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 
თუ ემისიის სპექტრი დევს საზღვრებში
1
ადრე
2
, შემდეგ რადიაციული ნაკადის სიდიდე
ქვეშ მანათობელი ნაკადი ფ, in ზოგადი შემთხვევაგაიგეთ 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. ზე მაღალი დონეებიგანათება, დღისით ხედვის აპარატი იწყებს მუშაობას, რაზეც გირჩებია პასუხისმგებელი.
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.ხარისხის მახასიათებელი ასოცირდება სხვადასხვა დონეზეკონუსების სამი ჯგუფის რეაქციები, ე.წ 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 კონტური, არ გადის კუთხის წვეროზე (სურ. 2.3). შეკუმშვისას კონუსური ზედაპირისფერული 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 
არის, შესაბამისად, რადიაციული ნაკადის და მანათობელი ნაკადის დროში შეცვლის ფუნქციები. ჩვენ იზომება ჯოულებში ან Ws, a ვ
–
ლმ ს-ში.
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.
კითხვა 2. ფოტომეტრული სიდიდეები და მათი ერთეულები.
ფოტომეტრია არის ოპტიკის ფილიალი, რომელიც ეხება ოპტიკური გამოსხივების ენერგეტიკული მახასიათებლების გაზომვას მატერიასთან გავრცელებისა და ურთიერთქმედების პროცესში. ფოტომეტრია იყენებს ენერგიის სიდიდეებს, რომლებიც ახასიათებს ოპტიკური გამოსხივების ენერგეტიკულ პარამეტრებს, მიუხედავად მისი გავლენისა რადიაციის დეტექტორებზე, და ასევე იყენებს მსუბუქი რაოდენობით, რომელიც ახასიათებს სინათლის ფიზიოლოგიურ ეფექტებს და ფასდება ადამიანის თვალზე ან სხვა მიმღებებზე ზემოქმედებით.
ენერგიის რაოდენობა.
ენერგიის ნაკადიფ e არის მნიშვნელობა, რიცხობრივად ენერგიის ტოლი ვგამოსხივება, რომელიც გადის მონაკვეთზე ენერგიის გადაცემის მიმართულების პერპენდიკულარულად, დროის ერთეულზე
ფ e = ვ/ ტ, ვატი (სამ).
ენერგიის ნაკადი ენერგიის სიმძლავრის ტოლფასია.
რეალური წყაროს მიერ მიმდებარე სივრცეში გამოსხივებული ენერგია ნაწილდება მის ზედაპირზე.
ენერგიის სიკაშკაშე(გასხივოსნება) რ e არის რადიაციის სიმძლავრე ზედაპირის ერთეულზე ყველა მიმართულებით:
რ e = ფე / ს, (სამ/მ 2),
იმათ. არის ზედაპირის გამოსხივების ნაკადის სიმკვრივე.
სინათლის ენერგეტიკული ძალა (რადიაციული ძალა) მე e განისაზღვრება სინათლის წერტილის წყაროს კონცეფციის გამოყენებით - წყარო, რომლის ზომები დაკვირვების წერტილამდე მანძილთან შედარებით შეიძლება იყოს უგულებელყოფილი. სინათლის ენერგეტიკული ძალა მეე ღირებულება, თანაფარდობის ტოლირადიაციული ნაკადი ფწყარო მყარ კუთხამდე ω , რომლის ფარგლებშიც ეს გამოსხივება ვრცელდება:
მე e= ფე / ω , (სამ/ოთხ) - ვატი სტერადიანზე.
