहले वी+डीवी).
वह पिंड जो किसी भी तापमान पर अपने ऊपर आपतित किसी भी आवृत्ति के समस्त विकिरण को पूर्णतः अवशोषित करने में सक्षम हो, कहलाता है काला।नतीजतन, सभी आवृत्तियों और तापमानों के लिए एक काले शरीर की वर्णक्रमीय अवशोषण क्षमता एकता के बराबर होती है ( ए एच वी, टी = 1). प्रकृति में बिल्कुल काले शरीर नहीं हैं, लेकिन एक निश्चित आवृत्ति सीमा में कालिख, प्लैटिनम काले, काले मखमल और कुछ अन्य जैसे शरीर, उनके गुणों में उनके करीब हैं।
आदर्श मॉडलकाला पिंड एक छोटे छेद वाली एक बंद गुहा है, जिसकी भीतरी सतह काली हो गई है (चित्र 31.1)। चित्र 31.1 में प्रवेश करती हुई प्रकाश की एक किरण।
ऐसी गुहा दीवारों से कई प्रतिबिंबों का अनुभव करती है, जिसके परिणामस्वरूप उत्सर्जित विकिरण की तीव्रता लगभग होती है शून्य के बराबर. अनुभव से पता चलता है कि जब छेद का आकार गुहा व्यास के 0.1 से कम होता है, तो सभी आवृत्तियों का आपतित विकिरण पूरी तरह से अवशोषित हो जाता है। फलस्वरूप खिड़कियाँ खोलेंघर सड़क से काले दिखाई देते हैं, हालाँकि दीवारों से प्रकाश के परावर्तन के कारण कमरों के अंदर काफी रोशनी होती है।
काले शरीर की अवधारणा के साथ-साथ इस अवधारणा का प्रयोग किया जाता है धूसर शरीर- एक शरीर जिसकी अवशोषण क्षमता एक से भी कम, लेकिन सभी आवृत्तियों के लिए समान है और केवल शरीर की सतह के तापमान, सामग्री और स्थिति पर निर्भर करता है। इस प्रकार, भूरे शरीर के लिए और वी,टी के साथ< 1.
किरचॉफ का नियम
किरचॉफ का नियम: ऊर्जावान चमक के वर्णक्रमीय घनत्व और वर्णक्रमीय अवशोषण का अनुपात शरीर की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है; यह सभी पिंडों के लिए आवृत्ति (तरंगदैर्घ्य) और तापमान का एक सार्वभौमिक कार्य है:
= आरवी,टी(31.6)
काले शरीर के लिए ए एच वी,टी=1, इसलिए यह किरचॉफ के नियम का अनुसरण करता है आर.वी.,टीएक काले शरीर के लिए बराबर है आर वी,टी. इस प्रकार, सार्वभौमिक किरचॉफ फ़ंक्शन आर वी,टीयह एक काले शरीर की ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व से अधिक कुछ नहीं है। इसलिए, किरचॉफ के नियम के अनुसार, सभी निकायों के लिए ऊर्जावान चमक के वर्णक्रमीय घनत्व और वर्णक्रमीय अवशोषण का अनुपात एक ही तापमान और आवृत्ति पर एक काले शरीर की ऊर्जावान चमक के वर्णक्रमीय घनत्व के बराबर है।
किरचॉफ के नियम से यह पता चलता है कि स्पेक्ट्रम के किसी भी क्षेत्र में किसी भी पिंड की ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व हमेशा एक काले शरीर की ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व से कम होता है (समान मूल्यों के लिए) टीऔर वी), क्योंकि ए वी,टी < 1, и поэтому आर.वी.,टी < आर वी υ,टी. इसके अलावा, (31.6) से यह पता चलता है कि यदि किसी दिए गए तापमान टी पर कोई शरीर आवृत्ति रेंज में विद्युत चुम्बकीय तरंगों को अवशोषित नहीं करता है वी, पहले वी+डीवी, तो यह तापमान पर इस आवृत्ति रेंज में है टीऔर उत्सर्जित नहीं करता, कब से ए वी,टी=0, आर.वी.,टी=0
किरचॉफ के नियम का उपयोग करते हुए, एक काले शरीर की अभिन्न ऊर्जा चमक (31.4) के लिए अभिव्यक्ति को इस प्रकार लिखा जा सकता है
आर टी = .(31.7)
भूरे शरीर के लिए टी के साथ आर = पर = ए टी आर ई, (31.8)
कहाँ दोबारा= -काले शरीर की ऊर्जा चमक.
किरचॉफ का नियम केवल थर्मल विकिरण का वर्णन करता है, इसकी इतनी विशेषता है कि यह विकिरण की प्रकृति का निर्धारण करने के लिए एक विश्वसनीय मानदंड के रूप में काम कर सकता है। जो विकिरण किरचॉफ के नियम का पालन नहीं करता वह तापीय नहीं है।
व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, यह किरचॉफ के नियम का पालन करता है कि अंधेरे और खुरदरी सतह वाले शरीर में अवशोषण गुणांक 1 के करीब होता है। इस कारण से, वे सर्दियों में गहरे रंग के कपड़े और गर्मियों में हल्के कपड़े पहनना पसंद करते हैं। लेकिन एकता के करीब अवशोषण गुणांक वाले पिंडों में भी तदनुसार उच्च ऊर्जावान चमक होती है। यदि आप दो समान बर्तन लें, एक की सतह काली, खुरदरी हो और दूसरे की दीवारें हल्की और चमकदार हों, और उनमें समान मात्रा में उबलता पानी डालें, तो पहला बर्तन तेजी से ठंडा हो जाएगा।
31.3. स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन कानून और वीन विस्थापन
यह किरचॉफ के नियम का पालन करता है कि एक काले शरीर की ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व एक सार्वभौमिक कार्य है, इसलिए आवृत्ति और तापमान पर इसकी स्पष्ट निर्भरता का पता लगाना है महत्वपूर्ण कार्यतापीय विकिरण का सिद्धांत.
स्टीफ़न, प्रयोगात्मक डेटा का विश्लेषण कर रहे हैं, और बोल्ट्ज़मैन, आवेदन कर रहे हैं थर्मोडायनामिक विधि, ऊर्जा चमक की निर्भरता स्थापित करते हुए, इस समस्या को केवल आंशिक रूप से हल किया दोबारातापमान पर. के अनुसार स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन कानून,
आर ई = σ टी 4, (31.9)
अर्थात्, एक काले शरीर की ऊर्जावान चमक उसके थर्मोडायनामिक तापमान की शक्ति के चौथाई के समानुपाती होती है; σ
- स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मान स्थिरांक: इसका प्रायोगिक मान 5.67×10 -8 W/(m 2 ×K 4) है।
स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन कानून, निर्भरता को परिभाषित करता है दोबारातापमान पर ब्लैक बॉडी विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना के संबंध में कोई उत्तर नहीं मिलता है। फ़ंक्शन के प्रायोगिक वक्रों से आर λ,टीतरंग दैर्ध्य से λ (आर λ,टी =´ ´ आर ν,टी) पर अलग-अलग तापमान(चित्र 30.2) चित्र 31.2.
इसका तात्पर्य यह है कि ब्लैक बॉडी स्पेक्ट्रम में ऊर्जा वितरण असमान है। सभी वक्रों में स्पष्ट रूप से परिभाषित अधिकतम होता है, जो तापमान बढ़ने पर छोटी तरंग दैर्ध्य की ओर स्थानांतरित हो जाता है। वक्र से घिरा क्षेत्र आर λ,टीसे λ और x-अक्ष, ऊर्जावान चमक के समानुपाती दोबाराकाला शरीर और, इसलिए, स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन कानून के अनुसार, तापमान की चौथाई शक्तियाँ।
वी. विन ने थर्मो- और इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों पर भरोसा करते हुए तरंग दैर्ध्य की निर्भरता स्थापित की λ अधिकतम फ़ंक्शन के अधिकतम के अनुरूप है आर λ,टी, तापमान पर टी. के अनुसार वीन का विस्थापन नियम,
λ अधिकतम =बी/टी, (31.10)
यानी तरंगदैर्घ्य λ
अधिकतम संगत अधिकतम मूल्यस्पेक्ट्रल
चमक घनत्व आर λ,टीएक काले शरीर का तापमान उसके थर्मोडायनामिक तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है। बी - निरंतर अपराधइसका प्रायोगिक मान 2.9×10 -3 m×K है।
अभिव्यक्ति (31.10) को वीन का विस्थापन नियम कहा जाता है; यह फ़ंक्शन की अधिकतम स्थिति के विस्थापन को दर्शाता है आर λ,टीजैसे-जैसे तापमान लघु तरंग दैर्ध्य के क्षेत्र में बढ़ता है। वीन का नियम बताता है कि जैसे-जैसे गर्म पिंडों का तापमान घटता है, लंबी-तरंग विकिरण उनके स्पेक्ट्रम में तेजी से हावी हो जाता है (उदाहरण के लिए, संक्रमण) सफेद गर्मीधातु ठंडा होने पर लाल हो जाती है)।
रेले-जीन्स और प्लैंक सूत्र
स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन और वीन कानूनों के विचार से यह पता चलता है कि खोजने की समस्या को हल करने के लिए थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण सार्वभौमिक कार्यकिरचॉफ ने वांछित परिणाम नहीं दिये।
रिश्ते को सैद्धांतिक रूप से समझने का एक कठोर प्रयास आर λ,टीरेले और जीन्स से संबंधित है, जिन्होंने थर्मल विकिरण का उपयोग करके सांख्यिकीय भौतिकी के तरीकों को लागू किया शास्त्रीय कानून वर्दी वितरणस्वतंत्रता की डिग्री के अनुसार ऊर्जा।
एक काले शरीर की वर्णक्रमीय चमक घनत्व के लिए रेले-जीन्स सूत्र का रूप है:
आर ν , टी = <इ> = के.टी., (31.11)
कहाँ <Е>= के.टी– औसत ऊर्जाप्राकृतिक आवृत्ति के साथ थरथरानवाला ν .
