განმარტებები ფოტომეტრული სიდიდეებისინათლის სერიებისა და მათ შორის მათემატიკური მიმართებების მსგავსია ენერგეტიკული სერიების შესაბამისი რაოდენობებისა და მიმართებებისა. Ისე სინათლის ნაკადიმყარი კუთხით გავრცელება უდრის. საზომი ერთეული მანათობელი ნაკადი (სანათური). მონოქრომატული განათებისთვის კავშირი ენერგიასა და სინათლის რაოდენობას შორისმოცემულია ფორმულებით:
სადაც მუდმივი ეწოდება სინათლის მექანიკური ეკვივალენტი.
მანათობელი ნაკადი, რომელიც მოდის ტალღის სიგრძის ინტერვალზე ლადრე,
, (30.8)
სადაც ჯარის ენერგიის განაწილების ფუნქცია ტალღის სიგრძეზე (იხ. სურ. 30.1). მაშინ მთლიანი მანათობელი ნაკადი, რომელსაც ყველა ატარებს სპექტრის ტალღები,
. (30.9)
განათება
მანათობელი ნაკადი ასევე შეიძლება მოდიოდეს სხეულებიდან, რომლებიც თავად არ ანათებენ, მაგრამ ირეკლავენ ან ფანტავენ მათზე დაცემულ შუქს. ასეთ შემთხვევებში მნიშვნელოვანია ვიცოდეთ რა სინათლის ნაკადი მოდის სხეულის ზედაპირის კონკრეტულ უბანზე. ამისთვის ემსახურება ფიზიკური რაოდენობა, რომელსაც ეძახიან განათებას
. (30.10)
განათებარიცხობრივად უდრის ზედაპირის ელემენტზე მთლიანი მანათობელი ნაკადის შეფარდებას ამ ელემენტის ფართობთან (იხ. ნახ. 30.4). თანაბარი მსუბუქი გამომუშავებისთვის
განათების ერთეული 
(ლუქსი). ლუქსიუდრის 1 მ 2 ფართობის ზედაპირის განათებას, როდესაც მასზე 1 ლმ მანათობელი ნაკადი ეცემა. ენერგეტიკული განათება განისაზღვრება ანალოგიურად
ენერგიის განათების ერთეული.
სიკაშკაშე
განათების მრავალი გამოთვლებისთვის, ზოგიერთი წყარო შეიძლება ჩაითვალოს წერტილოვან წყაროდ. თუმცა, უმეტეს შემთხვევაში, სინათლის წყაროები განლაგებულია საკმარისად ახლოს, რათა განასხვავოს მათი ფორმა, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, წყაროს კუთხური ზომები თვალის ან ოპტიკური ინსტრუმენტის უნარს ექვემდებარება, განასხვავოს გაფართოებული ობიექტი წერტილიდან. ასეთი წყაროებისთვის შემოტანილია ფიზიკური რაოდენობა, რომელსაც სიკაშკაშე ეწოდება. სიკაშკაშის კონცეფცია არ გამოიყენება წყაროებზე, რომელთა კუთხური ზომები ნაკლებია თვალის ან ოპტიკური ინსტრუმენტის გარჩევადობაზე (მაგალითად, ვარსკვლავებზე). სიკაშკაშე ახასიათებს მანათობელი ზედაპირის გამოსხივებას გარკვეული მიმართულებით. წყაროს შეუძლია ანათოს საკუთარი ან არეკლილი შუქით.
გამოვყოთ სინათლის ნაკადი, რომელიც ვრცელდება გარკვეული მიმართულებით მყარი კუთხით მანათობელი ზედაპირის მონაკვეთიდან. სხივის ღერძი ქმნის კუთხეს ზედაპირთან ნორმალურთან (იხ. სურ. 30.5).
მანათობელი ზედაპირის მონაკვეთის პროექცია არჩეული მიმართულების პერპენდიკულარულ ადგილზე,
(30.14)
დაურეკა ხილული ზედაპირიწყარო საიტის ელემენტი (იხ. სურათი 30.6).
მანათობელი ნაკადის მნიშვნელობა დამოკიდებულია ხილული ზედაპირის ფართობზე, კუთხეზე და მყარ კუთხეზე:
პროპორციულობის ფაქტორს ეწოდება სიკაშკაშე, ეს დამოკიდებულია ოპტიკური თვისებებირადიაციული ზედაპირი და შეიძლება იყოს განსხვავებული სხვადასხვა მიმართულებით. (30.5) სიკაშკაშედან
. (30.16)
ამრიგად, სიკაშკაშეგანისაზღვრება მანათობელი ნაკადით, რომელიც გამოიყოფა გარკვეული მიმართულებით ხილული ზედაპირის ერთეულით მყარი კუთხის ერთეულზე. ან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ: სიკაშკაშე გარკვეული მიმართულებით რიცხობრივად უდრის წყაროს ხილული ზედაპირის ერთეული ფართობის მიერ შექმნილი სინათლის ინტენსივობას.
AT ზოგადი შემთხვევასიკაშკაშე დამოკიდებულია მიმართულებაზე, მაგრამ არის სინათლის წყაროები, რომელთა სიკაშკაშე არ არის დამოკიდებული მიმართულებაზე. ასეთ წყაროებს ე.წ ლამბერტიანიან კოსინუსი, რადგან მათთვის მოქმედებს ლამბერტის კანონი: სინათლის ინტენსივობა გარკვეული მიმართულებით პროპორციულია კუთხის კოსინუსის ნორმალურ ზედაპირსა და ამ მიმართულებას შორის:
სადაც არის სინათლის ინტენსივობა ნორმალური ზედაპირის მიმართულებით, არის კუთხე ნორმალურ ზედაპირსა და სასურველ მიმართულებას შორის. ყველა მიმართულებით ერთნაირი სიკაშკაშის უზრუნველსაყოფად, ტექნიკური ნათურები აღჭურვილია რძის შუშის ჭურვებით. ლამბერტის წყაროები, რომლებიც ასხივებენ დიფუზურ შუქს, მოიცავს ზედაპირს, რომელიც დაფარულია მაგნიუმის ოქსიდით, გაუფერულ ფაიფურს, სახატავ ქაღალდს და ახლად დავარდნილ თოვლს.
სიკაშკაშის ერთეული 
(ნიტი). აქ მოცემულია რამდენიმე სინათლის წყაროს სიკაშკაშის მნიშვნელობები:
მთვარე - 2,5 კვტ,
ფლუორესცენტური ნათურა - 7 კვტ,
ნათურის ძაფი - 5 ტონა,
მზის ზედაპირი 1,5 გნტ.
ადამიანის თვალის მიერ აღქმული ყველაზე დაბალი სიკაშკაშე არის დაახლოებით 1 მიკრონი, ხოლო 100 კნტზე მეტი სიკაშკაშე იწვევს თვალის ტკივილს და აზიანებს მხედველობას. თეთრი ფურცლის სიკაშკაშე კითხვისა და წერისას უნდა იყოს მინიმუმ 10 nits.
ენერგიის სიკაშკაშე განისაზღვრება ანალოგიურად
. (30.18)
გასხივოსნების საზომი ერთეული.
სიკაშკაშე
მოდით განვიხილოთ სასრული ზომების სინათლის წყარო (ანთება საკუთარი ან არეკლილი შუქით). სიკაშკაშეწყარო ეწოდება ზედაპირის სიმკვრივემანათობელი ნაკადი, რომელიც გამოსხივებულია ზედაპირის ყველა მიმართულებით მყარი კუთხით. თუ ზედაპირის ელემენტი ასხივებს მანათობელ ნაკადს, მაშინ
ერთგვაროვანი სიკაშკაშისთვის შეგვიძლია დავწეროთ:
განათების ერთეული.
ენერგიის სიკაშკაშე განისაზღვრება ანალოგიურად
ენერგიის სიკაშკაშის ერთეული.
განათების კანონები
ფოტომეტრული გაზომვები ეფუძნება განათების ორ კანონს.
1. წერტილის სინათლის წყაროს მიერ ზედაპირის განათება იცვლება განათებული ზედაპირიდან წყაროს მანძილის კვადრატის შებრუნებული პროპორციით. განვიხილოთ წერტილის წყარო (იხ. სურათი 30.7), რომელიც ასხივებს სინათლეს ყველა მიმართულებით. მოდით აღვწეროთ წყაროს ირგვლივ კონცენტრული სფეროები წყაროთი რადიუსებით და . ცხადია, მანათობელი ნაკადი ზედაპირის არეებში ერთნაირია, რადგან ის ვრცელდება ერთი მყარი კუთხით. შემდეგ ტერიტორიების განათება და იქნება, შესაბამისად, და . ელემენტების გამოხატვა სფერული ზედაპირებიმყარი კუთხით მივიღებთ:
. (30.22)
2. ზედაპირის ელემენტარულ მონაკვეთზე მასზე გარკვეული კუთხით მოხვედრილი სინათლის ნაკადის შედეგად წარმოქმნილი განათება პროპორციულია სხივების მიმართულებას შორის კუთხის კოსინუსისა და ზედაპირის ნორმალურის. განვიხილოთ სხივების პარალელური სხივი (იხ. სურ. 29.8), რომელიც ეცემა ზედაპირების უბნებზე და . სხივები ეცემა ზედაპირზე ნორმალურის გასწვრივ და ზედაპირზე ნორმალურის კუთხით. ერთი და იგივე სინათლის ნაკადი გადის ორივე მონაკვეთზე. პირველი და მეორე განყოფილების განათება იქნება, შესაბამისად, და 
. მაგრამ, შესაბამისად,
ამ ორი კანონის გაერთიანებით შეგვიძლია ჩამოვაყალიბოთ განათების ძირითადი კანონი: წერტილის წყაროს მიერ ზედაპირის განათება პირდაპირპროპორციულია წყაროს მანათობელი ინტენსივობის, სხივების დაცემის კუთხის კოსინუსისა და უკუპროპორციულია წყაროდან ზედაპირამდე მანძილის კვადრატთან.
. (30.24)
ამ ფორმულის გამოყენებით გამოთვლები იძლევა საკმაოდ ზუსტ შედეგს, თუ წყაროს ხაზოვანი ზომები არ აღემატება განათებულ ზედაპირამდე მანძილის 1/10-ს. თუ წყარო არის დისკი 50 სმ დიამეტრით, მაშინ ნორმალურ წერტილში დისკის ცენტრში შედარებითი შეცდომაგამოთვლებში 50 სმ მანძილზე აღწევს 25%-ს, 2 მ მანძილზე არ აღემატება 1,5%-ს, ხოლო 5 მ მანძილზე მცირდება 0,25%-მდე.
თუ არსებობს რამდენიმე წყარო, მაშინ მიღებული განათება უდრის თითოეული ცალკეული წყაროს მიერ შექმნილი განათების ჯამს. თუ წყარო არ შეიძლება ჩაითვალოს წერტილოვან წყაროდ, მისი ზედაპირი იყოფა ელემენტარულ მონაკვეთებად და დადგინდა თითოეული მათგანის მიერ შექმნილი განათება, კანონის შესაბამისად. 
, შემდეგ ინტეგრირება წყაროს მთელ ზედაპირზე.
არსებობს სამუშაო ადგილებისა და შენობების განათების სტანდარტები. მაგიდებზე საკლასო ოთახებიგანათება უნდა იყოს მინიმუმ 150 ლუქსი, წიგნების კითხვისთვის საჭიროა განათება, ხოლო ხატვისთვის - 200 ლუქსი. დერეფნებისთვის, განათება საკმარისად ითვლება, ქუჩებისთვის -.
