Природа і властивості світла джерела… — Частина 1

Природа і властивості світла Джерела світла. Фотометрія (СР).

План

Джерела світла.

Фотометрія

Фотометричні величини

Закони фотометрії.

Розвиток поглядів на природу світла. Ще в XVII ст. виникли дві теорії, що по-різному описували природу світла. За корпускулярного теорією, якої додержувався Ньютон, світло — це потік частинок, що рухаються від джерела і при цьому переноситься речовина. За хвильовою теорією, якою керувався Гюйгенс, світло — це поширення хвиль в особливому гіпотетичному середовищі — ефірі. Максвелл і Герц виявили електромагнітну хвильову природу світла. Про хвильові властивості світла свідчать явища інтерференції, дифракції та поляризації. Світло поширюється як хвиля, а випромінюється і поглинається як потік частинок (виявляє квантові властивості). Подвійність властивостей світла (корпускулярних і хвильових) — важлива фізична характеристика електромагнітного випромінювання. Ці властивості описано в сучасній фізичній теорії — квантовій електродинаміці.

Джерела світла. Електромагнітні хвилі виникають під час прискореного руху заряджених частинок. Елементарні частинки, що входять до складу атома, переходячи із збудженого стану в основний, випромінюють світло. При випромінюванні атоми втрачають енергію, тому безперервне випромінювання можливе лише тоді, коли їхня енергія поповнюється ззовні. Залежно від того, як це відбувається, розрізняють: теплове випромінювання, електролюмінесценцію, катодолюмінісценцію, хемілюмінесценцію, фотолюмінесценцію. Теплове випромінювання спостерігається тоді коли витрати енергії атомів у процесі випромінювання компенсуються за рахунок енергії їх теплового руху. Під час зіткнень частина кінетичної енергії атомів перетворюється на енергію їх збудження. Тіло стає джерелом видимого теплового випромінювання тільки при деякій високій температурі. Джерелами теплового випромінювання є, наприклад, Сонце, зірки, електрична лампочка.

Електролюмінесценція — це свічення газового розряду, коли кінетична енергія електронів, що рухаються в електричному полі, в процесі непружних зіткнень з атомами, спричиняє їх збудження. Збуджені в такий спосіб атоми випромінюють електромагнітні хвилі, і тому спостерігається свічення під час газового розряду. Прикладом електролюмінесценції є північне сяйво, свічення рекламних трубок.

Катодолюмінесценцією називають явище свічення речовини (наприклад свічення екранів електронно-променевих трубок, телевізорів), яке виникає внаслідок бомбардування їх електронами або йонами.

Явище хемілюмінесценції спостерігається тоді, коли частина енергії, що виділяється під час хімічних реакцій, безпосередньо перетворюється в світлову. Джерело світла при цьому залишається холодним. Прикладом джерела хемілюмінесценції є свічення шматочків трухлого дерева, комах (наприклад, світлячка), ділянок тіла глибинних риб тощо.

Явище фотолюмінесценції полягає в тому, що деякі тіла під дією опромінювання самі починають випромінювати на відміну від більшості тіл, які тільки відбивають і частково поглинають світло. Світло, що його випромінює джерело фотолюмінесценції, здебільшого має меншу частоту коливань, ніж світло, яке збуджує свічення. Явище фотолюмінесценції використовується в лампах денного світла (вони в два рази економніші, ніж звичайні лампи розжарювання).

2. Фотометрія — це розділ оптики, в якому вивчаються методи і прийоми вимірювання енергії та зв'язаних з нею характеристик електромагнітного випромінювання оптичного діапазону за його хімічною, електричною, фізіологічною, тепловою та іншими діями.

У фотометрії введено ряд фізичних величин.

Важливою властивістю світла є його здатність діяти на око, створюючи в ньому зорове відчуття. За рахунок зорового відчуття людина найбільше, порівняно з іншими органами чуттів, дістає інформації про зовнішній світ. Але людське око відчуває світлове випромінювання обмеженого діапазону — 0,38—0,76 мкм, і рівень зорової чутливості, при однаковій енергії, що падає, залежить від довжини хвилі.

Найбільш чутливе око до зелених променів Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 = 0,555 мкм. До кінців ділянки видимого спектра чутливість ока падає до нуля. Між зоровим відчуттям світла і потужністю світлової енергії, яка потрапляє в око, немає прямої пропорційної залежності.

