энергетические и светотехнические величины. Связь между ними 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

энергетические и светотехнические величины. Связь между ними



1. Энергетические величины. Поток излучения — величина, равная отношению энергии W излучения ко времени t, за которое излучение произошло:

=W/t.

Единица потока излучения — ватт (Вт).

Энергетическая светимость (излучательность) — величина, равная отношению потока излучения , испускаемого поверхностью, к площади S сечения, сквозь которое этот поток проходит:

= /S,

т. е. представляет собой поверхностную плотность потока излучения.

Единица энергетической светимости — ватт на метр в квадрате (Вт/м2).

Энергетическая сила света (сила излучения) определяется с помощью понятия о точечном источнике света — источнике, размерами которого по сравнению с расстоянием до места наблюдения можно пренебречь. Энергетическая сила света — величина, равная отношению потока излучения источника к телесному углу Ω, в пределах которого это излучение распространяется:

= / Ω.

Единица энергетической силы света — ватт на стерадиан (Вт/ср).

Энергетическая яркость (лучистость)

— величина, равная отношению энергетической силы света элемента излучающей поверхности к площади S проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения:

= /S.

Единица энергетической яркости — ватт на стерадиан-метр в квадрате (Вт/(ср•м2)).

Энергетическая освещенность (облученность) Ее характеризует величину потока излучения, падающего на единицу освещаемой поверхности. Единица энергетической освещенности совпадает с единицей энергетической светимости (Вт/м2).

2. Световые величины. При оптических измерениях используются различные приемники излучения (например, глаз, фотоэлементы, фотоумножители), которые не обладают одинаковой чувствительностью к энергии различных длин волн, являясь, таким образом, селективными (избирательными). Каждый приемник излучения характеризуется своей кривой чувствительности к свету различных длин волн. Поэтому световые измерения, являясь субъективными, отличаются от объективных, энергетических и для них вводятся световые единицы, используемые только для видимого света. Основной световой единицей в СИ является единица силы света - кандела (кд). Определение световых единиц аналогично энергетическим.

Световой поток Ф определяется как мощность оптического излучения по вызываемому им световому ощущению (по его действию на селективный приемник света с заданной спектральной чувствительностью).

Единица светового потока — люмен (лм): 1 лм — световой поток, испускаемый точечным источником силой света в 1 кд внутри телесного угла в 1 ср (при равномерности поля излучения внутри телесного угла) (1 лм= 1 кд•ср).

Светимость R определяется соотношением

R=Ф/S.

Единица светимости — люмен на метр в квадрате (лм/м2).

Яркость Вα светящейся поверхности в некотором направлении есть величина, равная отношению силы света I в этом направлении к площади S проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:

Вα=I/(S cosα).

Единица яркости — кандела на метр в квадрате (кд/м2).

Освещенность E— величина, равная отношению светового потока Ф, падающего на поверхность, к площади S этой поверхности:

Е=Ф/S.

Единица освещенности — люкс (лк): 1 лк — освещенность поверхности, на 1 м2 которой падает световой поток в 1 лм (1 лк = 1 лм/м2).

 

 

15 Элементы геометрической оптики

Основу геометрической оптики составляют следующие законы: 1) закон прямолинейного распространения света; 2) закон независимости световых лучей; 3) законы отражения света; 4) законы преломления света.

Закон прямолинейного распространения света: В однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.

Закон независимости световых лучей:

Каждый световой луч при объединении с другими ведет себя независимо от остальных лучей, т.е. справедлив принцип суперпозиции.

Законы отражения света: • Луч, падающий на поверхность раздела, нормаль к этой поверхности в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости (называемой плоскостью падения). • Угол падения равен углу отражения.

Законы преломления света: • Луч, падающий на поверхность раздела, нормаль к этой поверхности в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости. • Отношение синусов угла падения i и угла преломления r есть величина постоянная для 2 разных сред (закон Снеллиуса): . (1) Величина n 21называется относительным показателем преломления двух сред. Относительный показатель преломления n 21равен отношению скорости света в первой среде υ 1, к скорости света во второй среде υ 2: .

В этом состоит его физический смысл. Показатель преломления какой-либо среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления этой среды. Он показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде, и определяется по формуле , где с – скорость света в вакууме; υ – скорость света в среде. Зная абсолютные показатели преломления двух сред n 1 и n 2, можно найти их относительный показатель преломления: .

С учетом этого выражения, закон Снеллиуса (1) можно переписать в симметричной относительно двух сред форме:

n 1 sin i = n 2 sin r. (2) это соотношение отображает свойство обратимости световых лучей.

Среда с большим n называется оптически более плотной по отношению к среде с меньшим n и наоборот. Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную (n 1 < n 2), например, из воздуха в стекло, то угол преломления оказывается меньше угла падения, r < i (рис. а). Если же свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную (n 1 > n 2), например, из стекла в воздух, то r > i (рис. 1б). В последнем случае возможна такая ситуация, что при достаточно большом угле падения угол преломления достигает π /2, и свет перестанет проникать во вторую среду (рис. 1в). Угол падения, при котором угол преломления равен π /2, называется предельным углом падения i пр. При углах падения i > i пр свет полностью отражается от границы раздела. Явление, при котором луч света не переходит во вторую среду, полностью отражаясь от границы раздела, называется полным внутренним отражением (рис. 1г).

Значение предельного угла для двух сред с относительным показателем преломления n 21 можно определить из закона Снеллиуса (1): если i = i пр, то, по определению, r = π /2, следовательно, .

Например, при переходе из стекла (n 1 = 1,7) в воздух (n 2 = 1) полное внутреннее отражение будет наблюдаться при углах падения i > arcsin(1/1,7) = 370.

Явление полного внутреннего отражения широко используется в технике: в рефрактометрах для измерения показателей преломления, световодах (оптических волокнах), поляризаторах, перископах и других приборах.

Совокупность методов для измерения показателя преломления веществ называется рефрактометрией, а приборы для его измерения – рефрактометрами. Рефрактометрия широко применяется для определения состава и структуры веществ, а также для контроля качества и состава различных продуктов в химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Достоинства рефрактометрических методов количественного анализа – быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность.

Для большинства водных растворов, в которых содержится одно растворенное вещество, их показатель преломления растет с увеличением концентрации с растворенного вещества по линейному закону n – n 0 = F·c, (3)

где n – показатель преломления раствора, n 0 – показатель преломления растворителя и F – фактор показателя преломления, показывающий величину прироста n при увеличении концентрации раствора на 1%. Значения F можно найти в справочной литературе или вычислить самостоятельно экспериментальным путем.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 1029; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.101.52 (0.01 с.)