Definisi besaran fotometrik deret cahaya dan hubungan matematis di antara keduanya serupa dengan besaran dan hubungan deret energi yang bersesuaian. Itu sebabnya aliran ringan, memanjang dalam sudut padat, sama dengan . Satuan fluks bercahaya (lumen). Untuk cahaya monokromatik hubungan antara energi dan besaran cahaya diberikan oleh rumus:
di mana suatu konstanta disebut mekanik yang setara dengan cahaya.
Fluks cahaya per interval panjang gelombang dari aku sebelum ,
, (30.8)
Di mana J– fungsi distribusi energi sepanjang panjang gelombang (lihat Gambar 30.1). Kemudian total fluks cahaya yang dibawa oleh setiap orang gelombang spektrum,
. (30.9)
Penerangan
Fluks cahaya juga dapat berasal dari benda yang tidak bersinar sendiri, tetapi memantulkan atau menyebarkan cahaya yang mengenai benda tersebut. Dalam kasus seperti itu, penting untuk mengetahui fluks cahaya apa yang jatuh pada area tertentu di permukaan tubuh. Untuk tujuan ini digunakan kuantitas fisik, disebut iluminasi
. (30.10)
Penerangan secara numerik sama dengan rasio fluks cahaya total yang datang pada elemen permukaan dengan luas elemen ini (lihat Gambar 30.4). Untuk keluaran cahaya yang seragam
Satuan penerangan 
(kemewahan). mewah sama dengan penerangan suatu permukaan dengan luas 1 m2 ketika fluks cahaya sebesar 1 lm jatuh di atasnya. Penyinaran ditentukan dengan cara yang sama
Satuan radiasi.
Kecerahan
Bagi banyak perhitungan pencahayaan, beberapa sumber dapat dianggap sebagai sumber titik. Namun, dalam banyak kasus, sumber cahaya ditempatkan cukup dekat untuk membedakan bentuknya, dengan kata lain, dimensi sudut sumber berada dalam kemampuan mata atau alat optik untuk membedakan objek yang diperluas dari suatu titik. Untuk sumber seperti itu, besaran fisik yang disebut kecerahan diperkenalkan. Konsep kecerahan tidak berlaku untuk sumber yang dimensi sudutnya lebih kecil dari resolusi mata atau instrumen optik (misalnya bintang). Kecerahan mencirikan pancaran permukaan bercahaya ke arah tertentu. Sumbernya bisa bersinar dengan cahayanya sendiri atau cahaya yang dipantulkan.
Mari kita pilih fluks cahaya yang merambat ke arah tertentu dalam sudut padat dari bagian permukaan cahaya. Sumbu balok membentuk sudut dengan garis normal terhadap permukaan (lihat Gambar 30.5).
Proyeksi bagian permukaan bercahaya ke area yang tegak lurus terhadap arah yang dipilih,
(30.14)
ditelepon permukaan terlihat elemen situs sumber (lihat Gambar 30.6).
Nilai fluks cahaya bergantung pada luas permukaan tampak, sudut, dan sudut padat:
Faktor proporsionalitas disebut kecerahan, tergantung pada sifat optik permukaan yang memancar dan mungkin berbeda untuk arah yang berbeda. Dari (30,5) kecerahan
. (30.16)
Dengan demikian, kecerahan ditentukan oleh fluks cahaya yang dipancarkan ke arah tertentu per satuan permukaan tampak per satuan sudut padat. Atau dengan kata lain: kecerahan pada arah tertentu secara numerik sama dengan intensitas cahaya yang dihasilkan per satuan luas permukaan sumber yang terlihat.
DI DALAM kasus umum kecerahan bergantung pada arah, tetapi ada sumber cahaya yang kecerahannya tidak bergantung pada arah. Sumber seperti ini disebut lambertian atau kosinus, karena hukum Lambert berlaku untuk mereka: intensitas cahaya pada arah tertentu sebanding dengan kosinus sudut antara garis normal permukaan sumber dan arah ini:
dimana adalah intensitas cahaya pada arah garis normal ke permukaan, dan merupakan sudut antara garis normal ke permukaan dan arah yang dipilih. Untuk memastikan kecerahan yang sama ke segala arah, luminer teknis dilengkapi dengan cangkang kaca susu. Sumber Lambertian yang memancarkan cahaya menyebar meliputi permukaan yang dilapisi magnesium oksida, porselen tanpa glasir, kertas gambar, dan salju yang baru turun.
Satuan kecerahan 
(nit). Berikut nilai kecerahan beberapa sumber cahaya:
Bulan – 2,5 knot,
lampu neon – 7 knot,
filamen bola lampu – 5 MNT,
permukaan matahari – 1,5 Gnt.
Kecerahan terendah yang dirasakan mata manusia adalah sekitar 1 mikron, dan kecerahan melebihi 100 knt menyebabkan nyeri pada mata dan dapat merusak penglihatan. Kecerahan selembar kertas putih saat membaca dan menulis minimal harus 10 nits.
Kecerahan energi ditentukan dengan cara yang sama
. (30.18)
Satuan ukuran pancaran.
Kilau
Mari kita pertimbangkan sumber cahaya dengan dimensi terbatas (menerangi dengan cahayanya sendiri atau cahaya yang dipantulkan). Kilau sumber disebut kepadatan permukaan fluks cahaya yang dipancarkan oleh suatu permukaan ke segala arah dalam sudut padat. Jika elemen permukaan memancarkan fluks cahaya, maka
Untuk luminositas seragam kita dapat menulis:
Satuan pengukuran luminositas.
Luminositas energik ditentukan dengan cara yang sama
Satuan luminositas energik.
Hukum iluminasi
Pengukuran fotometrik didasarkan pada dua hukum iluminasi.
1. Penerangan suatu permukaan oleh sumber cahaya titik bervariasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak sumber dari permukaan yang diterangi. Bayangkan sebuah sumber titik (lihat Gambar 30.7) yang memancarkan cahaya ke segala arah. Mari kita gambarkan bola yang berjari-jari dan konsentris dengan sumber di sekitar sumbernya. Jelaslah bahwa fluks cahaya melalui luas permukaan adalah sama, karena merambat dalam sudut padat yang sama. Maka penerangan area tersebut masing-masing adalah dan . Mengekspresikan elemen permukaan bola melalui sudut padat, kita peroleh:
. (30.22)
2. Penerangan yang ditimbulkan pada suatu luas permukaan dasar oleh fluks cahaya yang datang padanya pada sudut tertentu sebanding dengan kosinus sudut antara arah sinar dan garis normal permukaan. Mari kita perhatikan seberkas sinar sejajar (lihat Gambar 29.8) yang datang pada bagian permukaan dan . Sinar jatuh di permukaan sepanjang garis normal, dan di permukaan - dengan sudut terhadap garis normal. Fluks cahaya yang sama melewati kedua bagian. Penerangan bagian pertama dan kedua masing-masing adalah 
. Tapi, oleh karena itu,
Dengan menggabungkan kedua hukum ini, kita dapat merumuskannya hukum dasar iluminasi: Penerangan suatu permukaan oleh suatu sumber titik berbanding lurus dengan intensitas cahaya sumber, kosinus sudut datang sinar dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak sumber ke permukaan
. (30.24)
Perhitungan menggunakan rumus ini memberikan hasil yang cukup akurat jika dimensi linier sumber tidak melebihi 1/10 jarak ke permukaan yang diterangi. Jika sumbernya adalah piringan dengan diameter 50 cm, maka pada titik normal terhadap bagian tengah piringan tersebut Kesalahan relatif dalam perhitungan untuk jarak 50 cm mencapai 25%, untuk jarak 2 m tidak melebihi 1,5%, dan untuk jarak 5 m turun menjadi 0,25%.
Jika terdapat beberapa sumber, maka iluminasi yang dihasilkan sama dengan jumlah iluminasi yang dihasilkan oleh masing-masing sumber. Jika suatu sumber tidak dapat dianggap sebagai sumber titik, permukaannya dibagi menjadi beberapa bagian dasar dan, setelah menentukan iluminasi yang diciptakan oleh masing-masing bagian tersebut, menurut hukum 
, kemudian diintegrasikan ke seluruh permukaan sumber.
Ada standar pencahayaan untuk tempat kerja dan tempat. Di atas meja ruang kelas Penerangan minimal harus 150 lux, untuk membaca buku diperlukan penerangan, dan untuk menggambar - 200 lux. Untuk koridor, penerangan dianggap cukup, untuk jalan - .
