Para avaliar a energia da radiação e seu efeito nos receptores de radiação, que incluem dispositivos fotoelétricos, receptores térmicos e fotoquímicos, bem como o olho, energia quantidades de luz.
As quantidades de energia são as características radiação óptica relacionados a toda a faixa óptica.
Olho muito tempo era o único receptor de radiação óptica. Por isso, desenvolveu-se historicamente para que pela qualidade e quantificação Para a parte visível da radiação, são usadas quantidades de luz (fotométricas) que são proporcionais às quantidades de energia correspondentes.
Acima, foi dado o conceito de fluxo de radiação referente a todo o alcance óptico. O valor que no sistema de quantidades de luz corresponde ao fluxo de radiação,
é o fluxo luminoso Ф, ou seja, a potência de radiação estimada por um observador fotométrico padrão.
Vamos considerar as quantidades de luz e suas unidades, e então encontraremos a conexão dessas quantidades com as de energia.
Para avaliar duas fontes de radiação visível, sua luminescência é comparada na direção da mesma superfície. Se o brilho de uma fonte for tomado como unidade, comparando o brilho da segunda fonte com o primeiro, obtemos um valor chamado de intensidade luminosa.
NO sistema internacional A unidade SI para a unidade de intensidade luminosa é a candela, cuja definição foi aprovada pela XVI Conferência Geral (1979).
Candela - o poder da luz em dada direção uma fonte que emite radiação monocromática com uma frequência de Hz, força energética cuja luz nesta direção é
Intensidade da luz ou densidade angular fluxo luminoso,
onde é o fluxo luminoso em uma certa direção dentro de um ângulo sólido
Um ângulo sólido é uma parte do espaço limitada por uma superfície cônica arbitrária. Se uma esfera for descrita do topo desta superfície como do centro, então a área da seção da esfera cortada pela superfície cônica (Fig. 85) será proporcional ao quadrado do raio da esfera:
O coeficiente de proporcionalidade é o valor do ângulo sólido.
A unidade do ângulo sólido é o esterradiano, que é igual ao ângulo sólido com o vértice no centro da esfera, que corta uma área na superfície da esfera, igual à área quadrado com lado igual ao raio esferas. esfera cheia forma um ângulo sólido
Arroz. 85. Ângulo sólido
Arroz. 86. Radiação em ângulo sólido
Se a fonte de radiação estiver no topo da linha cone circular, então o ângulo sólido alocado no espaço é limitado pela cavidade interna deste superfície cônica. Conhecendo o valor do ângulo plano entre o eixo e a geratriz da superfície cônica, é possível determinar o ângulo sólido correspondente.
Vamos destacar no ângulo sólido um ângulo infinitamente pequeno que corta uma seção anular infinitamente estreita na esfera (Fig. 86). Este caso pertence à distribuição axissimétrica de intensidade luminosa encontrada com mais frequência.
A área da seção anular onde a distância do eixo do cone ao anel estreito de largura
De acordo com a fig. onde é o raio da esfera.
Portanto, onde
Ângulo sólido correspondente a um ângulo plano
Para um hemisfério, o ângulo sólido para uma esfera é
Da fórmula (160) segue-se que o fluxo luminoso
Se a intensidade da luz não muda quando se move de uma direção para outra, então
De fato, se uma fonte de luz com intensidade luminosa é colocada no vértice de um ângulo sólido, o mesmo fluxo luminoso entra em qualquer área delimitada por uma superfície cônica que destaca esse ângulo sólido no espaço. . Então, como mostra a experiência, o grau de iluminação dessas áreas é inversamente proporcional aos quadrados dos raios dessas esferas e é diretamente proporcional ao tamanho das áreas.
Assim, vale a seguinte igualdade: ou seja, fórmula (165).
A justificativa acima da fórmula (165) é válida apenas quando a distância entre a fonte de luz e a área iluminada é suficientemente grande em comparação com o tamanho da fonte e quando o meio entre a fonte e a área iluminada não absorve ou espalha energia luminosa .
A unidade de fluxo luminoso é o lúmen (lm), que é o fluxo dentro de um ângulo sólido quando a intensidade luminosa de uma fonte localizada no topo do ângulo sólido é igual a
A iluminação da área normal aos raios incidentes é determinada pela razão que é chamada de iluminação E:
A fórmula (166), assim como a fórmula (165), ocorre sob a condição de que a intensidade luminosa I não mude ao se mover de uma direção para outra dentro de um determinado ângulo sólido. Caso contrário, esta fórmula será válida apenas para uma área infinitamente pequena
Se os raios incidentes formarem ângulos com a normal à área iluminada, as fórmulas (166) e (167) mudarão, pois a área iluminada aumentará. Como resultado, obtemos:
Quando o local é iluminado por várias fontes, sua iluminação
onde o número de fontes de radiação, ou seja, a iluminação total é igual à soma das iluminações recebidas pelo local de cada fonte.
