For å vurdere energien til stråling og dens effekt på strålingsmottakere, som inkluderer fotoelektriske enheter, termiske og fotokjemiske mottakere, samt øyet, brukes energi- og lysmengder.
Energimengder er kjennetegn optisk stråling, relatert til hele det optiske området.
Øye i lang tid var den eneste mottakeren av optisk stråling. Derfor har det historisk skjedd at for høy kvalitet og kvantifisering I den synlige delen av strålingen brukes lys (fotometriske) mengder som er proporsjonale med tilsvarende energimengder.
Konseptet med strålingsfluks relatert til hele det optiske området ble gitt ovenfor. Mengden som i systemet av lysmengder tilsvarer strålingsfluksen,
er lysstrømmen Ф, dvs. strålingseffekten beregnet av en standard fotometrisk observatør.
La oss vurdere lysmengder og deres enheter, og deretter finne sammenhengen mellom disse mengdene og energimengdene.
For å vurdere to kilder synlig stråling deres luminescens i retning av samme overflate sammenlignes. Hvis gløden fra en kilde tas som enhet, får vi ved å sammenligne gløden til den andre kilden med den første en verdi som kalles lysintensitet.
I Internasjonalt system SI-enheter for enheten for lysstyrke er candelaen, definisjonen av denne ble godkjent av XVI General Conference (1979).
Candela er lysstyrken i en gitt retning av en kilde som sender ut monokromatisk stråling med en frekvens på Hz, energisk kraft lyset som er i denne retningen
Lysstyrke, eller vinkeltetthet lysstrøm,
hvor er lysstrømmen i en bestemt retning innenfor helvinkelen
En hel vinkel er en begrenset vilkårlig konisk overflate en del av plassen. Hvis vi beskriver en kule fra toppen av denne overflaten som fra midten, vil arealet av kuleseksjonen avskåret av den koniske overflaten (fig. 85) være proporsjonal med kvadratet av kulens radius:
Proporsjonalitetskoeffisienten er verdien av helvinkelen.
Enheten for solid vinkel er steradianen, som er lik den solide vinkelen med toppunktet i midten av kulen, og skjærer ut området på overflaten av kulen, lik arealet firkant med side lik radius kuler. En komplett kule danner en solid vinkel
Ris. 85. Solid vinkel
Ris. 86. Stråling i solid vinkel
Hvis strålingskilden er i toppen av den rette linjen sirkulær kjegle, så er den solide vinkelen identifisert i rommet begrenset av det indre hulrommet til denne koniske overflaten. Når vi kjenner verdien av planvinkelen mellom aksen og generatrisen til den koniske overflaten, kan vi bestemme den tilsvarende helvinkelen.
La oss velge i romvinkelen en uendelig liten vinkel som skjærer ut et uendelig smalt ringformet snitt på kulen (fig. 86). Dette tilfellet refererer til den vanligste aksesymmetriske lysstyrkefordelingen.
Arealet av den ringformede seksjonen er der avstanden fra kjeglens akse til den smale ringbredden
I følge fig. hvor er radiusen til kulen.
Derfor hvor
Massiv vinkel som tilsvarer en plan vinkel
For en halvkule er solidvinkelen for en kule -
Av formel (160) følger det at lysstrømmen
Hvis lysintensiteten ikke endres når du beveger deg fra en retning til en annen, da
Faktisk, hvis en lyskilde med lysintensitet er plassert i toppunktet til en solid vinkel, kommer den samme lysstrømmen til alle områder begrenset av en konisk overflate som skiller denne solide vinkelen i rommet. La oss ta de angitte områdene i formen av seksjoner av konsentriske kuler med senter i toppunktet til helvinkelvinkelen. Da er, som erfaringen viser, graden av belysning av disse områdene omvendt proporsjonal med kvadratene av radiene til disse kulene og direkte proporsjonal med størrelsen på områdene.
Dermed gjelder følgende likhet: dvs. formel (165).
Den gitte begrunnelsen for formel (165) er kun gyldig i tilfelle når avstanden mellom lyskilden og det opplyste området er tilstrekkelig stor sammenlignet med størrelsen på kilden og når mediet mellom kilden og det opplyste området ikke absorberer eller spre lysenergi.