Введено два ряди фізичних фотометричних величин та два ряди фізичних одиниць, якими вимірюються такі величини.

У фотометрії в широкому розумінні до фотометричних фізичних величин додається слово «енергетичний». В фотометрії у вузькому розумінні тільки до деяких фотометричних величин додається слово «світловий».

Енергетичними фотометричними величинами є: енергетичний потік Фе, енергетична сила світла /е, енергетична освітленість Ее, енергетична яскравість Ве, енергетична світність Re. Світлові фотометричні величини: світловий потік Ф, сила світла /, освітленість Е, яскравість В, світність R.

Означення відповідних понять фотометричних величин і математичні співвідношення між ними для обох рядів однакові. Виняток становить тільки потік світлової енергії — основна величина в світлотехніці і фотометрії, від якої залежать всі інші фотометричні величини. Потік світлової енергії — основне поняття, потрібне для оцінки кількості енергії, яка потрапляє в прилад або око.

Електромагнітна хвиля несе певну енергію. Кількість енергії, що переноситься світловими хвилями за одиницю часу через яку-небудь площадку, називається потоком енергії випромінювання або енергетичним потоком. Вимірюється енергетичний потік в одиницях потужності (в СІ у ватах.).

Будь-яка реальна світлова хвиля е сукупністю хвиль різної довжини в деякому інтервалі Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1. Такий інтервал є обмеженим навіть для фактично монохроматичної хвилі (однокольорової). Визначимо розподіл енергії за довжинами хвиль для повної енергетичної характеристики такого світла.

Величина Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1, що дорівнює потужності, віднесеній до одиничного інтервалу довжини хвиль поблизу деякої довжини хвилі Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1, називається функцією розподілу енергії за довжинами хвиль: Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 (1) де Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 — енергетичний потік, який припадає на довжину хвилі від Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1До Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1

Вигляд такої функції (рис. 1) залежить від тіла, що випромінює, і від умов випромінювання.

Енергетичний потік, який переносять хвилі в інтервалі довжин хвиль від Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 до Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1, можна виразити інтегралом (площа фігури ABCD, рис.1)

Повний енергетичний потік, який переноситься всіма хвилями електромагнітного спектра від Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1До Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 , буде Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 (3)

Така характеристика потоку випромінювання не пов'язана з приймачем світлової енергії. Вважається, що приймач є універсальним і однаково реагує на різні довжини хвиль (термоелемент, болометр). Проте на практиці дуже часто використовуються приймачі світлової енергії, реакція яких залежить не тільки від енергії, що її приносить світлова хвиля, а й від спектрального складу випромінювання. Такими селективними приймачами є фотопластинка, фотоелементи, фотопомножувачі і особливо людське око, яке відіграє надзвичайно важливу роль і при повсякденному сприйманні світла і як приймач випромінювання в багатьох оптичних приладах. Інтенсивність відчуття залежить від чутливості ока до різних довжин світлових хвиль.

2. Для того щоб встановити зв'язок інтенсивності зорового відчуття ока з енергетичним потоком випромінювання, треба визначити (експериментальне) його відносну чутливість до світло вих хвиль різної довжини (відносну спектральну чутливість). Оскільки бувають значні різних людей, то доводиться роз глядати середню чутливість. На основі відхилення в чутливості ока у великої кількості вимірювань відносної чутливості ока багатьох людей (за винятком осіб з явними дефектами зору) було

Встановлено спектральну відносну чутливість для середнього нормального ока. Відносна чутливість середнього нормального людського ока до

Рис 1

Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1

Рис.2

Випромінювання хвиль різної довжини визначається кривою видності.

Найбільш чутливе око до світла з довжиною хвилі Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 0,555 мкм (зелена частина спектра). Функцію видності для цієї довжини хвилі взято такою, що дорівнює одиниці. При однаковому енергетичному потоці зорове відчуття від усіх інших довжин хвиль видимого спектра
буде меншим, а отже, світлова потужність хвиль, визначена оком, менша.

