Posúdiť energiu žiarenia a jej vplyv na prijímače žiarenia, medzi ktoré patria fotoelektrické zariadenia, tepelné a fotochemické prijímače, ako aj oko, energiu a svetelné množstvá.
Charakteristikou sú množstvá energie optické žiarenie súvisí s celým optickým rozsahom.
Oko dlho bol jediným prijímačom optického žiarenia. Preto sa historicky vyvinul tak, že pre kvalitu a kvantifikácia Pre viditeľnú časť žiarenia sa používajú svetelné (fotometrické) veličiny, ktoré sú úmerné zodpovedajúcim energetickým veličinám.
Vyššie bol uvedený pojem toku žiarenia vzťahujúci sa na celý optický rozsah. Hodnota, ktorá v sústave veličín svetla zodpovedá toku žiarenia,
je svetelný tok Ф, t.j. výkon žiarenia odhadnutý štandardným fotometrickým pozorovateľom.
Uvažujme svetelné veličiny a ich jednotky a potom nájdeme súvislosť týchto veličín s energetickými.
Na vyhodnotenie dvoch zdrojov viditeľného žiarenia sa porovnáva ich luminiscencia v smere toho istého povrchu. Ak sa žiara jedného zdroja berie ako jednota, tak porovnaním žiary druhého zdroja s prvým dostaneme hodnotu nazývanú svietivosť.
AT medzinárodný systém Jednotkou SI pre jednotku svietivosti je kandela, ktorej definíciu schválila XVI. generálna konferencia (1979).
Candela - sila svetla v daný smer zdroj vyžarujúci monochromatické žiarenie s frekvenciou Hz, energetická sila ktorého svetlo v tomto smere je
Intenzita svetla alebo uhlová hustota svetelný tok,
kde je svetelný tok v určitom smere vo vnútri priestorového uhla
Priestorový uhol je časť priestoru ohraničená ľubovoľnou kužeľovou plochou. Ak je guľa opísaná zhora tohto povrchu ako od stredu, potom plocha časti gule odrezaná kužeľovou plochou (obr. 85) bude úmerná druhej mocnine polomeru gule:
Koeficient úmernosti je hodnota priestorového uhla.
Jednotkou priestorového uhla je steradián, ktorý sa rovná priestorovému uhlu s vrcholom v strede gule, ktorý vykrajuje plochu na povrchu gule, rovná plocheštvorec so stranou rovný polomeru gule. plná guľa tvorí pevný uhol
Ryža. 85. Plný uhol
Ryža. 86. Žiarenie v priestorovom uhle
Ak je zdroj žiarenia v hornej časti čiary kruhový kužeľ, potom priestorový uhol pridelený v priestore je obmedzený vnútornou dutinou tohto kužeľová plocha. Pri znalosti hodnoty rovinného uhla medzi osou a tvoriacou čiarou kužeľovej plochy je možné určiť zodpovedajúci priestorový uhol.
Vyčleňme v priestorovom uhle nekonečne malý uhol, ktorý vyreže na gule nekonečne úzky prstencový úsek (obr. 86). Tento prípad patrí k najčastejšie sa vyskytujúcemu osovo symetrickému rozloženiu intenzity osvetlenia.
Oblasť prstencovej časti, kde je vzdialenosť od osi kužeľa k úzkemu prstencu šírky
Podľa obr. kde je polomer gule.
Preto, kde
Priestorový uhol zodpovedajúci plochému uhlu
Pre hemisféru je priestorový uhol pre guľu
Zo vzorca (160) vyplýva, že svetelný tok
Ak sa intenzita svetla nemení pri pohybe z jedného smeru do druhého, potom
Ak je totiž svetelný zdroj so svietivosťou umiestnený vo vrchole priestorového uhla, potom rovnaký svetelný tok vstupuje do všetkých oblastí ohraničených kužeľovou plochou, ktorá tento priestorový uhol v priestore vyčleňuje. Potom, ako ukazuje skúsenosť, stupeň osvetlenia týchto oblastí je nepriamo úmerný kvadrátom polomerov týchto gúľ a je priamo úmerný veľkosti oblastí.
Platí teda rovnosť: teda vzorec (165).
Vyššie uvedené odôvodnenie vzorca (165) platí len vtedy, keď je vzdialenosť medzi zdrojom svetla a osvetlenou oblasťou dostatočne veľká v porovnaní s veľkosťou zdroja a keď médium medzi zdrojom a osvetlenou oblasťou neabsorbuje ani nerozptyľuje svetelnú energiu. .
Jednotkou svetelného toku je lúmen (lm), čo je tok v rámci priestorového uhla, keď sa intenzita svetla zdroja umiestneného v hornej časti priestorového uhla rovná
Osvetlenie oblasti kolmej na dopadajúce lúče je určené pomerom, ktorý sa nazýva osvetlenie E:
Vzorec (166), rovnako ako vzorec (165), prebieha za predpokladu, že svietivosť I sa nemení pri pohybe z jedného smeru do druhého v rámci daného priestorového uhla. V opačnom prípade bude tento vzorec platiť len pre nekonečne malú oblasť
Ak dopadajúce lúče zvierajú uhly s normálou k osvetlenej oblasti, potom sa vzorce (166) a (167) zmenia, pretože osvetlená oblasť sa zväčší. V dôsledku toho dostaneme:
Keď je lokalita osvetlená viacerými zdrojmi, jej osvetlenie
kde počet zdrojov žiarenia, t. j. celkové osvetlenie sa rovná súčtu osvetlení, ktoré dané miesto dostane z každého zdroja.
