Untuk menilai energi radiasi dan pengaruhnya terhadap penerima radiasi, yang meliputi perangkat fotolistrik, penerima termal dan fotokimia, serta mata, energi dan jumlah ringan.
Besaran energi adalah ciri-cirinya radiasi optik terkait dengan seluruh rentang optik.
Mata untuk waktu yang lama adalah satu-satunya penerima radiasi optik. Oleh karena itu, secara historis berkembang sehingga untuk kualitas dan hitungan Untuk bagian radiasi yang terlihat, digunakan besaran cahaya (fotometri) yang sebanding dengan besaran energi yang sesuai.
Di atas, konsep fluks radiasi yang mengacu pada seluruh rentang optik diberikan. Nilai yang dalam sistem kuantitas cahaya sesuai dengan fluks radiasi,
adalah fluks bercahaya , yaitu, daya radiasi yang diperkirakan oleh pengamat fotometrik standar.
Mari kita pertimbangkan besaran ringan dan satuannya, dan kemudian kita akan menemukan hubungan besaran ini dengan energi.
Untuk mengevaluasi dua sumber radiasi tampak, pendaran mereka dibandingkan pada arah permukaan yang sama. Jika pancaran satu sumber dianggap sebagai satu kesatuan, maka dengan membandingkan pancaran sumber kedua dengan sumber pertama, kami memperoleh nilai yang disebut intensitas cahaya.
PADA sistem internasional Satuan SI untuk satuan intensitas cahaya adalah candela, yang definisinya telah disetujui oleh Konferensi Umum XVI (1979).
Candela - kekuatan cahaya dalam arah yang diberikan sumber memancarkan radiasi monokromatik dengan frekuensi Hz, kekuatan energi yang cahayanya ke arah ini adalah
Intensitas cahaya, atau kerapatan sudut fluks bercahaya,
di mana fluks bercahaya dalam arah tertentu di dalam sudut padat
Sudut padat adalah bagian dari ruang yang dibatasi oleh permukaan kerucut yang berubah-ubah. Jika bola digambarkan dari atas permukaan ini sebagai dari pusat, maka luas bagian bola yang dipotong oleh permukaan kerucut (Gbr. 85) akan sebanding dengan kuadrat jari-jari bola:
Koefisien proporsionalitas adalah nilai sudut padat.
Satuan sudut padat adalah steradian, yang sama dengan sudut padat dengan titik di pusat bola, yang memotong area di permukaan bola, sama dengan luas persegi dengan sisi sama dengan radius bola. bola penuh membentuk sudut yang kokoh
Beras. 85. Sudut padat
Beras. 86. Radiasi dalam sudut padat
Jika sumber radiasi berada di atas garis kerucut melingkar, maka sudut padat yang dialokasikan dalam ruang dibatasi oleh rongga internal ini permukaan kerucut. Mengetahui nilai sudut bidang antara sumbu dan generatrix permukaan kerucut, adalah mungkin untuk menentukan sudut padat yang sesuai.
Mari kita pilih sudut padat sebuah sudut kecil tak terhingga yang memotong bagian annular sempit tak terhingga pada bola (Gbr. 86). Kasus ini termasuk dalam distribusi axisimetris intensitas cahaya yang paling sering ditemui.
Luas bagian annular dimana jarak dari sumbu kerucut ke lebar ring sempit
Menurut gambar. di mana adalah jari-jari bola.
Oleh karena itu, dimana
Sudut padat yang sesuai dengan sudut datar
Untuk belahan bumi, sudut padat untuk bola adalah
Dari rumus (160) berikut bahwa fluks bercahaya
Jika intensitas cahaya tidak berubah ketika bergerak dari satu arah ke arah lain, maka
Memang, jika sumber cahaya dengan intensitas cahaya ditempatkan pada titik sudut yang solid, maka fluks cahaya yang sama memasuki area mana pun yang dibatasi oleh permukaan kerucut yang membedakan sudut padat ini di ruang angkasa. . Kemudian, seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, tingkat penerangan area ini berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari bidang ini dan berbanding lurus dengan ukuran area.
Dengan demikian, persamaan berikut berlaku: yaitu, rumus (165).
Pembenaran rumus (165) di atas hanya berlaku jika jarak antara sumber cahaya dan area yang diterangi cukup besar dibandingkan dengan ukuran sumber dan ketika media antara sumber dan area yang diterangi tidak menyerap atau menyebarkan energi cahaya. .
Satuan fluks bercahaya adalah lumen (lm), yang merupakan fluks dalam sudut padat ketika intensitas cahaya dari sumber yang terletak di bagian atas sudut padat sama dengan
Penerangan daerah normal terhadap sinar datang ditentukan oleh rasio yang disebut iluminasi E:
Formula (166), serta formula (165), terjadi di bawah kondisi bahwa intensitas cahaya I tidak berubah ketika bergerak dari satu arah ke arah lain dalam sudut padat tertentu. Jika tidak, rumus ini hanya akan berlaku untuk area yang sangat kecil
Jika sinar datang membentuk sudut dengan normal ke daerah yang diterangi, maka rumus (166) dan (167) akan berubah, karena daerah yang diterangi akan bertambah. Hasilnya, kita mendapatkan:
Ketika situs diterangi oleh beberapa sumber, iluminasinya
dimana jumlah sumber radiasi, yaitu total iluminasi sama dengan jumlah iluminasi yang diterima oleh situs dari masing-masing sumber.