जैसा कि अनुभव से पता चला है, अभिव्यक्ति (31.11) केवल पर्याप्त कम आवृत्तियों और उच्च तापमान के क्षेत्र में प्रयोगात्मक डेटा के अनुरूप है। उच्च आवृत्तियों के क्षेत्र में, यह सूत्र प्रयोग के साथ-साथ वियन के विस्थापन नियम से भिन्न होता है। और इस सूत्र से स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन नियम प्राप्त करना बेतुकेपन की ओर ले जाता है। इस परिणाम को "" कहा गया पराबैंगनी आपदा" वे। अंदर शास्त्रीय भौतिकीकाले पिंड के स्पेक्ट्रम में ऊर्जा वितरण के नियमों की व्याख्या करने में विफल रहे।
उच्च-आवृत्ति रेंज में, प्रयोग के साथ अच्छा समझौता वीन के सूत्र (वीन के विकिरण कानून) द्वारा दिया गया है:
r ν, T =Сν 3 А e –Аν/Т, (31.12)
कहाँ आर ν, टी- एक काले शरीर की ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व, साथऔर ए – स्थिरांक. आधुनिक संकेतन में उपयोग करना
प्लैंक स्थिरांक वीन के विकिरण नियम को इस प्रकार लिखा जा सकता है
आर ν, टी = . (31.13)
प्रायोगिक डेटा के अनुरूप, एक काले शरीर की ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व के लिए सही अभिव्यक्ति प्लैंक द्वारा पाई गई थी। सामने रखे गए अनुसार क्वांटम परिकल्पना, परमाणु ऑसिलेटर लगातार नहीं, बल्कि कुछ निश्चित भागों में ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं - क्वांटा, और क्वांटम की ऊर्जा दोलन आवृत्ति के समानुपाती होती है
इ 0 =hν = hс/λ,
कहाँ एच=6.625×10 -34 जे×एस - प्लैंक स्थिरांक। चूंकि विकिरण भागों में उत्सर्जित होता है, थरथरानवाला ऊर्जा इकेवल कुछ पृथक मान ही ले सकते हैं , ऊर्जा के प्राथमिक भागों की पूर्णांक संख्या के गुणज इ 0
ई = एनएच(एन= 0,1,2…).
में इस मामले मेंऔसत ऊर्जा<इ>ऑसिलेटर को बराबर नहीं लिया जा सकता के.टी..
इस अनुमान में कि संभावित असतत अवस्थाओं पर ऑसिलेटर्स का वितरण बोल्ट्ज़मैन वितरण का पालन करता है, औसत ऑसिलेटर ऊर्जा बराबर है
<इ> = , (31.14)
और ऊर्जावान चमक का वर्णक्रमीय घनत्व सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है
आर ν , टी = . (31.15)
प्लैंक ने सार्वभौमिक किरचॉफ फ़ंक्शन के लिए सूत्र निकाला
आर ν, टी = , (31.16)
जो आवृत्तियों और तापमानों की संपूर्ण श्रृंखला में ब्लैक बॉडी विकिरण के स्पेक्ट्रा में ऊर्जा वितरण पर प्रयोगात्मक डेटा के अनुरूप है।
प्लैंक के सूत्र से, सार्वभौमिक स्थिरांक को जानना एच,कऔर साथ, हम स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक की गणना कर सकते हैं σ और शराब बी. और इसके विपरीत। प्लैंक का सूत्र प्रयोगात्मक डेटा से अच्छी तरह मेल खाता है, लेकिन इसमें थर्मल विकिरण के विशेष नियम भी शामिल हैं, यानी। है संपूर्ण समाधानथर्मल विकिरण की समस्या.
ऑप्टिकल पायरोमेट्री
तापीय विकिरण के नियमों का उपयोग गर्म और स्व-चमकदार पिंडों (उदाहरण के लिए, तारे) के तापमान को मापने के लिए किया जाता है। उच्च तापमान को मापने के तरीके जो ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व या तापमान पर निकायों की अभिन्न ऊर्जा चमक की निर्भरता का उपयोग करते हैं, ऑप्टिकल पायरोमेट्री कहलाते हैं। स्पेक्ट्रम की ऑप्टिकल रेंज में उनके थर्मल विकिरण की तीव्रता के आधार पर गर्म निकायों के तापमान को मापने के लिए उपकरणों को पाइरोमीटर कहा जाता है। पिंडों के तापमान को मापते समय थर्मल विकिरण के किस नियम का उपयोग किया जाता है, इसके आधार पर विकिरण, रंग और चमक तापमान को प्रतिष्ठित किया जाता है।
1. विकिरण तापमान- यह एक काले शरीर का तापमान है जिस पर इसकी ऊर्जावान चमक होती है दोबाराऊर्जावान चमक के बराबर आर टीअध्ययनाधीन शरीर. इस मामले में, अध्ययन के तहत शरीर की ऊर्जावान चमक दर्ज की जाती है और इसके विकिरण तापमान की गणना स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन कानून के अनुसार की जाती है:
टी आर =.
विकिरण तापमान टी आरशरीर का तापमान हमेशा अपने वास्तविक तापमान से कम होता है टी.