Sumber cahaya terpenting bagi semua kehidupan di Bumi adalah Matahari, yang menciptakan batas atas atmosfer, radiasi energi disebut konstanta matahari - dan pencahayaannya adalah 137 klx. Penerangan energi yang diciptakan di permukaan bumi oleh sinar langsung di musim panas dua kali lebih sedikit. Penerangan yang ditimbulkan oleh sinar matahari langsung pada tengah hari pada garis lintang rata-rata adalah 100 klx. Pergantian musim di bumi disebabkan oleh perubahan sudut datangnya sinar matahari pada permukaannya. Di belahan bumi utara, sudut datang sinar di permukaan bumi paling besar pada musim dingin, dan paling kecil pada musim panas. Penerangan di tempat terbuka di bawah langit mendung 1000 lux. Penerangan pada ruangan terang dekat jendela adalah 100 lux. Sebagai perbandingan, kami menyajikan iluminasi dari bulan purnama– 0,2 lux dan dari langit malam pada malam tanpa bulan – 0,3 mlx. Jarak Matahari ke Bumi adalah 150 juta kilometer, namun karena adanya gaya sinar matahari Sama dengan , penerangan yang diciptakan Matahari pada permukaan bumi begitu besar.
Untuk sumber yang intensitas cahayanya bergantung pada arah, terkadang digunakan intensitas cahaya bola rata-rata, dimana adalah fluks cahaya total lampu. Rasio Fluks Bercahaya lampu listrik terhadap daya listriknya disebut efisiensi bercahaya lampu: . Misalnya, lampu pijar 100 W mempunyai intensitas cahaya bola rata-rata sekitar 100 cd. Fluks cahaya total dari lampu tersebut adalah 4 × 3,14 × 100 cd = 1260 lm, dan efisiensi cahayanya adalah 12,6 lm/W. Efisiensi cahaya lampu neon beberapa kali lebih besar dibandingkan lampu pijar dan mencapai 80 lm/W. Selain itu, masa pakai lampu neon melebihi 10 ribu jam, sedangkan lampu pijar kurang dari 1000 jam.
Selama jutaan tahun evolusi mata manusia telah beradaptasi dengan sinar matahari, oleh karena itu komposisi spektral cahaya lampu sebaiknya sedekat mungkin dengan komposisi spektral sinar matahari. Lampu neon paling memenuhi persyaratan ini. Itu sebabnya lampu ini disebut juga lampu neon. Kecerahan filamen bola lampu menyebabkan nyeri pada mata. Untuk mencegah hal ini, digunakan kap lampu dan kap lampu kaca susu.
Dengan segala kelebihannya, lampu neon juga memiliki sejumlah kelemahan: kerumitan rangkaian switching, denyut fluks cahaya (dengan frekuensi 100 Hz), ketidakmungkinan menyalakan dalam cuaca dingin (karena kondensasi merkuri), throttle berdengung (karena magnetostriksi), bahaya lingkungan (merkuri dari lampu yang rusak meracuni lingkungan).
Agar komposisi spektral radiasi lampu pijar sama dengan Matahari, filamennya perlu dipanaskan hingga suhu permukaan Matahari, yaitu hingga 6200 K. Tapi tungsten , logam yang paling tahan api, sudah meleleh pada 3660 K.
Suhu yang mendekati suhu permukaan Matahari dicapai dalam pelepasan busur dalam uap merkuri atau xenon pada tekanan sekitar 15 atm. Intensitas cahaya sebuah lampu busur dapat ditingkatkan hingga 10 Mcd. Lampu seperti itu digunakan pada proyektor film dan lampu sorot. Lampu yang diisi dengan uap natrium dibedakan oleh fakta bahwa sebagian besar radiasi di dalamnya (sekitar sepertiga) terkonsentrasi di wilayah spektrum tampak (dua garis kuning intens 589,0 nm dan 589,6 nm). Meskipun emisi lampu natrium sangat berbeda dengan sinar matahari yang lazim bagi mata manusia, lampu ini digunakan untuk menerangi jalan raya, karena keunggulannya adalah efisiensi cahayanya yang tinggi, mencapai 140 lm/W.
Fotometer
Instrumen yang dirancang untuk mengukur intensitas cahaya atau fluks cahaya dari berbagai sumber disebut fotometer. Berdasarkan prinsip registrasinya, fotometer ada dua jenis: subjektif (visual) dan objektif.
Prinsip pengoperasian fotometer subjektif didasarkan pada kemampuan mata untuk merekam dengan akurasi yang cukup kesamaan iluminasi (lebih tepatnya, kecerahan) dari dua bidang yang berdekatan, asalkan keduanya disinari oleh cahaya dengan warna yang sama.
Fotometer untuk membandingkan dua sumber dirancang sedemikian rupa sehingga peran mata direduksi menjadi menetapkan kesamaan iluminasi dari dua bidang berdekatan yang disinari oleh sumber yang dibandingkan (lihat Gambar 30.9). Mata pengamat mengamati prisma segitiga berwarna putih yang dipasang di tengah-tengah pipa menghitam di dalamnya. Prisma diterangi oleh sumber dan. Dengan mengubah jarak dari sumber ke prisma, Anda dapat menyamakan pencahayaan permukaan dan. Lalu , dimana dan masing-masing intensitas cahaya, sumber dan . Jika intensitas cahaya salah satu sumber diketahui (sumber acuan), maka intensitas cahaya sumber lainnya pada arah yang dipilih dapat ditentukan. Dengan mengukur intensitas cahaya sumber dalam arah yang berbeda, diperoleh fluks cahaya total, iluminasi, dll.Sumber acuannya adalah lampu pijar yang diketahui intensitas cahayanya.
Ketidakmampuan untuk mengubah rasio jarak dalam batas yang sangat luas memaksa penggunaan metode lain untuk melemahkan fluks, seperti penyerapan cahaya oleh filter dengan ketebalan bervariasi - irisan (lihat Gambar 30.10).
Salah satu varietasnya metode visual fotometri adalah metode penekanan yang didasarkan pada penggunaan keteguhan ambang sensitivitas mata untuk setiap individu pengamat. Ambang batas sensitivitas mata adalah kecerahan terendah (sekitar 1 mikron) yang dapat ditanggapi oleh mata manusia. Setelah sebelumnya menentukan ambang sensitivitas mata, dengan cara tertentu (misalnya, irisan penyerap yang dikalibrasi) kecerahan sumber yang diteliti dikurangi hingga ambang sensitivitas. Mengetahui berapa kali kecerahan dilemahkan, Anda dapat menentukan kecerahan absolut suatu sumber tanpa sumber referensi. Metode ini sangat sensitif.
Pengukuran langsung fluks cahaya total sumber dilakukan dalam fotometer integral, misalnya dalam fotometer bola (lihat Gambar 30.11). Sumber yang diteliti tersuspensi di rongga internal sebuah bola yang diputihkan dengan permukaan matte di dalamnya. Sebagai hasil dari beberapa pantulan cahaya di dalam bola, iluminasi tercipta, ditentukan oleh intensitas cahaya rata-rata sumbernya. Penerangan lubang, terlindung dari sinar langsung oleh layar, sebanding dengan fluks cahaya: , di mana adalah konstanta perangkat, bergantung pada ukuran dan warnanya. Lubang tersebut ditutup dengan kaca susu. Kecerahan kaca susu juga sebanding dengan fluks cahaya. Itu diukur menggunakan fotometer yang dijelaskan di atas atau dengan metode lain. Dalam teknologi, fotometer bola otomatis dengan fotosel digunakan, misalnya, untuk mengontrol lampu pijar pada konveyor pabrik lampu listrik.
Metode obyektif Fotometri dibagi menjadi fotografi dan listrik. Metode fotografi didasarkan pada fakta bahwa penghitaman lapisan fotosensitif, dalam rentang yang luas, sebanding dengan kepadatan energi cahaya yang jatuh pada lapisan tersebut selama penerangannya, yaitu paparan (lihat Tabel 30.1). Metode ini menentukan intensitas relatif dari dua titik yang letaknya berdekatan garis spektral dalam satu spektrum atau membandingkan intensitas garis yang sama dalam dua spektrum yang berdekatan (diambil pada satu pelat fotografi) berdasarkan menghitamnya area tertentu pada pelat fotografi.
Metode visual dan fotografi secara bertahap digantikan oleh metode elektrik. Keuntungan dari yang terakhir adalah mereka cukup melakukan registrasi otomatis dan pemrosesan hasil, hingga penggunaan komputer. Fotometer listrik memungkinkan pengukuran intensitas radiasi di luar spektrum tampak.
BAB 31. RADIASI TERMAL
31.1. Karakteristik radiasi termal
Benda yang dipanaskan hingga suhu cukup tinggi akan bersinar. Cahaya benda yang disebabkan oleh pemanasan disebut radiasi termal (suhu).. Radiasi termal, yang paling umum di alam, terjadi karena energi gerakan termal atom dan molekul materi (yaitu karena energi dalam) dan merupakan karakteristik semua benda pada suhu di atas 0 K. Radiasi termal dicirikan oleh spektrum kontinu, posisi maksimumnya bergantung pada suhu. Pada suhu tinggi, radiasi jangka pendek (tampak dan ultraviolet) dipancarkan gelombang elektromagnetik, pada yang rendah - sebagian besar panjang (inframerah).