სინათლის ყველაზე მნიშვნელოვანი წყარო მთელი სიცოცხლისთვის დედამიწაზე - მზე ქმნის ზედა ზღვარიატმოსფეროს ენერგიის განათება, რომელსაც ეწოდება მზის მუდმივი - და განათება 137 klx. ზაფხულში პირდაპირი სხივებით დედამიწის ზედაპირზე შექმნილი ენერგეტიკული განათება ორჯერ ნაკლებია. მზის პირდაპირი სხივებით შექმნილი განათება ტერიტორიის შუა განედზე შუადღისას არის 100 klx. დედამიწაზე სეზონების ცვლილება აიხსნება მის ზედაპირზე მზის სხივების დაცემის კუთხის ცვლილებით. ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში დედამიწის ზედაპირზე სხივების დაცემის ყველაზე დიდი კუთხე ზამთარშია, ყველაზე პატარა კი - ზაფხულში. განათება ჩართულია ღია სივრცემოღრუბლული ცით არის 1000 ლუქსი. განათება ნათელ ოთახში ფანჯარასთან - 100 ლუქსი. შედარებისთვის წარმოგიდგენთ განათებას სავსე მთვარე- 0,2 ლუქსი და ღამის ციდან უმთვარე ღამეში - 0,3 მლკ. მზიდან დედამიწამდე მანძილი 150 მილიონი კილომეტრია, მაგრამ იმის გამო, რომ ძალა მზის სინათლეთანაბრად, მზის მიერ დედამიწის ზედაპირზე შექმნილი განათება იმდენად დიდია.
წყაროებისთვის, რომელთა სინათლის ინტენსივობა დამოკიდებულია მიმართულებაზე, ზოგჯერ გამოიყენეთ საშუალო სფერული მანათობელი ინტენსივობა, სადაც არის ნათურის მთლიანი მანათობელი ნაკადი. სანათურის თანაფარდობა ელექტრო ნათურამისი ელექტრო სიმძლავრე ეწოდება სინათლის გამომუშავებანათურები:. მაგალითად, 100 ვტ ინკანდესენტურ ნათურას აქვს საშუალო სფერული მანათობელი ინტენსივობა დაახლოებით 100 cd. ასეთი ნათურის მთლიანი მანათობელი ნაკადი არის 4 × 3.14 × 100 cd = 1260 lm, ხოლო მანათობელი ეფექტურობა არის 12.6 lm / W. ფლუორესცენტური ნათურების მანათობელი ეფექტურობა რამდენჯერმე აღემატება ინკანდესენტურ ნათურებს და აღწევს 80 ლმ/ვტ. გარდა ამისა, ფლუორესცენტური ნათურების მომსახურების ვადა აღემატება 10 ათას საათს, ხოლო ინკანდესენტური ნათურებისთვის ის 1000 საათზე ნაკლებია.
ევოლუციის მილიონობით წლის განმავლობაში ადამიანის თვალიადაპტირებულია მზის შუქზე და, შესაბამისად, სასურველია, რომ ნათურის შუქის სპექტრული შემადგენლობა მაქსიმალურად ახლოს იყოს მზის სინათლის სპექტრულ შემადგენლობასთან. ამ მოთხოვნას საუკეთესოდ აკმაყოფილებენ ფლუორესცენტური ნათურები. ამიტომ მათ ფლუორესცენტურ ნათურებსაც უწოდებენ. ნათურის ძაფის სიკაშკაშე იწვევს ტკივილს თვალში. ამის თავიდან ასაცილებლად გამოიყენება რძისფერი შუშის ჩრდილები და აბაჟურები.
ყველა თავისი უპირატესობით, ფლუორესცენტურ ნათურებს ასევე აქვთ მთელი რიგი უარყოფითი მხარეები: გადართვის მიკროსქემის სირთულე, სინათლის ნაკადის პულსაცია (100 ჰც სიხშირით), სიცივეში დაწყების შეუძლებლობა (ვერცხლისწყლის კონდენსაციის გამო), დროსელის ზუზუნი (მაგნიტოსტრიქციის გამო), გარემოს საშიშროება (გატეხილი ნათურის ვერცხლისწყალი მომწამლავს გარემოს).
იმისთვის, რომ ინკანდესენტური ნათურის გამოსხივების სპექტრული შემადგენლობა იყოს მზის რადიაციის მსგავსი, საჭირო იქნებოდა მისი ძაფის გაცხელება მზის ზედაპირის ტემპერატურამდე, ანუ 6200 კ-მდე. მაგრამ ვოლფრამი. ლითონებიდან ყველაზე ცეცხლგამძლე, დნება უკვე 3660 კ ტემპერატურაზე.
მზის ზედაპირთან ახლოს ტემპერატურა მიიღწევა რკალის გამონადენში ვერცხლისწყლის ორთქლში ან ქსენონში დაახლოებით 15 ატმოსფერული წნევის დროს. რკალის ნათურის სინათლის ინტენსივობა შეიძლება 10 მკდ-მდე მიიყვანოთ. ასეთი ნათურები გამოიყენება კინოპროექტორებსა და პროჟექტორებში. ნატრიუმის ორთქლით სავსე ნათურები გამოირჩევიან იმით, რომ მათში გამოსხივების მნიშვნელოვანი ნაწილი (დაახლოებით მესამედი) კონცენტრირებულია სპექტრის ხილულ რეგიონში (ორი ინტენსიური ყვითელი ხაზი 589.0 ნმ და 589.6 ნმ). მიუხედავად იმისა, რომ ნატრიუმის ნათურების ემისია ძალიან განსხვავდება ადამიანის თვალისთვის ჩვეულებრივი მზისგან, ისინი გამოიყენება მაგისტრალების გასანათებლად, რადგან მათი უპირატესობა არის მაღალი მანათობელი ეფექტურობა, 140 ლმ/ვტ-მდე.
ფოტომეტრები
მოწყობილობები, რომლებიც შექმნილია სინათლის ან სინათლის ნაკადების ინტენსივობის გასაზომად სხვადასხვა წყაროდან, ე.წ ფოტომეტრები. რეგისტრაციის პრინციპის მიხედვით, ფოტომეტრები არის ორი სახის: სუბიექტური (ვიზუალური) და ობიექტური.
სუბიექტური ფოტომეტრის მოქმედების პრინციპი ემყარება თვალის უნარს დააფიქსიროს ორი მიმდებარე ველის იგივე განათება (უფრო ზუსტად, სიკაშკაშე) საკმარისად მაღალი სიზუსტით, იმ პირობით, რომ ისინი განათებულია იმავე ფერის შუქით.
ორი წყაროს შედარების ფოტომეტრები შექმნილია ისე, რომ თვალის როლი შემცირდეს შედარებული წყაროებით განათებული ორი მიმდებარე ველის ერთნაირი განათების დადგენამდე (იხ. ნახ. 30.9). დამკვირვებლის თვალი იკვლევს თეთრ სამკუთხა პრიზმას, რომელიც დამონტაჟებულია შიგნიდან გაშავებული მილის შუაში. პრიზმა განათებულია და წყაროებით. მანძილების შეცვლით და წყაროებიდან პრიზმამდე, შესაძლებელია ზედაპირების განათების გათანაბრება და . მაშინ სად და არის სინათლის ინტენსივობები, შესაბამისად, წყაროების და . თუ ცნობილია ერთ-ერთი წყაროს მანათობელი ინტენსივობა (საცნობარო წყარო), მაშინ შეიძლება განისაზღვროს მეორე წყაროს მანათობელი ინტენსივობა შერჩეული მიმართულებით. სხვადასხვა მიმართულებით წყაროს მანათობელი ინტენსივობის გაზომვით ისინი პოულობენ მთლიან მანათობელ ნაკადს, განათებას და ა.შ. საცნობარო წყაროა ინკანდესენტური ნათურა, რომლის მანათობელი ინტენსივობა ცნობილია.
ძალიან ფართო დიაპაზონში მანძილების თანაფარდობის შეცვლის შეუძლებლობა აიძულებს გამოიყენონ ნაკადის შესუსტების სხვა მეთოდები, როგორიცაა სინათლის შთანთქმა ცვლადი სისქის ფილტრით - სოლი (იხ. სურ. 30.10).
ერთ-ერთი ჯიში ვიზუალური მეთოდიფოტომეტრია არის ჩაქრობის მეთოდი, რომელიც დაფუძნებულია თვალის ზღურბლის მგრძნობელობის მუდმივობის გამოყენებაზე თითოეული ინდივიდუალური დამკვირვებლისთვის. თვალის ზღურბლის მგრძნობელობა არის ყველაზე დაბალი სიკაშკაშე (დაახლოებით 1 მიკრონი), რომელზეც ადამიანის თვალი რეაგირებს. თვალის მგრძნობელობის ზღურბლის წინასწარ განსაზღვრის შემდეგ, გარკვეულწილად (მაგალითად, კალიბრირებული შთამნთქმელი სოლით), შესასწავლი წყაროს სიკაშკაშე მცირდება მგრძნობელობის ზღურბლამდე. იმის ცოდნა, თუ რამდენჯერ არის შესუსტებული სიკაშკაშე, შესაძლებელია წყაროს აბსოლუტური სიკაშკაშის დადგენა საცნობარო წყაროს გარეშე. ეს მეთოდი უკიდურესად მგრძნობიარეა.
წყაროს მთლიანი მანათობელი ნაკადის პირდაპირი გაზომვა ხორციელდება ინტეგრალურ ფოტომეტრებში, მაგალითად, სფერულ ფოტომეტრში (იხ. სურ. 30.11). შესასწავლი წყარო დაკიდულია სფეროს შიდა ღრუში, შიგნით შეთეთრებული მქრქალი ზედაპირით. სფეროს შიგნით სინათლის მრავალჯერადი არეკვლის შედეგად იქმნება განათება, რომელიც განისაზღვრება წყაროს საშუალო მანათობელი ინტენსივობით. ეკრანის პირდაპირი სხივებისგან დაცული ხვრელის განათება პროპორციულია მანათობელი ნაკადის: , სად არის მოწყობილობის მუდმივი, მისი ზომისა და ფერის მიხედვით. ხვრელი დაფარულია რძიანი შუშით. რძის შუშის სიკაშკაშე ასევე პროპორციულია სინათლის გამომუშავების. იგი იზომება ზემოთ აღწერილი ფოტომეტრით ან სხვა მეთოდით. ტექნოლოგიაში, ავტომატური სფერული ფოტომეტრები ფოტოცელებით გამოიყენება, მაგალითად, ელექტრული ნათურის ქარხნის კონვეიერზე ინკანდესენტური ნათურების გასაკონტროლებლად.
ობიექტური მეთოდებიფოტომეტრია იყოფა ფოტოგრაფიულ და ელექტროდ. ფოტოგრაფიული მეთოდები ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ ფოტომგრძნობიარე ფენის გაშავება ფართო დიაპაზონში პროპორციულია სინათლის ენერგიის სიმკვრივისა, რომელიც დაეცა ფენას მისი განათების დროს, ანუ ექსპოზიციის დროს (იხ. ცხრილი 30.1). ეს მეთოდი განსაზღვრავს ერთმანეთთან მჭიდროდ დაშორებული ორის შედარებით ინტენსივობას სპექტრალური ხაზებიერთ სპექტრში ან შეადარეთ ერთი და იგივე ხაზის ინტენსივობა ორ მიმდებარე (ერთ ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე გადაღებულ) სპექტრში ფოტოგრაფიული ფირფიტის გარკვეული მონაკვეთების გაშავებით.
ვიზუალური და ფოტოგრაფიული მეთოდები თანდათან იცვლება ელექტროებით. ამ უკანასკნელის უპირატესობა ის არის, რომ ისინი უბრალოდ ახორციელებენ შედეგების ავტომატურ რეგისტრაციას და დამუშავებას, კომპიუტერის გამოყენებამდე. ელექტრული ფოტომეტრები შესაძლებელს ხდის გამოსხივების ინტენსივობის გაზომვას ხილული სპექტრის მიღმა.
თავი 31
31.1. მახასიათებლები თერმული გამოსხივება
საკმარისად მაღალ ტემპერატურამდე გაცხელებული სხეულები ანათებენ. გაცხელების გამო სხეულების ბზინვარებას ე.წ თერმული (ტემპერატურის) გამოსხივება. თერმული გამოსხივება, როგორც ბუნებაში ყველაზე გავრცელებული, ხდება ენერგიის გამო თერმული მოძრაობანივთიერების ატომები და მოლეკულები (ანუ მისი გამო შინაგანი ენერგია) და დამახასიათებელია ყველა სხეულისთვის 0 კ-ზე მაღალ ტემპერატურაზე. თერმული გამოსხივება ხასიათდება უწყვეტი სპექტრით, რომლის მაქსიმუმის პოზიცია დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. მაღალ ტემპერატურაზე, მოკლე (ხილული და ულტრაიისფერი) ელექტრომაგნიტური ტალღები, დაბალზე - უპირატესად გრძელი (ინფრაწითელი).