მყარი კუთხე არის სივრცის ნაწილი, რომელიც შემოიფარგლება კონუსური ზედაპირით. მყარი კუთხეების განსაკუთრებული შემთხვევებია სამკუთხა და მრავალწახნაგოვანი კუთხეები. მყარი კუთხე ω იზომება ფართობის თანაფარდობით სსფეროს ის ნაწილი, რომელიც ცენტრირებულია კონუსური ზედაპირის წვეროზე, რომელიც ამოჭრილია ამ მყარი კუთხით, სფეროს რადიუსის კვადრატამდე, ე.ი. ω = ს/რ 2 . სრული სფეროქმნის 4π სტერადიანების ტოლ მყარ კუთხეს, ე.ი. ω = 4π რ 2 /რ 2 = 4π ოთხ.
წყაროს სინათლის ინტენსივობა ხშირად დამოკიდებულია რადიაციის მიმართულებაზე. თუ ის არ არის დამოკიდებული რადიაციის მიმართულებაზე, მაშინ ასეთ წყაროს იზოტროპული ეწოდება. იზოტროპული წყაროსთვის, მანათობელი ინტენსივობა არის
მე e= ფ e /4π.
გაფართოებული წყაროს შემთხვევაში, შეგვიძლია ვისაუბროთ მისი ზედაპირის ელემენტის მანათობელ ინტენსივობაზე dS.
ენერგიის სიკაშკაშე (ბზინვარება) AT e არის მნიშვნელობა Δ სინათლის ენერგიის ინტენსივობის თანაფარდობის ტოლი მეგასხივოსნებული ზედაპირის ელემენტი ფართობზე ∆Sამ ელემენტის პროგნოზები დაკვირვების მიმართულების პერპენდიკულარულ სიბრტყეზე:
AT e = Δ მე e / ∆ ს. [(სამ/(სრ.მ 2)].
ენერგეტიკული განათება (გამოსხივება) ე e ახასიათებს ზედაპირის განათების ხარისხს და უდრის რადიაციული ნაკადის სიდიდეს ყველა მიმართულებით განათებული ზედაპირის ერთეულზე ( სამ/მ 2).
ფოტომეტრიაში გამოიყენება შებრუნებული კვადრატის კანონი (კეპლერის კანონი): სიბრტყის განათება პერპენდიკულარული მიმართულებიდან წერტილის წყაროდან ძალით. მეე მანძილზე რმისგან უდრის:
ე e = მეე/ რ 2 .
ოპტიკური გამოსხივების სხივის გადახრა პერპენდიკულარიდან ზედაპირზე კუთხით α იწვევს განათების შემცირებას (ლამბერტის კანონი):
ე e = მე e cos α /რ 2 .
Მნიშვნელოვანი როლირადიაციის ენერგეტიკული მახასიათებლების გაზომვისას, მისი სიმძლავრის თამაშის დროებითი და სპექტრული განაწილება. თუ ოპტიკური გამოსხივების ხანგრძლივობა დაკვირვების დროზე ნაკლებია, მაშინ გამოსხივება ითვლება იმპულსურად, ხოლო თუ უფრო გრძელია - უწყვეტად. წყაროებს შეუძლიათ ასხივონ რადიაცია სხვადასხვა სიგრძისტალღები. ამიტომ, პრაქტიკაში გამოიყენება რადიაციული სპექტრის კონცეფცია - რადიაციული სიმძლავრის განაწილება ტალღის სიგრძის მასშტაბით. λ (ან სიხშირეები). თითქმის ყველა წყარო განსხვავებულად ასხივებს სპექტრის სხვადასხვა ნაწილში.
ტალღის სიგრძის უსასრულოდ მცირე ინტერვალისთვის dλნებისმიერი ფოტომეტრიული სიდიდის მნიშვნელობა შეიძლება განისაზღვროს მისი სპექტრული სიმკვრივის გამოყენებით. მაგალითად, სპექტრული სიმკვრივე ენერგიის სიკაშკაშე
რ eλ = dW/dλ,
სადაც dWარის ენერგია, რომელიც გამოსხივებულია ზედაპირის ერთეულიდან ერთეულ დროში ტალღის სიგრძის დიაპაზონში λ ადრე λ + dλ.