Satuan iluminasi adalah iluminasi situs ketika fluks cahaya jatuh di atasnya (situs normal terhadap sinar datang). Satuan ini disebut lux
Jika dimensi sumber radiasi tidak dapat diabaikan, maka untuk memecahkan sejumlah masalah perlu diketahui distribusi fluks cahaya sumber ini di atas permukaannya. Rasio fluks cahaya yang memancar dari elemen permukaan ke luas elemen ini disebut luminositas dan diukur dalam lumen per meter persegi Luminositas juga mencirikan distribusi fluks cahaya yang dipantulkan.
Jadi luminositas
di mana adalah luas permukaan sumber.
Rasio intensitas cahaya dalam arah tertentu dengan area proyeksi permukaan bercahaya ke bidang yang tegak lurus terhadap arah ini disebut kecerahan.
Oleh karena itu, kecerahan
di mana adalah sudut antara normal ke situs dan arah intensitas cahaya
Substitusikan ke dalam rumus (172) nilainya [lihat rumus (160), kami memperoleh kecerahan
Dari rumus (173) berikut bahwa kecerahan adalah turunan kedua dari fluks sehubungan dengan sudut padat ke area.
Satuan kecerahan adalah candela per meter persegi.
Kerapatan permukaan energi cahaya dari radiasi datang disebut eksposur:
PADA kasus umum iluminasi yang termasuk dalam rumus (174) dapat berubah seiring waktu
Eksposisinya bagus nilai praktis, misalnya, dalam fotografi dan diukur dalam lux-detik
Rumus (160) - (174) digunakan untuk menghitung kuantitas cahaya dan energi, pertama, untuk radiasi monokromatik, yaitu radiasi dengan panjang gelombang tertentu, dan kedua, tanpa memperhitungkan distribusi spektral radiasi, yang, sebagai aturan, terjadi di perangkat optik visual.
Komposisi spektral radiasi - distribusi daya radiasi pada panjang gelombang memiliki sangat penting untuk menghitung jumlah energi saat menggunakan penerima radiasi selektif. Untuk perhitungan ini, konsep kerapatan spektral fluks radiasi diperkenalkan [lihat. rumus (157)-(159)].
Dalam rentang panjang gelombang yang terbatas, masing-masing, kami memiliki:
Kuantitas energi yang ditentukan oleh rumus juga berlaku untuk bagian spektrum yang terlihat.
Fotometrik dasar dan besaran energi, mendefinisikan rumus dan satuannya menurut sistem SI diberikan dalam Tabel. 5.
1. Fluks radiasi. Konsep spektrum radiasi elektromagnetik. Prinsip pengukuran distribusi aliran pada spektrum. Kuantitas energi.
Fluks (daya) radiasi (F) yavl. kuantitas utama dalam sistem energi pengukuran. Daya (atau fluks) radiasi dianggap sebagai energi yang ditransfer per satuan waktu. Nilai F dinyatakan dalam watt (W).
Rentang gelombang elektromagnetik ragu-ragu, n. di alam, cukup lebar dan memanjang dari pecahan 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 inframerah ________________________________1000-0.78
Gelombang radio ____________________________________________ lebih dari 1000
Hanya sebagian dari spektrum yang termasuk dalam wilayah optik radiasi elektromagnetik dengan interval panjang gelombang dari min= 0,01 m sampai max=1000 m. Radiasi tersebut dibuat sebagai hasil dari eksitasi elektromagnetik atom, getaran dan gerakan berputar molekul.
PADA 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 untuk melihat semua keragaman dunia di sekitar kita. Jadi mata manusia praktis tidak merasakan radiasi dengan rentang panjang gelombang yang ekstrim (mereka memiliki efek yang lemah pada mata), dalam prakteknya cahaya tampak itu adalah kebiasaan untuk mempertimbangkan radiasi dengan kisaran panjang gelombang 400-700 nm. Radiasi ini memiliki efek fotofisik dan fotokimia yang signifikan, tetapi kurang dari ultraviolet.
Foton memiliki energi minimum dari seluruh wilayah optik spektrum radiasi infra merah. Untuk radiasi ini har-but efek termal dan, sebagian besar derajat yang lebih rendah, fotofisika dan fotokimia. tindakan.
2. Konsep penerima radiasi . Reaksi penerima. Klasifikasi penerima radiasi. Penerima linier dan non-linier. Sensitivitas spektral penerima radiasi.
benda di mana transformasi semacam itu terjadi di bawah aksi radiasi optik, diterima dalam teknik pencahayaan nama yang umum "penerima radiasi"
Secara konvensional, penerima radiasi dibagi menjadi:
1. Penerima radiasi alami adalah mata manusia.
2. Bahan peka cahaya yang digunakan untuk perekaman gambar secara optik.
3. Penerima juga merupakan elemen fotosensitif alat pengukur(densitometer, colorimeter)
Radiasi optik memiliki energi tinggi dan karena itu mempengaruhi banyak zat dan tubuh fisik.
Sebagai hasil dari penyerapan cahaya di media dan tubuh, seluruh baris fenomena (Gambar 2.1, Pak 48)
Tubuh yang telah menyerap radiasi mulai memancarkan dirinya sendiri. Dalam hal ini, radiasi sekunder mungkin memiliki rentang spektral yang berbeda dibandingkan dengan yang diserap. T-r, di bawah pencahayaan 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 itu disebut fotofisik.