Jednotkou osvetlenia je osvetlenie miesta, keď naň dopadá svetelný tok (miesto je normálne voči dopadajúcim lúčom). Táto jednotka sa nazýva lux
Ak nemožno zanedbať rozmery zdroja žiarenia, tak na vyriešenie množstva problémov je potrebné poznať rozloženie svetelného toku tohto zdroja po jeho povrchu. Pomer svetelného toku vychádzajúceho z povrchového prvku k ploche tohto prvku sa nazýva svietivosť a meria sa v lúmenoch za meter štvorcový Svetelnosť tiež charakterizuje rozloženie odrazeného svetelného toku.
Takže svietivosť
kde je povrch zdroja.
Pomer intenzity osvetlenia v danom smere k priemetnej ploche svietiacej plochy na rovinu kolmú na tento smer sa nazýva jas.
Preto ten jas
kde je uhol medzi normálou k miestu a smerom intenzity svetla
Dosadením do vzorca (172) hodnotu [pozri vzorec (160)), získame jas
Zo vzorca (173) vyplýva, že jas je druhou deriváciou toku vzhľadom na priestorový uhol k ploche.
Jednotkou jasu je kandela na meter štvorcový.
Povrchová hustota svetelnej energie dopadajúceho žiarenia sa nazýva expozícia:
AT všeobecný prípad osvetlenie zahrnuté vo vzorci (174) sa môže časom meniť
Expozícia má skvelú praktickú hodnotu, napríklad vo fotografii a meria sa v lux-sekundách
Vzorce (160) - (174) sa používajú na výpočet množstva svetla aj energie, po prvé, pre monochromatické žiarenie, t. j. žiarenie s určitou vlnovou dĺžkou, a po druhé, bez zohľadnenia spektrálneho rozloženia žiarenia, ktoré spravidla prebieha vo vizuálnych optických zariadeniach.
Spektrálne zloženie žiarenia - rozloženie výkonu žiarenia po vlnových dĺžkach má veľký význam na výpočet veličín energie pri použití prijímačov selektívneho žiarenia. Pre tieto výpočty bol zavedený koncept spektrálnej hustoty toku žiarenia [viď. vzorce (157)-(159)].
V obmedzenom rozsahu vlnových dĺžok máme:
Energetické veličiny definované vzorcami platia aj pre viditeľnú časť spektra.
Základné fotometrické a energetické množstvá, ktoré definujú ich vzorce a jednotky podľa sústavy SI sú uvedené v tabuľke. 5.
1. Tok žiarenia. Pojem spektra elektromagnetického žiarenia. Princíp merania distribúcie prietoku v spektre. Energetické množstvá.
Tok (výkon) žiarenia (F) yavl. hlavná veličina v energetickom systéme meraní. Výkon (alebo tok) žiarenia sa považuje za energiu prenesenú za jednotku času. Hodnota F je vyjadrená vo wattoch (W).
Rozsah elektromagnetických vĺn váhanie, n. v prírode je dosť široký a siaha od zlomkov angstromu po kilometer.
Spektrum elektromagnetického žiarenia, mikróny
Gama lúče _____________________________________ menej ako 0,0001
Röntgenové lúče ________________________________ 0,01-0,0001
Ultrafialové lúče _____________________________ 0,38-0,01
Viditeľné svetlo ___________________________________________ 0,78-0,38
Infračervené lúče _________________________________1000-0,78
Rádiové vlny _____________________________________________ viac ako 1000
Len časť spektra patrí do optickej oblasti elektromagnetická radiácia s intervalom vlnových dĺžok od λmin= 0,01 µm do λmax=1000 µm.Takéto žiarenie vzniká v dôsledku elektromagnetického budenia atómov, vibračných a rotačný pohyb molekuly.
AT optické spektrum možno rozlíšiť tri hlavné oblasti: ultrafialové, viditeľné, infračervené.
Ultrafialové žiarenie produkuje najsilnejšie fotóny a má silný fotochemický účinok.
Vyžarovanie viditeľného svetla nám napriek pomerne úzkemu intervalu umožňuje vidieť všetku rozmanitosť sveta okolo nás. Takže ľudské oko prakticky nevníma žiarenie s extrémnymi rozsahmi vlnových dĺžok (majú na oko slabý účinok), v praxi viditeľné svetlo je zvykom uvažovať o žiarení s rozsahom vlnových dĺžok 400-700 nm. Toto žiarenie má výrazný fotofyzikálny a fotochemický účinok, ale menší ako ultrafialové.
Fotóny majú minimum energie z celej optickej oblasti spektra Infra červená radiácia. Pre toto žiarenie har-ale tepelný efekt a do značnej miery nižší stupeň, fotofyzikálne a fotochemické. akcie.
2. Koncepcia prijímača žiarenia . Reakcie prijímača. Klasifikácia prijímačov žiarenia. Lineárne a nelineárne prijímače. Spektrálna citlivosť prijímača žiarenia.
telesá, v ktorých k takýmto premenám dochádza pôsobením optického žiarenia, prijatého v osvetľovacej technike spoločný názov "prijímače žiarenia"
Bežne sa prijímače žiarenia delia na:
1. Prirodzeným prijímačom žiarenia je ľudské oko.
2. Svetlocitlivé materiály používané na optický záznam obrazov.
3. Prijímače sú tiež fotosenzitívne prvky meracie prístroje(denzitometre, kolorimetre)
Optické žiarenie má vysokú energiu, a preto ovplyvňuje mnohé látky a fyzické telá.