A unidade de iluminação é a iluminação do local quando o fluxo de luz incide sobre ele (o local é normal aos raios incidentes). Esta unidade é chamada de lux
Se as dimensões da fonte de radiação não podem ser desprezadas, então para resolver uma série de problemas é necessário conhecer a distribuição do fluxo de luz dessa fonte sobre sua superfície. A relação do fluxo luminoso que emana de um elemento de superfície para a área deste elemento é chamada de luminosidade e é medida em lúmens por metro quadrado A luminosidade também caracteriza a distribuição do fluxo de luz refletida.
então a luminosidade
onde é a área da superfície da fonte.
A relação entre a intensidade luminosa em uma determinada direção e a área de projeção de uma superfície luminosa em um plano perpendicular a essa direção é chamada de brilho.
Portanto, o brilho
onde é o ângulo entre a normal ao local e a direção da intensidade da luz
Substituindo na fórmula (172) o valor [ver fórmula (160)), obtemos que o brilho
Da fórmula (173) segue-se que o brilho é a segunda derivada do fluxo em relação ao ângulo sólido para a área.
A unidade de brilho é a candela por metro quadrado.
A densidade da superfície da energia da luz da radiação incidente é chamada de exposição:
NO caso Geral a iluminação incluída na fórmula (174) pode mudar com o tempo
A exposição tem um grande valor prático, por exemplo, em fotografia e é medido em lux-segundos
As fórmulas (160) - (174) são usadas para calcular as quantidades de luz e energia, em primeiro lugar, para radiação monocromática, ou seja, radiação com um determinado comprimento de onda e, em segundo lugar, na ausência de consideração pela distribuição espectral da radiação, que, como um regra, ocorre em dispositivos ópticos visuais.
A composição espectral da radiação - a distribuição da potência da radiação ao longo dos comprimentos de onda grande importância para calcular quantidades de energia ao usar receptores de radiação seletivos. Para esses cálculos, o conceito de densidade espectral do fluxo de radiação foi introduzido [ver. fórmulas (157)-(159)].
Em uma faixa limitada de comprimentos de onda, respectivamente, temos:
As quantidades de energia definidas pelas fórmulas também se aplicam à parte visível do espectro.
Fotometria básica e quantidades de energia, definindo suas fórmulas e unidades de acordo com o sistema SI são dadas na Tabela. cinco.
1. Fluxo de radiação. O conceito do espectro da radiação eletromagnética. O princípio de medir a distribuição de fluxo ao longo do espectro. Quantidades de energia.
Fluxo (potência) de radiação (F) yavl. a quantidade principal no sistema de medidas de energia. A potência (ou fluxo) da radiação é considerada a energia transferida por unidade de tempo. O valor de F é expresso em watts (W).
Faixa de onda eletromagnética hesitação, n. na natureza, é bastante ampla e se estende de frações de um angstrom a um quilômetro.
Espectro de radiação eletromagnética, mícrons
Raios gama _____________________________________ menor que 0,0001
Raios-X ________________________________ 0,01-0,0001
Raios ultravioleta __________________________ 0,38-0,01
Luz visível __________________________________________ 0,78-0,38
Raios infravermelhos ________________________________1000-0,78
Ondas de rádio _____________________________________________ mais de 1000
Apenas parte do espectro pertence à região óptica radiação eletromagnética com um intervalo de comprimento de onda de λmin = 0,01 µm a λmax = 1000 µm. Essa radiação é criada como resultado da excitação eletromagnética de átomos, vibração e movimento rotativo moléculas.
NO espectro óptico três áreas principais podem ser distinguidas: ultravioleta, visível, infravermelho.
A radiação ultravioleta produz os fótons mais poderosos e tem um forte efeito fotoquímico.
A emissão de luz visível, apesar do intervalo bastante estreito, permite-nos ver toda a diversidade do mundo que nos rodeia. Portanto, o olho humano praticamente não percebe radiação com faixas de comprimento de onda extremas (elas têm um efeito fraco no olho), na prática luz visívelé comum considerar a radiação com uma faixa de comprimento de onda de 400-700 nm. Esta radiação tem um efeito fotofísico e fotoquímico significativo, mas menor que o ultravioleta.
Os fótons têm a energia mínima de toda a região óptica do espectro radiação infra-vermelha. Para esta radiação har-mas ação térmica e, em grande medida menor grau, fotofísica e fotoquímica. ação.
2. O conceito de receptor de radiação . Reações do receptor. Classificação dos receptores de radiação. Receptores lineares e não lineares. Sensibilidade espectral do receptor de radiação.
corpos em que tais transformações ocorrem sob a ação da radiação óptica, recebidas na engenharia de iluminação nome comum "receptores de radiação"
Convencionalmente, os receptores de radiação são divididos em:
1. O receptor natural da radiação é o olho humano.
2. Materiais sensíveis à luz usados para gravação óptica de imagens.
3. Os receptores também são elementos fotossensíveis medindo instrumentos(densitômetros, colorímetros)
A radiação óptica tem uma alta energia e, portanto, afeta muitas substâncias e corpos físicos.