2.रंगीन तापमान. धूसर पिंडों (या गुणों में उनके समान पिंडों) के लिए, ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व
आर λ,Τ = Α Τ आर λ,Τ,
कहाँ ए टी =कॉन्स्ट < 1. परिणामस्वरूप, किसी धूसर पिंड के विकिरण स्पेक्ट्रम में ऊर्जा वितरण समान तापमान वाले काले पिंड के स्पेक्ट्रम के समान होता है, इसलिए वियन का विस्थापन नियम धूसर पिंडों पर लागू होता है। तरंग दैर्ध्य जानना λ मी कुल्हाड़ी ऊर्जा चमक के अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व के अनुरूप है आरλ,Τशरीर की जांच करके उसका तापमान निर्धारित किया जा सकता है
टी सी = बी/ λ म आह,
जिसे रंग तापमान कहते हैं। भूरे शरीरों के लिए, रंग का तापमान वास्तविक तापमान के साथ मेल खाता है। उन निकायों के लिए जो भूरे रंग से बहुत अलग हैं (उदाहरण के लिए, चयनात्मक अवशोषण वाले), रंग तापमान की अवधारणा अपना अर्थ खो देती है। इस प्रकार सूर्य की सतह पर तापमान निर्धारित किया जाता है ( टी सी=6500 K) और तारे।
3.चमक तापमान टी i, एक काले शरीर का तापमान है जिस पर, एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के लिए, इसका वर्णक्रमीय चमक घनत्व होता है अध्ययन के तहत शरीर की ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व के बराबर, यानी।
आर λ,Τ = आर λ,Τ,
कहाँ टी –सच्चा तापमानशरीर, जो सदैव चमक से अधिक होता है।
लुप्त हो रहे फिलामेंट पाइरोमीटर का उपयोग आमतौर पर ब्राइटनेस पाइरोमीटर के रूप में किया जाता है। इस मामले में, पायरोमीटर फिलामेंट की छवि गर्म शरीर की सतह की पृष्ठभूमि के खिलाफ अप्रभेद्य हो जाती है, यानी, फिलामेंट "गायब" होने लगता है। ब्लैकबॉडी कैलिब्रेटेड मिलीमीटर का उपयोग करके, चमक तापमान निर्धारित किया जा सकता है।
तापीय प्रकाश स्रोत
गर्म पिंडों की चमक का उपयोग प्रकाश स्रोत बनाने के लिए किया जाता है। काले पिंड सर्वोत्तम तापीय प्रकाश स्रोत होने चाहिए, क्योंकि किसी भी तरंग दैर्ध्य के लिए उनका वर्णक्रमीय चमक घनत्व समान तापमान पर लिए गए गैर-काले पिंडों के वर्णक्रमीय चमक घनत्व से अधिक होता है। हालाँकि, यह पता चला है कि कुछ निकायों (उदाहरण के लिए, टंगस्टन) के लिए जिनमें थर्मल विकिरण की चयनात्मकता होती है, स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र में विकिरण के कारण ऊर्जा का अनुपात समान तापमान पर गर्म किए गए काले शरीर की तुलना में काफी अधिक होता है। इसलिए, टंगस्टन का गलनांक भी उच्च होता है सर्वोत्तम सामग्रीलैंप फिलामेंट्स के निर्माण के लिए।
वैक्यूम लैंप में टंगस्टन फिलामेंट का तापमान 2450K से अधिक नहीं होना चाहिए, क्योंकि उच्च तापमान पर यह दृढ़ता से फैलता है। इस तापमान पर अधिकतम विकिरण 1.1 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य से मेल खाता है, यानी, मानव आंख की अधिकतम संवेदनशीलता (0.55 माइक्रोन) से बहुत दूर है। 50 kPa के दबाव पर अक्रिय गैसों (उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन के साथ क्रिप्टन और क्सीनन का मिश्रण) के साथ लैंप सिलेंडर भरने से फिलामेंट तापमान को 3000 K तक बढ़ाना संभव हो जाता है, जिससे वर्णक्रमीय संरचना में सुधार होता है विकिरण. हालाँकि, प्रकाश उत्पादन में वृद्धि नहीं होती है, क्योंकि तापीय चालकता और संवहन के कारण फिलामेंट और गैस के बीच ताप विनिमय के कारण अतिरिक्त ऊर्जा हानि होती है। ताप विनिमय के कारण ऊर्जा हानि को कम करने और गैस से भरे लैंप के प्रकाश उत्पादन को बढ़ाने के लिए, फिलामेंट को एक सर्पिल के रूप में बनाया जाता है, जिसके अलग-अलग मोड़ एक दूसरे को गर्म करते हैं। पर उच्च तापमानइस सर्पिल के चारों ओर गैस की एक स्थिर परत बन जाती है और संवहन के कारण गर्मी हस्तांतरण समाप्त हो जाता है। ऊर्जा दक्षता गरमागरम लैंप वर्तमान में 5% से अधिक नहीं हैं।
1. विकिरण प्रवाह. विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्पेक्ट्रम की अवधारणा। स्पेक्ट्रम पर फ्लक्स वितरण को मापने का सिद्धांत। ऊर्जा मात्राएँ.
विकिरण का प्रवाह (शक्ति) (एफ) yavl। ऊर्जा माप प्रणाली में मुख्य मात्रा। विकिरण की शक्ति (या प्रवाह) को प्रति इकाई समय में स्थानांतरित ऊर्जा के रूप में लिया जाता है। F का मान वाट (W) में व्यक्त किया जाता है।
विद्युत चुम्बकीय तरंग रेंज झिझक, संज्ञा प्रकृति में, यह काफी चौड़ा है और एक एंगस्ट्रॉम के अंश से एक किलोमीटर तक फैला हुआ है।
विद्युत चुम्बकीय विकिरण का स्पेक्ट्रम, माइक्रोन
गामा किरणें 0.0001 से कम
एक्स-रे________________________________ 0.01-0.0001
पराबैंगनी किरणें________________________________ 0.38-0.01
दृश्यमान प्रकाश__________________________________________________ 0.78-0.38
इन्फ्रारेड किरणें __________________________________1000-0.78
रेडियो तरंगें 1000 से अधिक
स्पेक्ट्रम के ऑप्टिकल क्षेत्र में λmin = 0.01 μm से λmax = 1000 μm तक तरंग दैर्ध्य अंतराल के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण का केवल एक हिस्सा शामिल होता है। ऐसा विकिरण परमाणुओं के विद्युत चुम्बकीय उत्तेजना, कंपन और के परिणामस्वरूप बनाया जाता है। घूर्णी गतिअणु.
में ऑप्टिकल स्पेक्ट्रमतीन मुख्य क्षेत्रों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है: पराबैंगनी, दृश्यमान, अवरक्त।
पराबैंगनी विकिरण सबसे शक्तिशाली फोटॉन पैदा करता है और इसका एक मजबूत फोटोकैमिकल प्रभाव होता है।
दृश्य प्रकाश का उत्सर्जन, एक संकीर्ण अंतराल के बावजूद, हमें अपने आस-पास की दुनिया की सभी विविधता को देखने की अनुमति देता है। इसलिए मानव आंख व्यावहारिक रूप से तरंग दैर्ध्य की चरम सीमा के साथ विकिरण को नहीं समझती है (उनका आंख पर कमजोर प्रभाव पड़ता है), व्यवहार में दृश्यमान प्रकाश 400-700 एनएम की तरंग दैर्ध्य सीमा वाले विकिरण को विकिरण माना जाता है। इस विकिरण में महत्वपूर्ण प्रकाशभौतिक और प्रकाशरासायनिक प्रभाव होते हैं, लेकिन पराबैंगनी विकिरण से कम।
फोटॉन में स्पेक्ट्रम के संपूर्ण ऑप्टिकल क्षेत्र से न्यूनतम ऊर्जा होती है अवरक्त विकिरण. इस विकिरण के लिए यह विशेषता है तापीय प्रभावऔर, महत्वपूर्ण रूप से एक हद तक कम करने के लिए, फोटोफिजिकल और फोटोकैमिकल। कार्रवाई।
2. विकिरण रिसीवर की अवधारणा . प्राप्तकर्ता प्रतिक्रियाएँ. विकिरण उत्तराधिकारियों का वर्गीकरण. रैखिक और अरेखीय रिसीवर। विकिरण रिसीवर की वर्णक्रमीय संवेदनशीलता.
जिन निकायों में ऐसे परिवर्तन प्रभाव में होते हैं ऑप्टिकल विकिरण, प्रकाश इंजीनियरिंग में प्राप्त किया साधारण नाम "विकिरण रिसीवर"
परंपरागत रूप से, विकिरण रिसीवरों को इसमें विभाजित किया गया है:
1. विकिरण का प्राकृतिक रिसीवर मानव आँख है।
2. छवियों की ऑप्टिकल रिकॉर्डिंग के लिए उपयोग की जाने वाली प्रकाश संवेदनशील सामग्री।
3. प्रकाश संवेदी तत्व रिसीवर भी होते हैं मापन उपकरण(डेंसिटोमीटर, कलरमीटर)
ऑप्टिकल विकिरण में उच्च ऊर्जा होती है और इसलिए यह कई पदार्थों और भौतिक निकायों को प्रभावित करती है।
मीडिया और पिंडों में प्रकाश के अवशोषण के परिणामस्वरूप, पूरी लाइनघटनाएँ (चित्र 2.1, सर 48)
एक शरीर जिसने विकिरण को अवशोषित कर लिया है वह स्वयं विकिरण करना शुरू कर देता है। इस मामले में, द्वितीयक विकिरण में अवशोषित विकिरण की तुलना में एक अलग वर्णक्रमीय सीमा हो सकती है। उदाहरण के लिए, प्रकाश व्यवस्था के तहत पराबैंगनी प्रकाशशरीर दृश्य प्रकाश उत्सर्जित करता है।
अवशोषित विकिरण की ऊर्जा परिवर्तित हो जाती है विद्युतीय ऊर्जा, जैसा कि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के मामले में होता है, या परिवर्तन उत्पन्न करता है विद्युत गुणवह सामग्री जो फोटोकंडक्टर में होती है। ऐसे परिवर्तन कहलाते हैं फोटोफिजिकल.