Enheten for lysstrøm er lumen (lm), som er fluksen innenfor en helromsvinkel når lysintensiteten til en kilde som befinner seg ved toppunktet til helromsvinkelen er lik
Belysningen av området normalt til de innfallende strålene bestemmes av forholdet kalt belysningsstyrke E:
Formel (166), samt formel (165), foregår under forutsetning av at lysintensiteten I ikke endres når man beveger seg fra en retning til en annen innenfor en gitt romvinkel. I ellers denne formelen vil bare være gyldig for et uendelig lite område
Hvis de innfallende strålene danner vinkler med normalen til det opplyste området, vil formlene (166) og (167) endres, siden det opplyste området vil øke. Som et resultat får vi:
Når området er opplyst av flere kilder, vil dets belysning
hvor antall strålingskilder, dvs. den totale belysningen er lik summen av belysningen mottatt av stedet fra hver kilde.
Belysningsenheten anses å være belysningen av stedet når en lysstrøm faller på den (stedet er normalt for de innfallende strålene). Denne enheten kalles luksus
Hvis dimensjonene til strålingskilden ikke kan neglisjeres, er det for å løse en rekke problemer nødvendig å vite fordelingen av lysstrømmen til denne kilden over overflaten. Forholdet mellom lysstrømmen som kommer fra et overflateelement og arealet til dette elementet kalles lysstyrke og måles i lumen pr. kvadratmeter Lysstyrken karakteriserer også fordelingen av reflektert lysfluks.
Dermed lysstyrken
hvor er overflaten til kilden.
Forholdet mellom intensiteten av lys i en gitt retning og området for projeksjon av den lysende overflaten på et plan vinkelrett på denne retningen kalles lysstyrke.
Derfor lysstyrken
hvor er vinkelen mellom normalen til stedet og retningen til lysintensiteten
Erstatter verdien [se. formel (160)), får vi at lysstyrken
Fra formel (173) følger det at lysstyrken er den andre deriverte av fluksen med hensyn til romvinkelen til området.
Enheten for lysstyrke er candela per kvadratmeter
Overflatetetthet Lysenergien til den innfallende strålingen kalles eksponering:
I generell sak belysning inkludert i formel (174) kan endres over tid
Utstillingen har en stor praktisk betydning, for eksempel i fotografering og måles i lux sekunder
Formler (160)-(174) brukes til å beregne både lys- og energimengder, for det første for monokromatisk stråling, dvs. stråling med en viss bølgelengde, og for det andre, i mangel av å ta hensyn til spektralfordelingen av stråling, som vanligvis forekommer i visuelle optiske instrumenter.
Den spektrale sammensetningen av stråling - fordelingen av strålingskraft over bølgelengder har veldig viktig for beregning av energimengder ved bruk av selektive strålingsmottakere. For disse beregningene er begrepet spektral tetthet strålingsfluks [se formler (157)-(159)].
I et begrenset område av bølgelengder har vi henholdsvis:
Energimengdene bestemt av formlene gjelder også for den synlige delen av spekteret.
Grunnleggende fotometrisk og energimengder, deres definerende formler og SI-enheter er gitt i tabell. 5.
Lysstrøm - kraften til lysenergi, en effektiv verdi målt i lumen:
Ф = (JQ/dt. (1,6)
Enheten for lysstrøm er lumen (lm); 1 lm tilsvarer lysstrømmen som sendes ut i en enhetlig helvinkel av en isotrop punktkilde med en lysintensitet på 1 candela (definisjonen av capdela vil være lavere).
Monokromatisk lysstrøm
F(A. dk) = Kt. m Fe,(L, dk)Vx = 683Fe,(A, dk)Vx.
Lysstrøm av kompleks stråling: med et linjespekter
Ф=683£Ф,(Л„ dk)VXh
med kontinuerlig spektrum
hvor n er antall linjer i spekteret; F<>D, (A.) er en funksjon av den spektrale tettheten til strålingsfluksen.