V dôsledku absorpcie svetla v médiách a telách, celý riadok javy (obrázok 2.1, Sir 48)
Teleso, ktoré absorbovalo žiarenie, začne samo vyžarovať. V tomto prípade môže mať sekundárne žiarenie iný spektrálny rozsah v porovnaní s absorbovaným. N-r, pod osvetlením ultrafialové svetlo telo vyžaruje viditeľné svetlo.
Energia absorbovaného žiarenia sa premení na elektrická energia, ako v prípade fotoelektrického javu, alebo vyvoláva zmenu elektrické vlastnosti materiál, ktorý sa vyskytuje vo fotovodičoch. Takéto premeny sa nazývajú fotofyzikálne.
Ďalším typom fotofyzikálnej transformácie je prechod energie žiarenia do termálna energia. Tento jav našiel uplatnenie v termoprvkoch používaných na meranie výkonu žiarenia.
Energia žiarenia sa premieňa na chemickú energiu. Prebieha fotochemická premena látky, ktorá absorbuje svetlo. K tejto konverzii dochádza vo väčšine fotosenzitívnych materiálov.
Telesá, v ktorých k takýmto premenám dochádza pôsobením optického žiarenia, dostali v svetelnej technike zaužívaný názov. "prijímače žiarenia"
Lineárne nelineárne prijímače????????????????????
Spektrálna citlivosť prijímača žiarenia.
Pôsobením optického žiarenia v prijímači prebieha fotochemická a fotofyzikálna premena, ktorá daným spôsobom mení vlastnosti prijímača.
Táto zmena sa nazýva užitočná odozva prijímača.
Nie všetka energia dopadajúceho žiarenia sa však minie na užitočnú reakciu.
Časť energie prijímačov nie je absorbovaná, a preto nemôže spôsobiť reakciu. Absorbovaná energia sa tiež úplne nepremení na užitočnú. Napríklad okrem fotochemickej transformácie môže dôjsť k zahrievaniu prijímača. Prakticky využitá časť energie tzv. užitočná a prakticky využívaná časť výkonu žiarenia (radiačný tok Ф) je efektívny tok Ref.
Pomer efektívneho toku Ref k toku žiarenia dopadajúceho na prijímač
volal citlivosť prijímača.
Pre väčšinu prijímačov závisí spektrálna citlivosť od vlnovej dĺžky.
Sλ= сРλ eff/Фλ a Рλ eff=КФλSλ
Veličiny sa nazývajú Фλ a Рλ, v tomto poradí, monochromatický tok žiarenia a monochromatický efektívny tok, a Sλ je monochromatická spektrálna citlivosť.
Pri znalosti rozloženia výkonu v spektre Ф(λ) pre žiarenie dopadajúce na prijímač a spektrálnej citlivosti prijímača S(λ) je možné vypočítať efektívny tok podľa vzorca – Реф=К ∫ Ф(λ) S(A)dλ
Meranie sa vzťahuje na rozsah ∆λ obmedzený buď spektrálnou odozvou prijímača alebo spektrálnym rozsahom merania.
3. Vlastnosti oka ako prijímača. Svetelný tok. Jeho spojenie s tokom žiarenia. krivka viditeľnosti. Rozdiel medzi svetlom a energiou prúdi v rozsahu 400-700 nm.
Vlastnosti oka ako prijímača.
Zrakový aparát pozostáva z prijímača žiarenia (oči), zrakových nervov a zrakových oblastí mozgu. V týchto zónach sa signály, ktoré sa tvoria v očiach a vstupujú cez optické nervy, analyzujú a premieňajú na vizuálne obrazy.
Prijímač žiarenia pozostáva z dvoch očných buliev, z ktorých každá sa môže pomocou šiestich vonkajších svalov ľahko otáčať na obežnej dráhe v horizontálnej aj vertikálnej rovine. Pri skúmaní predmetu sa oči prudko pohybujú, striedavo sa fixujú rôzne body objekt. Tento pohyb má vektorový charakter, t.j. smer každého skoku je určený uvažovaným objektom. Rýchlosť skoku je veľmi vysoká a fixačné body, kde sa oko zastaví na 0,2-0,5 s, sa nachádzajú hlavne na hraniciach detailov, kde sú rozdiely v jase. Počas „zastávok“ oko nie je v pokoji, ale vykonáva rýchle mikropohyby vzhľadom na bod fixácie. Napriek týmto mikrosakádam je v miestach fixácie pozorovaná oblasť objektu zameraná na foveu sietnice citlivej na svetlo z očí.
Obr.2.4 (Horizontálny rez oka) str.56
Svetelný tok(F) Pod svetelným tokom vo všeobecnosti rozumieme silu žiarenia, odhadovanú podľa jeho účinku na ľudské oko. Jednotkou svetelného toku je lumen (lm).
Pôsobenie svetelného toku na oko spôsobuje jeho určitú reakciu. V závislosti od úrovne pôsobenia svetelného toku funguje jeden alebo druhý typ očných prijímačov citlivých na svetlo, nazývaných tyčinky alebo kužele. V podmienkach nízky level osvetlením (napr. vo svetle mesiaca), oko vidí okolité predmety vďaka tyčinkám. o vysoké úrovne osvetlenie, začne pracovať prístroj denného videnia, za ktorý sú zodpovedné kužele.
Okrem toho sú kužele rozdelené do troch skupín podľa ich svetlocitlivej látky s rôznou citlivosťou v rôznych oblastiach spektrum. Preto na rozdiel od tyčiniek reagujú nielen na svetelný tok, ale aj na jeho spektrálne zloženie.