Jenis lain dari transformasi fotofisika adalah transisi energi radiasi menjadi energi termal. Fenomena ini telah menemukan aplikasi dalam termoelemen yang digunakan untuk mengukur daya radiasi.
Energi radiasi diubah menjadi energi kimia. Terjadi transformasi fotokimia suatu zat yang menyerap cahaya. Konversi ini terjadi pada sebagian besar bahan fotosensitif.
Benda di mana transformasi semacam itu terjadi di bawah aksi radiasi optik telah menerima nama umum dalam teknik pencahayaan. "penerima radiasi"
Penerima non-linier linier????????????????????
Sensitivitas spektral penerima radiasi.
Di bawah aksi radiasi optik di penerima, transformasi fotokimia dan fotofisika terjadi, mengubah sifat penerima dengan cara tertentu.
Perubahan ini disebut respon yang berguna dari penerima.
Namun, tidak semua energi dari radiasi datang digunakan untuk reaksi yang bermanfaat.
Bagian dari energi penerima tidak diserap dan karena itu tidak dapat menyebabkan reaksi. Energi yang diserap juga tidak sepenuhnya diubah menjadi berguna. Misalnya, selain transformasi fotokimia, pemanasan penerima dapat terjadi. Praktis digunakan bagian dari energi yang disebut. berguna, dan bagian daya radiasi yang praktis digunakan (fluks radiasi ) adalah fluks efektif Ref.
Rasio fluks efektif Ref dengan insiden fluks radiasi pada penerima
ditelepon sensitivitas penerima.
Untuk sebagian besar penerima, sensitivitas spektral tergantung pada panjang gelombang.
Sλ= eff/Фλ dan eff=КФλSλ
Besaran masing-masing disebut dan , fluks radiasi monokromatik dan fluks efektif monokromatik, dan Sλ adalah sensitivitas spektral monokromatik.
Mengetahui distribusi daya pada spektrum (λ) untuk insiden radiasi pada penerima dan sensitivitas spektral penerima S(λ), adalah mungkin untuk menghitung fluks efektif dengan rumus – еф=К (λ) S(λ)dλ
Pengukuran mengacu pada rentang yang dibatasi baik oleh respons spektral penerima atau oleh rentang spektral pengukuran.
3. Ciri mata sebagai penerima. aliran cahaya. Hubungannya dengan fluks radiasi. kurva visibilitas. Perbedaan antara aliran cahaya dan energi dalam kisaran 400-700 nm.
Fitur mata sebagai penerima.
Aparatus visual terdiri dari penerima radiasi (mata), saraf optik dan area visual otak. Di zona ini, sinyal yang terbentuk di mata dan masuk melalui saraf optik dianalisis dan diubah menjadi gambar visual.
Penerima radiasi terdiri dari dua bola mata, yang masing-masing, dengan bantuan enam otot eksternal, dapat dengan mudah berputar di orbit baik di bidang horizontal maupun vertikal. Saat memeriksa suatu objek, mata bergerak tiba-tiba, secara bergantian menatap berbagai titik obyek. Gerakan ini bersifat vektor, yaitu arah setiap lompatan ditentukan oleh objek yang dipertimbangkan. Kecepatan lompatan sangat tinggi, dan titik fiksasi, di mana mata berhenti selama 0,2-0,5 detik, terletak terutama di batas detail, di mana ada perbedaan kecerahan. Selama "berhenti" mata tidak diam, tetapi membuat gerakan mikro cepat relatif terhadap titik fiksasi. Terlepas dari microsaccades ini, pada titik fiksasi, area objek yang diamati difokuskan pada fovea pusat retina yang peka terhadap cahaya dari mata.
Gbr.2.4 (Bagian horizontal mata) hal.56
Aliran cahaya(F) Dengan fluks bercahaya, secara umum, memahami kekuatan radiasi, diperkirakan oleh efeknya pada mata manusia. Satuan fluks cahaya adalah lumen (lm).
Tindakan fluks cahaya pada mata menyebabkan reaksi tertentu. Tergantung pada tingkat aksi fluks cahaya, satu atau jenis lain dari penerima mata peka cahaya, yang disebut batang atau kerucut, bekerja. dalam kondisi level rendah iluminasi (misalnya, dalam cahaya bulan), mata melihat benda-benda di sekitarnya karena batang. Pada level tinggi penerangan, peralatan penglihatan siang hari mulai bekerja, yang menjadi tanggung jawab kerucut.
Selain itu, kerucut dibagi menjadi tiga kelompok sesuai dengan zat peka cahayanya dengan kepekaan yang berbeda dalam berbagai bidang spektrum. Oleh karena itu, tidak seperti batang, mereka bereaksi tidak hanya terhadap fluks cahaya, tetapi juga pada komposisi spektralnya.
Dalam hal ini, kita dapat mengatakan bahwa aksi cahaya adalah dua dimensi. Karakteristik kuantitatif reaksi mata yang berhubungan dengan tingkat iluminasi, disebut. lampu. Karakteristik kualitas yang terkait dengan level yang berbeda reaksi tiga kelompok kerucut, yang disebut kromatisitas.
Karakteristik penting kurva distribusi yavl dari sensitivitas spektral relatif mata (efisiensi cahaya spektral relatif) di siang hari =f(λ) Gbr.1.3 p.9
Dalam praktiknya, telah ditetapkan bahwa dalam kondisi siang hari mata manusia memiliki sensitivitas maksimum terhadap radiasi dengan Lambda = 555 nm (V555 = 1) Dalam hal ini, setiap unit fluks cahaya dengan F555 memiliki daya radiasi 555 = 0,00146W. Rasio fluks bercahaya F555 hingga 555 disebut efisiensi cahaya spektral.