მსუბუქი რაოდენობები. ოპტიკურ გაზომვებში გამოიყენება სხვადასხვა გამოსხივების მიმღები, რომელთა მგრძნობელობის სპექტრული მახასიათებლები სხვადასხვა ტალღის სიგრძის სინათლის მიმართ განსხვავებულია. ოპტიკური გამოსხივების ფოტოდეტექტორის სპექტრული მგრძნობელობა არის მნიშვნელობის თანაფარდობა, რომელიც ახასიათებს მიმღების რეაქციის დონეს მონოქრომატული გამოსხივების ნაკადთან ან ენერგიასთან, რომელიც იწვევს ამ რეაქციას. განასხვავებენ აბსოლუტურ სპექტრულ მგრძნობელობას, რომელიც გამოხატულია დასახელებულ ერთეულებში (მაგ. მაგრამ/სამთუ მიმღების პასუხი იზომება მაგრამდა უგანზომილებიანი ფარდობითი სპექტრული მგრძნობელობა არის სპექტრული მგრძნობელობის თანაფარდობა მოცემულ გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე. მაქსიმალური ღირებულებასპექტრული მგრძნობელობა ან სპექტრული მგრძნობელობა გარკვეულ ტალღის სიგრძეზე.
ფოტოდეტექტორის სპექტრული მგრძნობელობა დამოკიდებულია მხოლოდ მის თვისებებზე; ის განსხვავებულია სხვადასხვა მიმღებისთვის. ფარდობითი სპექტრული მგრძნობელობა ადამიანის თვალი ვ(λ ) ნაჩვენებია ნახ. 5.3.
თვალი ყველაზე მგრძნობიარეა ტალღის სიგრძის რადიაციის მიმართ λ =555 ნმ. ფუნქცია ვ(λ ) ამ ტალღის სიგრძე აღებულია ერთიანობის ტოლი.
იგივე ენერგიის ნაკადით, ვიზუალურად შეფასებული სინათლის ინტენსივობა სხვა ტალღის სიგრძეებისთვის ნაკლებია. ადამიანის თვალის ფარდობითი სპექტრული მგრძნობელობა ამ ტალღების სიგრძისთვის აღმოჩნდება ერთზე ნაკლები. მაგალითად, ფუნქციის მნიშვნელობა ნიშნავს, რომ მოცემული ტალღის სიგრძის შუქს უნდა ჰქონდეს ენერგეტიკული ნაკადის სიმკვრივე 2-ჯერ მეტი, ვიდრე სინათლე, რომლისთვისაც , ასე რომ ვიზუალური შეგრძნებები იგივე იყოს.
სინათლის რაოდენობების სისტემა შემოღებულია ადამიანის თვალის ფარდობითი სპექტრული მგრძნობელობის გათვალისწინებით. ამიტომ, სინათლის გაზომვები, როგორც სუბიექტური, განსხვავდება ობიექტური, ენერგეტიკული და მათთვის მსუბუქი ერთეულებიგამოიყენება მხოლოდ ხილული სინათლე. SI სისტემაში სინათლის ძირითადი ერთეული არის მანათობელი ინტენსივობა - კანდელა (cd), რომელიც უდრის შუქის ინტენსივობას მოცემული მიმართულებაწყარო, რომელიც ასხივებს მონოქრომატულ გამოსხივებას 5.4 10 14 სიხშირით ჰც, ენერგეტიკული ძალარომლის შუქი ამ მიმართულებით არის 1/683 W/sr. სინათლის ყველა სხვა რაოდენობა გამოიხატება კანდელაში.
სინათლის ერთეულების განმარტება ენერგეტიკული ერთეულების მსგავსია. სინათლის რაოდენობების გასაზომად გამოიყენება სპეციალური ტექნიკა და მოწყობილობები - ფოტომეტრები.