एक अन्य प्रकार का फोटोफिजिकल परिवर्तन विकिरण ऊर्जा का संक्रमण है थर्मल ऊर्जा. इस घटना का उपयोग विकिरण शक्ति को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले थर्मोकपल में किया गया है।
विकिरण ऊर्जा रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। प्रकाश को अवशोषित करने वाले पदार्थ का फोटोकैमिकल परिवर्तन होता है। यह परिवर्तन अधिकांश प्रकाश-संवेदनशील सामग्रियों में होता है।
जिन निकायों में ऑप्टिकल विकिरण के प्रभाव में ऐसे परिवर्तन होते हैं, उन्हें प्रकाश इंजीनियरिंग में सामान्य नाम प्राप्त हुआ है। "विकिरण रिसीवर"
रैखिक अरेखीय रिसीवर??????????????????
विकिरण रिसीवर की वर्णक्रमीय संवेदनशीलता।
ऑप्टिकल विकिरण के प्रभाव में, रिसीवर में एक फोटोकैमिकल और फोटोफिजिकल परिवर्तन होता है, जो रिसीवर के गुणों को एक निश्चित तरीके से बदलता है।
इस परिवर्तन को प्राप्तकर्ता की उपयोगी प्रतिक्रिया कहा जाता है।
हालाँकि, आपतित विकिरण की सारी ऊर्जा किसी उपयोगी प्रतिक्रिया पर खर्च नहीं होती है।
रिसीवर्स की कुछ ऊर्जा अवशोषित नहीं होती है और इसलिए प्रतिक्रिया नहीं हो सकती है। अवशोषित ऊर्जा भी पूरी तरह से उपयोगी रूप में परिवर्तित नहीं होती है। उदाहरण के लिए, फोटोकैमिकल परिवर्तन के अलावा, रिसीवर का तापन हो सकता है। ऊर्जा का व्यावहारिक रूप से उपयोग किया जाने वाला भाग कहलाता है। उपयोगी, और विकिरण शक्ति का व्यावहारिक रूप से उपयोग किया जाने वाला हिस्सा (विकिरण प्रवाह एफ) प्रभावी प्रवाह रेफरी है।
रिसीवर पर आपतित विकिरण प्रवाह के लिए प्रभावी प्रवाह रेफरी का अनुपात
बुलाया रिसीवर की संवेदनशीलता.
अधिकांश रिसीवरों के लिए, वर्णक्रमीय संवेदनशीलता तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करती है।
Sλ= сРλ eff/Фλ और Рλ eff=КФλSλ
मात्राओं को क्रमशः Фλ और Рλ कहा जाता है, मोनोक्रोमैटिक विकिरण प्रवाह और मोनोक्रोमैटिक प्रभावी प्रवाह, और Sλ को मोनोक्रोमैटिक वर्णक्रमीय संवेदनशीलता कहा जाता है।
रिसीवर पर विकिरण घटना के लिए स्पेक्ट्रम Ф(λ) पर बिजली वितरण और रिसीवर S(λ) की वर्णक्रमीय संवेदनशीलता को जानने के बाद, हम सूत्र का उपयोग करके प्रभावी प्रवाह की गणना कर सकते हैं - Ref=K ∫ Ф(λ)S(λ )dλ
माप ∆λ की एक सीमा को संदर्भित करता है, जो या तो रिसीवर की वर्णक्रमीय संवेदनशीलता या माप की वर्णक्रमीय सीमा द्वारा सीमित होती है।
3. एक रिसीवर के रूप में आंख की विशेषताएं। धीरे - धीरे बहना। इसका संबंध विकिरण प्रवाह से है। दृश्यता वक्र. प्रकाश और ऊर्जा प्रवाह में अंतर 400-700 एनएम की सीमा में है।
एक रिसीवर के रूप में आंख की विशेषताएं।
दृश्य तंत्र में एक विकिरण रिसीवर (आंखें), ऑप्टिक तंत्रिकाएं और मस्तिष्क के दृश्य क्षेत्र होते हैं। इन क्षेत्रों में, आंखों में उत्पन्न और ऑप्टिक तंत्रिकाओं के माध्यम से प्रसारित संकेतों का विश्लेषण किया जाता है और दृश्य छवियों में परिवर्तित किया जाता है।
विकिरण रिसीवर में दो नेत्रगोलक होते हैं, जिनमें से प्रत्येक, छह बाहरी मांसपेशियों की मदद से, क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दोनों स्तरों पर कक्षा में आसानी से घूम सकता है। किसी वस्तु को देखते समय, आँखें बारी-बारी से स्थिर होकर, अकड़कर चलती हैं विभिन्न बिंदुवस्तु। यह गति प्रकृति में वेक्टर है, अर्थात। प्रत्येक छलांग की दिशा संबंधित वस्तु द्वारा निर्धारित होती है। छलांग की गति बहुत अधिक है, और निर्धारण बिंदु जहां आंख 0.2-0.5 सेकेंड के लिए रुकती है, मुख्य रूप से उन हिस्सों की सीमाओं पर स्थित होती है जहां चमक में अंतर होता है। "रुकने" के दौरान, आंख आराम की स्थिति में नहीं होती है, लेकिन निर्धारण के बिंदु के सापेक्ष तेजी से सूक्ष्म गति करती है। इन माइक्रोसैकेड्स के बावजूद, निर्धारण बिंदुओं पर, वस्तु का मनाया गया क्षेत्र आंखों के प्रकाश संवेदनशील रेटिना के केंद्रीय फोवेआ पर केंद्रित होता है।
चित्र 2.4 (आंख का क्षैतिज भाग) पृष्ठ 56
धीरे - धीरे बहना(एफ) चमकदार प्रवाह को सामान्यतः मानव आंख पर इसके प्रभाव से आंकी गई विकिरण शक्ति के रूप में समझा जाता है। चमकदार प्रवाह के माप की इकाई लुमेन (एलएम) है।
आंख पर प्रकाश प्रवाह की क्रिया के कारण यह एक निश्चित तरीके से प्रतिक्रिया करता है। प्रकाश प्रवाह की क्रिया के स्तर के आधार पर, आंख के एक या दूसरे प्रकार के प्रकाश-संवेदनशील रिसेप्टर्स, जिन्हें छड़ें या शंकु कहा जाता है, काम करते हैं। शर्तों में कम स्तररोशनी (उदाहरण के लिए, चंद्रमा की रोशनी में), आंखें छड़ों का उपयोग करके आसपास की वस्तुओं को देखती हैं। उच्च प्रकाश स्तर पर, दिन के समय दृष्टि उपकरण, जिसके लिए शंकु जिम्मेदार होते हैं, काम करना शुरू कर देता है।
इसके अलावा, शंकु, उनके प्रकाश-संवेदनशील पदार्थ के अनुसार, अलग-अलग संवेदनशीलता वाले तीन समूहों में विभाजित होते हैं विभिन्न क्षेत्रस्पेक्ट्रम इसलिए, छड़ों के विपरीत, वे न केवल प्रकाश प्रवाह पर, बल्कि इसकी वर्णक्रमीय संरचना पर भी प्रतिक्रिया करते हैं।
इस संबंध में हम कह सकते हैं कि प्रकाश का प्रभाव द्वि-आयामी होता है। मात्रात्मक विशेषताएँप्रकाश के स्तर से जुड़ी आँख की प्रतिक्रियाएँ कहलाती हैं। रोशनी। से जुड़ी गुणात्मक विशेषता अलग - अलग स्तरशंकुओं के तीन समूहों की प्रतिक्रियाएँ, जिन्हें वर्णिकता कहा जाता है।
महत्वपूर्ण विशेषतादिन के उजाले में आंख की सापेक्ष वर्णक्रमीय संवेदनशीलता (सापेक्ष वर्णक्रमीय चमकदार दक्षता) का वितरण वक्र है νλ =f(λ) चित्र 1.3 पृष्ठ 9
व्यवहार में, यह स्थापित किया गया है कि दिन के उजाले की स्थिति में मानव आंख में लैम्ब्डा = 555 एनएम (वी555 = 1) के साथ विकिरण के प्रति अधिकतम संवेदनशीलता होती है। इसके अलावा, एफ555 से चमकदार प्रवाह की प्रत्येक इकाई में विकिरण शक्ति Ф555 = 0.00146 डब्ल्यू होती है। का अनुपात चमकदार प्रवाह F555 से Ф555 कहा जाता है वर्णक्रमीय चमकदार दक्षता।
К= F555/Ф555=1/0.00146=680 (एलएम/डब्ल्यू)
या दृश्यमान सीमा K=const में विकिरण की किसी भी तरंग दैर्ध्य के लिए:
К=1/V(λ) *F λ /Ф λ =680. (1)
सूत्र (1) का उपयोग करके चमकदार प्रवाह और विकिरण प्रवाह के बीच संबंध स्थापित करना संभव है।
Fλ = 680 *Vλ * Фλ
अभिन्न विकिरण के लिए
एफ= 680 ∫ वीλ Фλ डीλ
4. फोटोएक्टिनिक प्रवाह। सामान्य जानकारीप्रभावी प्रवाह के बारे में मोनोक्रोमैटिक और इंटीग्रल प्रवाह। सक्रियतावाद .
