на тему: “Світлотехнічні вимірювання: одиниці і величини”.
студентка гр.МВ-31
Петрусь Х. Б.
Перевірив:
Поліщук Є.С.
Зміст
1. Випромінювання.
2. Потік випромінювання.
3. Світловий потік.
4. Сила випромінювання і сила світла.
5. Енергетична світність і світність.
6. Енергетична яскравість (променистість) і яскравість.
7. Коефіцієнт яскравості.
8.Енергетичні і світлові величини, що характеризують спалах.
1. Випромінювання
Випромінювання – поняття, однаково застосовуване до різних областей електромагнітних полів (гама –, рентгенівське, оптичне, радіовипромінювання). До оптичної області спектра відноситься частина електромагнітного спектра з довжинами хвиль від =0,01мкм до =1000 мкм. Випромінювання оптичної області спектра широко застосовуються для штучного освітлення, для опромінення тварин, рослин, насіння.
Випромінювання оптичної області спектра утворюється в результаті електронного збудження атомів, коливального й обертального руху молекул.
Енергія випромінювання може бути вимірювана в джоулях (Дж) у системі СІ чи інших одиницях енергії.
2. Потік випромінювання
У світлотехніці прийнято користуватися потужністю випромінювання, що називається потоком випромінювання (чи променистим потоком). Одиницею виміру потоку випромінювання служить ват (Вт).
Якщо джерело енергії випромінювання за час dt випромінює енергію dQe, то миттєве значення потоку випромінювання цього джерела дорівнює:
Часто користуються поняттям середнього значення потоку випромінювання за кінцевий інтервал часу t
Феср
де Феср– середнє значення потоку випромінювання; Q е– енергія, випромінювана джерелом за час t.
Потік випромінювання характеризується розподілом за часом, спектром, у просторі.
У більшості випадків, коли говорять про розподіл потоку випромінювання за часом, не враховують квантового характеру виникнення випромінювання, а розуміють під цим функцію, що дає зміну в часі миттєвих значень потоку випромінювання Фе(t). Це допустимо, оскільки число фотонів, випромінюваних джерелом в одиницю часу, дуже велике. Наприклад, лампа накалювання потужністю 100 Вт у секунду випромінює біля 5*1020 фотонів. Коли розглядаються явища генерування і поглинання потоку випромінювання, доводиться враховувати його квантову природу .
Розподіл потоку випромінювання за спектром.
За спектральним розподілом потоку випромінювання джерела розбивають на три класи: з лінійчатим, смугастим і суцільним спектрами.
1. У джерел з лінійчатим спектром випромінювання відбувається в межах вузьких ділянок спектра – ліній. Прийнято потік випромінювання однієї лінії вважати монохроматичним. Надалі під монохроматичним потоком випромінювання будемо розуміти потік, випромінюваний у межах дуже вузької ділянки (довжин чи хвиль частот), який можна охарактеризувати одним значенням довжини чи хвилі частоти.
Потік випромінювання джерела з лінійчатим спектром складається з монохроматичних потоків окремих ліній:
де – потік випромінювання джерела з лінійчатим спектром; , ,): – монохроматичні потоки випромінювання окремих ліній.
Лінійчатий спектр мають газорозрядні джерела випромінювання, у яких розряд відбувається в атмосфері інертного чи газу випарів металу.
2. У джерел зі смугастим спектром випромінювання відбувається в межах досить широких ділянок спектра – смуг, відділених одна від іншої темними проміжками. Випромінювання однієї смуги вже не можна вважати однорідним, тому що ширина смуги може бути значною.
Смугасті спектри утворюються від злиття в смуги близько розташованих один до одного спектральних ліній.
3. Джерела теплового випромінювання і випромінювання люмінесценції рідких і твердих тіл мають суцільні спектри. Суцільний спектр можна представити у вигляді окремих монохроматичних потоків, що прилягають безпосередньо один до одного.
Для характеристики спектрального розподілу потоку випромінювання джерел із суцільним і смугастим спектрами користуються величиною, що називається спектральною щільністю потоку випромінювання
де і відповідно потоки випромінювання вузьких ділянок спектра шириною і
Одиниця спектральної щільності потоку випромінювання Вт*мкм-1.
Розподіл потоку випромінювання за спектром можна охарактеризувати функцією .