K= F555/F555=1/0.00146=680 (lm/W)
Atau untuk setiap panjang gelombang radiasi dalam rentang tampak K=const:
K \u003d 1 / V (λ) * F / \u003d 680. (satu)
Dengan menggunakan rumus (1), dimungkinkan untuk menetapkan hubungan antara fluks cahaya dan fluks radiasi.
Fλ = 680 * Vλ *
Untuk radiasi terintegrasi
F= 680 Vλ dλ
4. Aliran fotoaktif. Informasi Umum tentang aliran yang efisien. Aliran monokromatik dan integral. Aktinisme .
Dua jenis fluks efektif digunakan dalam teknik pencahayaan dan teknologi reproduksi: cahaya F dan fotoaktinik A.
Fluks bercahaya terkait dengan daya (fluks radiasi ) dengan ekspresi berikut:
F=680 (λ) V(λ) dλ
400 nm
di mana (λ) adalah distribusi daya radiasi pada spektrum, V(λ) adalah kurva efisiensi cahaya spektral relatif (kurva visibilitas), dan 680 adalah koefisien yang memungkinkan Anda beralih dari watt ke lumen. Ini disebut ekivalen fluks bercahaya dan dinyatakan dalam lm/W.
Jika fluks bercahaya jatuh pada permukaan apa pun, kerapatan permukaannya disebut iluminasi. Penerangan E terkait dengan fluks bercahaya dengan rumus
Dimana Q adalah luas dalam m Satuan penerangan adalah lux (kl)
Untuk bahan peka cahaya dan fotodetektor perangkat pengukur, gunakan aliran fotoaktinikSEBUAH.
Ini adalah aliran efisien yang didefinisikan oleh ekspresi
A = (λ) S (λ) dλ
Jika rentang spektral di mana pengukuran dilakukan dibatasi oleh panjang gelombang 1 dan 2, maka ekspresi untuk aliran fotoaktinik akan mengambil bentuk
A \u003d F (λ) * S (λ) dλ
1
Unit pengukuran A tergantung pada unit pengukuran sensitivitas spektral. Jika Sλ adalah nilai relatif, dan diukur dalam watt. Jika Sλ memiliki dimensi, mis.
m /J, maka ini akan mempengaruhi dimensi fluks fotoaktinik
Kepadatan permukaan fluks fotoaktinik pada permukaan yang diterangi aktivitas radiasi nazsebuah, sebuah= dA/ dQ
Jika permukaan penerima disinari secara merata, maka a=A/Q.
Untuk radiasi monokromatik.
Fλ = 680 * Vλ *
Untuk radiasi terintegrasi
F= 680 Vλ dλ
Aktinisme- analog pencahayaan. Satuan pengukurannya tergantung pada dimensi A
Jika A - W, maka a-W / m
Gbr.2.2 halaman 52
Semakin besar aktinisitas radiasi, semakin efisien energi radiasi yang digunakan dan semakin banyak, dengan lainnya kondisi yang sama, respon penerima akan berguna.
Untuk mencapai aktinisitas maksimum, diinginkan bahwa sensitivitas spektral maksimum penerima dan daya radiasi maksimum jatuh pada zona spektrum yang sama. Pertimbangan ini memandu pemilihan sumber cahaya untuk mendapatkan gambar pada jenis bahan peka cahaya tertentu.
Misalnya, proses penyalinan.
Lapisan salinan yang digunakan untuk membuat pelat cetak sensitif terhadap radiasi ultraviolet dan biru-ungu. Untuk radiasi zona lain spektrum terlihat mereka tidak bereaksi. Oleh karena itu, untuk melakukan proses penyalinan, mereka menggunakan
Lampu halida logam, kaya akan radiasi spektrum ultraviolet dan biru.
Gambar 2.3. halaman 53 panduan
5. Suhu warna. Kurva luminositas benda hitam mutlak di suhu yang berbeda. Konsep kurva normalisasi. Definisi istilah "suhu warna". Perubahan arah warna radiasi dengan perubahan suhu warna.
Suhu warna berarti suhu dalam kelvin dari benda yang benar-benar hitam, di mana radiasi memiliki warna yang sama dengan yang sedang dipertimbangkan. Untuk lampu pijar dengan filamen tungsten, distribusi spektral radiasi sebanding dengan distribusi spektral radiasi dari benda yang benar-benar hitam dalam rentang panjang gelombang 360-1000 nm. Untuk perhitungan komposisi spektral radiasi benda hitam untuk suatu suhu mutlak memanaskannya, Anda dapat menggunakan rumus Planck:
e -5 s 2 / t
Rλ \u003d C1 (e -1)
uh
Dimana Rλ adalah luminositas energi spektral, C1 dan C2 adalah konstanta, e adalah basis logaritma natural, T-suhu mutlak, K
Secara eksperimental, suhu warna ditentukan oleh nilai rasio aktivitas biru-merah. Actinicity-illuminance, efektif dalam kaitannya dengan fotodetektor:
= Sλ / Q = Eλ Sλ
Dimana adalah fluks radiasi, Sλ adalah sensitivitas fotodetektor, Qλ adalah luasnya
Jika pengukur cahaya digunakan sebagai fotodetektor, maka aktinisitas adalah iluminasi yang ditentukan ketika fotosel dilindungi dengan filter cahaya biru dan merah.