თერმული გამოსხივების რაოდენობრივი მახასიათებელია სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე (გასხივოსნება).- რადიაციული სიმძლავრე სხეულის ზედაპირის ფართობის ერთეულზე ერთეულის სიგანის სიხშირის დიაპაზონში:
Rv, T =, (31.1)
სად არის ენერგია ელექტრომაგნიტური რადიაციაგამოსხივებული დროის ერთეულზე (რადიაციული სიმძლავრე) სხეულის ზედაპირის ფართობის ერთეულზე სიხშირის დიაპაზონში ვადრე v+dv.
ერთეული სპექტრული სიმკვრივეენერგიის სიკაშკაშე Rv, T- ჯული კვადრატულ მეტრზე (ჯ / მ 2).
დაწერილი ფორმულა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ტალღის სიგრძის ფუნქციით:
=Rv, Tdv= R λ ,T dλ. (31.2)
როგორც c = λvυ, მაშინ dλ/ dv = - CV 2 = - λ 2 /თან ერთად,
სადაც მინუს ნიშანი მიუთითებს, რომ როგორც ერთ-ერთი მნიშვნელობა იზრდება ( λ ან ვ) სხვა მნიშვნელობა მცირდება. ამიტომ, შემდეგში, მინუს ნიშანი გამოტოვებული იქნება.
ამრიგად,
R υ,T =Rλ, T . (31.3)
ფორმულის (31.3) გამოყენებით, შეგიძლიათ წასვლა Rv, Tრომ Rλ, Tდა პირიქით.
ვიცოდეთ ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე, ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ ინტეგრალური ენერგიის სიკაშკაშე(ინტეგრალური ემისიურობა), შეჯამება ყველა სიხშირეზე:
R T = . (31.4)
სხეულების უნარი შთანთქას მათზე მომხდარი გამოსხივება ახასიათებს შთანთქმის
და v,T =(31.5)
გვიჩვენებს ენერგიის რა ნაწილს მოაქვს დროის ერთეულზე სხეულის ზედაპირის ფართობის ერთეულზე მასზე მოხვედრილი ელექტრომაგნიტური ტალღების სიხშირით ვადრე v+dvშეიწოვება ორგანიზმის მიერ.
სპექტრული შთანთქმა არის განზომილებიანი სიდიდე. რაოდენობები Rv, Tდა A v, Tდამოკიდებულია სხეულის ბუნებაზე, მის თერმოდინამიკურ ტემპერატურაზე და ამავე დროს განსხვავდება სხვადასხვა სიხშირის გამოსხივებისთვის. ამიტომ, ეს მნიშვნელობები კლასიფიცირდება როგორც თდა ვ(უფრო სწორად, საკმაოდ ვიწრო სიხშირის დიაპაზონში ვადრე v+dv).
სხეულს, რომელსაც შეუძლია ნებისმიერ ტემპერატურაზე მთლიანად შთანთქას მასზე ნებისმიერი სიხშირის გამოსხივება, ეწოდება შავი.მაშასადამე, შავი სხეულის სპექტრული შთანთქმა ყველა სიხშირეზე და ტემპერატურაზე უდრის ერთიანობას ( A h v, T =ერთი). ბუნებაში აბსოლუტურად შავი სხეულები არ არსებობს, თუმცა, ისეთი სხეულები, როგორიცაა ჭვარტლი, პლატინის შავი, შავი ხავერდი და ზოგიერთი სხვა, მათთან ახლოს არის გარკვეული სიხშირის დიაპაზონში მათი თვისებებით.
იდეალური მოდელიშავი სხეული არის დახურული ღრუ პატარა ნახვრეტით, რომლის შიდა ზედაპირი გაშავებულია (სურ. 31.1). სინათლის სხივი, რომელიც შევიდა ნახ.31.1.
ასეთი ღრუს კედლებიდან მრავალჯერადი ანარეკლი განიცდის, რის შედეგადაც გამოსხივებული გამოსხივების ინტენსივობა პრაქტიკულად გამოდის. ნული. გამოცდილება აჩვენებს, რომ როდესაც ხვრელის ზომა არის ღრუს დიამეტრის 0,1-ზე ნაკლები, ყველა სიხშირის ინციდენტის გამოსხივება მთლიანად შეიწოვება. ამით ღია ფანჯრებიქუჩის მხრიდან სახლები შავი ჩანს, თუმცა ოთახების შიგნით კედლებიდან სინათლის არეკვლის გამო საკმაოდ მსუბუქია.
შავი სხეულის კონცეფციასთან ერთად გამოიყენება კონცეფცია ნაცრისფერი სხეული- სხეული, რომლის შთანთქმის უნარი ერთზე ნაკლები, მაგრამ ერთნაირია ყველა სიხშირისთვის და დამოკიდებულია მხოლოდ სხეულის ზედაპირის ტემპერატურაზე, მასალასა და მდგომარეობაზე. ამრიგად, ნაცრისფერი სხეულისთვის A v,T-ით< 1.
კირჩჰოფის კანონი
კირჩჰოფის კანონი: ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის თანაფარდობა სპექტრულ შთანთქმასთან არ არის დამოკიდებული სხეულის ბუნებაზე; ეს არის სიხშირის (ტალღის სიგრძის) და ტემპერატურის უნივერსალური ფუნქცია ყველა სხეულისთვის:
= rv, T(31.6)
შავი სხეულისთვის A h v, T=1, ასე რომ, კირჩჰოფის კანონიდან გამომდინარეობს, რომ Rv, Tშავი სხეულისთვის არის რვ, ტ. ამრიგად, უნივერსალური კირჩჰოფის ფუნქცია რვ, ტსხვა არაფერია, თუ არა შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე. მაშასადამე, კირჩჰოფის კანონის მიხედვით, ყველა სხეულისთვის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის შეფარდება სპექტრულ შთანთქმასთან უდრის შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრულ სიმკვრივეს იმავე ტემპერატურასა და სიხშირეზე.
კირჩჰოფის კანონიდან გამომდინარეობს, რომ ნებისმიერი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე სპექტრის ნებისმიერ რეგიონში ყოველთვის ნაკლებია შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრულ სიმკვრივეზე (იგივე მნიშვნელობებისთვის თდა ვ), როგორც A v, T < 1, и поэтому Rv, T < r v υ,T. გარდა ამისა, (31.6)-დან გამომდინარეობს, რომ თუ სხეული მოცემულ ტემპერატურაზე T არ შთანთქავს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს სიხშირის დიაპაზონში ვ, ადრე v+dv, მაშინ ისინი არიან ამ სიხშირის დიაპაზონში ტემპერატურაზე თდა არ ასხივებს, ვინაიდან A v, T=0, Rv, T=0
კირჩჰოფის კანონის გამოყენებით, შავი სხეულის ინტეგრალური ენერგიის სიკაშკაშის გამოხატულება (31.4) შეიძლება დაიწეროს როგორც
R T =.(31.7)
ნაცრისფერი სხეულისთვის R T-თან ერთად = თ = ა თ რ ე, (31.8)
სადაც რ ე= -შავი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე.
კირჩჰოფის კანონი აღწერს მხოლოდ თერმულ გამოსხივებას, რომელიც იმდენად დამახასიათებელია მისთვის, რომ შეიძლება გახდეს საიმედო კრიტერიუმი გამოსხივების ბუნების დასადგენად. რადიაცია, რომელიც არ ემორჩილება კირჩჰოფის კანონს, არ არის თერმული.
პრაქტიკული მიზნებისთვის კირხჰოფის კანონიდან გამომდინარეობს, რომ მუქი და უხეში ზედაპირის მქონე სხეულებს აქვთ შთანთქმის კოეფიციენტი 1-თან ახლოს. ამ მიზეზით, ზამთარში უპირატესობას ანიჭებენ მუქ ტანსაცმელს, ხოლო ზაფხულში ღია. მაგრამ სხეულებს, რომელთა შთანთქმის კოეფიციენტი ერთიანობასთან ახლოსაა, ასევე აქვთ შესაბამისად უფრო მაღალი ენერგიის სიკაშკაშე. თუ აიღებთ ორ იდენტურ ჭურჭელს, ერთი მუქი, უხეში ზედაპირით, ხოლო მეორის კედლები ღია და მბზინავია და დაასხით იმავე რაოდენობის მდუღარე წყალში, მაშინ პირველი ჭურჭელი უფრო სწრაფად გაცივდება.
31.3. შტეფან-ბოლცმანის კანონები და ვენის გადაადგილებები
კირჩჰოფის კანონიდან გამომდინარეობს, რომ შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე უნივერსალური ფუნქციაა, ამიტომ სიხშირეზე და ტემპერატურაზე მისი აშკარა დამოკიდებულების პოვნა არის მნიშვნელოვანი ამოცანათერმული გამოსხივების თეორიები.
სტეფანი, რომელიც აანალიზებს ექსპერიმენტულ მონაცემებს და ბოლცმანი, იყენებს თერმოდინამიკური მეთოდი, ეს პრობლემა მხოლოდ ნაწილობრივ გადაჭრა ენერგიის სიკაშკაშეზე დამოკიდებულების დადგენით რ ეტემპერატურისგან. Მიხედვით შტეფან-ბოლცმანის კანონი,
R e \u003d σ T 4, (31.9)
ანუ შავი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე პროპორციულია მისი თერმოდინამიკური ტემპერატურის სიმძლავრის მეოთხედებთან; σ
- სტეფან-ბოლცმანის მუდმივი: მისი ექსპერიმენტული მნიშვნელობა არის 5,67×10 -8 W/(m 2 ×K 4).
სტეფანი - ბოლცმანის კანონი, დამოკიდებულების განმსაზღვრელი რ ეტემპერატურაზე, არ იძლევა პასუხს შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრულ შემადგენლობასთან დაკავშირებით. ფუნქციის დამოკიდებულების ექსპერიმენტული მრუდებიდან rλ, Tტალღის სიგრძიდან λ (r λ, T =´ ´ r ν,T) ზე სხვადასხვა ტემპერატურა(სურ.30.2) სურ.31.2.
აქედან გამომდინარეობს, რომ ენერგიის განაწილება შავი სხეულის სპექტრში არათანაბარია. ყველა მოსახვევს აქვს გამოხატული მაქსიმუმი, რომელიც ტემპერატურის მატებასთან ერთად გადადის უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეზე. დამოკიდებულების მრუდით შემოსაზღვრული ფართობი rλ, Tდან λ და აბსცისის ღერძი, პროპორციულია ენერგიის სიკაშკაშესთან რ ეშავი სხეული და, მაშასადამე, სტეფან-ბოლცმანის კანონის მიხედვით, ტემპერატურის ხარისხის მეოთხედები.
ვ.ვინმა, თერმო- და ელექტროდინამიკის კანონებზე დაყრდნობით, დაადგინა ტალღის სიგრძის დამოკიდებულება. λ max შეესაბამება ფუნქციის მაქსიმუმს rλ, T, ტემპერატურაზე T. მიხედვით ვიენის გადაადგილების კანონი,
λ max \u003d b / T, (31.10)
ანუ ტალღის სიგრძე λ
მაქსიმალური შესაბამისი მაქსიმალური ღირებულებასპექტრალური
ენერგიის სიკაშკაშის სიმკვრივე rλ, Tშავი სხეული მისი თერმოდინამიკური ტემპერატურის უკუპროპორციულია. ბ - მუდმივი დანაშაულიმისი ექსპერიმენტული მნიშვნელობა არის 2,9×10 -3 მ×K.