प्रकाश और प्रजनन प्रौद्योगिकी में, दो प्रकार के प्रभावी फ्लक्स का उपयोग किया जाता है: प्रकाश एफ और फोटोएक्टिनिक ए।
चमकदार प्रवाह निम्नलिखित अभिव्यक्ति द्वारा शक्ति (विकिरण प्रवाह एफ) से संबंधित है:
F=680 ∫ Ф(λ) V(λ) dλ
400 एनएम
जहां Ф(λ) पूरे स्पेक्ट्रम में विकिरण शक्ति का वितरण है, V(λ) सापेक्ष वर्णक्रमीय चमकदार दक्षता वक्र (दृश्यता वक्र) है, और 680 वह गुणांक है जो आपको वाट से लुमेन तक जाने की अनुमति देता है। इसे विकिरण प्रवाह का चमकदार समकक्ष कहा जाता है और इसे एलएम/डब्ल्यू में व्यक्त किया जाता है।
यदि कोई चमकदार प्रवाह किसी सतह पर गिरता है, तो उसके सतह घनत्व को रोशनी कहा जाता है। रोशनी ई सूत्र द्वारा चमकदार प्रवाह से संबंधित है
जहां Q, m में क्षेत्रफल है। रोशनी की इकाई लक्स (सीएल) है
फोटोसेंसिटिव सामग्रियों और फोटोडिटेक्टरों के लिए माप उपकरणों का उपयोग करें फोटोएक्टिनिक फ्लक्सए.
यह द्वारा परिभाषित प्रभावी प्रवाह है
ए = ∫ Ф (λ) एस (λ) dλ
यदि वर्णक्रमीय सीमा जिसमें माप किया जाता है, तरंग दैर्ध्य λ1 और λ2 द्वारा सीमित है, तो अभिव्यक्ति फोटोएक्टिनिक फ्लक्सरूप ले लेगा
ए = ∫ Ф(λ) * एस (λ) dλ
λ 1
माप की इकाई ए वर्णक्रमीय संवेदनशीलता की माप की इकाई पर निर्भर करती है। यदि Sλ – सापेक्ष मूल्य, ए को वाट में मापा जाता है। उदाहरण के लिए, यदि Sλ का आयाम है
एम/जे, तो यह फोटोएक्टिनिक फ्लक्स के आयाम को प्रभावित करेगा
एक प्रकाशित सतह पर फोटोएक्टिनिक फ्लक्स का सतह घनत्व एक्टिनिक विकिरण कहा जाता हैए, ए= दा/ डीक्यू
यदि रिसीवर की सतह समान रूप से प्रकाशित होती है, तो a = A/Q.
मोनोक्रोमैटिक विकिरण के लिए.
Fλ = 680 *Vλ * Фλ
अभिन्न विकिरण के लिए
एफ= 680 ∫ वीλ Фλ डीλ
सक्रियता-रोशनी का एनालॉग. इसकी माप की इकाई आयाम ए पर निर्भर करती है
यदि A – W, तो a-W/m
चित्र.2.2 पृष्ठ 52
विकिरण की सक्रियता जितनी अधिक होगी, विकिरण ऊर्जा का उपयोग उतनी ही अधिक कुशलता से होगा और अन्य के साथ भी उतना ही अधिक होगा समान स्थितियाँ, प्राप्तकर्ता की प्रतिक्रिया उपयोगी होगी.
अधिकतम सक्रियता प्राप्त करने के लिए, यह वांछनीय है कि रिसीवर की अधिकतम वर्णक्रमीय संवेदनशीलता और अधिकतम विकिरण शक्ति समान वर्णक्रमीय क्षेत्रों में आती है। यह विचार एक विशिष्ट प्रकार की प्रकाश संवेदनशील सामग्री पर छवियां प्राप्त करने के लिए प्रकाश स्रोत के चयन का मार्गदर्शन करता है।
उदाहरण के लिए, प्रतिलिपि बनाने की प्रक्रिया.
प्रिंटिंग प्लेट बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली कॉपी परतें पराबैंगनी और नीले-बैंगनी विकिरण के प्रति संवेदनशील होती हैं। वे दृश्य स्पेक्ट्रम के अन्य क्षेत्रों से विकिरण पर प्रतिक्रिया नहीं करते हैं। इसलिए, प्रतिलिपि बनाने की प्रक्रिया को अंजाम देने के लिए, वे इसका उपयोग करते हैं
धातु हैलाइड लैंप, पराबैंगनी और नीली रोशनी से भरपूर।
चित्र 2.3. पृष्ठ 53 मैनुअल
5. रंग तापमान. एक पूर्ण काले शरीर की चमक वक्र अलग-अलग तापमान. सामान्यीकृत वक्र की अवधारणा. "रंग तापमान" शब्द की परिभाषा। रंग तापमान में परिवर्तन के साथ विकिरण के रंग में परिवर्तन की दिशा।
रंग तापमान का मतलब पूरी तरह से काले शरीर के केल्विन में तापमान है जिस पर विकिरण का रंग वही होता है जिस पर विचार किया जा रहा है। टंगस्टन फिलामेंट के साथ गरमागरम लैंप के लिए, विकिरण का वर्णक्रमीय वितरण तरंग दैर्ध्य रेंज 360-1000 एनएम में काले शरीर के विकिरण के वर्णक्रमीय वितरण के समानुपाती होता है। किसी दिए गए ब्लैक बॉडी विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना की गणना करना निरपेक्ष तापमानइसे गर्म करके, आप प्लैंक के सूत्र का उपयोग कर सकते हैं:
ई -5 एस 2 / λ टी
Rλ =С1 λ (е -1)
उह
जहां Rλ वर्णक्रमीय ऊर्जा चमक है, C1 और C2 स्थिरांक हैं, ई-बेस प्राकृतिक लघुगणक, टी-पूर्ण तापमान, के
प्रायोगिक तौर पर, रंग का तापमान सक्रियता के नीले-लाल अनुपात के मूल्य से निर्धारित होता है। फोटोडिटेक्टर के संबंध में प्रभावी सक्रियता-रोशनी:
Аλ = Фλ Sλ / Q = Eλ Sλ
जहां F दीप्तिमान प्रवाह है, Sλ फोटोडिटेक्टर की संवेदनशीलता है, Qλ इसका क्षेत्र है
यदि लक्स मीटर का उपयोग फोटोडिटेक्टर के रूप में किया जाता है, तो सक्रियता फोटोकेल को नीले और लाल प्रकाश फिल्टर के साथ ढालकर निर्धारित की जाने वाली रोशनी है।
तकनीकी रूप से, माप निम्नानुसार किया जाता है।
लक्समीटर के फोटोसेल को विशेष रूप से चयनित नीले और लाल प्रकाश फिल्टर के साथ वैकल्पिक रूप से स्क्रीन किया जाता है। लाइट फिल्टर ज़ोनल होने चाहिए और ट्रांसमिशन ज़ोन में उनकी बहुलता समान होनी चाहिए। लक्स मीटर का गैल्वेनोमीटर प्रत्येक फिल्टर के लिए मापा स्रोत से रोशनी निर्धारित करता है। सूत्र का उपयोग करके नीले-लाल अनुपात की गणना करें
के = एसी / एके = ईएस / एक
अनुसूची पृष्ठ 6 प्रयोगशाला दास
Фλ. ऐसा करने के लिए, प्लैंक के सूत्र का उपयोग करके वर्णक्रमीय ऊर्जा चमक के मूल्यों की गणना की जाती है। इसके बाद, परिणामी फ़ंक्शन सामान्यीकृत हो जाता है। सामान्यीकरण में इस तरह से सभी मूल्यों में आनुपातिक कमी या वृद्धि शामिल है
ताकि फ़ंक्शन निर्देशांक λ = 560 एनएम के साथ बिंदु से गुजरे, लॉग आर560 = 2.0
या λ = 560 एनएम, R560 rel = 100 इस मामले में, यह माना जाता है कि प्रत्येक मान गणना चरण के अनुरूप वर्णक्रमीय अंतराल ∆λ को संदर्भित करता है।
∆λ=10 एनएम, चमक 100 W*m तरंग दैर्ध्य रेंज 555-565 एनएम में 560 एनएम की तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है।
चित्र 1.2 पृष्ठ 7 प्रयोगशाला दास
वर्णक्रमीय निर्भरता फ़ंक्शन Rλ = f λ का उपयोग करके, आप फ़ंक्शन E λ = Фλ = f λ पा सकते हैं। ऐसा करने के लिए, आपको सूत्रों का उपयोग करने की आवश्यकता है
ई-रोशनी, आर-चमक, एफ- ऊर्जा प्रवाह, क्यू-क्षेत्र
6. प्रकाश स्रोत. उनकी वर्णक्रमीय विशेषताएँ. विकिरण के प्रकार के आधार पर प्रकाश स्रोतों का वर्गीकरण। प्लैंक और वीन का सूत्र.