Secara teknis pengukuran dilakukan sebagai berikut.
Fotosel pengukur cahaya secara bergantian dilindungi oleh filter cahaya biru dan merah yang dipilih secara khusus. Filter cahaya harus zonal dan memiliki multiplisitas yang sama di zona transmisi. Galvanometer Luxmeter menentukan iluminasi dari sumber terukur untuk setiap filter. Hitung rasio biru-merah menggunakan rumus
K \u003d Ac / Ak \u003d Es / Ek
JADWAL halaman 6 budak lab
. Untuk melakukan ini, menurut rumus Planck, nilai spektral luminositas energi. Selanjutnya, fungsi yang dihasilkan dinormalisasi. Penjatahan terdiri dari penurunan proporsional atau peningkatan semua nilai sedemikian rupa
sehingga fungsi melewati titik dengan koordinat = 560nm, lg R560 =2.0
atau = 560 nm, R560 rel = 100 Dalam hal ini, dianggap bahwa setiap nilai mengacu pada interval spektral yang sesuai dengan langkah perhitungan.
=10 nm, luminositas 100 W*m sesuai dengan panjang gelombang 560 nm dalam rentang panjang gelombang 555-565 nm.
Gambar 1.2 Halaman 7 budak lab
Menggunakan fungsi ketergantungan spektral Rλ = f , kita dapat menemukan fungsi E = = f Untuk melakukannya, gunakan rumus
E- iluminasi, R-luminositas, F- aliran energi, Q-area
6. Sumber cahaya. karakteristik spektral mereka. Klasifikasi sumber cahaya menurut jenis radiasinya. rumus Planck dan Wien.
7. Sifat fotometrik sumber radiasi. Klasifikasi menurut besaran geometris: titik dan sumber cahaya yang diperluas, badan fotometrik.
Bergantung pada rasio dimensi emitor dan jaraknya ke titik medan yang dipelajari, sumber radiasi dapat dibagi menjadi 2 kelompok:
1) titik sumber radiasi
2) sumber berdimensi hingga (sumber linier) Sumber radiasi yang dimensinya signifikan jarak kurang ke titik yang diteliti disebut titik. Dalam praktiknya, sumber titik diambil sebagai sumber yang ukuran maksimumnya paling sedikit 10 kali lebih kecil dari jarak ke penerima radiasi. Untuk sumber radiasi seperti itu, hukum kuadrat terbalik jarak diamati.
E=I/r 2 cosinus alfa, di mana alfa=sudut antara berkas cahaya dan tegak lurus permukaan C.
Jika dari titik di mana titik sumber radiasi berada dikesampingkan berbagai arah ruang adalah vektor kekuatan radiasi satuan dan menggambar permukaan melalui ujungnya, maka kita mendapatkan BODY FOTOMETRI dari kekuatan radiasi sumber. Benda seperti itu sepenuhnya mencirikan distribusi fluks radiasi dari sumber tertentu di ruang sekitarnya
8. Konversi radiasi oleh media optik. Karakteristik konversi radiasi: koefisien cahaya, multiplisitas, kerapatan optik, hubungan di antara mereka. Filter Definisi istilah. Kurva spektral sebagai karakteristik filter universal.
Ketika fluks radiasi 0 mengenai tubuh asli(medium optik), sebagian (ro) dipantulkan oleh permukaan, sebagian (alfa) diserap oleh tubuh, dan sebagian (tau) melewatinya. kemampuan tubuh ( lingkungan optik) untuk transformasi seperti itu dicirikan oleh koefisien refleksi ro=Fro/Ф0, koefisien tau=Ftau/Ф0.
Jika koefisien ditentukan oleh konversi fluks cahaya (F, lm), maka mereka disebut cahaya (fotometrik)
Rosv \u003d Fo / Fo; Alphasw=Falpha/Fо; tausv=Ftau/Fо
Untuk koefisien optik dan cahaya, pernyataan itu benar bahwa jumlahnya adalah 1,0 (po + alpha + tau \u003d 1)
Ada dua jenis koefisien lagi - monokromatik dan zonal. Yang pertama mengevaluasi efek media optik pada radiasi monokromatik dengan panjang gelombang lambda.
Koefisien zona memperkirakan konversi pinjaman radiasi dari 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. Kuantitas terikat oleh hukum. Aditivitas densitas optik sebagai kesimpulan utama dari hukum Bouguer-Lambert-Beer. Indikasi hamburan cahaya, kekeruhan media. Jenis hamburan cahaya.
F 0 /F t =10 kl , laju penyerapan k. Bir menemukan bahwa indeks penyerapan juga tergantung pada konsentrasi zat penyerap cahaya c, k \u003d Xc, x adalah indeks penyerapan molar, dinyatakan sebagai kebalikan dari ketebalan lapisan, melemahkan cahaya sebanyak 10 kali pada konsentrasi zat penyerap cahaya di dalamnya 1 mol / l.