Como resultado da absorção de luz em meios e corpos, linha inteira fenômenos (Figura 2.1, Sir 48)
Um corpo que absorveu radiação começa a se irradiar. Neste caso, a radiação secundária pode ter uma faixa espectral diferente da absorvida. N-r, sob iluminação luz ultravioleta corpo emite luz visível.
A energia da radiação absorvida é convertida em energia elétrica, como no caso do efeito fotoelétrico, ou produz uma mudança propriedades elétricas material que ocorre em fotocondutores. Tais transformações são chamadas fotofísico.
Outro tipo de transformação fotofísica é a transição da energia da radiação para energia térmica. Este fenômeno encontrou aplicação em termoelementos usados para medir a potência da radiação.
A energia da radiação é convertida em energia química. Ocorre uma transformação fotoquímica de uma substância que absorve luz. Essa conversão ocorre na maioria dos materiais fotossensíveis.
Os corpos em que tais transformações ocorrem sob a ação da radiação óptica receberam um nome comum na engenharia de iluminação. "receptores de radiação"
Receptores lineares não lineares???????????????????
Sensibilidade espectral do receptor de radiação.
Sob a ação da radiação óptica no receptor, ocorre uma transformação fotoquímica e fotofísica, alterando as propriedades do receptor de uma determinada maneira.
Essa mudança é chamada de resposta útil do receptor.
No entanto, nem toda a energia da radiação incidente é gasta em uma reação útil.
Parte da energia dos receptores não é absorvida e, portanto, não pode causar uma reação. A energia absorvida também não é totalmente convertida em útil. Por exemplo, além da transformação fotoquímica, pode ocorrer aquecimento do receptor. Praticamente usou parte da energia chamada. útil, e a parte praticamente usada da potência de radiação (fluxo de radiação Ф) é o fluxo efetivo Ref.
A razão entre o fluxo efetivo Ref e o fluxo de radiação incidente no receptor
chamado sensibilidade do receptor.
Para a maioria dos receptores, a sensibilidade espectral depende do comprimento de onda.
Sλ= сРλ eff/Фλ e Рλ eff=КФλSλ
As grandezas são denominadas Фλ e Рλ, respectivamente, o fluxo de radiação monocromático e o fluxo efetivo monocromático, e Sλ é a sensibilidade espectral monocromática.
Conhecendo a distribuição de potência no espectro Ф(λ) para a radiação incidente no receptor e a sensibilidade espectral do receptor S(λ), é possível calcular o fluxo efetivo pela fórmula – Реф=К ∫ Ф(λ )S(λ)dλ
A medição refere-se a uma faixa de ∆λ limitada pela resposta espectral do receptor ou pela faixa espectral da medição.
3.Características do olho como receptor. Fluxo de luz. Sua conexão com o fluxo de radiação. curva de visibilidade. A diferença entre luz e energia flui na faixa de 400-700 nm.
Características do olho como receptor.
O aparato visual consiste em um receptor de radiação (olhos), nervos ópticos e áreas visuais do cérebro. Nessas zonas, os sinais que se formam nos olhos e entram pelos nervos ópticos são analisados e convertidos em imagens visuais.
O receptor de radiação consiste em dois globos oculares, cada um dos quais, com a ajuda de seis músculos externos, pode girar facilmente na órbita nos planos horizontal e vertical. Ao examinar um objeto, os olhos se movem abruptamente, fixando-se alternadamente em vários pontos objeto. Este movimento é de natureza vetorial, ou seja, a direção de cada salto é determinada pelo objeto em consideração. A velocidade do salto é muito alta e os pontos de fixação, onde o olho para por 0,2-0,5 s, estão localizados principalmente nas bordas dos detalhes, onde há diferenças de brilho. Durante as "paradas" o olho não está em repouso, mas faz micromovimentos rápidos em relação ao ponto de fixação. Apesar dessas microssacadas, nos pontos de fixação, a área observada do objeto é focada na fóvea central da retina sensível à luz dos olhos.
Fig.2.4 (Corte horizontal do olho) p.56
Fluxo de luz(F) Por fluxo luminoso, em geral, entenda-se a potência da radiação, estimada pelo seu efeito sobre o olho humano. A unidade de fluxo luminoso é o lúmen (lm).
A ação do fluxo de luz no olho causa sua reação certa. Dependendo do nível de ação do fluxo de luz, funciona um ou outro tipo de receptores oculares fotossensíveis, chamados bastonetes ou cones. Em condições nível baixo iluminação (por exemplo, à luz da lua), o olho vê os objetos circundantes devido aos bastões. No níveis altos iluminação, o aparelho de visão diurna começa a funcionar, pelo qual os cones são responsáveis.
Além disso, os cones são divididos em três grupos de acordo com sua substância sensível à luz com sensibilidade diferente em várias áreas espectro. Portanto, ao contrário dos bastonetes, eles reagem não apenas ao fluxo de luz, mas também à sua composição espectral.