V tejto súvislosti môžeme povedať, že pôsobenie svetla je dvojrozmerné. Kvantitatívna charakteristika očné reakcie spojené s úrovňou osvetlenia, tzv. svetlo. Charakteristika kvality spojená s rôzne úrovne reakcie troch skupín kužeľov, ktoré sa nazývajú farebnosť.
Dôležitá charakteristika yavl distribučná krivka relatívnej spektrálnej citlivosti oka (relatívna spektrálna svetelná účinnosť) pri dennom svetle νλ =f(λ) Obr.1.3 str.9
V praxi sa zistilo, že v podmienkach denného svetla má ľudské oko maximálnu citlivosť na žiarenie s Lamda = 555 nm (V555 = 1). Zároveň každá jednotka svetelného toku s F555 má vyžarovací výkon Ф555 = 0,00146 W. Pomer svetelného toku F555 k Ф555 je tzv spektrálna svetelná účinnosť.
K= F555/F555=1/0,00146=680 (lm/W)
Alebo pre akúkoľvek vlnovú dĺžku žiarenia vo viditeľnom rozsahu K=konšt.
K \u003d 1 / V (λ) * F λ / Ф λ \u003d 680. (jeden)
Pomocou vzorca (1) je možné stanoviť vzťah medzi svetelným tokom a tokom žiarenia.
Fλ = 680 * VA * Фλ
Pre integrované žiarenie
F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ
4. Fotoaktívny tok. Všeobecné informácie o efektívnom toku. Monochromatické a integrálne prúdy. aktinizmus .
V svetelnej technike a reprodukčnej technike sa používajú dva typy efektívnych tokov: svetlo F a fotoaktinické A.
Svetelný tok súvisí s výkonom (žiariacim tokom Ф) nasledujúcim výrazom:
F=680 ∫ Ф(λ) V(λ) dλ
400 nm
kde Ф(λ) je rozdelenie výkonu žiarenia v spektre, V(λ) je relatívna krivka spektrálnej svetelnej účinnosti (krivka viditeľnosti) a 680 je koeficient, ktorý vám umožňuje prejsť z wattov na lúmeny. Nazýva sa ekvivalentom svetelného toku a vyjadruje sa v lm/W.
Ak svetelný tok dopadá na akýkoľvek povrch, jeho povrchová hustota sa nazýva osvetlenosť. Osvetlenie E súvisí so svetelným tokom podľa vzorca
Kde Q je plocha vm Jednotka osvetlenia je lux (kl)
Pre svetlocitlivé materiály a fotodetektory meracích prístrojov použite fotoaktinický tokA.
Toto je efektívny tok definovaný výrazom
A = ∫ Ф (λ) S (λ) dλ
Ak je spektrálny rozsah, v ktorom sa meranie vykonáva, obmedzený vlnovými dĺžkami λ1 a λ2, potom výraz pre fotoaktinický tok bude mať formu
A \u003d ∫ F (λ) * S (λ) dλ
λ1
Jednotka merania A závisí od jednotky merania spektrálnej citlivosti. Ak je Sλ relatívna hodnota a meria sa vo wattoch. Ak má Sλ rozmer, napr.
m /J, potom to ovplyvní rozmer fotoaktinického toku
Povrchová hustota fotoaktinického toku na osvetlenom povrchu naz radiačná aktinitaa, a= dA/ dQ
Ak je povrch prijímača osvetlený rovnomerne, potom a=A/Q.
Pre monochromatické žiarenie.
Fλ = 680 * VA * Фλ
Pre integrované žiarenie
F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ
aktinizmus- analógové osvetlenie. Jeho merná jednotka závisí od rozmeru A
Ak A - W, potom a-W / m
Obr.2.2 strana 52
Čím väčšia je aktinita žiarenia, tým efektívnejšie sa využíva energia žiarenia a tým viac s inými rovnaké podmienky, bude užitočná odozva prijímača.
Na dosiahnutie maximálnej aktinity je žiaduce, aby maximálna spektrálna citlivosť prijímača a maximálny výkon žiarenia dopadli na rovnaké zóny spektra. Touto úvahou sa riadi výber svetelného zdroja na získanie obrázkov na konkrétnom type svetlocitlivých materiálov.
Napríklad proces kopírovania.
Vrstvy kópií používané na výrobu tlačových platní sú citlivé na ultrafialové a modrofialové žiarenie. K žiareniu iných zón viditeľné spektrum nereagujú. Preto na vykonanie procesu kopírovania používajú
Kovové halogenidové výbojky bohaté na ultrafialové a modré spektrum žiarenia.
OBR. 2.3. Page 53 manuál
5. Teplota farby. Krivky svietivosti absolútne čierneho telesa pri rozdielne teploty. Koncept normalizovanej krivky. Definícia pojmu "teplota farieb". Zmena smeru farby žiarenia so zmenou teploty farby.
Teplota farby znamená teplotu v kelvinoch úplne čierneho telesa, pri ktorej má žiarenie rovnakú farbu ako uvažované žiarenie. U žiaroviek s volfrámovým vláknom je spektrálne rozloženie žiarenia úmerné spektrálnemu rozloženiu žiarenia z úplne čierneho telesa v rozsahu vlnových dĺžok 360-1000 nm. Pre výpočet spektrálne zloženiežiarenie čierneho telesa pre danú absolútna teplota ohrievanie, môžete použiť Planckov vzorec:
e -5 s 2 / λ t
Rλ \u003d C1 λ (e -1)
uh
Kde Rλ je svetelnosť spektrálnej energie, C1 a C2 sú konštanty, e je základ prirodzené logaritmy, T-absolútna teplota, K
Experimentálne je teplota farby určená hodnotou modro-červeného pomeru aktinít. Aktinita-osvetlenie, účinné vo vzťahu k fotodetektoru:
Аλ = Фλ Sλ / Q = Eλ Sλ
Kde Ф je tok žiarenia, Sλ je citlivosť fotodetektora, Qλ je jeho plocha
Ak sa ako fotodetektor použije luxmeter, potom aktinita je osvetlenie určené, keď je fotobunka tienená filtrami modrého a červeného svetla.