Persamaan terakhir yang menyatakan hukum Bouguer-Lambert-Beer terlihat seperti ini: F0 / Ft \u003d 10 pangkat Xc1
Fluks bercahaya yang ditransmisikan oleh lapisan terkait dengan penurunan fluks secara eksponensial melalui indeks penyerapan molar, ketebalan lapisan dan konsentrasi zat penyerap cahaya. Ini mengikuti dari hukum yang dipertimbangkan arti fisik konsep kerapatan optik. Dengan mengintegrasikan ekspresi 0/Фт=10 ke pangkat Xc1
Kami mendapatkan D \u003d X * s * l, itu. Kepadatan optik lingkungan tergantung pada sifatnya, sebanding dengan ketebalannya dan konsentrasi penyerap cahaya in-va. Karena hukum Bouguer-Lambert-Beer mencirikan fraksi cahaya yang diserap melalui fraksi cahaya yang ditransmisikan, itu tidak memperhitungkan cahaya yang dipantulkan dan dihamburkan. Selain itu, hubungan yang dihasilkan yang menyatakan hukum Bouger-Lambert-Beer hanya berlaku untuk media homogen dan tidak memperhitungkan hilangnya pantulan cahaya dari permukaan benda. Penyimpangan dari hukum menyebabkan non-aditivitas media optik.
Cukup digunakan untuk mengukur radiasi. lingkaran lebar kuantitas, yang secara kondisional dapat dibagi menjadi dua sistem satuan: energi dan cahaya. Dalam hal ini, jumlah energi mencirikan radiasi yang terkait dengan seluruh wilayah optik spektrum, dan jumlah pencahayaan - untuk radiasi tampak. Jumlah energi sebanding dengan jumlah pencahayaan yang sesuai.
Kuantitas utama dalam sistem energi, yang memungkinkan untuk menilai jumlah radiasi, adalah fluks radiasi Ph, atau kekuatan radiasi, yaitu jumlah energi W, dipancarkan, dibawa atau diserap per satuan waktu:
Nilai Fe dinyatakan dalam watt (W). - satuan energi
Dalam kebanyakan kasus, mereka tidak memperhitungkan sifat kuantum dari penampilan radiasi dan menganggapnya kontinu.
Karakteristik kualitatif radiasi adalah distribusi fluks radiasi pada spektrum.
Untuk radiasi yang memiliki spektrum kontinu, konsep ini diperkenalkan kerapatan spektral fluks radiasi (j l)- rasio daya radiasi yang disebabkan oleh bagian sempit tertentu dari spektrum dengan lebar bagian ini (Gbr. 2.2). Untuk rentang spektral yang sempit dl fluks radiasi adalah d l . Oordinat menunjukkan kerapatan spektral dari fluks radiasi j l = dФ l /dl, oleh karena itu, aliran diwakili oleh luas bagian dasar grafik, mis.
Jika spektrum emisi berada dalam batas l 1 sebelum l 2, maka besarnya fluks radiasi
Dibawah fluks bercahaya F, dalam kasus umum, pahami kekuatan radiasi, diperkirakan berdasarkan efeknya pada mata manusia. Satuan fluks cahaya adalah lumen (lm). – unit pencahayaan
Tindakan fluks cahaya pada mata menyebabkan reaksi tertentu. Tergantung pada tingkat aksi fluks cahaya, satu atau jenis lain dari penerima mata peka cahaya, yang disebut batang atau kerucut, bekerja. Pada kondisi kurang cahaya (misalnya dalam cahaya bulan), mata melihat benda-benda di sekitarnya karena adanya batang. Pada tingkat iluminasi yang tinggi, peralatan penglihatan siang hari, yang menjadi tanggung jawab kerucut, mulai bekerja.
Selain itu, kerucut dibagi menjadi tiga kelompok sesuai dengan zat peka cahayanya dengan sensitivitas berbeda di berbagai wilayah spektrum. Oleh karena itu, tidak seperti batang, mereka bereaksi tidak hanya terhadap fluks cahaya, tetapi juga pada komposisi spektralnya.
Dalam hal ini, dapat dikatakan bahwa aksi ringan dua dimensi.
Sifat kuantitatif reaksi mata yang berhubungan dengan tingkat penerangan disebut keringanan. Sifat kualitatif yang berhubungan dengan tingkat reaksi yang berbeda dari ketiga kelompok kerucut disebut kromatisitas.
Intensitas cahaya (I). Dalam teknologi pencahayaan, nilai ini diambil sebagai dasar. Pilihan ini tidak memiliki dasar yang mendasar, tetapi dibuat untuk alasan kenyamanan, karena Intensitas cahaya tidak bergantung pada jarak.
Konsep intensitas cahaya hanya mengacu pada sumber titik, yaitu ke sumber yang dimensinya kecil dibandingkan dengan jarak dari mereka ke permukaan yang diterangi.
Intensitas cahaya dari sumber titik dalam arah tertentu adalah per satuan sudut padat W aliran cahaya F dipancarkan oleh sumber ini dalam arah tertentu:
Saya = F /
Energi intensitas cahaya dinyatakan dalam watt per steradian ( Selasa/Rabu).
Per Petir satuan intensitas cahaya diterima candela(cd) adalah intensitas cahaya dari sumber titik yang memancarkan fluks cahaya 1 lm, didistribusikan secara merata dalam sudut padat 1 steradian (sr).
Sudut padat adalah bagian dari ruang yang dibatasi oleh permukaan kerucut dan tertutup kontur lengkung, tidak melewati titik sudut (Gbr. 2.3). Ketika permukaan kerucut dikompresi, dimensi area bola menjadi sangat kecil. Sudut padat dalam hal ini juga menjadi sangat kecil:
Gambar 2.3 - Untuk definisi konsep "sudut padat"
Penerangan (E). Di bawah iluminasi energik E e memahami aliran radiasi pada satuan luas permukaan yang diterangi Q:
Penerangan energi dinyatakan dalam W / m 2.