A esse respeito, podemos dizer que a ação da luz é bidimensional. característica quantitativa reações oculares associadas ao nível de iluminação, chamadas. leve. A característica de qualidade associada a Niveis diferentes reações de três grupos de cones, chamados cromaticidade.
Uma característica importante curva de distribuição yavl da sensibilidade espectral relativa do olho (eficiência luminosa espectral relativa) à luz do dia νλ =f(λ) Fig.1.3 p.9
Na prática, foi estabelecido que em condições de luz do dia o olho humano tem sensibilidade máxima à radiação com Lamda = 555 nm (V555 = 1) Ao mesmo tempo, cada unidade de fluxo luminoso com F555 tem uma potência de radiação Ф555 = 0,00146W . A relação do fluxo luminoso F555 para Ф555 é chamada eficiência da luz espectral.
K= F555/F555=1/0,00146=680 (lm/W)
Ou para qualquer comprimento de onda de radiação na faixa visível K=const:
K \u003d 1 / V (λ) * F λ / Ф λ \u003d 680. (1)
Usando a fórmula (1), é possível estabelecer uma relação entre o fluxo luminoso e o fluxo de radiação.
Fλ = 680 * Vλ * Фλ
Para radiação integrada
F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ
4. Fluxo fotoativo. Informação geral sobre fluxo eficiente. Fluxos monocromáticos e integrais. Actinismo .
Dois tipos de fluxos efetivos são usados em engenharia de iluminação e tecnologia de reprodução: luz F e fotoactínico A.
O fluxo luminoso está relacionado com a potência (fluxo de radiação Ф) pela seguinte expressão:
F=680 ∫ Ф(λ) V(λ) dλ
400 milhas náuticas
onde Ф(λ) é a distribuição da potência de radiação no espectro, V(λ) é a curva de eficiência luminosa espectral relativa (curva de visibilidade) e 680 é o coeficiente que permite passar de watts para lúmens. É chamado de fluxo luminoso equivalente e é expresso em lm/W.
Se o fluxo luminoso incide sobre qualquer superfície, sua densidade superficial é chamada de iluminância. A iluminação E está relacionada com o fluxo luminoso pela fórmula
Onde Q é a área em m A unidade de iluminação é lux (kl)
Para materiais sensíveis à luz e fotodetectores de dispositivos de medição, use fluxo fotoactínicoUMA.
Este é o fluxo eficiente definido pela expressão
A = ∫ Ф (λ) S (λ) dλ
Se a faixa espectral na qual a medição é feita for limitada pelos comprimentos de onda λ1 e λ2, então a expressão para fluxo fotoactínico tomará a forma
A \u003d ∫ F (λ) * S (λ) dλ
λ1
A unidade de medida A depende da unidade de medida da sensibilidade espectral. Se Sλ for valor relativo, e é medido em watts. Se Sλ tiver dimensão, por ex.
m /J, então isso afetará a dimensão do fluxo fotoactínico
Densidade superficial do fluxo fotoactínico na superfície iluminada actinidade da radiação nazuma, uma= dA/ dQ
Se a superfície do receptor for iluminada uniformemente, então a=A/Q.
Para radiação monocromática.
Fλ = 680 * Vλ * Фλ
Para radiação integrada
F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ
Actinismo- iluminação analógica. Sua unidade de medida depende da dimensão A
Se A - W, então a-W / m
Fig.2.2 página 52
Quanto maior a actinicidade da radiação, mais eficientemente a energia da radiação é usada e mais, com outras condições iguais, a resposta do receptor será útil.
Para atingir a máxima actinidade, é desejável que a máxima sensibilidade espectral do receptor e a máxima potência de radiação caiam nas mesmas zonas do espectro. Essa consideração orienta a seleção de uma fonte de luz para obtenção de imagens em um determinado tipo de material sensível à luz.
Por exemplo, o processo de cópia.
As camadas de cópia usadas para fazer chapas de impressão são sensíveis à radiação ultravioleta e azul-violeta. Para a radiação de outras zonas espectro visível eles não reagem. Portanto, para realizar o processo de cópia, eles usam
Lâmpadas de iodetos metálicos, ricas em radiação do espectro ultravioleta e azul.
FIG 2.3. página 53 manual
5. Temperatura da cor. Curvas de luminosidade de um corpo negro absoluto em temperaturas diferentes. O conceito de uma curva normalizada. Definição do termo "temperatura de cor". Mudança de direção na cor da radiação com uma mudança na temperatura de cor.
Temperatura de cor significa a temperatura em kelvins de um corpo completamente preto, na qual a radiação tem a mesma cor daquele em consideração. Para lâmpadas incandescentes com filamento de tungstênio, a distribuição espectral da radiação é proporcional à distribuição espectral da radiação de um corpo completamente preto na faixa de comprimento de onda de 360-1000 nm. Para cálculo composição espectral radiação de corpo negro para um dado temperatura absoluta aquecê-lo, você pode usar a fórmula de Planck:
e -5 s 2 / λ t
Rλ \u003d C1 λ (e -1)
uh
Onde Rλ é a luminosidade da energia espectral, C1 e C2 são constantes, e é a base logaritmos naturais, T-temperatura absoluta, K
Experimentalmente, a temperatura de cor é determinada pelo valor da relação azul-vermelho de actinicidades. Actinidade-luminância, efetiva em relação ao fotodetector:
Аλ = Фλ Sλ / Q = Eλ Sλ
Onde Ф é o fluxo radiante, Sλ é a sensibilidade do fotodetector, Qλ é sua área
Se um medidor de luz for usado como fotodetector, a actinidade é a iluminação determinada quando a fotocélula é protegida com filtros de luz azul e vermelha.