გამოხატვას (31.10) ეწოდება ვიენის გადაადგილების კანონი, ის აჩვენებს ფუნქციის მაქსიმალური პოზიციის გადაადგილებას. rλ, Tროგორც ტემპერატურა იზრდება მოკლე ტალღის სიგრძის რეგიონამდე. ვიენის კანონი განმარტავს, თუ რატომ მცირდება გახურებული სხეულების ტემპერატურა, მათ სპექტრში უფრო მეტად დომინირებს გრძელი ტალღის გამოსხივება (მაგალითად, გარდამავალი თეთრი სითბოწითლდება, როცა ლითონი გაცივდება).
რეილი-ჯინსისა და პლანკის ფორმულები
შტეფან-ბოლცმანისა და ვინის კანონების განხილვიდან გამომდინარეობს, რომ თერმოდინამიკური მიდგომა პოვნის პრობლემის გადასაჭრელად უნივერსალური ფუნქციაკირჩჰოფმა არ მისცა სასურველი შედეგი.
თეორიული დამოკიდებულების დასკვნის მკაცრი მცდელობა rλ, Tეკუთვნის Rayleigh and Jeans-ს, რომლებმაც გამოიყენეს სტატისტიკური ფიზიკის მეთოდები თერმული გამოსხივების მიმართ. კლასიკური კანონი ერთგვაროვანი განაწილებაენერგია თავისუფლების ხარისხით.
რეილი-ჯინსის ფორმულა შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივისთვის აქვს ფორმა:
r ν, ტ = <ე> = კტ, (31.11)
სადაც <Е>= kT– საშუალო ენერგიაოსცილატორი ბუნებრივი სიხშირით ν .
როგორც გამოცდილებამ აჩვენა, გამოხატულება (31.11) შეესაბამება ექსპერიმენტულ მონაცემებს მხოლოდ საკმარისად დაბალი სიხშირის და მაღალი ტემპერატურის რეგიონში. მაღალი სიხშირის რეგიონში ეს ფორმულა არ ეთანხმება ექსპერიმენტს, ისევე როგორც ვიენის გადაადგილების კანონს. და შტეფან-ბოლცმანის კანონის მიღება ამ ფორმულიდან იწვევს აბსურდს. ამ შედეგს ე.წ. ულტრაიისფერი კატასტროფა". იმათ. ფარგლებში კლასიკური ფიზიკავერ აეხსნა ენერგიის განაწილების კანონები შავი სხეულის სპექტრში.
მაღალი სიხშირეების რეგიონში ექსპერიმენტთან კარგი თანხმობა მოცემულია ვიენის ფორმულით (ვიენის რადიაციის კანონი):
r ν, T \u003d Сν 3 A e -Аν / T, (31.12)
სადაც რვ, ტარის შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე, თანდა მაგრამ – მუდმივები. თანამედროვე ნოტაციით გამოყენებით
პლანკის მუდმივი ვინის რადიაციული კანონი შეიძლება დაიწეროს როგორც
r ν, T = . (31.13)
სწორი გამოხატულება, რომელიც შეესაბამება ექსპერიმენტულ მონაცემებს შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივისთვის, აღმოაჩინა პლანკმა. მიხედვით კვანტური ჰიპოთეზაატომური ოსცილატორები არ ასხივებენ ენერგიას განუწყვეტლივ, არამედ გარკვეულ ნაწილებში - კვანტებს, ხოლო კვანტური ენერგია რხევების სიხშირის პროპორციულია.
ე 0 =hν = hс/λ,
სადაც თ\u003d 6.625 × 10 -34 J × s - პლანკის მუდმივი. ვინაიდან გამოსხივება ნაწილებად გამოიყოფა, ოსცილატორის ენერგია ეშეუძლია მიიღოს მხოლოდ გარკვეული დისკრეტული მნიშვნელობები , ენერგიის ელემენტარული ნაწილების მთელი რიცხვის ჯერადი ე 0
E = nhv(ნ= 0,1,2…).
AT ამ საქმესსაშუალო ენერგია<ე> ოსცილატორი არ შეიძლება მივიღოთ ტოლი კტ.
იმ მიახლოებით, რომ ოსცილატორების განაწილება შესაძლო დისკრეტულ მდგომარეობებზე ემორჩილება ბოლცმანის განაწილებას, ოსცილატორის საშუალო ენერგია არის
<ე> = , (31.14)
და ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე განისაზღვრება ფორმულით
r ν, ტ = . (31.15)
პლანკმა გამოიღო კირჩჰოფის უნივერსალური ფუნქციის ფორმულა
რვ, ტ = , (31.16)
რომელიც ეთანხმება ექსპერიმენტულ მონაცემებს შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრებში ენერგიის განაწილების შესახებ სიხშირეებისა და ტემპერატურის მთელ დიაპაზონში.
პლანკის ფორმულიდან, უნივერსალური მუდმივების ცოდნა თ,კდა თანჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ სტეფან-ბოლცმანის მუდმივები σ და ღვინო ბ. და პირიქით. პლანკის ფორმულა კარგად ემთხვევა ექსპერიმენტულ მონაცემებს, მაგრამ ის ასევე შეიცავს თერმული გამოსხივების კონკრეტულ კანონებს, ე.ი. არის სრული გადაწყვეტათერმული გამოსხივების პრობლემები.
ოპტიკური პირომეტრია
თერმული გამოსხივების კანონები გამოიყენება ინკანდესენტური და თვითმნათობი სხეულების (მაგალითად, ვარსკვლავების) ტემპერატურის გასაზომად. მაღალი ტემპერატურის გაზომვის მეთოდებს, რომლებიც იყენებენ ენერგიის სინათლის სპექტრული სიმკვრივის ან სხეულების ინტეგრალური ენერგიის სიკაშკაშეს ტემპერატურაზე დამოკიდებულებას, ეწოდება ოპტიკური პირომეტრია. გაცხელებული სხეულების ტემპერატურის გაზომვის მოწყობილობებს სპექტრის ოპტიკურ დიაპაზონში მათი თერმული გამოსხივების ინტენსივობით ეწოდება პირომეტრები. იმისდა მიხედვით, თუ რომელი თერმული გამოსხივების კანონი გამოიყენება სხეულების ტემპერატურის გაზომვისას, განასხვავებენ რადიაციის, ფერისა და სიკაშკაშის ტემპერატურას.
1. რადიაციული ტემპერატურაარის შავი სხეულის ტემპერატურა, რომლის დროსაც მისი ენერგიის სიკაშკაშე რ ეენერგიის სიკაშკაშის ტოლი რ ტშესწავლილი სხეული. ამ შემთხვევაში აღირიცხება შესასწავლი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე და, შტეფან-ბოლცმანის კანონის მიხედვით, გამოითვლება მისი გამოსხივების ტემპერატურა:
T p =.
რადიაციული ტემპერატურა ტ პსხეული ყოველთვის უფრო დაბალია ვიდრე მისი ნამდვილი ტემპერატურა თ.
2.ფერადი ტემპერატურა. რუხი სხეულებისთვის (ან თვისებებით მათთან ახლოს მყოფი სხეულებისთვის), ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე
R λ,Τ = A Τ r λ,Τ,
სადაც A t =კონსტ < 1. შესაბამისად, ენერგიის განაწილება ნაცრისფერი სხეულის ემისიის სპექტრში იგივეა, რაც შავი სხეულის სპექტრში, რომელსაც აქვს იგივე ტემპერატურა, ამიტომ ნაცრისფერ სხეულებზე ვრცელდება ვიენის გადაადგილების კანონი. ტალღის სიგრძის ცოდნა λ მ სთ, ენერგეტიკული სიკაშკაშის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივის შესაბამისი Rλ, Τშესასწავლი სხეულის ტემპერატურა შეიძლება განისაზღვროს
ტ გ = ბ/ λ მ აჰ,
რომელსაც ფერის ტემპერატურა ეწოდება. ნაცრისფერი სხეულებისთვის ფერის ტემპერატურა ემთხვევა ნამდვილს. სხეულებისთვის, რომლებიც ძალიან განსხვავდება ნაცრისფერისგან (მაგალითად, შერჩევითი შთანთქმის მქონე), ფერის ტემპერატურის კონცეფცია კარგავს თავის მნიშვნელობას. ამ გზით განისაზღვრება მზის ზედაპირზე ტემპერატურა ( ტ გ=6500 K) და ვარსკვლავები.
3.სიკაშკაშის ტემპერატურა T i, არის შავი სხეულის ტემპერატურა, რომლის დროსაც, გარკვეული ტალღის სიგრძეზე, მისი სპექტრული სიმკვრივის ენერგიის სიკაშკაშე უდრის შესასწავლი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშის სპექტრულ სიმკვრივეს, ე.ი.
rλ,Τ = Rλ,Τ,
სადაც თ –ნამდვილი ტემპერატურასხეული, რომელიც ყოველთვის უფრო მაღალია ვიდრე სიკაშკაშე.
გამქრალი ძაფის პირომეტრი ჩვეულებრივ გამოიყენება როგორც სიკაშკაშის პირომეტრი. ამ შემთხვევაში, პირომეტრის ძაფის გამოსახულება გაურკვეველი ხდება ცხელი სხეულის ზედაპირის ფონზე, ანუ ძაფი თითქოს "ქრება". შავი სხეულის დაკალიბრებული მილიამმეტრის გამოყენებით, შეიძლება განისაზღვროს სიკაშკაშის ტემპერატურა.
თერმული სინათლის წყაროები
ცხელი სხეულების სიკაშკაშე გამოიყენება სინათლის წყაროების შესაქმნელად. შავი სხეულები უნდა იყოს თერმული სინათლის საუკეთესო წყარო, რადგან მათი სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშის სიმკვრივე ნებისმიერი ტალღის სიგრძისთვის უფრო მეტია, ვიდრე არაშავი სხეულების სპექტრალური ენერგიის სიკაშკაშის სიმკვრივე, აღებული იმავე ტემპერატურაზე. თუმცა, ირკვევა, რომ ზოგიერთი სხეულისთვის (მაგალითად, ვოლფრამი), რომლებსაც აქვთ თერმული გამოსხივების სელექციურობა, სპექტრის ხილულ რეგიონში რადიაციისადმი მიკუთვნებული ენერგიის წილი გაცილებით დიდია, ვიდრე იმავე ტემპერატურაზე გაცხელებული შავი სხეულისთვის. . ამრიგად, ვოლფრამი, რომელსაც ასევე აქვს მაღალი დნობის წერტილი, არის საუკეთესო მასალანათურის ძაფების დასამზადებლად.
ვაკუუმურ ნათურებში ვოლფრამის ძაფის ტემპერატურა არ უნდა აღემატებოდეს 2450K-ს, რადგან უფრო მაღალ ტემპერატურაზე ხდება მისი ძლიერი დაღვრა. ამ ტემპერატურაზე მაქსიმალური გამოსხივება შეესაბამება ტალღის სიგრძეს 1,1 მკმ, ანუ ის ძალიან შორს არის ადამიანის თვალის მაქსიმალური მგრძნობელობისგან (0,55 μm). ნათურის ნათურების შევსება ინერტული გაზებით (მაგალითად, კრიპტონისა და ქსენონის ნარევი აზოტის დამატებით) 50 კპა წნევის დროს შესაძლებელს ხდის ძაფის ტემპერატურის გაზრდას 3000 K-მდე, რაც იწვევს სპექტრული შემადგენლობის გაუმჯობესებას. რადიაცია. ამასთან, სინათლის გამომუშავება ამ შემთხვევაში არ იზრდება, რადგან ენერგიის დამატებითი დანაკარგები ხდება ძაფისა და გაზს შორის სითბოს გაცვლის გამო თბოგამტარობისა და კონვექციის გამო. სითბოს გადაცემის გამო ენერგიის დანაკარგების შესამცირებლად და გაზით სავსე ნათურების სინათლის გამომუშავების გაზრდის მიზნით, ძაფი მზადდება სპირალის სახით, რომლის ცალკეული ბრუნვები ათბობენ ერთმანეთს. ზე მაღალი ტემპერატურაამ სპირალის ირგვლივ წარმოიქმნება გაზის ფიქსირებული ფენა და გამორიცხულია კონვექციის გამო სითბოს გაცვლა. ენერგოეფექტურობა ინკანდესენტური ნათურები ამჟამად არ აღემატება 5%.