Technicky sa meranie vykonáva nasledovne.
Fotobunka expozimetra je striedavo tienená špeciálne vybranými filtrami modrého a červeného svetla. Svetelné filtre musia byť zónové a musia mať rovnakú multiplicitu v zóne prenosu. Luxmeter galvanometer určuje osvetlenie z meraného zdroja pre každý z filtrov. Vypočítajte pomer modrej a červenej farby pomocou vzorca
K \u003d Ac / Ak \u003d Es / Ek
ROZVRH strana 6 lab slave
Фλ. Aby ste to dosiahli, podľa Planckovho vzorca, hodnoty spektra energetická svietivosť. Ďalej sa výsledná funkcia normalizuje. Prideľovanie spočíva v proporcionálnom znížení alebo zvýšení všetkých hodnôt týmto spôsobom
aby funkcia prechádzala bodom so súradnicami λ= 560nm, lg R560 =2,0
alebo λ= 560 nm, R560 rel = 100 V tomto prípade sa uvažuje, že každá hodnota sa vzťahuje na spektrálny interval ∆λ zodpovedajúci kroku výpočtu.
∆λ=10 nm, svietivosť 100 W*m zodpovedá vlnovej dĺžke 560 nm v rozsahu vlnových dĺžok 555-565 nm.
Obr 1.2 Page 7 laboratórny otrok
Pomocou funkcie spektrálnej závislosti Rλ = f λ je možné nájsť funkcie E λ = Фλ = f λ Na tento účel použite vzorce
E-osvetlenie, R-svietivosť, F- tok energie, Q- oblasť
6. Svetelný zdroj. ich spektrálne charakteristiky. Klasifikácia svetelných zdrojov podľa druhu žiarenia. Planck a Wien vzorec.
7. Fotometrické vlastnosti zdrojov žiarenia. Klasifikácia podľa geometrické veličiny: bodové a rozšírené svetelné zdroje, fotometrické telo.
V závislosti od pomeru rozmerov žiariča a jeho vzdialenosti od študovaného bodu poľa možno zdroje žiarenia rozdeliť do 2 skupín:
1) bodové zdroje žiarenia
2) zdroj konečných rozmerov (lineárny zdroj) Zdroj žiarenia, ktorého rozmery sú výrazne menšia vzdialenosť do skúmaného bodu sa nazývajú bod. V praxi sa za bodový zdroj považuje taký zdroj, ktorého maximálna veľkosť je aspoň 10-krát menšia ako vzdialenosť k prijímaču žiarenia. Pre takéto zdroje žiarenia sa dodržiava zákon o inverznej štvorci vzdialenosti.
E=I/r2 kosínus alfa, kde alfa=uhol medzi svetelným lúčom a kolmicou na povrch C.
Ak z bodu, v ktorom sa nachádza bodový zdroj žiarenia odložiť do rôznymi smermi priestor sú vektory jednotkovej sily žiarenia a cez ich konce vykresľujú povrch, potom dostaneme FOTOMETRICKÉ TELESO sily žiarenia zdroja. Takéto teleso úplne charakterizuje rozloženie toku žiarenia daného zdroja v okolitom priestore
8. Konverzia žiarenia optickými médiami. Charakteristika premeny žiarenia: svetelné koeficienty, multiplicity, optické hustoty, vzťah medzi nimi. Filtre Definícia pojmu. Spektrálna krivka ako univerzálna filtračná charakteristika.
Keď tok žiarenia Ф0 zasiahne skutočné telo(optické médium), časť jeho Ф(ro) sa odráža od povrchu, časť Ф(alfa) telo absorbuje a časť Ф(tau) ním prechádza. schopnosť tela ( optické prostredie) na takúto transformáciu je charakterizovaný koeficientom odrazu ro=Fro/Ф0, koeficientom tau=Ftau/Ф0.
Ak sú koeficienty určené prepočtom svetelných tokov (F, lm), potom sa nazývajú svetelné (fotometrické)
Rosv \u003d Fo / Fo; Alphasw=Falpha/F®; tausv=Ftau/F®
Pre optické a svetelné koeficienty platí tvrdenie, že ich súčet je 1,0 (po + alfa + tau \u003d 1)
Existujú ešte dva druhy koeficientov - monochromatický a zónový. Prvé hodnotia vplyv optického prostredia na monochromatické žiarenie s vlnovou dĺžkou lambda.
Zonálne koeficienty odhadujú konverziu vypožičaného žiarenia zo zón spektra (modrá s delta lambda = 400-500 nm, zelená s delta lambda = 500-600 nm a červená s delta lambda = 600-700 nm)
9. Bouguer-Lambert-Beerov zákon. Množstvá viazané zákonom. Aditivita optických hustôt ako hlavný záver Bouguer-Lambert-Beerovho zákona. Ukazovatele rozptylu svetla, zákal média. Druhy rozptylu svetla.