7. विकिरण स्रोतों के फोटोमेट्रिक गुण। द्वारा वर्गीकरण ज्यामितीय मात्राएँ: बिंदु और विस्तारित प्रकाश स्रोत, फोटोमेट्रिक बॉडी।
उत्सर्जक के आयामों के अनुपात और अध्ययन के तहत क्षेत्र बिंदु से इसकी दूरी के आधार पर, विकिरण स्रोतों को 2 समूहों में विभाजित किया जा सकता है:
1)विकिरण के बिंदु स्रोत
2) परिमित आयामों का एक स्रोत (रैखिक स्रोत) एक विकिरण स्रोत जिसके आयाम महत्वपूर्ण हैं कम दूरीअध्ययनाधीन बिंदु को बिंदु कहा जाता है। व्यवहार में, एक बिंदु स्रोत वह माना जाता है जिसका अधिकतम आकार विकिरण रिसीवर की दूरी से कम से कम 10 गुना कम हो। ऐसे विकिरण स्रोतों के लिए, दूरी के व्युत्क्रम वर्ग नियम का पालन किया जाता है।
E=I/r 2 कोज्या अल्फा, जहां अल्फा=प्रकाश किरण और सतह C के लंबवत के बीच का कोण।
यदि जिस बिंदु पर विकिरण का कोई बिंदु स्रोत स्थित है, तो उसे अंदर डालें विभिन्न दिशाएँइकाई विकिरण बल के अंतरिक्ष वैक्टर और उनके सिरों के माध्यम से एक सतह खींचते हैं, तो आपको स्रोत के विकिरण बल का एक फोटोमेट्रिक निकाय मिलता है। ऐसा पिंड किसी दिए गए स्रोत के विकिरण प्रवाह के उसके आसपास के स्थान में वितरण को पूरी तरह से चित्रित करता है।
8. ऑप्टिकल मीडिया द्वारा विकिरण का परिवर्तन। विकिरण रूपांतरण की विशेषताएं: प्रकाश गुणांक, बहुलताएं, ऑप्टिकल घनत्व, उनके बीच संबंध। लाइट फिल्टर शब्द की परिभाषा। प्रकाश फिल्टर की एक सार्वभौमिक विशेषता के रूप में वर्णक्रमीय वक्र।
जब विकिरण प्रवाह F0 टकराता है असली शरीर(ऑप्टिकल माध्यम), इसका भाग F(ro) सतह से परावर्तित होता है, F(अल्फा) का भाग शरीर द्वारा अवशोषित होता है, और F(tau) का भाग इससे होकर गुजरता है। शारीरिक क्षमता ( ऑप्टिकल वातावरण) इस तरह के परिवर्तन की विशेषता प्रतिबिंब गुणांक po=Fro/F0, गुणांक tau=Ftau/F0 है।
यदि गुणांक प्रकाश प्रवाह (एफ, एलएम) को परिवर्तित करके निर्धारित किया जाता है, तो उन्हें प्रकाश (फोटोमेट्रिक) कहा जाता है
रोस्व = Fo/Fo; अल्फास्व=फल्फा/फो;तौस्व=फताउ/फो
ऑप्टिकल और प्रकाश गुणांकों के लिए, यह कथन सत्य है कि उनका योग 1.0 के बराबर है (po+alpha+tau=1)
गुणांक दो और प्रकार के होते हैं - मोनोक्रोमैटिक और ज़ोनल। पहले लैम्ब्डा तरंग दैर्ध्य के साथ मोनोक्रोमैटिक विकिरण पर ऑप्टिकल माध्यम के प्रभाव का मूल्यांकन करें।
ज़ोनल गुणांक स्पेक्ट्रम ज़ोन से आने वाले विकिरण के रूपांतरण का मूल्यांकन करते हैं (डेल्टा लैम्ब्डा के साथ नीला = 400-500 एनएम, डेल्टा लैम्ब्डा के साथ हरा = 500-600 एनएम और डेल्टा लैम्ब्डा के साथ लाल = 600-700 एनएम)
9. बाउगुएर-लैम्बर्ट-बीयर कानून। कानून द्वारा बंधी मात्राएँ. बौगुएर-लैम्बर्ट-बीयर कानून से मुख्य निष्कर्ष के रूप में, ऑप्टिकल घनत्व की संवेदनशीलता। प्रकाश प्रकीर्णन संकेतक, मीडिया की मैलापन। प्रकाश प्रकीर्णन के प्रकार.
एफ 0 /एफ टी =10 केएल, के-अवशोषण सूचकांक। बीयर ने स्थापित किया कि अवशोषण सूचकांक प्रकाश-अवशोषित पदार्थ सी की एकाग्रता पर भी निर्भर करता है, के = एक्ससी, एक्स दाढ़ अवशोषण सूचकांक है, जिसे परत की मोटाई के व्युत्क्रम के रूप में व्यक्त किया जाता है जो प्रकाश को 10 गुना कम कर देता है जब इसकी सांद्रता होती है इसमें प्रकाश सोखने वाला पदार्थ 1 mol/l है।
बाउगुएर-लैंबर्ट-बीयर कानून को व्यक्त करने वाला अंतिम समीकरण इस तरह दिखता है: Ф0/Фт=10 से घात Хс1
परत द्वारा प्रेषित चमकदार प्रवाह दाढ़ अवशोषण गुणांक, परत की मोटाई और प्रकाश-अवशोषित पदार्थ की एकाग्रता के माध्यम से घटना प्रवाह से तेजी से संबंधित होता है। सुविचारित कानून से यह अनुसरण करता है भौतिक अर्थऑप्टिकल घनत्व की अवधारणा। अभिव्यक्ति Ф0/Фт=10 को Хс1 की घात में एकीकृत करके
हमें D=X*s*l मिलता है, वो। ऑप्टिकल घनत्वपर्यावरण उसकी प्रकृति पर निर्भर करता है, उसकी मोटाई और प्रकाश-अवशोषित पदार्थ की सांद्रता के समानुपाती होता है। चूंकि बाउगुएर-लैंबर्ट-बीयर कानून अवशोषित प्रकाश के अंश को संचरित प्रकाश के अंश के माध्यम से दर्शाता है, इसलिए यह परावर्तित और बिखरे हुए प्रकाश को ध्यान में नहीं रखता है। इसके अलावा, बाउगुएर-लैम्बर्ट-बीयर कानून को व्यक्त करने वाला परिणामी संबंध केवल सजातीय मीडिया के लिए मान्य है और निकायों की सतह से प्रकाश प्रतिबिंब के नुकसान को ध्यान में नहीं रखता है। कानून से विचलन ऑप्टिकल मीडिया की गैर-योगात्मकता की ओर ले जाता है।
चमकदार प्रवाह - प्रकाश ऊर्जा की शक्ति, लुमेन में मापा गया एक प्रभावी मूल्य:
एफ = (जेक्यू/डीटी. (1.6)
चमकदार प्रवाह की इकाई लुमेन (एलएम) है; 1 एलएम 1 कैंडेला की चमकदार तीव्रता के साथ एक बिंदु आइसोट्रोपिक स्रोत द्वारा एक इकाई ठोस कोण में उत्सर्जित चमकदार प्रवाह से मेल खाता है (कैपडेला की परिभाषा कम होगी)।
मोनोक्रोमैटिक चमकदार प्रवाह
एफ(ए. डीके) = के.टी. m Fe,(L, dk)Vx = 683Fe,(A, dk)Vx.