Tecnicamente, a medição é feita da seguinte forma.
A fotocélula do medidor de luz é protegida alternadamente por filtros de luz azul e vermelha especialmente selecionados. Os filtros de luz devem ser zonais e ter a mesma multiplicidade na zona de transmissão. O galvanômetro luxímetro determina a iluminação da fonte medida para cada um dos filtros. Calcule a razão azul-vermelho usando a fórmula
K \u003d Ac / Ak \u003d Es / Ek
CRONOGRAMA página 6 escravo de laboratório
Фλ. Para fazer isso, de acordo com a fórmula de Planck, os valores do espectro luminosidade energética. Em seguida, a função resultante é normalizada. O racionamento consiste em uma diminuição ou aumento proporcional em todos os valores de tal forma
de modo que a função passe por um ponto com coordenadas λ= 560nm, lg R560 =2,0
ou λ= 560 nm, R560 rel = 100 Neste caso, considera-se que cada valor se refere ao intervalo espectral ∆λ correspondente à etapa de cálculo.
∆λ=10 nm, luminosidade 100 W*m corresponde a um comprimento de onda de 560 nm na faixa de comprimento de onda de 555-565 nm.
Fig 1.2 Página 7 escravo do laboratório
Usando a função de dependência espectral Rλ = f λ, pode-se encontrar as funções E λ = Фλ = f λ Para fazer isso, use as fórmulas
E-iluminação, R-luminosidade, F- fluxo de energia, área Q
6. Fonte de luz. suas características espectrais. Classificação das fontes de luz de acordo com o tipo de radiação. Fórmula de Planck e Wien.
7. Propriedades fotométricas de fontes de radiação. Classificação por quantidades geométricas: fontes de luz pontuais e estendidas, corpo fotométrico.
Dependendo da relação entre as dimensões do emissor e sua distância ao ponto estudado do campo, as fontes de radiação podem ser divididas em 2 grupos:
1) fontes pontuais de radiação
2) uma fonte de dimensões finitas (fonte linear) Uma fonte de radiação cujas dimensões são significativamente menos distância ao ponto em estudo são chamados de ponto. Na prática, uma fonte pontual é considerada aquela cujo tamanho máximo é pelo menos 10 vezes menor que a distância ao receptor da radiação. Para tais fontes de radiação, a lei do inverso do quadrado da distância é observada.
E=I/r 2 cosseno alfa, onde alfa=ângulo entre o feixe de luz e a perpendicular à superfície C.
Se a partir do ponto em que a fonte pontual de radiação está localizada para colocar de lado em várias direções espaço são vetores de força de radiação unitária e desenham uma superfície através de suas extremidades, então obtemos um CORPO FOTOMÉTRICO da força de radiação da fonte. Tal corpo caracteriza completamente a distribuição do fluxo de radiação de uma determinada fonte no espaço circundante
8. Conversão de radiação por meios ópticos. Características da conversão da radiação: coeficientes de luz, multiplicidades, densidades ópticas, relação entre eles. Filtros Definição do termo. Curva espectral como característica de filtro universal.
Quando o fluxo de radiação Ф0 atinge o corpo real(meio óptico), parte de seu Ф(ro) é refletida pela superfície, parte de Ф(alpha) é absorvida pelo corpo e parte de Ф(tau) passa por ele. capacidade corporal ( ambiente óptico) para tal transformação é caracterizada pelo coeficiente de reflexão ro=Fro/Ф0, o coeficiente tau=Ftau/Ф0.
Se os coeficientes são determinados pela conversão de fluxos de luz (F, lm), eles são chamados de luz (fotométrica)
Rosv \u003d Fo / Fo; Alphasw=Falpha/F®; tausv=Ftau/F®
Para coeficientes ópticos e de luz, é verdadeira a afirmação de que sua soma é 1,0 (po + alfa + tau \u003d 1)
Existem mais dois tipos de coeficientes - monocromáticos e zonais. Os primeiros avaliam o efeito do meio óptico na radiação monocromática com comprimento de onda lambda.
Os coeficientes zonais estimam a conversão da radiação emprestada das zonas do espectro (azul com delta lambda = 400-500 nm, verde com delta lambda = 500-600 nm e vermelho com delta lambda = 600-700 nm)
9. Lei de Bouguer-Lambert-Beer. Quantidades vinculadas por lei. Aditividade de densidades ópticas como principal conclusão da lei de Bouguer-Lambert-Beer. Indicadores de dispersão de luz, turbidez dos meios. Tipos de dispersão de luz.