1. რადიაციული ნაკადი. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრის კონცეფცია. ნაკადის განაწილების გაზომვის პრინციპი სპექტრზე. ენერგიის რაოდენობა.
რადიაციის ნაკადი (ძალა) (F) იავლ. ძირითადი სიდიდე გაზომვების ენერგეტიკულ სისტემაში. რადიაციის სიმძლავრე (ან ნაკადი) მიიღება დროში გადაცემული ენერგიად. F-ის მნიშვნელობა გამოიხატება ვატებში (W).
ელექტრომაგნიტური ტალღების დიაპაზონი ყოყმანი, ნ. ბუნებაში საკმაოდ ფართოა და ვრცელდება ანგსტრომის ფრაქციებიდან კილომეტრამდე.
ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრი, მიკრონი
გამა სხივები ____________________________________ 0,0001-ზე ნაკლები
რენტგენი _________________________________ 0,01-0,0001
ულტრაიისფერი სხივები _________________________________ 0,38-0,01
ხილული სინათლე _________________________________________________ 0,78-0,38
ინფრაწითელი სხივები _________________________________1000-0,78
რადიოტალღები _________________________________________________ 1000-ზე მეტი
სპექტრის ოპტიკურ რეგიონს მიეკუთვნება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მხოლოდ ნაწილი ტალღის სიგრძის ინტერვალით λmin = 0,01 μm-დან λmax = 1000 μm-მდე, ასეთი გამოსხივება წარმოიქმნება ატომების ელექტრომაგნიტური აგზნების შედეგად, ვიბრაციული და. მბრუნავი მოძრაობამოლეკულები.
AT ოპტიკური სპექტრიშეიძლება გამოიყოს სამი ძირითადი სფერო: ულტრაიისფერი, ხილული, ინფრაწითელი.
ულტრაიისფერი გამოსხივება წარმოქმნის ყველაზე ძლიერ ფოტონებს და აქვს ძლიერი ფოტოქიმიური ეფექტი.
ხილული სინათლის გამოსხივება, მიუხედავად საკმაოდ ვიწრო ინტერვალისა, საშუალებას გვაძლევს დავინახოთ ჩვენს გარშემო არსებული სამყაროს მთელი მრავალფეროვნება. ასე რომ, ადამიანის თვალი პრაქტიკულად არ აღიქვამს რადიაციას ტალღის სიგრძის უკიდურესი დიაპაზონით (მათ აქვთ სუსტი გავლენა თვალზე), პრაქტიკაში. ხილული სინათლეჩვეულებრივ განიხილება რადიაცია ტალღის სიგრძის დიაპაზონით 400-700 ნმ. ამ გამოსხივებას აქვს მნიშვნელოვანი ფოტოფიზიკური და ფოტოქიმიური ეფექტი, მაგრამ ულტრაიისფერზე ნაკლები.
ფოტონებს აქვთ მინიმალური ენერგია სპექტრის მთელი ოპტიკური რეგიონიდან ინფრაწითელი გამოსხივება. ამ გამოსხივებისთვის ჰარ-მაგრამ თერმული ეფექტიდა, დიდწილად ნაკლები ხარისხი, ფოტოფიზიკური და ფოტოქიმიური. მოქმედება.
2. რადიაციული მიმღების კონცეფცია . მიმღების რეაქციები. რადიაციული მიმღებების კლასიფიკაცია. ხაზოვანი და არაწრფივი მიმღებები. რადიაციის მიმღების სპექტრული მგრძნობელობა.
სხეულები, რომლებშიც ასეთი გარდაქმნები ხდება გავლენით ოპტიკური გამოსხივება, მიღებული განათების ინჟინერიაში საერთო სახელი "რადიაციული მიმღებები"
პირობითად, რადიაციის მიმღებები იყოფა:
1. რადიაციის ბუნებრივი მიმღები არის ადამიანის თვალი.
2. სინათლისადმი მგრძნობიარე მასალები, რომლებიც გამოიყენება გამოსახულების ოპტიკური ჩაწერისთვის.
3. მიმღები ასევე ფოტომგრძნობიარე ელემენტებია საზომი ხელსაწყოები(დენსიტომეტრები, კოლორიმეტრები)
ოპტიკურ გამოსხივებას აქვს მაღალი ენერგია და, შესაბამისად, გავლენას ახდენს ბევრ ნივთიერებასა და ფიზიკურ სხეულზე.
მედიასა და სხეულებში სინათლის შთანთქმის შედეგად, მთელი ხაზიფენომენები (სურათი 2.1, სერ 48)
სხეული, რომელმაც შთანთქა რადიაცია, იწყებს თავის გამოსხივებას. ამ შემთხვევაში, მეორად გამოსხივებას შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული სპექტრული დიაპაზონი შთან შედარებით. N-r, განათების ქვეშ ულტრაიისფერი შუქისხეული ასხივებს ხილულ სინათლეს.
შთანთქმის გამოსხივების ენერგია გარდაიქმნება ელექტრული ენერგია, როგორც ფოტოელექტრული ეფექტის შემთხვევაში, ან აწარმოებს ცვლილებას ელექტრული თვისებებიმასალა, რომელიც გვხვდება ფოტოგამტარებში. ასეთ გარდაქმნებს ე.წ ფოტოფიზიკური.
ფოტოფიზიკური ტრანსფორმაციის კიდევ ერთი სახეობაა რადიაციული ენერგიის გადასვლა თერმული ენერგია. ამ ფენომენმა იპოვა გამოყენება თერმოელემენტებში, რომლებიც გამოიყენება რადიაციის სიმძლავრის გასაზომად.
რადიაციის ენერგია გარდაიქმნება ქიმიურ ენერგიად. ხდება ნივთიერების ფოტოქიმიური ტრანსფორმაცია, რომელიც შთანთქავს სინათლეს. ეს გარდაქმნა ხდება უმეტეს ფოტომგრძნობიარე მასალებში.
სხეულებმა, რომლებშიც ასეთი გარდაქმნები ხდება ოპტიკური გამოსხივების მოქმედებით, მიიღეს საერთო სახელი განათების ინჟინერიაში. "რადიაციული მიმღებები"
ხაზოვანი არაწრფივი მიმღები??????????????????
რადიაციის მიმღების სპექტრული მგრძნობელობა.
მიმღებში ოპტიკური გამოსხივების მოქმედებით ხდება ფოტოქიმიური და ფოტოფიზიკური ტრანსფორმაცია, რაც ცვლის მიმღების თვისებებს.
ამ ცვლილებას ეწოდება მიმღების სასარგებლო პასუხი.
თუმცა, ინციდენტის გამოსხივების მთელი ენერგია არ იხარჯება სასარგებლო რეაქციაზე.
მიმღების ენერგიის ნაწილი არ შეიწოვება და ამიტომ ვერ იწვევს რეაქციას. შთანთქმული ენერგია ასევე მთლიანად არ გარდაიქმნება სასარგებლოდ. მაგალითად, გარდა ფოტოქიმიური ტრანსფორმაციისა, შეიძლება მოხდეს მიმღების გათბობა. პრაქტიკულად გამოიყენა ენერგიის ნაწილი ე.წ. გამოსადეგია და რადიაციული სიმძლავრის პრაქტიკულად გამოყენებული ნაწილი (რადიაციული ნაკადი Ф) არის ეფექტური ნაკადი Ref.
ეფექტური ნაკადის Ref შეფარდება რადიაციული ნაკადის მიმღებთან
დაურეკა მიმღების მგრძნობელობა.
მიმღების უმეტესობისთვის სპექტრული მგრძნობელობა დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე.
Sλ= сРλ eff/Фλ და Рλ eff=КФλSλ
რაოდენობებს უწოდებენ Φλ და Рλ, შესაბამისად, მონოქრომატული გამოსხივების ნაკადი და მონოქრომატული ეფექტური ნაკადი, ხოლო Sλ არის მონოქრომატული სპექტრული მგრძნობელობა.
იმის ცოდნა, რომ ელექტროენერგიის განაწილება სპექტრზე Ф(λ) მიმღებზე გამოსხივების ინციდენტისთვის და მიმღების S(λ) სპექტრული მგრძნობელობა, შესაძლებელია ეფექტური ნაკადის გამოთვლა ფორმულით – Реф=К ∫ Ф(λ) S(λ)dλ
გაზომვა ეხება ∆λ-ის დიაპაზონს, რომელიც შემოიფარგლება მიმღების სპექტრული პასუხით ან გაზომვის სპექტრული დიაპაზონით.
3.თვალის, როგორც მიმღების თავისებურებები. სინათლის ნაკადი. მისი კავშირი გამოსხივების ნაკადთან. ხილვადობის მრუდი. განსხვავება სინათლისა და ენერგიის ნაკადებს შორის 400-700 ნმ დიაპაზონშია.
თვალის, როგორც მიმღების თვისებები.
ვიზუალური აპარატი შედგება რადიაციის მიმღებისგან (თვალები), მხედველობის ნერვები და ტვინის ვიზუალური უბნები. ამ ზონებში, სიგნალები, რომლებიც წარმოიქმნება თვალებში და შედის მხედველობის ნერვების მეშვეობით, გაანალიზებულია და გარდაიქმნება ვიზუალურ სურათებად.
გამოსხივების მიმღები შედგება ორი თვალის კაკლისაგან, რომელთაგან თითოეული, ექვსი გარე კუნთის დახმარებით, ადვილად ბრუნავს ორბიტაზე, როგორც ჰორიზონტალურ, ისე ვერტიკალურ სიბრტყეში. საგნის შემოწმებისას თვალები მკვეთრად მოძრაობს, მონაცვლეობით ფიქსირდება სხვადასხვა წერტილებიობიექტი. ეს მოძრაობა ბუნებით ვექტორულია, ე.ი. თითოეული ნახტომის მიმართულება განისაზღვრება განსახილველი ობიექტით. ნახტომის სიჩქარე ძალიან მაღალია, ხოლო ფიქსაციის წერტილები, სადაც თვალი ჩერდება 0,2-0,5 წმ, ძირითადად განლაგებულია დეტალების საზღვრებთან, სადაც არის სიკაშკაშის განსხვავებები. "სტოპების" დროს თვალი არ ისვენებს, მაგრამ აკეთებს სწრაფ მიკრომოძრაობებს ფიქსაციის წერტილთან შედარებით. მიუხედავად ამ მიკროსაკადებისა, ფიქსაციის წერტილებში ობიექტის დაკვირვებული არე ორიენტირებულია თვალებიდან სინათლისადმი მგრძნობიარე ბადურის ფოვეაზე.
სურ.2.4 (თვალის ჰორიზონტალური მონაკვეთი) გვ.56
სინათლის ნაკადი(F) მანათობელი ნაკადით, ზოგადად, გვესმის რადიაციის ძალა, რომელიც შეფასებულია მისი ზემოქმედებით ადამიანის თვალზე. მანათობელი ნაკადის ერთეული არის სანათური (lm).
თვალზე სინათლის ნაკადის მოქმედება იწვევს მის გარკვეულ რეაქციას. სინათლის ნაკადის მოქმედების დონიდან გამომდინარე, მუშაობს ამა თუ იმ ტიპის სინათლისადმი მგრძნობიარე თვალის მიმღები, სახელწოდებით წნელები ან კონუსები. პირობებში დაბალი დონეგანათება (მაგ., მთვარის შუქზე), თვალი ხედავს მიმდებარე ობიექტებს ღეროების გამო. განათების მაღალ დონეზე, დღისით მხედველობის აპარატი, რომელზეც გირჩებია პასუხისმგებელი, იწყებს მუშაობას.
გარდა ამისა, გირჩები იყოფა სამ ჯგუფად მათი სინათლისადმი მგრძნობიარე ნივთიერების მიხედვით, განსხვავებული მგრძნობელობით სხვადასხვა სფეროებშისპექტრი. ამიტომ, ღეროებისგან განსხვავებით, ისინი რეაგირებენ არა მხოლოდ სინათლის ნაკადზე, არამედ მის სპექტრულ შემადგენლობაზეც.