जटिल विकिरण का चमकदार प्रवाह: एक रेखा भूत के साथ
Ф=683£Ф,(Л„ dk)VXh
निरंतर स्पेक्ट्रम के साथ
जहाँ n स्पेक्ट्रम में रेखाओं की संख्या है; एफ<>डी, (ए) वर्णक्रमीय विकिरण प्रवाह घनत्व का एक कार्य है।
उश अध्ययन ( ऊर्जावान बलप्रकाश) 1e(x^ - स्थानिक विकिरण प्रवाह घनत्व, संख्यात्मक रूप से अनुपात के बराबरविकिरण प्रवाह c1Fe ठोस कोण t/£2 तक, जिसके भीतर प्रवाह फैलता है और समान रूप से वितरित होता है:
>ईए वी=डी विकिरण शक्ति ठोस कोण के शीर्ष पर स्थित एक बिंदु स्रोत से विकिरण के स्थानिक घनत्व को निर्धारित करती है (चित्र 1.3)। दिशा 1ef को ठोस कोण dLl का अक्ष माना जाता है। अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ विमानों में कोण ए और पी द्वारा उन्मुख। विकिरण शक्ति की इकाई W/sr का कोई नाम नहीं है। किसी बिंदु स्रोत के विकिरण प्रवाह का स्थानिक वितरण विशिष्ट रूप से उसके फोटोमेट्रिक निकाय द्वारा निर्धारित किया जाता है - विकिरण बल के त्रिज्या वैक्टर के सिरों के माध्यम से खींची गई सतह द्वारा सीमित स्थान का एक हिस्सा। मूल और एक बिंदु स्रोत से गुजरने वाले एक विमान द्वारा फोटोमेट्रिक जेल का एक खंड किसी दिए गए अनुभाग विमान के लिए स्रोत की चमकदार तीव्रता वक्र (एलआईसी) निर्धारित करता है। यदि फोटोमेट्रिक निकाय में समरूपता की धुरी है, तो विकिरण स्रोत को अनुदैर्ध्य विमान में केएसएस द्वारा चित्रित किया जाता है (चित्र 1.4)। एक बिंदु गोलाकार सममित विकिरण स्रोत का विकिरण प्रवाह एफ? = जेएलई(ए)डीएलआई = 2एल जे ले(ए) सिन एडा, जहां डीजे आंचलिक ठोस कोण है जिसके भीतर स्रोत विकिरण फैलता है; कोणों द्वारा अनुदैर्ध्य विमान में निर्धारित "|"। और ए„. एक बिंदु स्रोत की चमकदार तीव्रता - चमकदार प्रवाह का स्थानिक घनत्व laf,=dФ/dQ. (1.8) कैंडेला (सीडी) चमकदार तीव्रता की एक इकाई है (बुनियादी एसआई इकाइयों में से एक)। कैंडेला प्लैटिनम T = 2045 K के जमने के तापमान और 101325 Pa के दबाव पर एक काले शरीर के 1/600000 m2 के क्षेत्र से लंबवत दिशा में उत्सर्जित प्रकाश की तीव्रता के बराबर है। यदि फोटोमेट्रिक बॉडी में समरूपता की धुरी है तो आईसी का चमकदार प्रवाह केएसएस द्वारा निर्धारित किया जाता है। यदि केएसएस / (ए) एक ग्राफ या तालिका द्वारा दिया गया है, तो स्रोत के चमकदार प्रवाह की गणना अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है एफ=£/shdts-,+i, जहां /w आंचलिक ठोस कोण में चमकदार तीव्रता का srslnss मान है; डाई, (+| = 2n(cos a, - cos a,_|) (तालिका 1.1 देखें)। ऊर्जा चमक (उत्सर्जन) विचाराधीन क्षेत्र के छोटे सतह क्षेत्र से निकलने वाले विकिरण प्रवाह का अनुपात है: एम ई = (1Fe / dA; मेष>=Fe/A, (1.9) जहां d$>e और Ф(. सतह क्षेत्र dA या सतह A द्वारा उत्सर्जित विकिरण प्रवाह हैं। ऊर्जावान चमक (W/m2) की माप की इकाई विकिरण प्रवाह है। सतह के 1 m2 से उत्सर्जित; इस इकाई का कोई नाम नहीं है. चमक इस क्षेत्र के विचाराधीन छोटे सतह क्षेत्र से निकलने वाले चमकदार प्रवाह का अनुपात है: एम =
जहां еФ और Ф सतह क्षेत्र dA या सतह A द्वारा उत्सर्जित चमकदार प्रवाह हैं। चमक को lm/m2 में मापा जाता है - यह 1 m2 से उत्सर्जित चमकदार प्रवाह है। ऊर्जा रोशनी (विकिरण) - विकिरणित सतह के उज्ज्वल प्रवाह का घनत्व E = (1Fe/c1A; Eecr = Fe/A, (1.11) जहां Ee, Eсr क्रमशः सतह क्षेत्र dA का विकिरण और सतह A का औसत विकिरण है। विकिरण की प्रति इकाई. वीजी/एम2. वे ऐसे विकिरण को स्वीकार करते हैं जिस पर 1 W दीप्तिमान प्रवाह गिरता है और 1 m2 की सतह पर समान रूप से वितरित होता है; इस इकाई का कोई नाम नहीं है. रोशनी - प्रकाशित सतह पर चमकदार प्रवाह का घनत्व डी.एफ.=डी<>/डीए ईएसआर - एफ/एल, (1.12) जहां dE और Еср सतह क्षेत्र dA की रोशनी और सतह A की औसत रोशनी हैं। रोशनी की इकाई लक्स (एलएक्स) है। 1 लक्स की रोशनी में एक सतह होती है जिस पर 1 m2 प्रकाश गिरता है और 1 lm का चमकदार प्रवाह उस पर समान रूप से वितरित होता है। दिशा a में किसी पिंड या उसकी सतह के एक भाग की ऊर्जावान चमक, दिशा a में विकिरण बल का इस दिशा के लंबवत समतल पर विकिरण सतह के प्रक्षेपण का अनुपात है (चित्र 1.5): ~दिश्ख / (डीए कॉस एसएस), ~ ^आई। ^"(1-13) जहां लेउ और एलसीआर दिशा ए में सतह क्षेत्र डीए और सतह ए की ऊर्जा चमक हैं, इस दिशा के लंबवत विमान पर प्रक्षेपण क्रमशः डीकोसा और ए के बराबर हैं; डेलु और 1ईए क्रमशः डीए और ए द्वारा ए की दिशा में उत्सर्जित विकिरण बल हैं। ऊर्जा चमक की इकाई को एक सपाट सतह बी 1 एम की ऊर्जा चमक माना जाता है। लंबवत दिशा में 1 Vg/sr का विकिरण बल होना। इस इकाई (W/srm2) का कोई नाम नहीं है। किसी पिंड या उसकी सतह के भाग की दिशा में चमक सतह के प्रक्षेपण के लिए इस दिशा में प्रकाश की तीव्रता के अनुपात के बराबर है: ला = डीआईए/(डीएकोसा); /.acr = /a/a, (1.14) जहां /u और Lacr दिशा a में सतह क्षेत्र dA और सतह A की चमक हैं। इस दिशा के लंबवत समतल पर जिसके प्रक्षेपण क्रमशः dA cos a और a के बराबर होते हैं; डीएलए. 1a - क्रमशः, सतहों dA और A द्वारा दिशा a में उत्सर्जित चमकदार तीव्रता। चमक माप की इकाई (सीडी/एम2) एक सपाट सतह की चमक है जो लंबवत दिशा में 1 मीटर के क्षेत्र से 1 सीडी की चमकदार तीव्रता उत्सर्जित करती है। समतुल्य चमक. गोधूलि दृष्टि की स्थितियों के तहत, दृष्टि के अंग की सापेक्ष वर्णक्रमीय प्रकाश दक्षता अनुकूलन Y(X, /.) के स्तर पर निर्भर करती है और K(A) और Y"(X) के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति रखती है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 1.2. इन स्थितियों के तहत, उनके मान अलग-अलग वर्णक्रमीय संरचना के होते हैं, दिन के उजाले की दृष्टि के लिए चमक में समान होते हैं, आंख के लिए अलग-अलग चमक के होंगे (पर्किन्स प्रभाव)। उदाहरण के लिए, नीला लाल की तुलना में अधिक चमकीला होगा। गोधूलि के क्षेत्र में दृष्टि, समतुल्य चमक की अवधारणा का उपयोग किया जाता है। आप एक निश्चित वर्णक्रमीय संरचना के विकिरण का चयन कर सकते हैं, जिसके लिए सभी स्तरों पर चमक विकिरण शक्ति के समानुपाती मानी जाती है। ए. ए. गेर्शुन |1] ने ऐसी व्याख्या प्रस्तावित की। संदर्भ कहा जाता है, प्लैटिनम के जमने के तापमान पर ब्लैक बॉडी विकिरण का उपयोग करें। किसी भिन्न वर्णक्रमीय संरचना के विकिरण, जो संदर्भ एक की चमक के बराबर है, की समतुल्य चमक होगी, हालांकि विकिरण की मानक चमक अलग होगी। समतुल्य चमक सापेक्ष वर्णक्रमीय संवेदनशीलता फ़ंक्शन में अनिश्चितता की स्थिति में भी, उनके चमकदार प्रभाव के अनुसार विभिन्न विकिरणों की तुलना करना संभव बनाती है। विकिरण की मात्रा निर्धारित करने के लिए, मात्राओं की काफी विस्तृत श्रृंखला का उपयोग किया जाता है, जिसे सशर्त रूप से इकाइयों की दो प्रणालियों में विभाजित किया जा सकता है: ऊर्जा और प्रकाश। इस मामले में, ऊर्जा मात्राएँ स्पेक्ट्रम के संपूर्ण ऑप्टिकल क्षेत्र से संबंधित विकिरण की विशेषता बताती हैं, और प्रकाश मात्राएँ दृश्य विकिरण की विशेषता बताती हैं। ऊर्जा मात्राएँ संबंधित प्रकाश मात्राओं के समानुपाती होती हैं। ऊर्जा प्रणाली में मुख्य मात्रा जो हमें विकिरण की मात्रा का अनुमान लगाने की अनुमति देती है Fe विकिरण प्रवाह, या विकिरण शक्ति, अर्थात। ऊर्जा की मात्रा डब्ल्यू, प्रति इकाई समय में उत्सर्जित, स्थानांतरित या अवशोषित: Fe का मान वाट (W) में व्यक्त किया जाता है। – ऊर्जा इकाई अधिकांश मामलों में, विकिरण की उत्पत्ति की क्वांटम प्रकृति को ध्यान में नहीं रखा जाता है और इसे निरंतर माना जाता है। विकिरण की एक गुणात्मक विशेषता स्पेक्ट्रम पर विकिरण प्रवाह का वितरण है. निरंतर स्पेक्ट्रम वाले विकिरण के लिए, अवधारणा पेश की गई है वर्णक्रमीय विकिरण प्रवाह घनत्व (
)
- स्पेक्ट्रम के एक निश्चित संकीर्ण खंड पर पड़ने वाली विकिरण शक्ति का इस खंड की चौड़ाई से अनुपात (चित्र 2.2)। एक संकीर्ण वर्णक्रमीय सीमा के लिए डी
विकिरण प्रवाह बराबर है डीФ
.