F0/Ft = 10 kl, k-absorpčná rýchlosť. Beer zistil, že absorpčný index závisí aj od koncentrácie látky pohlcujúcej svetlo c, k \u003d Xc, x je molárny absorpčný index vyjadrený ako prevrátená hodnota hrúbky vrstvy, ktorá zoslabuje svetlo 10-krát pri koncentrácii. látky absorbujúcej svetlo v ňom 1 mol / l.
Konečná rovnica vyjadrujúca Bouguer-Lambert-Beerov zákon vyzerá takto: F0 / Ft \u003d 10 na mocninu Xc1
Svetelný tok prenášaný vrstvou súvisí so zníženým tokom exponenciálne prostredníctvom indexu molárnej absorpcie, hrúbky vrstvy a koncentrácie látky absorbujúcej svetlo. Vyplýva to z posudzovaného zákona fyzický význam koncepcie optickej hustoty. Integráciou výrazu Ф0/Фт=10 k mocnine Xc1
Získame D \u003d X * s * l, tie. Optická hustota prostredia závisí od jeho povahy, je úmerná jeho hrúbke a koncentrácii absorbujúceho svetlo in-va. Keďže Bouguer-Lambert-Beerov zákon charakterizuje podiel absorbovaného svetla cez podiel prepusteného svetla, neberie do úvahy odrazené a rozptýlené svetlo. Navyše výsledný vzťah vyjadrujúci Bougerov-Lambertov-Beerov zákon platí len pre homogénne médiá a nezohľadňuje stratu odrazu svetla od povrchu telies. Odchýlka od zákona vedie k neaditivite optických médií.
Dostatok sa používa na kvantifikáciu žiarenia. široký kruh veličiny, ktoré možno podmienečne rozdeliť do dvoch systémov jednotiek: energie a svetla. V tomto prípade energetické veličiny charakterizujú žiarenie týkajúce sa celej optickej oblasti spektra a svetelné veličiny - to viditeľné žiarenie. Množstvo energie je úmerné zodpovedajúcim množstvám osvetlenia.
Hlavné množstvo v energetický systém, ktorý umožňuje posúdiť množstvo žiarenia, je tok žiarenia Ph, alebo sila žiarenia, t.j. množstvo energie W vyžiarené, nesené alebo absorbované za jednotku času:
Hodnota Fe je vyjadrená vo wattoch (W). - energetická jednotka
Vo väčšine prípadov neberú do úvahy kvantový charakter vzhľadu žiarenia a považujú ho za spojitý.
Kvalitatívnou charakteristikou žiarenia je rozloženie toku žiarenia v spektre.
Pre žiarenie so spojitým spektrom sa zavádza tento pojem spektrálna hustota toku žiarenia (j l)- pomer výkonu žiarenia pripísateľného určitej úzkej časti spektra k šírke tejto časti (obr. 2.2). Pre úzky spektrálny rozsah dl tok žiarenia je dФ l . Ordináta ukazuje spektrálne hustoty toku žiarenia j l = dФ l /dl, preto je tok reprezentovaný plochou elementárneho rezu grafu, t.j.
Ak emisné spektrum leží v medziach l 1 predtým l 2, potom veľkosť toku žiarenia
Pod svetelný tok F, vo všeobecnom prípade pochopiť silu žiarenia, odhadovanú podľa jeho účinku na ľudské oko. Jednotkou svetelného toku je lumen (lm). - osvetľovacia jednotka
Pôsobenie svetelného toku na oko spôsobuje jeho určitú reakciu. V závislosti od úrovne pôsobenia svetelného toku funguje jeden alebo druhý typ očných prijímačov citlivých na svetlo, nazývaných tyčinky alebo kužele. Pri slabom osvetlení (napríklad pri svetle mesiaca) oko vidí okolité predmety vďaka tyčinkám. Pri vysokých úrovniach osvetlenia začne fungovať denný zrakový aparát, za ktorý sú zodpovedné kužele.
Okrem toho sú čapíky rozdelené do troch skupín podľa ich svetlocitlivej látky s rôznou citlivosťou v rôznych oblastiach spektra. Preto na rozdiel od tyčiniek reagujú nielen na svetelný tok, ale aj na jeho spektrálne zloženie.
V tejto súvislosti možno povedať, že svetelné pôsobenie dvojrozmerné.
Kvantitatívna charakteristika reakcie oka spojená s úrovňou osvetlenia sa nazýva ľahkosť. Kvalitatívna charakteristika spojená s rôznou úrovňou reakcie troch skupín kužeľov sa nazýva farebnosť.
Intenzita svetla (I). V osvetľovacej technike sa táto hodnota berie ako základné. Táto voľba nemá zásadný základ, ale robí sa z dôvodov pohodlia, pretože Intenzita svetla nezávisí od vzdialenosti.
Pojem svietivosť sa vzťahuje len na bodové zdroje, t.j. k zdrojom, ktorých rozmery sú malé v porovnaní so vzdialenosťou od nich k osvetlenému povrchu.
Svietivosť bodového zdroja v určitom smere je na jednotku priestorového uhla W svetelný tok F emitované týmto zdrojom v danom smere:
I = F / Ω
energie svietivosť je vyjadrená vo wattoch na steradián ( Ut/Str).
pozadu osvetlenie akceptuje sa jednotka svietivosti kandela(cd) je svietivosť bodového zdroja, ktorý vyžaruje svetelný tok 1 lm, rovnomerne rozložený v priestorovom uhle 1 steradián (sr).