ამასთან დაკავშირებით შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სინათლის მოქმედება ორგანზომილებიანია. რაოდენობრივი მახასიათებელითვალის რეაქციები, რომლებიც დაკავშირებულია განათების დონესთან, ე.წ. მსუბუქი. ხარისხის მახასიათებელი ასოცირდება სხვადასხვა დონეზეკონუსების სამი ჯგუფის რეაქცია, რომელსაც ქრომატულობა ეწოდება.
მნიშვნელოვანი მახასიათებელი yavl განაწილების მრუდი თვალის ფარდობითი სპექტრული მგრძნობელობის (ფარდობითი სპექტრული მანათობელი ეფექტურობა) დღის შუქზე νλ =f(λ) ნახ.1.3 გვ.9
პრაქტიკაში დადგინდა, რომ დღის განათების პირობებში ადამიანის თვალს აქვს მაქსიმალური მგრძნობელობა გამოსხივების მიმართ ლამდა = 555 ნმ (V555 = 1) ამ შემთხვევაში, მანათობელი ნაკადის თითოეულ ერთეულს F555 აქვს გამოსხივების სიმძლავრე Ф555 = 0,00146W. მანათობელი ნაკადის F555 და Ф555 თანაფარდობა ეწოდება სპექტრალური სინათლის ეფექტურობა.
K= F555/F555=1/0.00146=680 (ლმ/ვ)
ან რადიაციის ნებისმიერი ტალღის სიგრძისთვის ხილულ დიაპაზონში K=const:
K \u003d 1 / V (λ) * F λ / Ф λ \u003d 680. (ერთი)
ფორმულის (1) გამოყენებით, შესაძლებელია დადგინდეს კავშირი მანათობელ ნაკადსა და გამოსხივების ნაკადს შორის.
Fλ = 680 * Vλ * Фл
ინტეგრირებული რადიაციისთვის
F= 680 ∫ Vλ Φλ dλ
4. ფოტოაქტიური ნაკადი. Ზოგადი ინფორმაციაეფექტური ნაკადის შესახებ. მონოქრომატული და ინტეგრალური ნაკადები. აქტინიზმი .
განათების ინჟინერიასა და რეპროდუქციის ტექნოლოგიაში გამოიყენება ორი სახის ეფექტური ნაკადი: მსუბუქი F და ფოტოაქტიური A.
მანათობელი ნაკადი დაკავშირებულია სიმძლავრესთან (რადიაციული ნაკადი Ф) შემდეგი გამოსახულებით:
F=680 ∫ Ф(λ) V(λ) dλ
400 ნმ
სადაც Ф(λ) არის რადიაციის სიმძლავრის განაწილება სპექტრზე, V(λ) არის ფარდობითი სპექტრული მანათობელი ეფექტურობის მრუდი (ხილვადობის მრუდი), და 680 არის კოეფიციენტი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ გადახვიდეთ ვატიდან ლუმენამდე. მას ეწოდება მანათობელი ნაკადის ეკვივალენტი და გამოიხატება lm/W.
თუ მანათობელი ნაკადი ეცემა ნებისმიერ ზედაპირზე, მის სიმკვრივეს ეწოდება განათება. განათება E დაკავშირებულია მანათობელ ნაკადთან ფორმულით
სადაც Q არის ფართობი m-ში განათების ერთეული არის ლუქსი (kl)
სინათლისადმი მგრძნობიარე მასალებისთვის და საზომი მოწყობილობების ფოტოდეტექტორებისთვის გამოიყენეთ ფოტოაქტინური ნაკადია.
ეს არის ეფექტური ნაკადი, რომელიც განსაზღვრულია გამოხატვით
A = ∫ Ф (λ) S (λ) dλ
თუ სპექტრული დიაპაზონი, რომელშიც გაზომვა ხდება შეზღუდულია λ1 და λ2 ტალღის სიგრძით, მაშინ გამოხატულება ფოტოაქტინური ნაკადიმიიღებს ფორმას
A \u003d ∫ F (λ) * S (λ) dλ
λ1
საზომი ერთეული A დამოკიდებულია სპექტრული მგრძნობელობის საზომ ერთეულზე. თუ Sλ არის ფარდობითი ღირებულება, და იზომება ვატებში. თუ Sλ-ს აქვს განზომილება, ე.ი.
m/J, მაშინ ეს გავლენას მოახდენს ფოტოაქტინური ნაკადის განზომილებაში
ფოტოაქტინური ნაკადის ზედაპირის სიმკვრივე განათებულ ზედაპირზე naz რადიაციული აქტიურობაა, ა= dA/ dQ
თუ მიმღების ზედაპირი თანაბრად არის განათებული, მაშინ a=A/Q.
მონოქრომატული გამოსხივებისთვის.
Fλ = 680 * Vλ * Фл
ინტეგრირებული რადიაციისთვის
F= 680 ∫ Vλ Φλ dλ
აქტინიზმი -განათების ანალოგი. მისი საზომი ერთეული დამოკიდებულია A განზომილებაში
თუ A - W, მაშინ a-W / m
სურ.2.2 გვ.52
რაც უფრო დიდია გამოსხივების აქტიურობა, მით უფრო ეფექტურად გამოიყენება რადიაციული ენერგია და მით მეტია სხვა თანაბარი პირობები, მიმღების პასუხი სასარგებლო იქნება.
მაქსიმალური აქტიურობის მისაღწევად, სასურველია მიმღების მაქსიმალური სპექტრული მგრძნობელობა და მაქსიმალური გამოსხივების სიმძლავრე მოხვდეს სპექტრის იმავე ზონებზე. ეს მოსაზრება ხელმძღვანელობს სინათლის წყაროს შერჩევას კონკრეტული ტიპის სინათლისადმი მგრძნობიარე მასალებზე გამოსახულების მისაღებად.
მაგალითად, კოპირების პროცესი.
ასლის ფენები, რომლებიც გამოიყენება საბეჭდი ფირფიტების დასამზადებლად, მგრძნობიარეა ულტრაიისფერი და ლურჯი-იისფერი გამოსხივების მიმართ. ისინი არ რეაგირებენ ხილული სპექტრის სხვა ზონების გამოსხივებაზე. ამიტომ კოპირების პროცესის განსახორციელებლად იყენებენ
ლითონის ჰალოგენური ნათურები, მდიდარია ულტრაიისფერი და ლურჯი სპექტრის გამოსხივებით.
ნახ 2.3. გვერდი 53 სახელმძღვანელო
5. ფერის ტემპერატურა. აბსოლუტური შავი სხეულის სიკაშკაშის მრუდები ზე სხვადასხვა ტემპერატურა. ნორმალიზებული მრუდის კონცეფცია. ტერმინის განმარტება „ფერის ტემპერატურა“. რადიაციის ფერის მიმართულება იცვლება ფერის ტემპერატურის ცვლილებით.
ფერის ტემპერატურა ნიშნავს სრულიად შავი სხეულის ტემპერატურას კელვინებში, რომლის დროსაც გამოსხივებას აქვს იგივე ფერი, რაც განხილულს. ვოლფრამის ძაფით ინკანდესენტური ნათურებისთვის, რადიაციის სპექტრული განაწილება პროპორციულია მთლიანად შავი სხეულის რადიაციის სპექტრული განაწილების ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 360-1000 ნმ. მოცემულისთვის შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრული შემადგენლობის გამოთვლა აბსოლუტური ტემპერატურამისი გაცხელებით შეგიძლიათ გამოიყენოთ პლანკის ფორმულა:
e -5 s 2 / λ ტ
Rλ \u003d C1 λ (e -1)
უჰ
სადაც Rλ არის სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშე, C1 და C2 მუდმივებია, e არის ბაზა ბუნებრივი ლოგარითმები, T-აბსოლუტური ტემპერატურა, კ
ექსპერიმენტულად, ფერის ტემპერატურა განისაზღვრება აქტიურობების ლურჯი-წითელი თანაფარდობის მნიშვნელობით. აქტიურობა-განათება, ეფექტური ფოტოდეტექტორთან მიმართებაში:
Ал = Фл Sλ / Q = El Sλ
სადაც Ф არის გასხივოსნებული ნაკადი, Sλ არის ფოტოდეტექტორის მგრძნობელობა, Qλ არის მისი ფართობი.
თუ სინათლის მრიცხველი გამოიყენება როგორც ფოტოდეტექტორი, მაშინ აქტიურობა არის განათება, რომელიც განისაზღვრება, როდესაც ფოტოცელი დაცულია ლურჯი და წითელი სინათლის ფილტრებით.
ტექნიკურად, გაზომვა ხდება შემდეგნაირად.
სინათლის მრიცხველის ფოტოცელი მონაცვლეობით არის დაცული სპეციალურად შერჩეული ლურჯი და წითელი სინათლის ფილტრებით. სინათლის ფილტრები უნდა იყოს ზონალური და ჰქონდეს იგივე სიმრავლე გადაცემის ზონაში. ლუქსმეტრის გალვანომეტრი განსაზღვრავს განათებას გაზომილი წყაროდან თითოეული ფილტრისთვის. გამოთვალეთ ლურჯი-წითელი თანაფარდობა ფორმულის გამოყენებით
K \u003d Ac / Ak \u003d Es / Ek
განრიგი გვერდი 6 ლაბორატორიის მონა
ფლ. ამისათვის, პლანკის ფორმულის მიხედვით, გამოითვლება სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშის მნიშვნელობები. შემდეგი, შედეგად მიღებული ფუნქცია ნორმალიზდება. რაციონირება მოიცავს ყველა მნიშვნელობის პროპორციულ შემცირებას ან ზრდას ამ გზით
ისე, რომ ფუნქცია გადის წერტილში კოორდინატების λ= 560nm, lg R560 =2.0
ან λ= 560 ნმ, R560 rel = 100 ამ შემთხვევაში მიჩნეულია, რომ თითოეული მნიშვნელობა ეხება გაანგარიშების საფეხურის შესაბამის სპექტრულ ინტერვალს ∆λ.
∆λ=10 ნმ, სიკაშკაშე 100 ვტ*მ შეესაბამება 560 ნმ ტალღის სიგრძეს ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 555-565 ნმ.
ნახ 1.2 გვერდი 7 ლაბორატორიის მონა
სპექტრალური დამოკიდებულების ფუნქციის გამოყენებით Rλ = f λ, შეგიძლიათ იპოვოთ ფუნქციები E λ = Фλ = f λ ამისათვის გამოიყენეთ ფორმულები.
E- განათება, R-განათება, F- ენერგიის ნაკადი, Q- ფართობი
6. სინათლის წყარო. მათი სპექტრული მახასიათებლები. სინათლის წყაროების კლასიფიკაცია გამოსხივების ტიპის მიხედვით. პლანკის და ვინის ფორმულა.
7. გამოსხივების წყაროების ფოტომეტრული თვისებები. კლასიფიკაცია მიერ გეომეტრიული სიდიდეები: წერტილი და გაფართოებული სინათლის წყაროები, ფოტომეტრული სხეული.
ემიტერის ზომების თანაფარდობიდან და ველის შესწავლილ წერტილამდე მანძილის მიხედვით, გამოსხივების წყაროები შეიძლება დაიყოს 2 ჯგუფად:
1) გამოსხივების წერტილოვანი წყაროები
2) სასრული ზომების წყარო (წრფივი წყარო) გამოსხივების წყარო, რომლის ზომები მნიშვნელოვნად არის ნაკლები მანძილიშესასწავლ პუნქტს ეწოდება წერტილი. პრაქტიკაში, წერტილის წყარო მიიღება ისეთ წყაროდ, რომლის მაქსიმალური ზომა მინიმუმ 10-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე მანძილი რადიაციის მიმღებამდე. ასეთი გამოსხივების წყაროებისთვის დაცულია მანძილის შებრუნებული კვადრატული კანონი.
E=I/r 2 კოსინუს ალფა, სადაც ალფა=კუთხე სინათლის სხივსა და C ზედაპირთან პერპენდიკულარულს შორის.