Karakteristik kuantitatif dari radiasi termal adalah kerapatan spektral luminositas energi (emisivitas) suatu benda- daya radiasi per satuan luas permukaan benda dalam rentang frekuensi satuan lebar:
Rv,T =, (31.1)
dimana energi radiasi elektromagnetik, dipancarkan per satuan waktu (daya radiasi) dari satuan luas permukaan suatu benda dalam rentang frekuensi ay sebelum v+dv.
Satuan kepadatan spektral luminositas energik Rv,T- joule per meter persegi (J/m2).
Rumus tertulis dapat direpresentasikan sebagai fungsi panjang gelombang:
=Rv, Tdv= R λ ,T dλ. (31.2)
Karena с =λvυ, Itu dλ/ dv = - CV 2 = - λ 2 /Dengan,
dimana tanda minus menunjukkan bahwa dengan bertambahnya salah satu besaran ( λ atau ay) kuantitas lainnya berkurang. Oleh karena itu, berikut ini kami akan menghilangkan tanda minus.
Dengan demikian,
R υ,T =Rλ,T . (31.3)
Dengan menggunakan rumus (31.3), Anda dapat melanjutkan dari Rv,T Ke Rλ,T dan sebaliknya.
Mengetahui kerapatan spektral luminositas energik, kita dapat menghitungnya luminositas energi integral(emisivitas integral), menjumlahkan semua frekuensi:
R T = . (31.4)
Kemampuan suatu benda untuk menyerap radiasi yang mengenainya ditandai dengan absorptivitas spektral
Sebuah v,T =(31.5)
menunjukkan berapa fraksi energi yang dibawa per satuan waktu per satuan luas permukaan suatu benda oleh gelombang elektromagnetik yang datang padanya dengan frekuensi dari ay sebelum v+dv, diserap oleh tubuh.
Kapasitas serapan spektral merupakan besaran yang tidak berdimensi. Kuantitas Rv,T Dan Sebuah v,T bergantung pada sifat benda, suhu termodinamikanya dan pada saat yang sama berbeda untuk radiasi dengan frekuensi berbeda. Oleh karena itu, nilai-nilai tersebut disebut pasti T Dan ay(atau lebih tepatnya, ke rentang frekuensi yang cukup sempit dari ay sebelum v+dv).
Suatu benda yang mampu menyerap seluruh radiasi dengan frekuensi berapa pun pada suhu berapa pun disebut hitam. Akibatnya, kapasitas penyerapan spektral benda hitam untuk semua frekuensi dan suhu sama dengan satu ( A hv,T = 1). Tidak ada benda yang benar-benar hitam di alam, tetapi benda seperti jelaga, hitam platinum, beludru hitam, dan beberapa lainnya, dalam rentang frekuensi tertentu, memiliki sifat yang mirip dengannya.
Model yang ideal benda hitam adalah rongga tertutup dengan lubang kecil, permukaan bagian dalamnya menghitam (Gbr. 31.1). Seberkas cahaya memasuki Gambar 31.1.
rongga seperti itu mengalami banyak pantulan dari dinding, akibatnya intensitas radiasi yang dipancarkan hampir sama sama dengan nol. Pengalaman menunjukkan bahwa ketika ukuran lubang kurang dari 0,1 diameter rongga, radiasi yang datang dari semua frekuensi diserap seluruhnya. Akibatnya membuka jendela Rumah-rumah tampak hitam dari jalanan, meski bagian dalam ruangan cukup terang karena pantulan cahaya dari dinding.
Seiring dengan konsep bodi berwarna hitam, konsep tersebut juga digunakan tubuh abu-abu- tubuh yang kapasitas penyerapannya kurang dari satu, tetapi sama untuk semua frekuensi dan hanya bergantung pada suhu, bahan, dan keadaan permukaan benda. Jadi, untuk tubuh abu-abu Dan dengan v,T< 1.
hukum Kirchhoff
hukum Kirchhoff: rasio kerapatan spektral luminositas energi terhadap absorptivitas spektral tidak bergantung pada sifat benda; ini adalah fungsi universal frekuensi (panjang gelombang) dan suhu untuk semua benda:
= rv,T(31.6)
Untuk tubuh hitam A hv,T=1, maka dari hukum Kirchhoff berikut ini Rv,T untuk benda hitam sama dengan rv,T. Jadi, fungsi universal Kirchhoff rv,T tidak lebih dari kerapatan spektral luminositas energi benda hitam. Oleh karena itu, menurut hukum Kirchhoff, untuk semua benda, rasio kerapatan spektral luminositas energik terhadap absorptivitas spektral sama dengan kerapatan spektral luminositas energik benda hitam pada suhu dan frekuensi yang sama.
Dari hukum Kirchhoff dapat disimpulkan bahwa kerapatan spektral luminositas energi benda apa pun di wilayah mana pun dalam spektrum selalu lebih kecil daripada kerapatan spektral luminositas energi benda hitam (untuk nilai yang sama T Dan ay), Karena Sebuah v,T < 1, и поэтому Rv,T < rv υ,T. Selain itu, dari (31.6) dapat disimpulkan bahwa jika suatu benda pada suhu tertentu T tidak menyerap gelombang elektromagnetik dalam rentang frekuensi dari ay, sebelum v+dv, maka ia berada dalam rentang frekuensi ini pada suhu T dan tidak mengeluarkan emisi, sejak kapan Sebuah v,T=0, Rv,T=0
Dengan menggunakan hukum Kirchhoff, ekspresi luminositas energi integral benda hitam (31.4) dapat ditulis sebagai
RT = .(31.7)
Untuk tubuh abu-abu R dengan T = PADA = SEBUAH T R e, (31.8)
Di mana Ulang= -energi luminositas benda hitam.
Hukum Kirchhoff hanya menjelaskan radiasi termal, karena merupakan karakteristiknya sehingga dapat berfungsi sebagai kriteria yang dapat diandalkan untuk menentukan sifat radiasi. Radiasi yang tidak mematuhi hukum Kirchhoff bukanlah radiasi termal.
Untuk tujuan praktis, hukum Kirchhoff mengikuti bahwa benda dengan permukaan gelap dan kasar memiliki koefisien penyerapan mendekati 1. Oleh karena itu, mereka lebih suka memakai pakaian berwarna gelap di musim dingin, dan pakaian terang di musim panas. Tetapi benda dengan koefisien penyerapan mendekati satu juga memiliki luminositas energik yang lebih tinggi. Jika Anda mengambil dua bejana yang identik, satu dengan permukaan gelap dan kasar, dan dinding lainnya terang dan berkilau, dan menuangkan air mendidih dalam jumlah yang sama ke dalamnya, maka bejana pertama akan lebih cepat dingin.
31.3. Hukum Stefan-Boltzmann dan perpindahan Wien
Berdasarkan hukum Kirchhoff bahwa kerapatan spektral luminositas energi benda hitam adalah fungsi universal, oleh karena itu menemukan ketergantungan eksplisitnya pada frekuensi dan suhu adalah tugas penting teori radiasi termal.
Stefan, menganalisis data eksperimen, dan Boltzmann, menerapkan metode termodinamika, memecahkan masalah ini hanya sebagian, dengan menetapkan ketergantungan luminositas energi Ulang pada suhu. Berdasarkan Hukum Stefan-Boltzmann,
R e = σ T 4, (31.9)
yaitu, luminositas energik suatu benda hitam sebanding dengan seperempat pangkat suhu termodinamikanya; σ
- Konstanta Stefan-Boltzmann: nilai eksperimennya adalah 5,67×10 -8 W/(m 2 ×K 4).
Hukum Stefan-Boltzmann, yang mendefinisikan ketergantungan Ulang pada suhu tidak memberikan jawaban mengenai komposisi spektral radiasi benda hitam. Dari kurva eksperimental fungsi tersebut r λ,T dari panjang gelombang λ (r λ,T =´ ´ r ν,T) pada suhu yang berbeda(Gambar 30.2) Gambar 31.2.
maka distribusi energi dalam spektrum benda hitam tidak merata. Semua kurva memiliki batas maksimum yang jelas, yang bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek seiring dengan kenaikan suhu. Daerah yang dibatasi oleh kurva r λ,T dari λ dan sumbu x, sebanding dengan luminositas energik Ulang benda hitam dan, oleh karena itu, menurut hukum Stefan-Boltzmann, seperempat pangkat suhu.
V. Vin, dengan mengandalkan hukum termo dan elektrodinamika, menetapkan ketergantungan panjang gelombang λ max sesuai dengan maksimum fungsi r λ,T, pada suhu T. Menurut hukum perpindahan Wien,
λ maks =b/T, (31.10)
yaitu panjang gelombang λ
maks sesuai nilai maksimum spektral
kepadatan luminositas r λ,T benda hitam berbanding terbalik dengan suhu termodinamikanya. B - rasa bersalah terus-menerus nilai eksperimennya adalah 2,9×10 -3 m×K.