Priestorový uhol je časť priestoru ohraničená kužeľovou plochou a uzavretá krivočiary obrys, neprechádzajúce cez vrchol rohu (obr. 2.3). Keď je kužeľová plocha stlačená, rozmery guľovej plochy o sa nekonečne zmenšujú. Priestorový uhol sa v tomto prípade tiež stáva nekonečne malým:
Obrázok 2.3 - K definícii pojmu "priestorový uhol"
Osvetlenie (E). Pod energetickým osvetlením E e pochopiť tok žiarenia na plošná jednotka osvetlená plocha Q:
Energetické osvetlenie je vyjadrené v W/m2.
Svetelné osvetlenie E vyjadrené hustotou svetelného toku F na povrchu svieti (obr. 2.4):
Pre jednotku osvetlenia sa berie luxus, t.j. osvetlenie povrchu prijímajúceho svetelný tok 1 lm rovnomerne rozložený na ploche 1 m2.
Z iných veličín používaných v osvetľovacej technike sú dôležité energiežiarenia my alebo svetelná energia W, ako aj energie Nie alebo svetlo H vystavenie.
Hodnoty We a W sú určené výrazmi
kde sú funkcie zmien toku žiarenia a svetelného toku v čase. My sa meria v jouloch alebo Ws, a W- v lm s.
Pod energia H e alebo svetelná expozícia rozumieť hustota povrchu energia žiarenia my alebo svetelná energia W respektíve na osvetlenom povrchu.
T.j svetelná expozícia H je produktom osvetlenia E, vytvorený zdrojom žiarenia, na určitý čas t pôsobenie tohto žiarenia.
Otázka 2. Fotometrické veličiny a ich jednotky.
Fotometria je odvetvie optiky, ktoré sa zaoberá meraním energetických charakteristík optického žiarenia v procesoch šírenia a interakcie s hmotou. Fotometria využíva energetické veličiny, ktoré charakterizujú energetické parametre optického žiarenia bez ohľadu na jeho vplyv na prijímače žiarenia a využíva aj svetelné veličiny, ktoré charakterizujú fyziologické účinky svetla a sú hodnotené účinkom na ľudské oko alebo iné prijímače.
Energetické množstvá.
Tok energieF e je číselná hodnota rovná energii Wžiarenie prechádzajúce úsekom kolmým na smer prenosu energie za jednotku času
F e = W/ t, watt (Ut).
Tok energie je ekvivalentný sile energie.
Energia vyžarovaná skutočným zdrojom do okolitého priestoru je rozložená po jeho povrchu.
Energetická svietivosť(žiara) R e je výkon žiarenia na jednotku plochy vo všetkých smeroch:
R e = F e / S, (Ut/m 2),
tie. je hustota toku povrchového žiarenia.
Energetická sila svetla (sila žiarenia) ja e je definované pomocou konceptu bodového zdroja svetla - zdroja, ktorého rozmery v porovnaní so vzdialenosťou k bodu pozorovania možno zanedbať. Energetická sila svetla ja e hodnota, rovný pomeru tok žiarenia F e zdroj do priestorového uhla ω , v ktorej sa toto žiarenie šíri:
ja e= F e / ω , (Ut/St) - watt na steradián.
Priestorový uhol je časť priestoru ohraničená nejakou kužeľovou plochou. Konkrétnymi prípadmi priestorových uhlov sú trojstenné a polyedrické uhly. Pevný uhol ω merané pomerom plôch S tá časť gule so stredom vo vrchole kužeľovej plochy, ktorá je vyrezaná týmto priestorovým uhlom, na druhú mocninu polomeru gule, t.j. ω = S/r 2. Kompletná guľa zviera priestorový uhol rovný 4π steradiánom, t.j. ω = 4π r 2 /r 2 = 4π St.
Intenzita svetla zdroja často závisí od smeru žiarenia. Ak nezávisí od smeru žiarenia, potom sa takýto zdroj nazýva izotropný. Pre izotropný zdroj je intenzita osvetlenia
ja e= F e /4π.
V prípade vysunutého zdroja môžeme hovoriť o svietivosti prvku na jeho povrchu dS.
Energetický jas (vyžarovanie) AT e je hodnota rovnajúca sa podielu energetickej náročnosti svetla Δ ja e prvok vyžarujúcej plochy do oblasti ∆S priemety tohto prvku na rovinu kolmú na smer pozorovania:
AT e = A ja e / ∆ S. [(Ut/(sr.m 2)].
Energetické osvetlenie (žiarenie) E e charakterizuje stupeň osvetlenia povrchu a rovná sa veľkosti toku žiarenia zo všetkých smerov dopadajúceho na jednotku osvetleného povrchu ( Ut/m 2).
Vo fotometrii sa používa zákon inverznej štvorce (Keplerov zákon): osvetlenie roviny z kolmého smeru z bodového zdroja silou. ja e v diaľke r z toho sa rovná:
E e = ja e/ r 2 .
Odchýlka lúča optického žiarenia od kolmice k povrchu o uhol α vedie k zníženiu osvetlenia (Lambertov zákon):
E e = ja e cos α /r 2 .
Dôležitá úloha pri meraní energetických charakteristík žiarenia, časového a spektrálneho rozloženia jeho mocenskej hry. Ak je trvanie optického žiarenia kratšie ako čas pozorovania, potom sa žiarenie považuje za pulzné a ak je dlhšie, považuje sa za nepretržité. Zdroje môžu vyžarovať žiarenie rôzne dĺžky vlny. Preto sa v praxi používa pojem spektrum žiarenia – rozloženie výkonu žiarenia na stupnici vlnových dĺžok λ (alebo frekvencie). Takmer všetky zdroje vyžarujú v rôznych častiach spektra rozdielne.