कोटि अक्ष विकिरण प्रवाह के वर्णक्रमीय घनत्व को दर्शाता है
= डीФ
/डी
,
इसलिए, प्रवाह को ग्राफ़ के प्राथमिक खंड के क्षेत्र द्वारा दर्शाया जाता है, अर्थात। चित्र 2.2 - वर्णक्रमीय प्रवाह घनत्व की निर्भरता
तरंग दैर्ध्य से विकिरण
इ अंतर्गत चमकदार प्रवाह एफ, सामान्य तौर पर, मानव आंख पर इसके प्रभाव से आंकी गई विकिरण शक्ति को समझें। चमकदार प्रवाह के लिए माप की इकाई है लुमेन (एलएम). - प्रकाश इकाई आंख पर प्रकाश प्रवाह की क्रिया के कारण यह एक निश्चित तरीके से प्रतिक्रिया करता है। प्रकाश प्रवाह की क्रिया के स्तर के आधार पर, आंख के एक या दूसरे प्रकार के प्रकाश-संवेदनशील रिसेप्टर्स, जिन्हें छड़ें या शंकु कहा जाता है, काम करते हैं। कम रोशनी की स्थिति में (उदाहरण के लिए, चंद्रमा की रोशनी में), आंख छड़ों का उपयोग करके आसपास की वस्तुओं को देखती है। उच्च प्रकाश स्तर पर, दिन के समय दृष्टि उपकरण, जिसके लिए शंकु जिम्मेदार होते हैं, काम करना शुरू कर देता है। इसके अलावा, शंकु, उनके प्रकाश-संवेदनशील पदार्थ के आधार पर, स्पेक्ट्रम के विभिन्न क्षेत्रों में अलग-अलग संवेदनशीलता वाले तीन समूहों में विभाजित होते हैं। इसलिए, छड़ों के विपरीत, वे न केवल प्रकाश प्रवाह पर, बल्कि इसकी वर्णक्रमीय संरचना पर भी प्रतिक्रिया करते हैं। इस संबंध में यह कहा जा सकता है प्रकाश प्रभाव द्वि-आयामी है. रोशनी के स्तर से जुड़ी आंख की प्रतिक्रिया की मात्रात्मक विशेषता कहलाती है हल्कापन.शंकुओं के तीन समूहों की प्रतिक्रिया के विभिन्न स्तरों से जुड़ी गुणात्मक विशेषता कहलाती है वार्णिकता. प्रकाश की शक्ति
(मैं).
प्रकाश अभियांत्रिकी में इस मान को इस प्रकार लिया जाता है मुख्य. इस विकल्प का सैद्धांतिक तौर पर कोई आधार नहीं है, बल्कि यह सुविधा के कारणों से बनाया गया है प्रकाश की तीव्रता दूरी पर निर्भर नहीं करती। चमकदार तीव्रता की अवधारणा केवल बिंदु स्रोतों पर लागू होती है, अर्थात। उन स्रोतों के लिए जिनके आयाम उनसे प्रकाशित सतह तक की दूरी की तुलना में छोटे हैं। किसी बिंदु स्रोत की एक निश्चित दिशा में दीप्त तीव्रता प्रति इकाई ठोस कोण होती है
धीरे - धीरे बहना एफ, इस स्रोत द्वारा एक निश्चित दिशा में उत्सर्जित: मैं =एफ/Ω ऊर्जाचमकदार तीव्रता वाट प्रति स्टेरेडियन में व्यक्त की जाती है ( मंगल/बुध). पीछे प्रकाश इंजीनियरिंगज्योति तीव्रता की इकाई अपनाई गई कैन्डेला(सीडी) एक बिंदु स्रोत की चमकदार तीव्रता है जो 1 एलएम का चमकदार प्रवाह उत्सर्जित करता है, जो 1 स्टेरेडियन (एसआर) के ठोस कोण के भीतर समान रूप से वितरित होता है। एक ठोस कोण एक शंक्वाकार सतह और एक बंद घुमावदार समोच्च से घिरा स्थान का एक हिस्सा है जो कोण के शीर्ष से नहीं गुजरता है (चित्र 2.3)। जब एक शंक्वाकार सतह को संपीड़ित किया जाता है, तो गोलाकार क्षेत्र के आयाम अनंत हो जाते हैं। इस स्थिति में ठोस कोण भी अतिसूक्ष्म हो जाता है: चित्र 2.3 - "ठोस कोण" की अवधारणा की परिभाषा की ओर रोशनी (ई)।
ऊर्जावान रोशनी के तहत इ उहविकिरण प्रवाह को समझें क्षेत्रफल की इकाईप्रकाशित सतह क्यू:
विकिरण को व्यक्त किया गया है डब्ल्यू/एम 2
.
चमकदार रोशनी इ
चमकदार प्रवाह घनत्व द्वारा व्यक्त किया गया एफइससे प्रकाशित सतह पर (चित्र 2.4): दीप्त रोशनी की इकाई ली जाती है विलासिता, अर्थात। एक सतह की रोशनी जो 1 एलएम का चमकदार प्रवाह प्राप्त करती है जो 1 एम2 के क्षेत्र में समान रूप से वितरित होती है। प्रकाश इंजीनियरिंग में उपयोग की जाने वाली अन्य मात्राओं में से, महत्वपूर्ण हैं ऊर्जाविकिरण डब्ल्यूउह
या प्रकाश ऊर्जा डब्ल्यू,
साथ ही ऊर्जा नेया प्रकाश एन
प्रदर्शनी. We और W का मान भावों द्वारा निर्धारित होता है कहाँ अंतर्गत ऊर्जा एन उह या प्रकाश प्रदर्शनसतह विकिरण ऊर्जा घनत्व को समझें डब्ल्यू
उह
या प्रकाश ऊर्जा डब्ल्यूक्रमशः प्रकाशित सतह पर। वह है दीपकऔर मैंएक्सपोज़र एचयह रोशनी का उत्पाद है इ, एक विकिरण स्रोत द्वारा निर्मित, कुछ समय के लिए टीइस विकिरण का प्रभाव.
यदि उत्सर्जन स्पेक्ट्रम सीमा के भीतर है
1
पहले
2
, फिर विकिरण प्रवाह का परिमाण
- क्रमशः, समय के साथ विकिरण प्रवाह और प्रकाश प्रवाह में परिवर्तन के कार्य। हमें जूल या डब्ल्यू एस, ए में मापा जाता है डब्ल्यू
–
एलएम एस में