Ekspresi (31.10) disebut hukum perpindahan Wien; yang menunjukkan perpindahan posisi maksimum fungsi r λ,T ketika suhu meningkat ke wilayah dengan panjang gelombang pendek. Hukum Wien menjelaskan mengapa, ketika suhu benda yang dipanaskan menurun, radiasi gelombang panjang semakin mendominasi spektrumnya (misalnya, transisi panas putih berubah menjadi merah ketika logam mendingin).
Rumus Rayleigh-Jeans dan Planck
Dari pertimbangan hukum Stefan-Boltzmann dan Wien maka pendekatan termodinamika untuk memecahkan masalah pencarian fungsi universal Kirchhoff tidak memberikan hasil yang diinginkan.
Upaya ketat untuk menyimpulkan hubungan secara teoritis r λ,T milik Rayleigh dan Jeans, yang menerapkan metode fisika statistik pada radiasi termal, menggunakan hukum klasik distribusi seragam energi berdasarkan derajat kebebasan.
Rumus Rayleigh-Jeans untuk kerapatan luminositas spektral benda hitam berbentuk:
r ν , T = <E> = kT, (31.11)
Di mana <Е>= kT– energi rata-rata osilator dengan frekuensi natural ν .
Pengalaman menunjukkan, ekspresi (31.11) konsisten dengan data eksperimen hanya di wilayah frekuensi yang cukup rendah dan suhu tinggi. Di wilayah frekuensi tinggi, rumus ini menyimpang dari eksperimen, serta hukum perpindahan Wien. Dan memperoleh hukum Stefan-Boltzmann dari rumus ini mengarah pada absurditas. Hasil ini disebut " bencana ultraviolet" Itu. di dalam fisika klasik gagal menjelaskan hukum distribusi energi dalam spektrum benda hitam.
Dalam rentang frekuensi tinggi, kesesuaian yang baik dengan eksperimen diberikan oleh rumus Wien (hukum radiasi Wien):
r ν, T =Сν 3 А e –Аν/Т, (31.12)
Di mana r ν, T- kerapatan spektral luminositas energi benda hitam, DENGAN Dan A – konstanta. Dalam notasi modern menggunakan
Hukum radiasi Wien konstanta Planck dapat ditulis sebagai
r ν, T = . (31.13)
Ekspresi yang benar untuk kerapatan spektral luminositas energi benda hitam, konsisten dengan data eksperimen, ditemukan oleh Planck. Sesuai dengan yang dikemukakan hipotesis kuantum, osilator atom memancarkan energi tidak secara terus menerus, tetapi dalam porsi tertentu - kuanta, dan energi kuantum sebanding dengan frekuensi osilasi
E 0 =hν = hс/λ,
Di mana H=6.625×10 -34 J×s – Konstanta Planck Karena radiasi dipancarkan dalam porsi, energi osilator E hanya dapat mengambil nilai diskrit tertentu , kelipatan bilangan bulat dari bagian energi dasar E 0
E = nhν(N= 0,1,2…).
DI DALAM pada kasus ini energi rata-rata<E> osilator tidak bisa disamakan kT.
Dengan perkiraan bahwa distribusi osilator pada keadaan diskrit yang mungkin mengikuti distribusi Boltzmann, energi rata-rata osilator sama dengan
<E> = , (31.14)
dan kerapatan spektral luminositas energik ditentukan oleh rumus
r ν , T = . (31.15)
Planck memperoleh rumus untuk fungsi universal Kirchhoff
r ν, T = , (31.16)
yang konsisten dengan data eksperimen tentang distribusi energi dalam spektrum radiasi benda hitam pada seluruh rentang frekuensi dan suhu.
Dari rumus Planck mengetahui konstanta universal H,k Dan Dengan, kita dapat menghitung konstanta Stefan-Boltzmann σ dan Anggur B. Dan sebaliknya. Rumus Planck sangat sesuai dengan data eksperimen, tetapi juga mengandung hukum tertentu tentang radiasi termal, yaitu. adalah solusi lengkap masalah radiasi termal.
Pirometri optik
Hukum radiasi termal digunakan untuk mengukur suhu benda panas dan benda bercahaya (misalnya bintang). Metode untuk mengukur suhu tinggi yang menggunakan ketergantungan kerapatan spektral luminositas energi atau luminositas energi integral suatu benda pada suhu disebut pirometri optik. Perangkat untuk mengukur suhu benda yang dipanaskan berdasarkan intensitas radiasi termalnya dalam rentang spektrum optik disebut pirometer. Bergantung pada hukum radiasi termal yang digunakan saat mengukur suhu benda, suhu radiasi, warna, dan kecerahan dibedakan.
1. Suhu radiasi- ini adalah suhu benda hitam di mana luminositas energiknya Ulang sama dengan luminositas energik R t tubuh yang diteliti. Dalam hal ini, luminositas energik benda yang diteliti dicatat dan suhu radiasinya dihitung berdasarkan hukum Stefan-Boltzmann:
T r =.
Suhu radiasi T r suhu tubuh selalu lebih rendah dari suhu sebenarnya T.
2.Suhu penuh warna. Untuk benda abu-abu (atau benda yang sifatnya serupa), kerapatan spektral luminositas energi
R λ,Τ = Α Τ r λ,Τ,
Di mana Dan = konstanta < 1. Oleh karena itu, distribusi energi pada spektrum radiasi benda abu-abu sama dengan spektrum benda hitam yang suhunya sama, oleh karena itu hukum perpindahan Wien berlaku untuk benda abu-abu. Mengetahui panjang gelombang λ m ax sesuai dengan kerapatan spektral maksimum luminositas energi Rλ,Τ tubuh yang diperiksa, suhunya dapat ditentukan
Tc = B/ λ m ah,
yang disebut suhu warna. Untuk benda abu-abu, suhu warnanya sama dengan suhu sebenarnya. Untuk benda yang sangat berbeda dari abu-abu (misalnya benda dengan serapan selektif), konsep suhu warna kehilangan maknanya. Dengan cara ini, suhu di permukaan Matahari ditentukan ( Tc=6500 K) dan bintang.
3.Suhu kecerahan T i, adalah suhu benda hitam yang, untuk panjang gelombang tertentu, kerapatan luminositas spektralnya sama dengan kerapatan spektral luminositas energi benda yang diteliti, yaitu.
r λ,Τ = R λ,Τ,
Di mana T –suhu sebenarnya tubuh, yang selalu lebih tinggi dari kecerahan.
Pirometer filamen hilang biasanya digunakan sebagai pirometer kecerahan. Dalam hal ini, gambaran filamen pirometer menjadi tidak dapat dibedakan dengan latar belakang permukaan benda panas, yaitu filamen tersebut tampak “menghilang”. Dengan menggunakan miliammeter benda hitam yang dikalibrasi, suhu kecerahan dapat ditentukan.
Sumber cahaya termal
Cahaya benda panas digunakan untuk membuat sumber cahaya. Benda hitam harus menjadi sumber cahaya termal terbaik, karena kerapatan luminositas spektralnya untuk panjang gelombang apa pun lebih besar daripada kerapatan luminositas spektral benda bukan hitam yang diambil pada suhu yang sama. Namun, ternyata untuk beberapa benda (misalnya tungsten) yang memiliki selektivitas radiasi termal, proporsi energi yang diatribusikan ke radiasi di wilayah spektrum tampak jauh lebih besar daripada benda hitam yang dipanaskan pada suhu yang sama. Oleh karena itu, tungsten, yang juga memiliki titik leleh tinggi, adalah bahan terbaik untuk pembuatan filamen lampu.
Suhu filamen tungsten dalam lampu vakum tidak boleh melebihi 2450K, karena pada suhu yang lebih tinggi akan sangat tergagap. Radiasi maksimum pada suhu ini sesuai dengan panjang gelombang 1,1 mikron, yaitu sangat jauh dari sensitivitas maksimum mata manusia (0,55 mikron). Mengisi silinder lampu dengan gas inert (misalnya, campuran kripton dan xenon dengan penambahan nitrogen) pada tekanan 50 kPa memungkinkan peningkatan suhu filamen hingga 3000 K, yang mengarah pada peningkatan komposisi spektral lampu. radiasi. Namun, keluaran cahaya tidak meningkat, karena kehilangan energi tambahan terjadi akibat pertukaran panas antara filamen dan gas akibat konduktivitas termal dan konveksi. Untuk mengurangi kehilangan energi akibat pertukaran panas dan meningkatkan keluaran cahaya dari lampu berisi gas, filamen dibuat dalam bentuk spiral, yang masing-masing putarannya saling memanaskan. Pada suhu tinggi lapisan gas stasioner terbentuk di sekitar spiral ini dan perpindahan panas akibat konveksi dihilangkan. Efisiensi energi lampu pijar saat ini tidak melebihi 5%.