F 0 /F t =10 kl , taxa de absorção de k. Beer descobriu que o índice de absorção também depende da concentração da substância que absorve a luz c, k \u003d Xc, x é o índice de absorção molar, expresso como o recíproco da espessura da camada que atenua a luz em 10 vezes em uma concentração de substância absorvente de luz nele 1 mol / l.
A equação final que expressa a lei de Bouguer-Lambert-Beer fica assim: F0 / Ft \u003d 10 elevado à potência de Xc1
O fluxo luminoso transmitido pela camada está relacionado com a diminuição do fluxo exponencialmente através do índice de absorção molar, da espessura da camada e da concentração da substância absorvedora de luz. Decorre da lei considerada significado físico conceitos de densidade óptica. Integrando a expressão Ф0/Фт=10 à potência Xc1
Obtemos D \u003d X * s * l, aqueles. Densidade ótica ambiente depende de sua natureza, é proporcional à sua espessura e à concentração de absorção de luz in-va. Como a lei de Bouguer-Lambert-Beer caracteriza a fração de luz absorvida pela fração de luz transmitida, ela não leva em consideração a luz refletida e espalhada. Além disso, a relação resultante que expressa a lei de Bouger-Lambert-Beer é válida apenas para meios homogêneos e não leva em consideração a perda de reflexão da luz na superfície dos corpos. O desvio da lei leva à não aditividade da mídia óptica.
Enough é usado para quantificar a radiação. círculo largo quantidades, que podem ser condicionalmente divididas em dois sistemas de unidades: energia e luz. Nesse caso, as quantidades de energia caracterizam a radiação relacionada a toda a região óptica do espectro e as quantidades de iluminação - para radiação visível. As quantidades de energia são proporcionais às quantidades de iluminação correspondentes.
A quantidade principal em sistema de energia, que permite avaliar a quantidade de radiação, é fluxo de radiação Ph, ou poder de radiação, ou seja quantidade de energia C, irradiado, transportado ou absorvido por unidade de tempo:
O valor de Fe é expresso em watts (W). - unidade de energia
Na maioria dos casos, eles não levam em consideração a natureza quântica da aparência da radiação e a consideram contínua.
Uma característica qualitativa da radiação é a distribuição do fluxo de radiação ao longo do espectro.
Para radiações com um espectro contínuo, o conceito é introduzido densidade espectral do fluxo de radiação (j l)- a relação entre a potência de radiação atribuível a uma determinada seção estreita do espectro e a largura dessa seção (Fig. 2.2). Para uma faixa espectral estreita dl o fluxo de radiação é dФ l . A ordenada mostra as densidades espectrais do fluxo de radiação j l = dФ l /dl, portanto, o fluxo é representado pela área de uma seção elementar do gráfico, ou seja,
Se o espectro de emissão estiver dentro dos limites de eu 1 antes eu 2, então a magnitude do fluxo de radiação
Debaixo fluxo luminoso F, no caso geral, entenda a potência da radiação, estimada pelo seu efeito no olho humano. A unidade de fluxo luminoso é lúmen (lm). - unidade de iluminação
A ação do fluxo de luz no olho causa sua reação certa. Dependendo do nível de ação do fluxo de luz, funciona um ou outro tipo de receptores oculares fotossensíveis, chamados bastonetes ou cones. Em condições de pouca luz (por exemplo, à luz da lua), o olho vê os objetos ao redor devido aos bastonetes. Em altos níveis de iluminação, o aparato de visão diurna, pelo qual os cones são responsáveis, começa a funcionar.
Além disso, os cones são divididos em três grupos de acordo com sua substância sensível à luz com sensibilidade diferente em diferentes regiões do espectro. Portanto, ao contrário dos bastonetes, eles reagem não apenas ao fluxo de luz, mas também à sua composição espectral.
A esse respeito, pode-se dizer que ação leve bidimensional.
A característica quantitativa da reação do olho associada ao nível de iluminação é chamada leveza. A característica qualitativa associada ao diferente nível de reação dos três grupos de cones é chamada cromaticidade.
Intensidade da luz (I). Na tecnologia de iluminação, esse valor é considerado como básico. Esta escolha não tem um fundamento fundamental, mas é feita por razões de conveniência, uma vez que A intensidade da luz não depende da distância.
O conceito de intensidade luminosa refere-se apenas a fontes pontuais, ou seja, a fontes cujas dimensões são pequenas em comparação com a distância delas à superfície iluminada.
A intensidade luminosa de uma fonte pontual em uma determinada direção é por unidade de ângulo sólido C fluxo de luz F emitida por esta fonte em uma determinada direção:
I = F / Ω
Energia a intensidade luminosa é expressa em watts por esterradiano ( Ter/Quar).
Atrás iluminação unidade de intensidade luminosa é aceita candela(cd) é a intensidade luminosa de uma fonte pontual que emite um fluxo luminoso de 1 lm, distribuído uniformemente dentro de um ângulo sólido de 1 esterradiano (sr).