Числові значення функції відності для. двох хвиль обернено порційні енергетичним потокам які спричинюють однакові за інтенсивністю зорові відчуття

Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1

Так, наприклад, Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1, = 0,2 означає, що для однакового за силою зорового відчуття, порівняно з довжиною хвилі Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 = 0,555 мкм (Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 — = 1), енергетичний потік хвилі Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 має бути в 5 разів більшим. За межами видимого спектра, Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 = 0. Візуальне порівняння за яскравістю випромінювання віддалених довжин хвиль робити важко, і тому для визначення кривої видності застосовують метод малих сходинок.
Міжнародна освітлювальна комісія (МОК) на основі приймача світлової енергії середнього ока встановила нову характеристику по тужності випромінювання—світловий потік, як потік випроміню-
вання, що оцінюється за зоровим відчуттям. Світловий потік дорівнює добуткові енергетичного потоку функцію вйдності.

Для інтервалу Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1Світловий потік визначається як Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 На основі рівності (1) запишемо світловий потік через функцію розподілу енергії за довжинами хвиль:

Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 (4)

Повний світловий потік через функцію видності і функцію розподілу енергії в спектрі для всіх довжин хвиль Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 (5)

Інтегрування ведеться в межах від 0 до Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1, оскільки для всіх довжин хвиль, які лежать поза видимим спектром, Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1. Світловий потік визначає інтенсивність зорового відчуття, що дає світло певної потужності і певного спектрального складу.

Функція видності — величина безрозмірна, і тому розмірність світлового потоку збігається з розмірністю енергетичного потоку. Проте вимірюється в люменах, тимчасом як енергетичний потік — у ватах.

3. Дамо означення світлових фотометричних величин та назвемо одиниці вимірювання їх. Паралельно встановимо і одиниці енергетичних фотометричних величин, які визначатимуться аналогічними формулами.

Сила світла. Розглянемо точкове джерело світла S (рис. 3), яке посилає промені в усі сторони. Практично це таке джерело світла, розміри якого малі порівняно з відстанню до спостерігача. Виділимо нескінченно малий тілесний кут dПрирода і властивості світла Джерела... - Частина 1. Позначимо світловий потік, який поширюється в межах такого кута, Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1. Відношення Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 (6) називається силою світла джерела в певному напрямі. Сила світла чисельно дорівнює світловому потоку, який припадає на одиничний тілесний кут. Якщо точкове джерело є ізотропним, тобто світловий потік посилається джерелом рівномірно у всіх напрямах, тоді Ф — повний світловий потік, що його випромінює точкове джерело з силою світла І в усі сторони (W = 4лR 2)

Для таких джерел силу світла вимірюють у різних напрямах і будують векторну діаграму (індикатрису). Крива, проведена через кінці векторів, що відповідають у певному масштабі силі світла у певному на-напрямі, дає уявлення про розподіл сили світла джерела. Для неізотропних джерел вводять поняття середньої сферичної сили, світла /„, що визначається співвідношенням Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1, де Ф — повний світловий потік джерела.

Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1Рис.3

Якщо джерело світла має значні розміри, то можна говорити про силу світла елемента його поверхні. Тоді під Природа і властивості світла Джерела... - Частина 1 у формулі (3.6) слід розуміти світловий потік, який випромінюється елементом поверхні в межах кута o'Q, Повна сила світла в деякому напрямі е сумою або інтегралом по всій поверхні.

Повний світловий потік характеризує джерело світла і його значення не можна змінити жодним оптичним приладом. Дія оптичних приладів зводиться тільки до перерозподілу світлового потоку. Така, наприклад, дія сигнальних апаратів, прожекторів, в яких у деяких напрямах сила світла може збільшитися в мільйон разів.

Одиниця сили світла є однією з основних одиниць СІ. За міжнародним договором з 1 січня 1948 р. введено новий світловий еталон, що відтворює з найвищою можливою точністю одиниці світлових величин: сили світла, світлового потоку, освітленості І яскравості. Первинним світловим еталоном (рис. 3.) е джерело світла, яке відповідає міжнародним умовам виготовлення і випромінює, як абсолютно чорне тіло. В СРСР такий еталон в 1948 р. створив у фотометричній лабораторії Всесоюзного науково-дослідного інституту метрології П. М. Тиходєєв. Схему будови Державного світлового еталона СРСР наведено на рис. 3. Трубку 2 із плавленого оксиду торію (Т1І02) розміщено в тиглі 1 із такого самого матеріалу. У тиглі міститься близько 190 г хімічно чистої платини 3. Простір між тиглем і зовнішньою кварцовою посудиною 4 заповнено оксидом торію 5. Посудину / нагрівають до температури тверднення (плавлення) платини (2042,5 К), і розплавлена платина підтримує постійну температуру випромінювача 2. Трубку і тигель виготовлено із оксиду торію, бо він досить тугоплавкий і не забруднює платину. Чистота платини перевіряється за температурним коефіцієнтом опору = 1,3901. Світловий потік, який випромінюється внутрішньою порожниною трубки 2, виходить через вікно 6 на призму повного внутрішнього відбиття 7, через об'єктив 8 і діафрагму 9 потрапляє на пластинку 10 І використовується як еталон для порівняння з лампою 11. Вся кварцова посудина нагрівається у високочастотній індукційній пічці.