1. Fluks radiasi. Konsep spektrum radiasi elektromagnetik. Prinsip mengukur distribusi fluks pada spektrum. Besaran energi.
Fluks (kekuatan) radiasi (F) yavl. besaran utama dalam sistem pengukuran energi. Kekuatan (atau fluks) radiasi dianggap sebagai energi yang ditransfer per satuan waktu. Nilai F dinyatakan dalam watt (W).
Rentang gelombang elektromagnetik keraguan, kata benda di alam, cukup luas dan membentang dari sepersekian angstrom hingga satu kilometer.
Spektrum radiasi elektromagnetik, mikron
Sinar gamma ________________________ kurang dari 0,0001
Sinar-X________________ 0,01-0,0001
Sinar ultraviolet______________________________ 0,38-0,01
Cahaya tampak______________________________________________ 0,78-0,38
Sinar infra merah ________________________________1000-0.78
Gelombang radio________________ lebih dari 1000
Wilayah optik spektrum hanya mencakup sebagian dari radiasi elektromagnetik dengan interval panjang gelombang dari λmin = 0,01 μm hingga λmax = 1000 μm. Radiasi tersebut tercipta sebagai hasil eksitasi elektromagnetik atom, getaran dan gerakan rotasi molekul.
DI DALAM spektrum optik Tiga bidang utama dapat dibedakan: ultraviolet, tampak, inframerah.
Radiasi ultraviolet menghasilkan foton paling kuat dan memiliki efek fotokimia yang kuat.
Emisi cahaya tampak, meskipun intervalnya agak sempit, memungkinkan kita melihat seluruh keragaman dunia di sekitar kita. Jadi mata manusia praktis tidak merasakan radiasi dengan rentang panjang gelombang yang ekstrim (efeknya lemah pada mata), dalam praktiknya cahaya tampak Radiasi dengan rentang panjang gelombang 400-700 nm dianggap sebagai radiasi. Radiasi ini mempunyai efek fotofisika dan fotokimia yang signifikan, namun lebih kecil dibandingkan radiasi ultraviolet.
Foton memiliki energi minimum dari seluruh wilayah spektrum optik radiasi infra merah. Ini adalah karakteristik radiasi ini efek termal dan, secara signifikan pada tingkat lebih rendah, fotofisika dan fotokimia. tindakan.
2. Konsep penerima radiasi . Reaksi penerima. Klasifikasi penerus radiasi. Penerima linier dan nonlinier. Sensitivitas spektral penerima radiasi.
badan di mana transformasi tersebut terjadi di bawah pengaruh radiasi optik, diterima di bidang teknik pencahayaan nama yang umum “penerima radiasi”
Secara konvensional, penerima radiasi dibagi menjadi:
1. Penerima radiasi alami adalah mata manusia.
2. Bahan fotosensitif yang digunakan untuk perekaman gambar secara optik.
3. Elemen fotosensitif juga merupakan penerima alat pengukur(densitometer, kolorimeter)
Radiasi optik memiliki energi yang tinggi sehingga mempengaruhi banyak zat dan benda fisik.
Akibat serapan cahaya pada media dan benda, seluruh baris fenomena (Gambar 2.1, pak 48)
Sebuah benda yang telah menyerap radiasi mulai memancarkan dirinya sendiri. Dalam hal ini, radiasi sekunder mungkin memiliki rentang spektral yang berbeda dibandingkan dengan radiasi yang diserap. Misalnya saja di bawah penerangan sinar ultraviolet tubuh memancarkan cahaya tampak.
Energi radiasi yang diserap diubah menjadi energi listrik, seperti dalam kasus efek fotolistrik, atau menghasilkan perubahan sifat listrik bahan yang terjadi pada fotokonduktor. Transformasi seperti ini disebut fotofisik.
Jenis transformasi fotofisika lainnya adalah transisi energi radiasi menjadi energi termal. Fenomena ini telah diterapkan pada termokopel yang digunakan untuk mengukur daya radiasi.
Energi radiasi diubah menjadi energi kimia. Terjadi transformasi fotokimia dari zat yang menyerap cahaya. Transformasi ini terjadi pada sebagian besar bahan fotosensitif.
Benda-benda di mana transformasi tersebut terjadi di bawah pengaruh radiasi optik telah menerima nama umum dalam teknik pencahayaan. “penerima radiasi”
Penerima linier nonlinier??????????????????
Sensitivitas spektral penerima radiasi.
Di bawah pengaruh radiasi optik, transformasi fotokimia dan fotofisika terjadi pada penerima, mengubah sifat-sifat penerima dengan cara tertentu.
Perubahan ini disebut respon berguna dari penerima.
Namun, tidak semua energi radiasi yang terjadi dihabiskan untuk reaksi yang bermanfaat.
Sebagian energi penerima tidak diserap sehingga tidak dapat menimbulkan reaksi. Energi yang diserap juga belum sepenuhnya terkonversi secara bermanfaat. Misalnya, selain transformasi fotokimia, pemanasan pada penerima dapat terjadi. Bagian energi yang praktis digunakan disebut. berguna, dan bagian daya radiasi yang digunakan secara praktis (fluks radiasi F) adalah fluks efektif Ref.
Rasio fluks efektif Mengacu pada fluks radiasi yang terjadi pada penerima
ditelepon sensitivitas penerima.
Bagi sebagian besar penerima, sensitivitas spektral bergantung pada panjang gelombang.
Sλ= сРλ eff/Фλ dan Рλ eff=КФλSλ
Besarannya masing-masing disebut Фλ dan Рλ, fluks radiasi monokromatik dan fluks efektif monokromatik, dan Sλ disebut sensitivitas spektral monokromatik.
Mengetahui distribusi daya pada spektrum Ф(λ) untuk radiasi yang datang pada penerima dan sensitivitas spektral penerima S(λ), kita dapat menghitung fluks efektif menggunakan rumus – Ref=К ∫ Ф(λ)S(λ )dλ
Pengukuran mengacu pada rentang ∆λ, yang dibatasi oleh sensitivitas spektral penerima atau oleh rentang spektral pengukuran.
3. Ciri-ciri mata sebagai penerima. Aliran cahaya. Kaitannya dengan fluks radiasi. Kurva visibilitas. Perbedaan fluks cahaya dan energi berada pada kisaran 400-700 nm.
Ciri-ciri mata sebagai penerima.
Alat penglihatan terdiri dari penerima radiasi (mata), saraf optik dan area penglihatan otak. Di zona ini, sinyal yang dihasilkan di mata dan dikirim melalui saraf optik dianalisis dan diubah menjadi gambar visual.
Penerima radiasi terdiri dari dua bola mata yang masing-masing dengan bantuan enam otot luar dapat dengan mudah berputar pada orbitnya baik pada bidang horizontal maupun vertikal. Saat melihat suatu objek, mata bergerak secara spasmodik, bergantian terpaku berbagai titik obyek. Gerakan ini bersifat vektor, yaitu. arah setiap lompatan ditentukan oleh benda yang bersangkutan. Kecepatan lompatannya sangat tinggi, dan titik fiksasi di mana mata berhenti selama 0,2-0,5 detik terletak terutama di batas bagian yang terdapat perbedaan kecerahan. Selama “berhenti”, mata tidak dalam keadaan istirahat, namun melakukan gerakan mikro yang cepat relatif terhadap titik fiksasi. Meskipun terdapat mikrosakcade ini, pada titik fiksasi, area objek yang diamati terfokus pada fovea sentral retina fotosensitif mata.
Gambar.2.4 (Bagian mata horizontal) hal.56
Aliran cahaya(F) Fluks cahaya, secara umum, dipahami sebagai kekuatan radiasi yang dinilai berdasarkan pengaruhnya terhadap mata manusia. Satuan ukuran fluks cahaya adalah lumen (lm).
Tindakan fluks cahaya pada mata menyebabkannya bereaksi dengan cara tertentu. Tergantung pada tingkat aksi fluks cahaya, satu atau beberapa jenis reseptor peka cahaya pada mata, yang disebut batang atau kerucut, bekerja. Dalam kondisi level rendah iluminasi (misalnya dalam cahaya bulan), mata melihat benda-benda di sekitarnya dengan menggunakan tongkat. Pada tingkat cahaya yang tinggi, alat penglihatan siang hari, yang menjadi tanggung jawab kerucut, mulai bekerja.
Selain itu, kerucut, menurut zat peka cahayanya, dibagi menjadi tiga kelompok dengan sensitivitas berbeda berbagai bidang spektrum Oleh karena itu, tidak seperti batang, mereka bereaksi tidak hanya terhadap fluks cahaya, tetapi juga terhadap komposisi spektralnya.