Um ângulo sólido é uma parte do espaço delimitada por uma superfície cônica e um contorno curvilíneo, não passando pelo vértice do canto (Fig. 2.3). Quando uma superfície cônica é comprimida, as dimensões da área esférica o tornam-se infinitamente pequenas. O ângulo sólido neste caso também se torna infinitesimal:
Figura 2.3 - Para a definição do conceito de "ângulo sólido"
Iluminação (E). Sob iluminação energética E e entender o fluxo de radiação em unidade de área superfície iluminada Q:
A iluminação de energia é expressa em P/m 2.
Iluminação clara E expressa pela densidade do fluxo de luz F na superfície que ilumina (Fig. 2.4):
Para a unidade de luz, a iluminação é tomada luxo, ou seja a iluminação de uma superfície que recebe um fluxo luminoso de 1 lm distribuído uniformemente sobre ela em uma área de 1 m 2.
Entre outras quantidades utilizadas na engenharia de iluminação, importantes são energia radiação Nós ou energia luminosa C, bem como energia Ne ou luz H exposição.
Os valores We e W são determinados pelas expressões
onde são, respectivamente, as funções das mudanças no fluxo de radiação e no fluxo luminoso no tempo. We é medido em joules ou Ws, uma C- em lms.
Debaixo energia H e ou exposição à luz Compreendo densidade de superfície energia de radiação Nós ou energia luminosa C respectivamente na superfície iluminada.
Aquilo é exposição à luz Hé o produto da iluminação E, criado pela fonte de radiação, por um tempo t ação dessa radiação.
Questão 2. Grandezas fotométricas e suas unidades.
A fotometria é um ramo da óptica que trata da medição das características energéticas da radiação óptica nos processos de propagação e interação com a matéria. A fotometria usa quantidades de energia que caracterizam os parâmetros de energia da radiação óptica, independentemente do seu efeito nos receptores de radiação, e também usa quantidades de luz que caracterizam os efeitos fisiológicos da luz e são avaliadas pelo efeito no olho humano ou em outros receptores.
quantidades de energia.
Fluxo de energiaF e é o valor, numericamente igual a energia C radiação passando por uma seção perpendicular à direção de transferência de energia, por unidade de tempo
F e = C/ t, watt (ter).
O fluxo de energia é equivalente à potência da energia.
A energia irradiada por uma fonte real para o espaço circundante é distribuída sobre sua superfície.
luminosidade energética(radiação) R e é a potência de radiação por unidade de área de superfície em todas as direções:
R e = F e/ S, (ter/m 2),
Essa. é a densidade de fluxo de radiação de superfície.
energia poder da luz (força de radiação) EU e é definido usando o conceito de fonte pontual de luz - uma fonte cujas dimensões comparadas com a distância ao ponto de observação podem ser desprezadas. energia poder da luz EU e valor, igual à razão fluxo de radiação F e fonte para ângulo sólido ω , dentro do qual esta radiação se propaga:
EU e= F e/ ω , (ter/Casar) - watt por esterradiano.
Um ângulo sólido é uma parte do espaço limitada por alguma superfície cônica. Casos particulares de ângulos sólidos são triédricos e ângulos poliédricos. Angulo solido ω medido pela razão de área S aquela parte da esfera centrada no vértice da superfície cônica, que é cortada por este ângulo sólido, ao quadrado do raio da esfera, ou seja, ω = S/r 2. Uma esfera completa forma um ângulo sólido igual a 4π esterradianos, ou seja, ω = 4π r 2 /r 2 = 4π Casar.
A intensidade da luz da fonte geralmente depende da direção da radiação. Se não depende da direção da radiação, essa fonte é chamada de isotrópica. Para uma fonte isotrópica, a intensidade luminosa é
EU e= F e /4π.
No caso de uma fonte estendida, podemos falar da intensidade luminosa de um elemento de sua superfície dS.
Brilho de energia (brilho) NO e é um valor igual à razão entre a intensidade de energia da luz Δ EU e elemento da superfície radiante para a área ∆S projeções deste elemento em um plano perpendicular à direção de observação:
NO e = Δ EU e / ∆ S. [(ter/(sr.m 2)].
Iluminação energética (irradiação) E e caracteriza o grau de iluminação da superfície e é igual à magnitude do fluxo de radiação de todas as direções incidentes na unidade da superfície iluminada ( ter/m 2).
Em fotometria, a lei do inverso do quadrado (lei de Kepler) é usada: a iluminação de um plano de uma direção perpendicular de uma fonte pontual com uma força EU e na distância r dela é igual a:
E e = EU e/ r 2 .
Desvio do feixe de radiação óptica da perpendicular à superfície por um ângulo α leva a uma diminuição da iluminação (lei de Lambert):
E e = EU e porque α /r 2 .