Penerangan cahaya E dinyatakan oleh kerapatan fluks cahaya F di permukaannya menyala (Gbr. 2.4):
Untuk satuan penerangan cahaya diambil kemewahan, yaitu penerangan permukaan yang menerima fluks bercahaya 1 lm yang didistribusikan secara merata di atasnya di atas area 1 m 2.
Di antara kuantitas lain yang digunakan dalam teknik pencahayaan, yang penting adalah: energi radiasi Kita atau energi cahaya W, serta energi tidak atau cahaya H paparan.
Nilai Kami dan W ditentukan oleh ekspresi
di mana, masing-masing, adalah fungsi perubahan fluks radiasi dan fluks cahaya dalam waktu. Kami diukur dalam joule atau Ws, a W- dalam lm s.
Dibawah energi He atau paparan cahaya memahami kepadatan permukaan energi radiasi Kita atau energi cahaya W masing-masing pada permukaan yang diterangi.
Itu adalah paparan cahaya H adalah produk dari iluminasi E, dibuat oleh sumber radiasi, untuk sementara waktu t aksi radiasi ini.
Soal 2. Besaran fotometrik dan satuannya.
Fotometri adalah cabang optik yang berhubungan dengan pengukuran karakteristik energi radiasi optik dalam proses propagasi dan interaksi dengan materi. Fotometri menggunakan kuantitas energi yang mencirikan parameter energi radiasi optik, terlepas dari efeknya pada penerima radiasi, dan juga menggunakan kuantitas cahaya yang mencirikan efek fisiologis cahaya dan dievaluasi oleh efek pada mata manusia atau penerima lainnya.
Besaran energi.
Aliran energiF e adalah nilainya, secara numerik sama dengan energi W radiasi yang melewati suatu penampang tegak lurus terhadap arah perpindahan energi, per satuan waktu
F e = W/ t, watt (sel).
Aliran energi setara dengan kekuatan energi.
Energi yang dipancarkan oleh sumber nyata ke ruang sekitarnya didistribusikan di atas permukaannya.
luminositas energi(cahaya) R e adalah daya radiasi per satuan luas permukaan ke segala arah:
R e = F e / S, (sel/m 2),
itu. adalah kerapatan fluks radiasi permukaan.
Kekuatan energi cahaya (kekuatan radiasi) Saya e didefinisikan menggunakan konsep titik sumber cahaya - sumber yang dimensinya dibandingkan dengan jarak ke titik pengamatan dapat diabaikan. Kekuatan energi cahaya Saya nilai e, sama dengan rasio fluks radiasi F e sumber sudut padat ω , di mana radiasi ini merambat:
Saya e= F e / ω , (sel/Menikahi) - watt per steradian.
Sudut padat adalah bagian dari ruang yang dibatasi oleh beberapa permukaan kerucut. Kasus tertentu dari sudut padat adalah trihedral dan sudut polihedral. Sudut padat ω diukur dengan rasio area S bagian bola yang berpusat di puncak permukaan kerucut, yang dipotong oleh sudut padat ini, ke kuadrat jari-jari bola, yaitu. = S/r 2. Sebuah bola lengkap membentuk sudut padat yang sama dengan 4π steradian, mis. = 4π r 2 /r 2 = 4π Menikahi.
Intensitas cahaya dari sumber sering tergantung pada arah radiasi. Jika tidak bergantung pada arah radiasi, maka sumber seperti itu disebut isotropik. Untuk sumber isotropik, intensitas cahaya adalah
Saya e= F e/4π.
Dalam kasus sumber yang diperluas, kita dapat berbicara tentang intensitas cahaya elemen permukaannya dS.
Kecerahan Energi (cahaya) PADA e adalah nilai yang sama dengan rasio intensitas energi cahaya Saya e elemen dari permukaan yang memancar ke area S proyeksi elemen ini ke bidang yang tegak lurus terhadap arah pengamatan:
PADA e = Saya e / S. [(sel/(sr.m 2)].
Penerangan energi (radiasi) E e mencirikan tingkat iluminasi permukaan dan sama dengan besarnya fluks radiasi dari semua arah yang datang pada unit permukaan yang diterangi ( sel/m 2).
Dalam fotometri, hukum kuadrat terbalik (hukum Kepler) digunakan: penerangan bidang dari arah tegak lurus dari sumber titik dengan gaya Saya e di kejauhan r dari itu sama dengan:
E e = Saya e/ r 2 .
Penyimpangan berkas radiasi optik dari tegak lurus ke permukaan dengan sudut α menyebabkan penurunan iluminasi (hukum Lambert):
E e = Saya e cos α /r 2 .
Peran penting ketika mengukur karakteristik energi radiasi, distribusi temporal dan spektral dari kekuatannya bermain. Jika durasi radiasi optik kurang dari waktu pengamatan, maka radiasi dianggap berdenyut, dan jika lebih lama, dianggap kontinu. Sumber dapat memancarkan radiasi berbagai panjang ombak. Oleh karena itu, dalam praktiknya, konsep spektrum radiasi digunakan - distribusi daya radiasi pada skala panjang gelombang λ (atau frekuensi). Hampir semua sumber memancar secara berbeda di berbagai bagian spektrum.