Dalam hal ini, kita dapat mengatakan bahwa efek cahaya bersifat dua dimensi. Karakteristik kuantitatif reaksi mata yang berhubungan dengan tingkat pencahayaan disebut. lampu. Karakteristik kualitatif terkait dengan tingkat yang berbeda reaksi tiga kelompok kerucut, disebut kromatisitas.
Karakteristik penting adalah kurva distribusi sensitivitas spektral relatif mata (efisiensi cahaya spektral relatif) di siang hari νλ =f(λ) Gambar 1.3 hal.9
Dalam praktiknya, telah ditetapkan bahwa pada kondisi siang hari, mata manusia memiliki sensitivitas maksimum terhadap radiasi dengan Lambda = 555 nm (V555 = 1), dan setiap unit fluks cahaya dari F555 memiliki daya radiasi Ф555 = 0,00146 W. Rasio fluks bercahaya F555 hingga Ф555 disebut efisiensi cahaya spektral.
= F555/Ф555=1/0,00146=680 (lm/W)
Atau untuk panjang gelombang radiasi apa pun dalam rentang cahaya tampak K=const:
K=1/V(λ) *F λ /Ф λ =680. (1)
Dengan menggunakan rumus (1) dimungkinkan untuk membuat hubungan antara fluks cahaya dan fluks radiasi.
Fλ = 680 *Vλ * Фλ
Untuk radiasi integral
F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ
4. Aliran fotoaktinik. Informasi Umum tentang aliran efektif. Aliran monokromatik dan integral. Aktinisme .
Dalam teknologi pencahayaan dan reproduksi, dua jenis fluks efektif digunakan: cahaya F dan fotoaktinik A.
Fluks cahaya berhubungan dengan daya (fluks radiasi F) dengan ekspresi berikut:
F=680 ∫ Ф(λ) V(λ)dλ
400nm
di mana Ф(λ) adalah distribusi daya radiasi melintasi spektrum, V(λ) adalah kurva efisiensi cahaya spektral relatif (kurva visibilitas), dan 680 adalah koefisien yang memungkinkan Anda berpindah dari watt ke lumen. Ini disebut setara cahaya dengan fluks radiasi dan dinyatakan dalam lm/W.
Jika fluks cahaya jatuh pada suatu permukaan, kerapatan permukaannya disebut iluminasi. Penerangan E berhubungan dengan fluks cahaya dengan rumus
Dimana Q adalah luas dalam m, satuan penerangannya adalah lux (cl)
Untuk bahan fotosensitif dan fotodetektor penggunaan alat ukur fluks fotoaktinikA.
Ini adalah aliran efektif yang ditentukan oleh
A = ∫ Ф (λ) S (λ) dλ
Jika rentang spektral di mana pengukuran dilakukan dibatasi oleh panjang gelombang λ1 dan λ2, maka ekspresi untuk fluks fotoaktinik akan mengambil formulir tersebut
A = ∫ Ф(λ) * S (λ)dλ
λ 1
Satuan pengukuran A bergantung pada satuan pengukuran sensitivitas spektral. Jika Sλ – nilai relatif, A diukur dalam watt. Jika Sλ mempunyai dimensi, misalnya
m/J, maka hal ini akan mempengaruhi dimensi fluks fotoaktinik
Kepadatan permukaan fluks fotoaktinik pada permukaan yang diterangi disebut radiasi aktinikA, A= da/ dQ
Jika permukaan penerima disinari merata, maka a = A/Q.
Untuk radiasi monokromatik.
Fλ = 680 *Vλ * Фλ
Untuk radiasi integral
F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ
Aktinisme- analogi iluminasi. Satuan pengukurannya bergantung pada dimensi A
Jika A – W, maka a-W/m
Gambar 2.2 halaman 52
Semakin besar aktivitas radiasi, semakin efisien energi radiasi yang digunakan dan semakin besar pula energi radiasi lainnya kondisi yang setara, respon penerima akan bermanfaat.
Untuk mencapai aktivitas maksimum, sensitivitas spektral maksimum penerima dan daya radiasi maksimum diharapkan berada pada zona spektral yang sama. Pertimbangan ini memandu pemilihan sumber cahaya untuk memperoleh gambar pada jenis bahan fotosensitif tertentu.
Misalnya saja proses penyalinan.
Lapisan salinan yang digunakan untuk membuat pelat cetak sensitif terhadap radiasi ultraviolet dan biru-ungu. Mereka tidak bereaksi terhadap radiasi dari zona lain dari spektrum tampak. Oleh karena itu, untuk melakukan proses penyalinan mereka menggunakan
Lampu halida logam, kaya akan sinar ultraviolet dan biru.
GAMBAR 2.3. Panduan halaman 53
5. Suhu warna. Kurva luminositas benda hitam mutlak di suhu yang berbeda. Konsep kurva yang dinormalisasi. Definisi istilah “suhu warna”. Arah perubahan warna radiasi dengan perubahan suhu warna.
Suhu warna berarti suhu dalam Kelvin suatu benda yang benar-benar hitam dimana radiasi mempunyai warna yang sama dengan yang dipertimbangkan. Untuk lampu pijar dengan filamen tungsten, distribusi spektral radiasi sebanding dengan distribusi spektral radiasi benda hitam pada rentang panjang gelombang 360-1000 nm. Untuk menghitung komposisi spektral radiasi benda hitam pada suatu titik tertentu suhu mutlak memanaskannya, Anda dapat menggunakan rumus Planck:
e -5 detik 2 /λt
Rλ =С1 λ (е -1)
eh
Dimana Rλ adalah luminositas energi spektral, C1 dan C2 adalah konstanta, e-base logaritma natural, T-suhu absolut, K
Secara eksperimental, suhu warna ditentukan oleh nilai rasio aktivitas biru-merah. Aktinitas-iluminasi efektif dalam kaitannya dengan fotodetektor:
Аλ = Фλ Sλ / Q = Eλ Sλ
Dimana F adalah fluks radiasi, Sλ adalah sensitivitas fotodetektor, Qλ adalah luasnya
Jika lux meter digunakan sebagai fotodetektor, maka aktinisitasnya adalah iluminasi yang ditentukan dengan melindungi fotosel dengan filter cahaya biru dan merah.
Secara teknis pengukuran dilakukan sebagai berikut.
Fotosel luxmeter disaring secara bergantian dengan filter cahaya biru dan merah yang dipilih secara khusus. Filter cahaya harus bersifat zonal dan memiliki multiplisitas yang sama di zona transmisi. Galvanometer lux meter menentukan penerangan dari sumber yang diukur untuk setiap filter. Hitung rasio biru-merah menggunakan rumus
K = Ac / Ak = Es / Ek
JADWAL halaman 6 budak lab
Фλ. Untuk melakukan ini, nilai luminositas energi spektral dihitung menggunakan rumus Planck. Selanjutnya, fungsi yang dihasilkan dinormalisasi. Normalisasi terdiri dari penurunan atau kenaikan proporsional semua nilai sedemikian rupa
sehingga fungsi tersebut melalui titik dengan koordinat λ = 560 nm, log R560 = 2.0
atau λ = 560 nm, R560 rel = 100 Dalam hal ini, dianggap bahwa setiap nilai mengacu pada interval spektral ∆λ yang sesuai dengan langkah perhitungan.
∆λ=10 nm, luminositas 100 W*m setara dengan panjang gelombang 560 nm dalam rentang panjang gelombang 555-565 nm.
Gambar 1.2 Halaman 7 budak lab
Dengan menggunakan fungsi ketergantungan spektral Rλ = f λ, Anda dapat mencari fungsi E λ = Фλ = f λ Untuk melakukannya, Anda perlu menggunakan rumus
E- pencahayaan, R- luminositas, Ф- aliran energi, area Q
6. Sumber cahaya. Karakteristik spektralnya. Klasifikasi sumber cahaya berdasarkan jenis radiasi. Rumus Planck dan Wien.
7. Sifat fotometrik sumber radiasi. Klasifikasi menurut besaran geometri: sumber cahaya titik dan perluasan, benda fotometrik.
Tergantung pada rasio dimensi emitor dan jaraknya ke titik medan yang diteliti, sumber radiasi dapat dibagi menjadi 2 kelompok:
1) titik sumber radiasi
2) sumber berdimensi berhingga (sumber linier) Sumber radiasi yang dimensinya signifikan jarak yang lebih sedikit ke titik yang diteliti disebut titik. Dalam praktiknya, sumber titik dianggap sumber yang ukuran maksimumnya setidaknya 10 kali lebih kecil dari jarak ke penerima radiasi. Untuk sumber radiasi seperti itu, hukum kuadrat terbalik jarak diterapkan.
E=I/r 2 cosinus alpha, dimana alpha=sudut antara sinar cahaya dan tegak lurus permukaan C.