Кандела дорівнює силі світла, при якій яскравість повного випромінювача при температурі тверднення платини дорівнює 60 кд на 1 см3. З такого означення випливає, що кандела дорівнює Veo сили світла, яке випромінюється в перпендикулярному напрямі з 1 см2 поверхні абсолютно чорного тіла при температурі тверднення платини. Таке означення сили світла існувало до 1979 року, коли на XVI Генеральній конференції з питань мір та ваги було прийнято нове означення; кандела дорівнює силі світла в заданому напрямі джерела, яке випромінює монохроматичне світло частотою 540 • 10і2 Гц, енергетична сила світла якого в цьому напрямі становить V6S3 Вт/ср,_:Воно дає змогу відтворювати канделу, не створюючи чорного тілаТщо відповідно дає можливість збільшити точність її визначення за рахунок техніки радіометрії, тобто вимірювання потужності (енергії) випромінювання, похибки якої наблизились до похибок кращих фотометричних порівнянь. Але поки що немає ніякої Інформації про експериментальні роботи, виконані на основі нового означення кандели. " ' За допомогою одиниці сили світла на основі формули (3.7) можна визначити одиницю світлового потоку люмен.

Реферати

  • показатели качества мясной продукции классификация
  • катализаторы в пищевой промышленности
  • катализаторы в производстве маргарина
  • переработка пищевого сырья
  • рыбные консервы и растительное масло технология производства
  • рыбные консервы и растительное масло технология производства
Tagged with: , , , , , , , ,
Posted in Фізика
Перелік предметів:
  1. Інформаційні технологіі в галузі
  2. Інформаційні технологіі в системах якості стандартизаціісертифікаціі
  3. Історія української культури
  4. Бухоблік у ресторанному господарстві
  5. Діловодство
  6. Мікропроцесорні системи управління технологічними процесами
  7. Науково-практичні основи технологіі молока і молочних продуктів
  8. Науково-практичні основи технологіі м’яса і м’ясних продуктів
  9. Організація обслуговування у підприємствах ресторанного господарства
  10. Основи наукових досліджень та технічноі творчості
  11. Основи охорони праці
  12. Основи підприємницькоі діяльності та агробізнесу
  13. Політологія
  14. Технологічне обладнання для молочноі промисловості
  15. Технологічне обладнання для м’ясноі промисловості
  16. Технологічний семінар
  17. Технологія зберігання консервування та переробки молока
  18. Технологія зберігання консервування та переробки м’яса
  19. Технологія продукціі підприємств ресторанного господарства
  20. Технохімічний контроль
  21. Технохімічний контроль
  22. Управління якістю продукціі ресторанного господарства
  23. Вища математика 3к.1с
  24. Вступ до фаху 4к.2с.
  25. Загальні технології харчових виробництв
  26. Загальна технологія харчових виробництв 4к.2с.
  27. Мікробіологія молока і молочних продуктів 3к.1с
  28. Математичні моделі в розрахунках на еом
  29. Методи контролю харчових виробництв
  30. Основи фізіології та гігієни харчування 3к.1с
  31. Отримання доброякісного молока 3к.1с
  32. Прикладна механіка
  33. Прикладна механіка 4к.2с.
  34. Теоретичні основи технології харчових виробництв
  35. Технологія зберігання, консервування та переробки м’яса
  36. Фізика
  37. Харчові та дієтичні добавки
  38. Фізичне виховання 3к.1с

На русском

  1. Методы контроля пищевых производств
  2. Общая технология пищевых производств
  3. Теоретические основы технологий пищевых производств
  4. Технология хранения, консервирования и переработки мяса
LiveInternet