Знаючи функцію , легко визначити потік випромінювання будь-якої ділянки спектра:
Якщо математичного виразу немає чи інтегрувати цю функцію важко, то інтеграл заміняють сумою добутків
Відношення спектральної щільності потоку випромінювання і площі А випромінюючої поверхні джерела називається спектральною щільністю енергетичної світності випромінювання:
Одиниця спектральної щільності енергетичної світності Вт*мкм-1*м-2
3.Світловий потік
Світловий потік – ефективний потік у системі, де зразковим приймачем є приймач, відносна спектральна чутливість якого визначається нормалізованою функцією відносної спектральної світлової ефективності випромінювання V( ) для яскравості адаптації L 10 кд*м-2(денний зір) і V'( ) для L 0,01 кд* м-2(нічний зір).
Якщо немає особливих вказівок, світловий потік визначиться співвідношенням, прийнятим МКО в 1948 р.:
де монохроматичний світловий потік; -монохроматичний потік випромінювання; – відносна спектральна чутливість органа зору до монохроматичного випромінювання з довжиною хвилі .
За одиницю світлового потоку прийнятий люмен (лм). Один люмен - це світловий потік, випромінюваний в одиничному тілесному куті (стерадіан) рівномірним точковим джерелом із силою світла в одну канделу.
Максимальною спектральною чутливістю володіє при денному зорі фотометричний спостерігач МКО до монохроматичного випромінювання з довжиною хвилі =555 нм. Чисельно =680 лм/Вт.
Для переходу від монохроматичного потоку випромінювання до монохроматичного світлового потоку з тією же довжиною хвилі користаються співвідношенням
Світловий потік джерела з лінійчатим спектром
де - потік випромінювання лінії, Вт; n - число ліній.
Світловий потік джерела із суцільним спектром
Якщо функції V() і () задані таблицями чи графіками, потік визначається так:
де n – число ділянок, на які розбита видима область спектра; значення спектральної щільності потоку випромінювання для середини i-ї ділянки; –значення відносної спектральної чутливості ока для середини i-ї ділянки.
Нижче приводяться потужності, напруги і світлові потоки деяких джерел світла:
Лампа накалювання нормальна 40 Вт, 220 В 415 лм
Лампа накалювання біспіральна з криптоновим наповненням 40 Вт, 220 В 460 лм
Люмінесцентна лампа типу ЛБ 40 Вт, 220 В 3000 лм
Трубчаста ксенонова лампа "Сиріус" 100 кВт, 380 В 5*106лм
4. Сила випромінювання і сила світла
Сила випромінювання точкового джерела – це просторова щільність потоку випромінювання в межах елементарного тілесного кута тобто відношення потоку випромінювання в заданому напрямку до цьому елементарному тілесного куту:
де – сила випромінювання у напрямку ; потік випромінювання, що поширюється в межах елементарного тілесного кута .
За одиницю сили випромінювання прийнята сила випромінювання такого джерела, у якого в межах тілесного кута в 1ср рівномірно поширюється потік випромінювання в 1 Вт,
Вт*ср-1.
Незважаючи на те що всі реальні джерела випромінювання мають обмежені розміри, дуже часто користуються поняттям точкового джерела випромінювання.
Точковим джерелом випромінювання (світла) називають таке джерело, розміри якого настільки малі в порівнянні з відстанню до приймача, що ними можна знехтувати в обчисленнях при використанні закону квадратів відстаней. Для точкового джерела з заданою точністю дійсний закон квадратів відстаней. Для рівнояскравих джерел випромінювання, відношення відстані b до найбільшого розміру джерела а може служити критерієм, за яким оцінюється точковість джерела випромінювання. Якщо це відношення b/a=1, то при використанні закону квадратів відстаней похибка складає 100 %, при b/a=3,3 і b/a=5відповідно 9 і 4 %. За напрямок сили випромінювання приймають вісь тілесного кута , у межах якого поширюється і рівномірно розподіляється потік випромінювання.
Якщо з точки, у якій розташований точкове джерело випромінювання, у різних напрямках простору відкласти значення сили випромінювання цього джерела і через кінці векторів провести площину, то ми отримаємо фотометричне тіло сили випромінювання джерела, що цілком характеризує розподіл потоку випромінювання даного джерела в його навколишньому просторі.
За характером розподілу сили випромінювання точкові джерела поділяються на 2 групи:
1) із симетричним щодо деякої осі розподілом сили випромінювання. Таке джерело називається круглосиметричним
2) з несиметричним розподілом сили випромінювання – несиметричне джерело, у якого тіло розподілу сили випромінювання не має осі симетрії.
Якщо джерело круглосиметричне, то його фотометричне тіло є тілом обертання і може бути цілком охарактеризоване половиною кривої (до ), котра є перетином фотометричного тіла площиною, що проходить через вісь симетрії. Така крива називається поздовжнью кривою сили випромінювання.