Pre nekonečne malý interval vlnových dĺžok dλ hodnotu ľubovoľnej fotometrickej veličiny je možné špecifikovať pomocou jej spektrálnej hustoty. Napríklad spektrálna hustota svietivosti energie
R eλ = dW/dλ,
kde dW je energia vyžiarená z jednotky povrchu za jednotku času v rozsahu vlnových dĺžok od λ predtým λ + dλ.
Ľahké množstvá. Pri optických meraniach sa používajú rôzne prijímače žiarenia, ktorých spektrálne charakteristiky citlivosti na svetlo rôznych vlnových dĺžok sú rôzne. Spektrálna citlivosť fotodetektora optického žiarenia je pomer hodnoty charakterizujúcej úroveň odozvy prijímača na tok alebo energiu monochromatického žiarenia, ktoré túto reakciu spôsobuje. Rozlišujte medzi absolútnou spektrálnou citlivosťou vyjadrenou v pomenovaných jednotkách (napr. ALE/Ut ak sa odozva prijímača meria v ALE) a bezrozmerná relatívna spektrálna citlivosť je pomer spektrálnej citlivosti pri danej vlnovej dĺžke žiarenia k maximálna hodnota spektrálnej citlivosti alebo na spektrálnu citlivosť pri určitej vlnovej dĺžke.
Spektrálna citlivosť fotodetektora závisí len od jeho vlastností, pre rôzne prijímače je rôzna. Relatívna spektrálna citlivosť ľudské oko V(λ ) je znázornený na obr. 5.3.
Oko je najcitlivejšie na žiarenie s vlnovou dĺžkou λ =555 nm. Funkcia V(λ ) pre túto vlnovú dĺžku sa berie rovná jednotke.
Pri rovnakom toku energie je vizuálne odhadnutá intenzita svetla pre iné vlnové dĺžky menšia. Relatívna spektrálna citlivosť ľudského oka pre tieto vlnové dĺžky sa ukazuje byť menej ako jeden. Napríklad hodnota funkcie znamená, že svetlo danej vlnovej dĺžky musí mať hustotu energetického toku 2-krát väčšiu ako svetlo, pre ktoré , aby boli vizuálne vnemy rovnaké.
Systém veličín svetla je zavedený s prihliadnutím na relatívnu spektrálnu citlivosť ľudského oka. Preto sa merania svetla, ktoré sú subjektívne, líšia od objektívnych, energetických a zavádzajú sa pre ne svetelné jednotky, ktoré sa používajú len pre viditeľné svetlo. Základnou jednotkou svetla v sústave SI je svietivosť - kandela (cd), ktorá sa rovná intenzite svetla v danom smere zdroja vyžarujúceho monochromatické žiarenie s frekvenciou 5,4 10 14 Hz, ktorej energetická náročnosť je v tomto smere 1/683 W/sr. Všetky ostatné množstvá svetla sú vyjadrené v kandelách.
Definícia svetelných jednotiek je podobná ako u energetických jednotiek. Na meranie množstva svetla sa používajú špeciálne techniky a prístroje - fotometre.
Svetelný tok . Jednotkou svetelného toku je lumen (lm). Rovná sa svetelnému toku vyžarovanému izotropným zdrojom svetla so silou 1 cd v rámci priestorového uhla jedného steradiánu (s rovnomerným poľom žiarenia vo vnútri priestorového uhla):
1 lm = 1 cd· jeden St.
skúsený bolo zistené, že svetelný tok 1 lm, tvorený žiarením s vlnovou dĺžkou λ = 555nm zodpovedá energetickému toku 0,00146 Ut. Svetelný tok v 1 lm, tvorené žiarením s inou vlnovou dĺžkou λ , zodpovedá toku energie
F e = 0,00146/ V(λ ), Ut,
tie. jeden lm = 0,00146 Ut.
osvetlenie E- hodnota navinutá pomerom svetelného toku F incidentu na povrchu, do oblasti S tento povrch:
E = F/S, luxus (OK).
1 OK– povrchové osvetlenie, za 1 m 2, do ktorého spadá svetelný tok 1 lm (1OK = 1 lm/m 2). Na meranie osvetlenia sa používajú prístroje, ktoré merajú tok optického žiarenia zo všetkých smerov - luxmetre.
Jas R C (svietivosť) svietiacej plochy v nejakom smere φ je veličina rovnajúca sa pomeru svietivosti ja týmto smerom na námestie S priemet svietiacej plochy na rovinu kolmú na týmto smerom:
R C= ja/(S cos φ ), (cd/m 2).
Vo všeobecnosti je jas svetelných zdrojov odlišný pre rôznymi smermi. Zdroje, ktorých jas je vo všetkých smeroch rovnaký, sa nazývajú lambertovské alebo kosínusové, pretože svetelný tok vyžarovaný prvkom povrchu takéhoto zdroja je úmerný cosφ. Prísne spĺňa túto podmienku iba absolútne čierne telo.
Každý fotometer s obmedzeným pozorovacím uhlom je v podstate meračom jasu. Spektrálne a priestorové rozloženie jas a osvetlenie umožňuje vypočítať všetky ostatné fotometrické veličiny integráciou.
1. Aký je fyzikálny význam absolútny ukazovateľ
lom média?
2. Čo je relatívny ukazovateľ lom?
3. Za akých podmienok sa dodržiava totálny odraz?
4. Aký je princíp fungovania svetlovodov?
5. Aký je Fermatov princíp?
6. Aký je rozdiel medzi množstvom energie a svetla vo fotometrii?