Papel importante ao medir as características de energia da radiação, a distribuição temporal e espectral de seu jogo de poder. Se a duração da radiação óptica for menor que o tempo de observação, a radiação é considerada pulsada e, se for mais longa, é considerada contínua. Fontes podem emitir radiação vários comprimentos ondas. Portanto, na prática, o conceito de espectro de radiação é usado - a distribuição da potência da radiação em uma escala de comprimento de onda λ (ou frequências). Quase todas as fontes irradiam de forma diferente em diferentes partes do espectro.
Para um intervalo infinitamente pequeno de comprimentos de onda dλ o valor de qualquer quantidade fotométrica pode ser especificado usando sua densidade espectral. Por exemplo, a densidade espectral da luminosidade da energia
R eλ = dW/dλ,
Onde dWé a energia irradiada de uma unidade de área de superfície por unidade de tempo na faixa de comprimento de onda de λ antes λ + dλ.
quantidades de luz. Nas medições ópticas, vários receptores de radiação são usados, cujas características espectrais de sensibilidade à luz de diferentes comprimentos de onda são diferentes. A sensibilidade espectral de um fotodetector de radiação óptica é a razão entre o valor que caracteriza o nível de reação do receptor e o fluxo ou energia da radiação monocromática que causa essa reação. Distinguir entre a sensibilidade espectral absoluta, expressa em unidades nomeadas (por exemplo, E/ter se a resposta do receptor for medida em E), e a sensibilidade espectral relativa adimensional é a razão entre a sensibilidade espectral em um determinado comprimento de onda de radiação para valor máximo sensibilidade espectral ou a sensibilidade espectral em um determinado comprimento de onda.
A sensibilidade espectral de um fotodetector depende apenas de suas propriedades; é diferente para diferentes receptores. Sensibilidade espectral relativa olho humano V(λ ) é mostrado na Fig. 5.3.
O olho é mais sensível à radiação com um comprimento de onda λ =555 nm. Função V(λ ) para este comprimento de onda é considerado igual à unidade.
Com o mesmo fluxo de energia, a intensidade de luz estimada visualmente para outros comprimentos de onda é menor. A sensibilidade espectral relativa do olho humano para esses comprimentos de onda acaba sendo menos de um. Por exemplo, o valor da função significa que a luz de um determinado comprimento de onda deve ter uma densidade de fluxo de energia 2 vezes maior que a luz para a qual , de modo que as sensações visuais sejam as mesmas.
O sistema de quantidades de luz é introduzido levando em consideração a sensibilidade espectral relativa do olho humano. Portanto, as medições de luz, sendo subjetivas, diferem das objetivas, de energia, e para elas são introduzidas unidades de luz, que são usadas apenas para luz visível. A unidade básica de luz no sistema SI é a intensidade luminosa - candela (cd), que é igual à intensidade da luz em uma determinada direção de uma fonte que emite radiação monocromática com frequência de 5,4 10 14 Hz, cuja intensidade de energia nessa direção é 1/683 W/sr. Todas as outras quantidades de luz são expressas em termos de candela.
A definição de unidades de luz é semelhante às unidades de energia. Para medir quantidades de luz, são utilizadas técnicas e dispositivos especiais - fotômetros.
Fluxo de luz . A unidade de fluxo luminoso é lúmen (lm). É igual ao fluxo luminoso emitido por uma fonte de luz isotrópica com potência de 1 cd dentro de um ângulo sólido de um esterradiano (com campo de radiação uniforme dentro do ângulo sólido):
1 lm = 1 cd·1 Casar.
Com experiência verificou-se que o fluxo luminoso de 1 lm, formado por radiação com comprimento de onda λ = 555nm corresponde a um fluxo de energia de 0,00146 ter. Fluxo luminoso em 1 lm, formada por radiação com um comprimento de onda diferente λ , corresponde ao fluxo de energia
F e = 0,00146/ V(λ ), ter,
Essa. 1 lm = 0,00146 ter.
iluminação E- valor ferido pela relação do fluxo luminoso F incidente na superfície, para a área S esta superfície:
E = F/S, luxo (OK).
1 OK- iluminação de superfície, por 1 m 2 em que o fluxo luminoso cai em 1 lm (1OK = 1 lm/m 2). Para medições de iluminação, são utilizados dispositivos que medem o fluxo de radiação óptica de todas as direções - luxímetros.
Brilho R C (luminosidade) de uma superfície luminosa em alguma direção φ é uma quantidade igual à razão da intensidade luminosa EU nesta direção para a praça S projeção de uma superfície luminosa em um plano perpendicular a esta direção:
R C= EU/(S porque φ ), (cd/m 2).
Em geral, o brilho das fontes de luz é diferente para direções diferentes. Fontes cujo brilho é o mesmo em todas as direções são chamadas de lambertiana ou cosseno, pois o fluxo luminoso emitido por um elemento da superfície de tal fonte é proporcional ao cosφ. Satisfaz estritamente esta condição apenas corpo absolutamente preto.
Qualquer fotômetro com um ângulo de visão limitado é essencialmente um medidor de luminância. Espectral e distribuição espacial brilho e iluminação permite calcular todas as outras quantidades fotométricas por integração.
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