Untuk interval panjang gelombang yang sangat kecil d nilai kuantitas fotometrik dapat ditentukan menggunakan kerapatan spektralnya. Misalnya, kerapatan spektral luminositas energi
R eλ = dW/dλ,
di mana dW adalah energi yang diradiasikan dari satu satuan luas permukaan per satuan waktu dalam rentang panjang gelombang dari λ sebelum λ + d.
jumlah ringan. Dalam pengukuran optik, berbagai penerima radiasi digunakan, karakteristik spektral sensitivitasnya terhadap cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda berbeda. Sensitivitas spektral fotodetektor radiasi optik adalah rasio nilai yang mencirikan tingkat respons penerima terhadap fluks atau energi radiasi monokromatik yang menyebabkan reaksi ini. Bedakan antara sensitivitas spektral absolut, dinyatakan dalam unit bernama (misalnya, TETAPI/sel jika respon penerima diukur dalam TETAPI), dan sensitivitas spektral relatif tak berdimensi adalah rasio sensitivitas spektral pada panjang gelombang radiasi tertentu terhadap nilai maksimum sensitivitas spektral atau sensitivitas spektral pada panjang gelombang tertentu.
Sensitivitas spektral fotodetektor hanya bergantung pada sifat-sifatnya; itu berbeda untuk penerima yang berbeda. Sensitivitas spektral relatif mata manusia V(λ ) ditunjukkan pada Gambar. 5.3.
Mata paling sensitif terhadap radiasi dengan panjang gelombang λ =555 nm. Fungsi V(λ ) untuk panjang gelombang ini diambil sama dengan satu.
Dengan fluks energi yang sama, intensitas cahaya yang diperkirakan secara visual untuk panjang gelombang lain lebih kecil. Sensitivitas spektral relatif mata manusia untuk panjang gelombang ini ternyata adalah kurang dari satu. Misalnya, nilai fungsi berarti bahwa cahaya dengan panjang gelombang tertentu harus memiliki kerapatan fluks energi 2 kali lebih besar daripada cahaya yang , sehingga sensasi visualnya sama.
Sistem kuantitas cahaya diperkenalkan dengan mempertimbangkan sensitivitas spektral relatif mata manusia. Oleh karena itu, pengukuran cahaya, menjadi subjektif, berbeda dari objektif, energi, dan unit cahaya diperkenalkan untuk mereka, yang hanya digunakan untuk cahaya tampak. Satuan dasar cahaya dalam sistem SI adalah intensitas cahaya - candela (CD), yang sama dengan intensitas cahaya pada arah tertentu dari sumber yang memancarkan radiasi monokromatik dengan frekuensi 5,4 10 14 Hz, intensitas energi yang dalam arah ini adalah 1/683 W/sr. Semua besaran ringan lainnya dinyatakan dalam candela.
Definisi satuan cahaya mirip dengan satuan energi. Untuk mengukur jumlah cahaya, teknik dan perangkat khusus digunakan - fotometer.
Aliran cahaya . Satuan fluks cahaya adalah lumen (aku). Itu sama dengan fluks bercahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya isotropik dengan kekuatan 1 CD dalam sudut padat satu steradian (dengan medan radiasi seragam di dalam sudut padat):
1 aku = 1 CD·satu Menikahi.
Berpengalaman ditemukan bahwa fluks bercahaya 1 lm, yang dibentuk oleh radiasi dengan panjang gelombang λ = 555nm sesuai dengan fluks energi 0,00146 sel. Fluks bercahaya dalam 1 aku, dibentuk oleh radiasi dengan panjang gelombang yang berbeda λ , sesuai dengan aliran energi
F e = 0,00146/ V(λ ), sel,
itu. satu aku = 0,00146 sel.
penerangan E- nilai luka dengan rasio fluks bercahaya F insiden di permukaan, ke area S permukaan ini:
E = F/S, kemewahan (Oke).
1 Oke– penerangan permukaan, per 1 m 2 di mana fluks bercahaya jatuh dalam 1 aku (1Oke = 1 aku/m 2). Untuk pengukuran iluminasi, perangkat digunakan yang mengukur fluks radiasi optik dari segala arah - luxmeters.
Kecerahan R C (luminositas) dari permukaan bercahaya di beberapa arah adalah besaran yang sama dengan rasio intensitas cahaya Saya ke arah ini ke alun-alun S proyeksi permukaan bercahaya ke bidang yang tegak lurus terhadap arah ini:
R C = Saya/(S karena φ ), (CD/m 2).
Secara umum, kecerahan sumber cahaya berbeda untuk arah yang berbeda. Sumber yang kecerahannya sama ke segala arah disebut Lambertian atau kosinus, karena fluks cahaya yang dipancarkan oleh elemen permukaan sumber tersebut sebanding dengan cosφ. Benar-benar memenuhi kondisi ini hanya tubuh yang benar-benar hitam.
Setiap fotometer dengan sudut pandang terbatas pada dasarnya adalah pengukur pencahayaan. Spektral dan distribusi spasial kecerahan dan iluminasi memungkinkan Anda menghitung semua besaran fotometrik lainnya dengan integrasi.
1. Apa yang dimaksud dengan fisik? indikator mutlak
pembiasan medium?
2. Apa itu? indikator relatif pembiasan?
3. Dalam kondisi apa yang diamati? refleksi total?
4. Apa prinsip pengoperasian pemandu cahaya?
5. Apa prinsip Fermat?
6. Apa perbedaan antara jumlah energi dan cahaya dalam fotometri?