Jika dari titik dimana sumber radiasi berada, masukkan ke dalam berbagai arah vektor ruang gaya radiasi satuan dan menggambar permukaan melalui ujung-ujungnya, maka Anda mendapatkan BADAN FOTOMETRIK gaya radiasi sumber. Benda seperti itu sepenuhnya mencirikan distribusi fluks radiasi dari sumber tertentu di ruang sekitarnya.
8. Transformasi radiasi melalui media optik. Karakteristik konversi radiasi: koefisien cahaya, multiplisitas, kepadatan optik, hubungan di antara mereka. Filter cahaya Definisi istilah. Kurva spektral sebagai karakteristik universal filter cahaya.
Ketika fluks radiasi F0 mengenai tubuh asli(media optik), sebagian F(ro) dipantulkan oleh permukaan, sebagian F(alfa) diserap oleh tubuh, dan sebagian F(tau) melewatinya. Kemampuan tubuh ( lingkungan optik) untuk transformasi seperti itu ditandai dengan koefisien refleksi po=Fro/F0, koefisien tau=Ftau/F0.
Jika koefisien ditentukan dengan mengubah fluks cahaya (F, lm), maka disebut cahaya (fotometri)
Rosv = Fo/Fo; Alphasw=Falpha/Fo;tausw=Ftau/Fo
Untuk koefisien optik dan cahaya, pernyataan yang benar adalah bahwa jumlahnya sama dengan 1,0 (po+alpha+tau=1)
Ada dua jenis koefisien lagi - monokromatik dan zonal. Yang pertama mengevaluasi pengaruh media optik pada radiasi monokromatik dengan panjang gelombang lambda.
Koefisien zona mengevaluasi konversi radiasi yang menempati zona spektrum (biru dengan delta lambda = 400-500 nm, hijau dengan delta lambda = 500-600 nm dan merah dengan delta lambda = 600-700 nm)
9. Hukum Bouguer-Lambert-Beer. Besaran yang terikat oleh hukum. Aditivitas kerapatan optik, sebagai kesimpulan utama dari hukum Bouguer-Lambert-Beer. Indikasi hamburan cahaya, kekeruhan media. Jenis hamburan cahaya.
F 0 /F t =10 kl, indeks serapan k. Bir menetapkan bahwa indeks serapan juga bergantung pada konsentrasi zat penyerap cahaya c, k = Xc, x adalah indeks serapan molar, dinyatakan sebagai kebalikan dari ketebalan lapisan yang melemahkan cahaya 10 kali lipat ketika konsentrasi zat penyerap cahaya zat penyerap cahaya di dalamnya adalah 1 mol/l.
Persamaan akhir yang menyatakan hukum Bouguer-Lambert-Beer terlihat seperti ini: Ф0/Фт=10 pangkat Хс1
Fluks cahaya yang ditransmisikan oleh lapisan berhubungan dengan fluks datang secara eksponensial melalui koefisien serapan molar, ketebalan lapisan dan konsentrasi zat penyerap cahaya. Ini mengikuti dari hukum yang dipertimbangkan arti fisik konsep kepadatan optik. Setelah mengintegrasikan ekspresi Ф0/Фт=10 ke pangkat Хс1
Kami mendapatkan D=X*s*l, itu. Kepadatan optik lingkungan bergantung pada sifatnya, sebanding dengan ketebalannya dan konsentrasi zat penyerap cahaya. Karena hukum Bouguer-Lambert-Beer mencirikan fraksi cahaya yang diserap melalui fraksi cahaya yang ditransmisikan, hukum ini tidak memperhitungkan cahaya yang dipantulkan dan dihamburkan. Selain itu, hubungan yang dihasilkan yang menyatakan hukum Bouguer-Lambert-Beer hanya berlaku untuk media homogen dan tidak memperhitungkan hilangnya pantulan cahaya dari permukaan benda. Penyimpangan dari hukum menyebabkan non-additivitas media optik.
Fluks cahaya - kekuatan energi cahaya, nilai efektif diukur dalam lumen:
Ф = (JQ/dt.(1.6)
Satuan fluks cahaya adalah lumen (lm); 1 lm sama dengan fluks cahaya yang dipancarkan dalam satuan sudut padat oleh sumber titik isotropik dengan intensitas cahaya 1 candela (definisi capdela akan lebih rendah).
Fluks cahaya monokromatik
F(A.dk) = Kt. m Fe,(L, dk)Vx = 683Fe,(A, dk)Vx.
Fluks cahaya dari radiasi kompleks: dengan garis hantu
Ф=683£Ф,(Л„ dk)VXh
dengan spektrum kontinu
dimana n adalah jumlah garis dalam spektrum; F<>D, (A.) adalah fungsi dari kerapatan fluks radiasi spektral.
Ussh belajar ( kekuatan energik cahaya) 1e(x^ - kerapatan fluks radiasi spasial, secara numerik sama dengan rasionya fluks radiasi c1Fe ke sudut padat t/£2, di mana fluks menyebar dan terdistribusi secara merata:
>ea v=d Kekuatan radiasi menentukan kepadatan spasial radiasi dari sumber titik yang terletak di puncak sudut padat (Gbr. 1.3). Arah 1ef diambil sebagai sumbu sudut padat dLl. diorientasikan oleh sudut a dan P pada bidang memanjang dan melintang. Satuan daya radiasi W/sr tidak mempunyai nama. Distribusi spasial fluks radiasi suatu sumber titik ditentukan secara unik oleh benda fotometriknya - bagian ruang yang dibatasi oleh permukaan yang ditarik melalui ujung-ujung vektor radius gaya radiasi. Bagian gel fotometrik oleh bidang yang melewati titik asal dan sumber titik menentukan kurva intensitas cahaya (LIC) sumber untuk bidang bagian tertentu. Jika benda fotometrik mempunyai sumbu simetri, sumber radiasi dicirikan oleh KSS pada bidang memanjang (Gbr. 1.4). Fluks radiasi suatu titik sumber radiasi simetris sirkular F? = jle(a)dLi = 2л J le(a) sin ada, di mana Dj adalah sudut padat zonal di mana sumber radiasi merambat; ditentukan pada bidang memanjang oleh sudut “| dan sebuah„. Intensitas cahaya dari sumber titik - kepadatan spasial fluks cahaya laf,=dФ/dQ. (1.8) Candela (cd) adalah satuan intensitas cahaya (salah satu satuan SI dasar). Candela sama dengan intensitas cahaya yang dipancarkan tegak lurus dari area seluas 1/600.000 m2 benda hitam pada suhu pemadatan platina T = 2045 K dan tekanan 101325 Pa. Fluks cahaya IC ditentukan oleh KSS jika benda fotometrik memiliki sumbu simetri. Jika KSS / (a) diberikan dalam grafik atau tabel, perhitungan fluks cahaya sumber ditentukan oleh ekspresi F=£/shdts-,+i, dimana /w adalah nilai srslnss intensitas cahaya pada sudut padat zonal; Dy, (+| = 2n(cos a, - cos a,_|) (lihat Tabel 1.1). Luminositas energi (emisivitas) adalah perbandingan fluks radiasi yang memancar dari luas permukaan kecil yang dipertimbangkan dengan luas luas: M e = (1Fe / dA; Mesh>=Fe/A, (1.9) dimana d$>e dan Ф(. adalah fluks radiasi yang dipancarkan oleh luas permukaan dA atau permukaan A. Satuan ukuran luminositas energik (W/m2) adalah fluks iradiasi. dipancarkan dari permukaan seluas 1 m2; unit ini tidak memiliki nama. Luminositas adalah rasio fluks cahaya yang berasal dari luas permukaan kecil yang dipertimbangkan dengan luas area ini: M =
dimana еФ dan Ф adalah fluks cahaya yang dipancarkan oleh luas permukaan dA atau permukaan A. Luminositas diukur dalam lm/m2 - ini adalah fluks cahaya yang dipancarkan dari 1 m2. Penerangan energi (iradiansi) - densitas fluks radiasi permukaan yang diiradiasi E = (1Fe/c1A; Eecr = Fe/A, (1.11) dimana Ee, Eсr masing-masing adalah radiasi luas permukaan dA dan radiasi rata-rata permukaan A. Per unit radiasi. Vg/m2. mereka menerima radiasi sedemikian rupa sehingga 1 W fluks radiasi turun dan didistribusikan secara merata pada permukaan seluas 1 m2; unit ini tidak memiliki nama. Iluminasi - kerapatan fluks cahaya pada permukaan yang diterangi dF.