სინათლის ნაკადი . მანათობელი ნაკადის ერთეული არის სანათური (მე ვარ). ის უდრის იზოტროპული სინათლის წყაროს გამოსხივებულ მანათობელ ნაკადს, რომლის სიმძლავრეა 1. cdერთი სტერადიანი მყარი კუთხით (ერთგვაროვანი გამოსხივების ველით მყარი კუთხის შიგნით):
1 მე ვარ = 1 cd· ერთი ოთხ.
ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ მანათობელი ნაკადი 1 ლმ, რომელიც წარმოიქმნება ტალღის სიგრძის გამოსხივებით. λ = 555ნმშეესაბამება ენერგიის ნაკადს 0,00146 სამ. მანათობელი ნაკადი 1-ში მე ვარ, რომელიც წარმოიქმნება სხვადასხვა ტალღის სიგრძის რადიაციის შედეგად λ , შეესაბამება ენერგიის ნაკადს
ფ e = 0.00146/ ვ(λ ), სამ,
იმათ. ერთი მე ვარ = 0,00146 სამ.
განათება ე- მნიშვნელობა ჭრილობა მანათობელი ნაკადის თანაფარდობით ფინციდენტი ზედაპირზე, ტერიტორიაზე სეს ზედაპირი:
ე = ფ/ს, ფუფუნება (კარგი).
1 კარგი- ზედაპირის განათება, 1-ზე მ 2, რომელშიც მანათობელი ნაკადი მოდის 1-ში მე ვარ (1კარგი = 1 მე ვარ/მ 2). განათების გაზომვისთვის გამოიყენება მოწყობილობები, რომლებიც ზომავენ ოპტიკური გამოსხივების ნაკადს ყველა მიმართულებით - ლუქსმეტრები.
სიკაშკაშე რმანათობელი ზედაპირის C (ნათება) გარკვეული მიმართულებით φ არის სიდიდე, რომელიც ტოლია მანათობელი ინტენსივობის თანაფარდობას. მეამ მიმართულებით მოედნისკენ სმანათობელი ზედაპირის პროექცია პერპენდიკულარულ სიბრტყეზე ამ მიმართულებას:
რ C= მე/(ს cos φ ), (cd/მ 2).
ზოგადად, სინათლის წყაროების სიკაშკაშე განსხვავებულია სხვადასხვა მიმართულებით. წყაროებს, რომელთა სიკაშკაშე ყველა მიმართულებით ერთნაირია, ეწოდება ლამბერტიანული ან კოსინუსი, ვინაიდან ასეთი წყაროს ზედაპირის ელემენტის მიერ გამოსხივებული მანათობელი ნაკადი პროპორციულია cosφ-ის. ამ მდგომარეობას მკაცრად აკმაყოფილებს მხოლოდ აბსოლუტურად შავი სხეული.
ნებისმიერი ფოტომეტრი შეზღუდული ხედვის კუთხით არის არსებითად განათების მრიცხველი. სპექტრული და სივრცითი განაწილებასიკაშკაშე და განათება საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ ყველა დანარჩენი ფოტომეტრული სიდიდეებიინტეგრირებით.
1. რა არის ფიზიკური მნიშვნელობა აბსოლუტური მაჩვენებელი
საშუალების რეფრაქცია?
2. რა არის შედარებითი მაჩვენებელირეფრაქცია?
3. რა პირობით შეინიშნება მთლიანი ანარეკლი?
4. როგორია სინათლის გიდების მუშაობის პრინციპი?
5. რა არის ფერმას პრინციპი?
6. რა განსხვავებაა ენერგიისა და სინათლის სიდიდეებს შორის ფოტომეტრიაში?
სინათლის სერიის ფოტომეტრული სიდიდეების განმარტებები და მათ შორის მათემატიკური მიმართებები მსგავსია ენერგეტიკული სერიების შესაბამისი სიდიდეებისა და მიმართებებისა. Ისე სინათლის ნაკადიმყარი კუთხით გავრცელება უდრის. მანათობელი ნაკადის ერთეული ( 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,
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 უნარშია, 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 თვისებებიგამოსხივების ზედაპირი და შეიძლება განსხვავებული იყოს სხვადასხვა მიმართულებები. (30.5) სიკაშკაშედან
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.