თუ იმ წერტილიდან, სადაც განლაგებულია რადიაციის წერტილის წყარო, განზე სხვადასხვა მიმართულებებისივრცე არის ერთეული გამოსხივების სიძლიერის ვექტორები და ხაზავს ზედაპირს მათ ბოლოებში, შემდეგ მივიღებთ წყაროს გამოსხივების სიძლიერის ფოტომეტრულ სხეულს. ასეთი სხეული მთლიანად ახასიათებს მოცემული წყაროს რადიაციული ნაკადის განაწილებას მიმდებარე სივრცეში
8. რადიაციის გარდაქმნა ოპტიკური მედიით. გამოსხივების გარდაქმნის მახასიათებლები: სინათლის კოეფიციენტები, სიმრავლეები, ოპტიკური სიმკვრივეები, მათ შორის ურთიერთობა. ფილტრები ტერმინის განმარტება. სპექტრული მრუდი, როგორც უნივერსალური ფილტრის მახასიათებელი.
როდესაც გამოსხივების ნაკადი Ф0 ურტყამს ნამდვილი სხეული(ოპტიკური საშუალება), მისი Ф(ro) ნაწილი აირეკლება ზედაპირით, Ф(ალფა) ნაწილი შეიწოვება სხეულით, ხოლო Ф(tau) ნაწილი გადის მასში. სხეულის უნარი ( ოპტიკური გარემო) ასეთ ტრანსფორმაციას ახასიათებს ასახვის კოეფიციენტი ro=Fro/Ф0, კოეფიციენტი tau=Ftau/Ф0.
თუ კოეფიციენტები განისაზღვრება სინათლის ნაკადების გადაქცევით (F, lm), მაშინ მათ უწოდებენ სინათლეს (ფოტომეტრიული)
Rosv \u003d Fo / Fo; Alphasw=Falpha/Fо; tausv=Ftau/Fо
ოპტიკური და მსუბუქი კოეფიციენტებისთვის, განცხადება მართალია, რომ მათი ჯამი არის 1.0 (po + alpha + tau \u003d 1)
არსებობს კიდევ ორი სახის კოეფიციენტი - მონოქრომატული და ზონალური. პირველი აფასებს ოპტიკური საშუალების ეფექტს მონოქრომატულ გამოსხივებაზე ლამბდას ტალღის სიგრძით.
ზონალური კოეფიციენტები აფასებენ რადიაციის ნასესხების კონვერტაციას სპექტრის ზონებიდან (ლურჯი დელტა ლამბდა = 400-500 ნმ, მწვანე დელტა ლამბდა = 500-600 ნმ და წითელი დელტა ლამბდა = 600-700 ნმ)
9. ბუგერ-ლამბერტ-ლუდის კანონი. კანონმდებლობით დაწესებული რაოდენობები. ოპტიკური სიმკვრივის მატება, როგორც მთავარი დასკვნა ბუგე-ლამბერტ-ლუდის კანონიდან. სინათლის გაფანტვის მაჩვენებლები, მედიის სიმღვრივე. სინათლის გაფანტვის სახეები.
F 0 /F t =10 kl , k- შთანთქმის სიჩქარე. ლუდმა აღმოაჩინა, რომ შთანთქმის ინდექსი ასევე დამოკიდებულია სინათლის შთამნთქმელი ნივთიერების კონცენტრაციაზე c, k \u003d Xc, x არის მოლარული შთანთქმის ინდექსი, გამოხატული, როგორც ფენის სისქის საპასუხო, რომელიც ასუსტებს შუქს კონცენტრაციაზე 10-ჯერ. მასში შემავალი სინათლის შთამნთქმელი ნივთიერების 1 მოლ/ლ.
Bouguer-Lambert-Beer კანონის გამომხატველი საბოლოო განტოლება ასე გამოიყურება: F0 / Ft \u003d 10 Xc1-ის სიმძლავრემდე
ფენის მიერ გადაცემული მანათობელი ნაკადი დაკავშირებულია შემცირებულ ნაკადთან ექსპონენციალურად მოლარის შთანთქმის ინდექსის, ფენის სისქის და სინათლის შთამნთქმელი ნივთიერების კონცენტრაციის მეშვეობით. ეს გამომდინარეობს განხილული კანონიდან ფიზიკური მნიშვნელობაოპტიკური სიმკვრივის ცნებები. გამოხატვის Ф0/Фт=10 Xc1 სიმძლავრის ინტეგრირებით
ჩვენ ვიღებთ D \u003d X * s * l, მათ. ოპტიკური სიმკვრივეგარემო დამოკიდებულია მის ბუნებაზე, პროპორციულია მისი სისქისა და სინათლის შთამნთქმელი in-va კონცენტრაციისა. ვინაიდან ბუგე-ლამბერტ-ლუდის კანონი ახასიათებს შთანთქმის სინათლის ნაწილს გადაცემული სინათლის ფრაქციის მეშვეობით, ის არ ითვალისწინებს არეკლილ და გაფანტულ შუქს. გარდა ამისა, მიღებული კავშირი, რომელიც გამოხატავს ბუგერ-ლამბერტ-ლუდის კანონს, მოქმედებს მხოლოდ ერთგვაროვანი მედიისთვის და არ ითვალისწინებს სხეულების ზედაპირიდან სინათლის არეკვლის დაკარგვას. კანონიდან გადახვევა იწვევს ოპტიკური მედიის არადამატებას.
მანათობელი ნაკადი - სინათლის ენერგიის ძალა, ეფექტური მნიშვნელობა, რომელიც იზომება ლუმენებში:
Ф = (JQ/dt. (1.6)
მანათობელი ნაკადის ერთეული არის სანათური (lm); 1 lm შეესაბამება მანათობელ ნაკადს, რომელიც გამოყოფს ერთეულ მყარ კუთხეში წერტილის იზოტროპული წყაროს სინათლის ინტენსივობით 1 კანდელა (კაპდელას განმარტება მოცემულია ქვემოთ).
მონოქრომატული სინათლის გამომუშავება
F(A. dk) = Kt. m Fe, (L, dk) Vx = 683 Fe, (A, dk) Vx.
რთული გამოსხივების მანათობელი ნაკადი: წრფივი სპეკირით
Ф=683£Ф,(Л„ dk)VXh
კონტინუუმი
სადაც n არის ხაზების რაოდენობა სპექტრში; ფ<>D,(A.) არის რადიაციული ნაკადის სპექტრული სიმკვრივის ფუნქცია.
sshs სწავლობს ( ენერგეტიკული ძალასინათლე) le(x^ - რადიაციული ნაკადის სივრცითი სიმკვრივე, რიცხობრივად თანაფარდობის ტოლირადიაციული ნაკადის c1Fe მყარ კუთხეს t/£2, რომლის ფარგლებშიც ნაკადი ვრცელდება და თანაბრად ნაწილდება:
>ea v=d გამოსხივების სიძლიერე განსაზღვრავს მყარი კუთხის თავზე მდებარე წერტილის წყაროს გამოსხივების სივრცულ სიმკვრივეს (ნახ. 1.3). მიმართულება 1ef მიღებულია როგორც მყარი კუთხის ღერძი dLl. ორიენტირებულია a და P კუთხეებით გრძივი და განივი სიბრტყეებში. რადიაციის სიძლიერის ერთეულს, W/sr, სახელი არ აქვს. წერტილის წყაროს რადიაციული ნაკადის სივრცითი განაწილება ცალსახად განისაზღვრება მისი ფოტომეტრიული სხეულით - სივრცის ნაწილი, რომელიც შემოსაზღვრულია ზედაპირით, რომელიც გავლებულია რადიაციული ძალის რადიუს-ვექტორების ბოლოებით. ფოტომეტრული გელის განივი კვეთა სიბრტყით, რომელიც გადის საწყისსა და წერტილოვან წყაროზე, განსაზღვრავს წყაროს მანათობელი ინტენსივობის მრუდს (CLC) მოცემული მონაკვეთის სიბრტყისთვის. თუ ფოტომეტრულ სხეულს აქვს სიმეტრიის ღერძი, გამოსხივების წყარო ახასიათებს KSS გრძივი სიბრტყეში (ნახ. 1.4). წერტილოვანი მრგვალ-სიმეტრიული გამოსხივების წყაროს რადიაციული ნაკადი F? \u003d jle (a) dLi \u003d 2l J le (a) sin ada, სადაც Dj არის ზონალური მყარი კუთხე, რომლის ფარგლებშიც ვრცელდება წყაროს გამოსხივება; გრძივი სიბრტყეში განისაზღვრება კუთხეებით „| და ". წერტილის წყაროს სინათლის ინტენსივობა - სინათლის ნაკადის სივრცითი სიმკვრივე laf,=dФ/dQ. (1.8) კანდელა (cd) არის მანათობელი ინტენსივობის ერთეული (SI სისტემის ერთ-ერთი ძირითადი ერთეული). კანდელა უდრის პერპენდიკულარული მიმართულებით გამოსხივებული სინათლის ინტენსივობას შავი სხეულის 1/600000 მ2 ფართობიდან პლატინის გამაგრების ტემპერატურაზე T = 2045 K და წნევა 101325 Pa. მანათობელი ნაკადი IS განისაზღვრება CSS-ით, თუ ფოტომეტრულ სხეულს აქვს სიმეტრიის ღერძი. თუ KSS / (a) მოცემულია გრაფიკით ან ცხრილით, წყაროს მანათობელი ნაკადის გაანგარიშება განისაზღვრება გამოხატვით F \u003d £ / shdts-, + i, სადაც /w - სინათლის ინტენსივობის srslnss მნიშვნელობა ზონალურ მყარ კუთხეში; Dj, (+| = 2n(cos a, - cos a, _|) (იხ. ცხრილი 1.1). ენერგეტიკული სიკაშკაშე (გასხივოსნება) - რადიაციული ნაკადის თანაფარდობა, რომელიც წარმოიქმნება განხილული მცირე ზედაპირის ფართობიდან ლოგოს ფართობთან: M e \u003d (1Fe / dA; Mex\u003e \u003d Fe / A, (1.9) სადაც d$>e და Ф(. - რადიაციული ნაკადები, რომლებიც გამოსხივებულია ზედაპირის ფართობით dA ან ზედაპირით A. ენერგიის სიკაშკაშის ერთეული (W/m2) არის გასხივოსნების ნაკადი. გამოსხივებული 1 მ2 ზედაპირიდან; ამ ერთეულს სახელი არ აქვს. სიკაშკაშე - მანათობელი ნაკადის თანაფარდობა, რომელიც წარმოიქმნება განხილული ზედაპირის მცირე ფართობიდან ამ ტერიტორიის ფართობთან: M =