=d<>/dA Esr - F/L, (1.12) dimana dE dan Еср adalah iluminasi luas permukaan dA dan iluminasi rata-rata permukaan A. Satuan penerangannya adalah lux (lx). Penerangan 1 lux mempunyai permukaan di mana 1 m2 cahaya jatuh dan fluks cahaya sebesar 1 lm didistribusikan secara merata di atasnya. Kecerahan energi suatu benda atau bagian permukaannya dalam arah a adalah rasio gaya radiasi dalam arah a dengan proyeksi permukaan radiasi ke bidang yang tegak lurus arah ini (Gbr. 1.5): ~ dIshkh / (dA cos ss), ~ ^ey. ^" (1-13) dimana Leu dan Lcr adalah kecerahan energi luas permukaan dA dan permukaan A pada arah a, yang proyeksinya pada bidang yang tegak lurus arah tersebut masing-masing sama dengan dAcosa dan a; dleu dan 1еа berturut-turut adalah gaya radiasi yang dipancarkan oleh dA dan A dalam arah a. Satuan kecerahan energi diambil sebagai kecerahan energi permukaan datar B 1 M“. mempunyai gaya radiasi sebesar 1 Vg/sr pada arah tegak lurus. Unit ini (W/srm2) tidak memiliki nama. Kecerahan arah a suatu benda atau bagian permukaannya sama dengan perbandingan intensitas cahaya dalam arah tersebut dengan proyeksi permukaan: La = dIa/(dAcosa); /.acr = /a/a, (1.14) dimana /u dan Lacr adalah kecerahan luas permukaan dA dan permukaan A pada arah a. proyeksinya pada bidang yang tegak lurus arah ini masing-masing sama dengan dA cos a dan a; dla. 1a - masing-masing, intensitas cahaya yang dipancarkan oleh permukaan dA dan A dalam arah a. Satuan ukuran kecerahan (cd/m2) adalah kecerahan suatu permukaan datar yang memancarkan intensitas cahaya sebesar 1 cd dari area seluas 1 m dengan arah tegak lurus. Kecerahan setara. Dalam kondisi penglihatan senja, efisiensi spektral cahaya relatif organ penglihatan bergantung pada tingkat adaptasi Y(X, /.) dan menempati posisi perantara antara K(A) dan Y"(X), ditunjukkan pada Gambar. 1.2. Dalam kondisi ini, nilainya adalah komposisi spektral yang berbeda, kecerahan yang sama untuk penglihatan siang hari, akan memiliki kecerahan yang berbeda untuk mata (efek Purkins). Misalnya, biru akan lebih terang dari merah. Di bidang senja penglihatan, konsep kecerahan setara digunakan. Anda dapat memilih radiasi dengan komposisi spektral tertentu, yang kecerahannya di semua tingkat diasumsikan sebanding dengan kekuatan radiasi. A. A. Gershun |1] mengusulkan penafsiran seperti itu. disebut referensi, menggunakan radiasi benda hitam pada suhu pemadatan platina. Radiasi dengan komposisi spektral yang berbeda, yang kecerahannya sama dengan radiasi referensi, akan memiliki kecerahan ekivalen yang sama, meskipun kecerahan standar radiasinya akan berbeda. Kecerahan yang setara memungkinkan untuk membandingkan radiasi yang berbeda berdasarkan efek cahayanya, bahkan dalam kondisi ketidakpastian dalam fungsi sensitivitas spektral relatif. Untuk mengukur radiasi, digunakan rentang besaran yang cukup luas, yang secara kondisional dapat dibagi menjadi dua sistem satuan: energi dan cahaya. Dalam hal ini, besaran energi mencirikan radiasi yang berkaitan dengan seluruh wilayah optik spektrum, dan besaran pencahayaan mencirikan radiasi tampak. Besaran energi sebanding dengan besaran pencahayaan yang bersangkutan. Besaran utama dalam sistem energi yang memungkinkan kita menilai jumlah radiasi adalah Fluks radiasi Fe, atau kekuatan radiasi, yaitu. jumlah energi W, dipancarkan, ditransfer atau diserap per satuan waktu: Nilai Fe dinyatakan dalam watt (W). – satuan energi Dalam kebanyakan kasus, sifat kuantum dari pembangkitan radiasi tidak diperhitungkan dan dianggap kontinu. Karakteristik kualitatif radiasi adalah distribusi fluks radiasi pada spektrum. Untuk radiasi yang mempunyai spektrum kontinu, konsep ini diperkenalkan kerapatan fluks radiasi spektral (
)
– rasio daya radiasi yang jatuh pada bagian sempit tertentu dari spektrum dengan lebar bagian tersebut (Gbr. 2.2). Untuk rentang spektral yang sempit D
fluks radiasi sama dengan dФ
.
Sumbu ordinat menunjukkan kerapatan spektral fluks radiasi
= dФ
/D
,
oleh karena itu, aliran diwakili oleh luas bagian dasar grafik, yaitu. Gambar 2.2 – Ketergantungan kerapatan fluks spektral
radiasi dari panjang gelombang
E Di bawah fluks bercahaya F, secara umum, memahami kekuatan radiasi yang dinilai dari pengaruhnya terhadap mata manusia. Satuan ukuran fluks cahaya adalah lumen (lm). – satuan penerangan Tindakan fluks cahaya pada mata menyebabkannya bereaksi dengan cara tertentu. Tergantung pada tingkat aksi fluks cahaya, satu atau beberapa jenis reseptor peka cahaya pada mata, yang disebut batang atau kerucut, bekerja. Dalam kondisi minim cahaya (misalnya di bawah cahaya bulan), mata melihat benda di sekitarnya menggunakan tongkat. Pada tingkat cahaya yang tinggi, alat penglihatan siang hari, yang menjadi tanggung jawab kerucut, mulai bekerja. Selain itu, kerucut, berdasarkan zat peka cahayanya, dibagi menjadi tiga kelompok dengan sensitivitas berbeda di wilayah spektrum berbeda. Oleh karena itu, tidak seperti batang, mereka bereaksi tidak hanya terhadap fluks cahaya, tetapi juga terhadap komposisi spektralnya. Dalam hal ini, dapat dikatakan demikian efek cahaya adalah dua dimensi. Ciri kuantitatif reaksi mata yang berhubungan dengan tingkat iluminasi disebut keringanan. Ciri kualitatif yang berhubungan dengan perbedaan tingkat reaksi ketiga kelompok kerucut disebut kromatisitas. Kekuatan cahaya
(SAYA).
Dalam teknik pencahayaan, nilai ini diambil sebagai utama. Pilihan ini pada prinsipnya tidak mempunyai dasar, tetapi dibuat karena alasan kenyamanan Intensitas cahaya tidak bergantung pada jarak. Konsep intensitas cahaya hanya berlaku untuk sumber titik, yaitu ke sumber yang dimensinya kecil dibandingkan dengan jaraknya ke permukaan yang diterangi. Intensitas cahaya suatu sumber titik pada arah tertentu adalah per satuan sudut padat
aliran ringan F, dipancarkan oleh sumber ini ke arah tertentu: saya =F/Ω Energi Intensitas cahaya dinyatakan dalam watt per steradian ( Selasa/Rabu). Di belakang teknik pencahayaan satuan intensitas cahaya yang diadopsi candela(cd) adalah intensitas cahaya suatu sumber titik yang memancarkan fluks cahaya sebesar 1 lm, terdistribusi secara merata dalam sudut padat 1 steradian (sr). Sudut padat adalah bagian ruang yang dibatasi oleh permukaan kerucut dan kontur lengkung tertutup yang tidak melalui titik sudut (Gbr. 2.3). Ketika permukaan kerucut dikompresi, dimensi luas bola o menjadi sangat kecil. Sudut padat dalam hal ini juga menjadi sangat kecil: Gambar 2.3 – Menuju definisi konsep “sudut padat” Penerangan (E).
Di bawah pencahayaan energik E eh memahami fluks radiasi pada satuan luas permukaan yang diterangi Q:
Radiasi dinyatakan dalam W/m 2
.
Penerangan bercahaya E
dinyatakan dengan kerapatan fluks cahaya F pada permukaan yang disinari olehnya (Gbr. 2.4): Satuan penerangan bercahaya diambil kemewahan, yaitu. penerangan suatu permukaan yang menerima fluks cahaya sebesar 1 lm yang didistribusikan secara merata di atasnya pada area seluas 1 m2. Di antara besaran-besaran lain yang digunakan dalam teknik pencahayaan, yang penting adalah energi radiasi Weh
atau energi cahaya W,
serta energi Tidak atau ringan N
eksposisi. Nilai We dan W ditentukan oleh ekspresi Di mana Di bawah energi N eh atau paparan cahaya memahami kepadatan energi radiasi permukaan W
eh
atau energi cahaya W masing-masing pada permukaan yang diterangi. Itu adalah lampudan sayapaparan H ini adalah produk iluminasi E, diciptakan oleh sumber radiasi, untuk suatu waktu T dampak radiasi ini.
Jika spektrum emisi berada dalam kisaran tersebut
1
sebelum
2
, maka besarnya fluks radiasi
– masing-masing, fungsi perubahan fluks radiasi dan fluks cahaya seiring waktu. Kita diukur dalam joule atau W s, a W
–
di lm s.