ზოგადად, სიკაშკაშე 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, მოუჭიქული ფაიფურით, სახატავი ქაღალდით და ახლად დაცემული თოვლით.
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 კნტ-ზე მეტი სიკაშკაშე იწვევს ტკივილს თვალში 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 მიმართ 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 დაცემის კუთხის ცვლილებით მზის სხივებიმის ზედაპირზე. 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 თვალი შეეგუა მზის შუქს და, შესაბამისად, სასურველია, რომ ნათურის შუქის სპექტრული შემადგენლობა მაქსიმალურად ახლოს იყოს მზის სინათლის სპექტრულ შემადგენლობასთან. ეს მოთხოვნა ში ყველაზერეაგირება ფლუორესცენტურ ნათურებზე. 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 იქნება 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
ინსტრუმენტები, რომლებიც შექმნილია მანათობელი ინტენსივობის ან მანათობელი ნაკადების გასაზომად სხვადასხვა წყაროები, უწოდებენ ფოტომეტრები. რეგისტრაციის პრინციპის მიხედვით, ფოტომეტრები არის ორი სახის: სუბიექტური (ვიზუალური) და ობიექტური.
სუბიექტური ფოტომეტრის მუშაობის პრინციპი ემყარება თვალის უნარს დააფიქსიროს ორი მიმდებარე ველის იგივე განათება (უფრო ზუსტად, სიკაშკაშე) საკმარისად მაღალი სიზუსტით, იმ პირობით, რომ ისინი განათებულნი არიან 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. წყაროს სინათლის ინტენსივობის გაზომვით სხვადასხვა მიმართულებებიიპოვეთ მთლიანი მანათობელი ნაკადი, განათება და ა.შ. საცნობარო წყაროა ინკანდესენტური ნათურა, რომლის მანათობელი ინტენსივობა ცნობილია.
ძალიან ფართო დიაპაზონში დისტანციების 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 შეჩერებულია მქრქალი ზედაპირით შეთეთრებული სფეროს შიდა ღრუში. 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).
რაოდენობრივი მახასიათებელითერმული გამოსხივება ემსახურება 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.
ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის ერთეული 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 არ არსებობს აბსოლუტურად შავი სხეულები, 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 გახსნით, შიდა ზედაპირირომელიც გაშავებულია (სურ.31.1). სინათლის სხივი, რომელიც შევიდა ნახ.31.1.
ასეთი ღრუ განიცდის კედლებიდან მრავალ ანარეკლს, 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 ერთიანობაზე ნაკლებია, მაგრამ ერთნაირია ყველა სიხშირისთვის და დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურაზე, მასალაზე და სხეულის ზედაპირის 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 თანახმად, 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 სპექტრული შემადგენლობაშავი სხეულის გამოსხივება. 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
max, რომელიც შეესაბამება სპექტრის მაქსიმალურ მნიშვნელობას
ენერგიის სიკაშკაშის სიმკვრივე rλ, Tშავი სხეული მისი თერმოდინამიკური ტემპერატურის უკუპროპორციულია. ბ - მუდმივი ბრალიამისი 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 სულ უფრო 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, ტ- შავი სხეულის ენერგეტიკული 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 ენერგიას ასხივებენ არა განუწყვეტლივ, არამედ გარკვეულ ნაწილებში - კვანტებს, ხოლო კვანტური ენერგია რხევის 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 რადიაციის 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 სიკაშკაშის 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.
სითბოს წყაროებისვეტა
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 იმავე ტემპერატურაზე აღებული არაშავი სხეულების სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშის სიმკვრივე. 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%.