სადაც ёF და Ф - სინათლის ნაკადები, რომლებიც გამოსხივებულია ზედაპირის ფართობით dA ან ზედაპირით A. სიკაშკაშე იზომება lm/m2 - ეს არის მანათობელი ნაკადი, რომელიც გამოიყოფა 1 m2-დან. ენერგეტიკული განათება (გამოსხივება) - გასხივოსნებული ნაკადის სიმკვრივე, მაგრამ დასხივებული ზედაპირი Ee \u003d (1Fe / s1A; Ecp \u003d Fe / A, (1.11) სადაც Ee, Eср - შესაბამისად, ზედაპირის ფართობის dA და ზედაპირის საშუალო დასხივება A. დასხივების გაზომვის ერთეულზე. Wg/m2. აიღეთ ისეთი გამოსხივება, რომელზედაც გასხივოსნებული ნაკადის 1 ვტ ეცემა და თანაბრად ნაწილდება 1 მ2 ზედაპირზე; ამ ერთეულს სახელი არ აქვს. განათება - მანათობელი ნაკადის სიმკვრივე განათებულ ზედაპირზე dF.=d<>/dA Еср - F/L, (1.12) სადაც dE და Еср არის ზედაპირის ფართობის dA განათება და ზედაპირის A საშუალო განათება. ლუქსი (lx) არის განათების ერთეული. 1 ლუქსის განათებას აქვს ზედაპირი, რომლის 1 მ2-ზე მოდის 1 ლმ მანათობელი ნაკადი და თანაბრად ნაწილდება მასზე. სხეულის ან მისი ზედაპირის მონაკვეთის ენერგეტიკული სიკაშკაშე a მიმართულებით არის ნანონაწილაკებში a გამოსხივების სიძლიერის თანაფარდობა ამ მიმართულების პერპენდიკულარულ სიბრტყეზე გამოსხივების ზედაპირის პროექციასთან (ნახ. 1.5): ~ dIshch / (dA cos ss), ~ ^ey. ^" (1-13) სადაც Leu და Lcr არის ზედაპირის ფართობის dA და A ზედაპირის ენერგეტიკული გამოსხივება a მიმართულებით, რომლის პროგნოზები ამ მიმართულების პერპენდიკულარულ სიბრტყეზე უდრის შესაბამისად dAcosa-ს და a-ს; dleu და ea, შესაბამისად, გამოსხივების სიძლიერეა, რომელსაც ასხივებს dA და A მიმართულებით a. ბრტყელი ზედაპირის B 1 M ენერგეტიკული სიკაშკაშე აღებულია გასხივოსნების ერთეულად. პერპენდიკულარული მიმართულებით 1 ვგ/სრ რადიაციის ძალით. ამ ერთეულს (W/srm2) სახელი არ აქვს. სიკაშკაშე სხეულის a მიმართულებით ან მისი ზედაპირის მონაკვეთის ტოლია ამ მიმართულებით მანათობელი ინტენსივობის თანაფარდობაზე ზედაპირის პროექციასთან: La = dIa/(dAcosa); /.acp = /a/a, (1.14) სადაც /u და Lacp არის ზედაპირის ფართობის სიკაშკაშე dA და ზედაპირის A მიმართულებით. რომლის პროგნოზები ამ მიმართულების პერპენდიკულარულ სიბრტყეზე შესაბამისად უდრის dA cos a და a; დლა. 1a - შესაბამისად, სინათლის ინტენსივობა, რომელსაც ასხივებენ ზედაპირები dA და A მიმართულებით a. სიკაშკაშის საზომი ერთეული (cd/m2) არის ისეთი ბრტყელი ზედაპირის სიკაშკაშე, რომელიც პერპენდიკულარული მიმართულებით ასხივებს მანათობელ ინტენსივობას 1 cd 1 მ2 ფართობიდან. ექვივალენტური სიკაშკაშე. ბინდის ხედვის პირობებში, მხედველობის ორგანოს შედარებითი სპექტრული მანათობელი ეფექტურობა დამოკიდებულია Y (X, /.) ადაპტაციის დონეზე და იკავებს შუალედურ პოზიციას K (A) და Y "(X) შორის, ნაჩვენებია ნახ. 1.2 ამ პირობებში მათი შესწავლა სხვადასხვა სპექტრული შემადგენლობის, ერთი და იგივე სიკაშკაშე დღის ხედვისთვის, მაგრამ განსხვავებული სიკაშკაშე თვალისთვის (პურკინსის ეფექტი), მაგალითად, ლურჯი უფრო კაშკაშა იქნება ვიდრე წითელი. ბინდის ხედვის სფეროში, კონცეფცია. გამოიყენება ექვივალენტური სიკაშკაშე. თქვენ შეგიძლიათ აირჩიოთ გარკვეული სპექტრული კომპოზიციის გამოსხივება, რომლისთვისაც სიკაშკაშე ყველა დონეზე ვარაუდობენ რადიაციის სიმძლავრის პროპორციულად. ა.ა. გერშუნმა [1] შესთავაზა, რომ ისინი ასეთებად განიხილებოდნენ. სახელწოდებით მინიშნება, გამოიყენოს შავი სხეულის გამოსხივება პლატინის გამაგრების ტემპერატურაზე. მათი შესწავლა განსხვავებული სპექტრული შემადგენლობის, სიკაშკაშით ტოლი საცნობარო შემადგენლობის შესახებ, ექნება მასთან იგივე ექვივალენტური სიკაშკაშე, თუმცა სტანდარტული გამოსხივების სიკაშკაშე განსხვავებული იქნება. ეკვივალენტური სიკაშკაშე შესაძლებელს ხდის სხვადასხვა გამოსხივების შედარებას მათი მანათობელი ეფექტით, თუნდაც ფარდობითი სპექტრული მგრძნობელობის ფუნქციის გაურკვევლობის პირობებში. რადიაციის რაოდენობრივი დასადგენად გამოიყენება რაოდენობების საკმაოდ ფართო დიაპაზონი, რომელიც პირობითად შეიძლება დაიყოს ერთეულების ორ სისტემად: ენერგია და სინათლე. ამ შემთხვევაში ენერგიის სიდიდეები ახასიათებს რადიაციას, რომელიც დაკავშირებულია სპექტრის მთელ ოპტიკურ რეგიონთან, ხოლო განათების რაოდენობა ახასიათებს ხილულ გამოსხივებას. ენერგიის რაოდენობა შესაბამისი განათების რაოდენობების პროპორციულია. ენერგეტიკულ სისტემაში მთავარი სიდიდე, რომელიც შესაძლებელს ხდის გამოსხივების რაოდენობის მსჯელობას, არის რადიაციული ნაკადი Ph, ან რადიაციული სიმძლავრე, ე.ი. ენერგიის რაოდენობა ვ, გამოსხივებული, გადატანილი ან შეიწოვება დროის ერთეულში: Fe-ის მნიშვნელობა გამოიხატება ვატებში (W). - ენერგიის ერთეული უმეტეს შემთხვევაში ისინი არ ითვალისწინებენ რადიაციის გამოჩენის კვანტურ ბუნებას და მას უწყვეტად მიიჩნევენ. რადიაციის თვისებრივი მახასიათებელია რადიაციული ნაკადის განაწილება სპექტრზე. უწყვეტი სპექტრის მქონე გამოსხივებისთვის შემოღებულია კონცეფცია რადიაციული ნაკადის სპექტრული სიმკვრივე (
)
- რადიაციის სიმძლავრის თანაფარდობა, რომელიც მიეკუთვნება სპექტრის გარკვეულ ვიწრო მონაკვეთს ამ მონაკვეთის სიგანესთან (ნახ. 2.2). ვიწრო სპექტრული დიაპაზონისთვის დ
რადიაციული ნაკადი არის dФ
.
ორდინატი გვიჩვენებს რადიაციის ნაკადის სპექტრულ სიმკვრივეს
= dФ
/დ
,
ამრიგად, ნაკადი წარმოდგენილია გრაფიკის ელემენტარული მონაკვეთის ფართობით, ე.ი. სურათი 2.2 - სპექტრული ნაკადის სიმკვრივის დამოკიდებულება
გამოსხივება ტალღის სიგრძიდან
ე ქვეშ მანათობელი ნაკადი ფზოგადად, გაიგეთ რადიაციის ძალა, რომელიც შეფასებულია ადამიანის თვალზე მისი გავლენით. მანათობელი ნაკადის ერთეული არის სანათური (ლმ). - განათების ერთეული თვალზე სინათლის ნაკადის მოქმედება იწვევს მის გარკვეულ რეაქციას. სინათლის ნაკადის მოქმედების დონიდან გამომდინარე, მუშაობს ამა თუ იმ ტიპის სინათლისადმი მგრძნობიარე თვალის მიმღები, სახელწოდებით წნელები ან კონუსები. დაბალი განათების პირობებში (მაგალითად, მთვარის შუქზე), თვალი ხედავს მიმდებარე ობიექტებს ღეროების გამო. განათების მაღალ დონეზე, დღისით მხედველობის აპარატი, რომელზეც გირჩებია პასუხისმგებელი, იწყებს მუშაობას. გარდა ამისა, კონუსები იყოფა სამ ჯგუფად მათი სინათლისადმი მგრძნობიარე ნივთიერების მიხედვით, განსხვავებული მგრძნობელობით სპექტრის სხვადასხვა რეგიონში. ამიტომ, ღეროებისგან განსხვავებით, ისინი რეაგირებენ არა მხოლოდ სინათლის ნაკადზე, არამედ მის სპექტრულ შემადგენლობაზეც. ამასთან დაკავშირებით, შეიძლება ითქვას, რომ მსუბუქი მოქმედება ორგანზომილებიანი. თვალის რეაქციის რაოდენობრივ მახასიათებელს, რომელიც დაკავშირებულია განათების დონესთან, ეწოდება სიმსუბუქე.კონუსების სამი ჯგუფის რეაქციის განსხვავებულ დონესთან დაკავშირებული თვისებრივი მახასიათებელი ეწოდება ქრომატულობა. სინათლის ძალა
(მე).
განათების ტექნოლოგიაში ეს მნიშვნელობა აღებულია როგორც ძირითადი. ამ არჩევანს არ აქვს ფუნდამენტური საფუძველი, მაგრამ კეთდება მოხერხებულობის მიზეზების გამო სინათლის ინტენსივობა არ არის დამოკიდებული მანძილზე. მანათობელი ინტენსივობის ცნება ეხება მხოლოდ წერტილოვან წყაროებს, ე.ი. წყაროებზე, რომელთა ზომები მცირეა მათგან განათებულ ზედაპირამდე მანძილთან შედარებით. წერტილის წყაროს მანათობელი ინტენსივობა გარკვეული მიმართულებით არის მყარი კუთხის ერთეულზე
სინათლის ნაკადი ფგამოშვებული ამ წყაროს მიერ მოცემული მიმართულებით: მე =F / Ω ენერგიამანათობელი ინტენსივობა გამოიხატება ვატებში სტერადიანზე ( სამ/ოთხ). უკან განათებამიღებულია მანათობელი ინტენსივობის ერთეული კანდელა(cd) არის წერტილის წყაროს მანათობელი ინტენსივობა, რომელიც ასხივებს მანათობელ ნაკადს 1 lm, თანაბრად განაწილებული 1 სტერადიანი (sr) მყარი კუთხით. მყარი კუთხე არის სივრცის ნაწილი, რომელიც შემოსაზღვრულია კონუსური ზედაპირით და დახურული მრუდი კონტურით, რომელიც არ გადის კუთხის წვეროზე (ნახ. 2.3). როდესაც კონუსური ზედაპირი შეკუმშულია, სფერული ფართობის ზომები o ხდება უსასრულოდ მცირე. მყარი კუთხე ამ შემთხვევაშიც უსასრულოდ მცირე ხდება: სურათი 2.3 - "მყარი კუთხის" ცნების განმარტებამდე განათება (E).
ენერგიული განათების ქვეშ ე უჰგაიგე რადიაციის ნაკადი ფართობის ერთეულიგანათებული ზედაპირი ქ:
ენერგეტიკული განათება გამოიხატება ვ/მ 2
.
მსუბუქი განათება ე
გამოხატული სინათლის ნაკადის სიმკვრივით ფზედაპირზე ის ანათებს (ნახ. 2.4): სინათლის განათების ერთეულისთვის აღებულია ფუფუნება, ე.ი. ზედაპირის განათება, რომელიც იღებს 1 ლმ მანათობელ ნაკადს, რომელიც თანაბრად ნაწილდება მასზე 1 მ 2 ფართობზე. განათების ინჟინერიაში გამოყენებულ სხვა რაოდენობებს შორის მნიშვნელოვანია ენერგიარადიაცია ვუჰ
ან სინათლის ენერგია ვ,
ისევე როგორც ენერგია ნეან მსუბუქი ჰ
კონტაქტი დაინფიცირების წყაროსთან. ჩვენ და W მნიშვნელობები განისაზღვრება გამონათქვამებით სადაც ქვეშ ენერგია H უჰ ან სინათლის ზემოქმედებაგაიგოს რადიაციის ზედაპირის ენერგიის სიმკვრივე ვ
უჰ
ან სინათლის ენერგია ვშესაბამისად განათებულ ზედაპირზე. ე.ი განათებებიდა მეექსპოზიცია Hარის განათების პროდუქტი ე, შექმნილი რადიაციის წყაროს მიერ, გარკვეული პერიოდის განმავლობაში ტამ გამოსხივების მოქმედება.
თუ ემისიის სპექტრი დევს საზღვრებში
1
ადრე
2
, შემდეგ რადიაციული ნაკადის სიდიდე
არის, შესაბამისად, რადიაციული ნაკადის და მანათობელი ნაკადის დროში შეცვლის ფუნქციები. ჩვენ იზომება ჯოულებში ან Ws, a ვ
–
ლმ ს-ში.