Sshsh-studie (lysenergiintensitet) 1e(x^ - romlig strålingsflukstetthet, numerisk lik forholdet strålingsfluks c1Fe til romvinkelen t/£2, innenfor hvilken fluksen sprer seg og er jevnt fordelt:
>ea v=d Strålingsstyrken bestemmer den romlige tettheten til stråling fra en punktkilde som befinner seg på spissen av romvinkelen (fig. 1.3). Retningen 1ef er tatt for å være aksen for helvinkelen dLl. orientert av vinklene a og P i lengde- og tverrplanet. Enheten for strålingseffekt W/sr har ikke noe navn. Den romlige fordelingen av strålingsfluksen til en punktkilde er unikt bestemt av dens fotometriske kropp - en del av rommet begrenset av overflaten trukket gjennom endene av radiusvektorene til strålingskraften. En seksjon av en fotometrisk gel ved et plan som går gjennom origo og en punktkilde bestemmer lysintensitetskurven (LIC) til kilden for et gitt seksjonsplan. Hvis det fotometriske legemet har en symmetriakse, karakteriseres strålingskilden av KSS i lengdeplanet (fig. 1.4). Strålingsfluks fra en punktsirkulært symmetrisk strålingskilde F? = jle(a)dLi = 2л J le(a) sin ada, hvor Dj er den sonale romvinkelen som kildestrålingen forplanter seg innenfor; bestemt i lengdeplanet av vinklene «| og en ". Lysintensitet for en punktkilde - romlig tetthet av lysstrøm laf,=dФ/dQ. (1,8) Candela (cd) er en enhet for lysstyrke (en av de grunnleggende SI-enhetene). Candelaen er lik intensiteten av lys som sendes ut i en vinkelrett retning fra et område på 1/600000 m2 av en svart kropp ved størkningstemperaturen til platina T = 2045 K og et trykk på 101325 Pa. Lysstrømmen til en IC bestemmes av KSS hvis det fotometriske legemet har en symmetriakse. Hvis KSS / (a) er gitt av en graf eller tabell, bestemmes beregningen av lysstrømmen til kilden av uttrykket F=£/shdts-,+i, hvor /w er srslnss-verdien til lysintensiteten i den sonale romvinkelen; Dy, (+| = 2n(cos a, - cos a,_|) (se tabell 1.1). Energilysstyrke (emissivitet) er forholdet mellom strålingsfluksen som kommer fra det lille overflatearealet som vurderes, og området til området: M e = (1Fe / dA; Mesh>=Fe/A, (1,9) hvor d$>e og Ф(. er strålingsfluksene som sendes ut av overflatearealet dA eller overflate A. Enhet energisk lysstyrke(W/m2) - fluks og hiv. slippes ut fra 1 m2 overflate; denne enheten har ikke noe navn. Lysstyrke er forholdet mellom lysstrømmen som kommer fra det lille overflatearealet som vurderes og arealet av dette området: M =
hvor еФ og Ф er lysstrømmene som sendes ut av overflatearealet dA eller overflaten A. Lysstyrken måles i lm/m2 - dette er lysstrømmen som sendes ut fra 1 m2. Energibelysning (bestråling) - tettheten til strålingsfluksen til den bestrålte overflaten E = (1Fe/c1A; Eecr = Fe/A, (1.11) hvor Ee, Eсr er henholdsvis irradiansen til overflatearealet dA og gjennomsnittlig irradiansen til overflaten A. Per innstrålingsenhet. Vg/m2. de aksepterer slik bestråling der 1 W strålingsfluks faller og er jevnt fordelt over en overflate på 1 m2; denne enheten har ikke noe navn. Belysning - tettheten til lysstrømmen på den opplyste overflaten dF.=d<>/dA Esr - F/L, (1.12) hvor dE og Еср er belysningen av overflatearealet dA og den gjennomsnittlige belysningen av overflaten A. Enheten for belysning er lux (lx). Belysning på 1 lux har en overflate som 1 m2 lys faller på og en lysstrøm på 1 lm fordeles jevnt over den. Den energetiske lysstyrken til et legeme eller en del av dets overflate i retning a er forholdet mellom strålingskraften i retning a og projeksjonen av den utstrålende overflaten på et plan vinkelrett på denne retningen (fig. 1.5): ~ dIshkh / (dA cos ss), ~ ^ey. ^" (1-13) hvor Leu og Lcr er energilysstyrkene til overflatearealet dA og overflaten A i retningen a, hvis projeksjoner på et plan vinkelrett på denne retningen er henholdsvis lik dAcosa og a; dleu og 1еа er henholdsvis strålingskreftene som sendes ut av dA og A i retning a. Enheten for energilysstyrke antas å være energilysstyrken til en flat overflate B 1 M“. som har en strålingskraft på 1 Vg/sr i vinkelrett retning. Denne enheten (W/srm2) har ikke noe navn. Lysstyrken i retning a av et legeme eller en del av dets overflate er lik forholdet mellom lysintensiteten i denne retningen og projeksjonen av overflaten: La = dIa/(dAcosa); /.acr = /a/a, (1.14) hvor /u og Lacr er lysstyrken til overflatearealet dA og overflate A i retning a. hvis projeksjoner på et plan vinkelrett på denne retningen er henholdsvis lik dA cos a og a; dla. 1a - henholdsvis lysstyrkene som sendes ut av flatene dA og A i retning a. Enheten for lysstyrkemåling (cd/m2) er lysstyrken til en flat overflate som sender ut en lysstyrke på 1 cd fra et område på 1 m i vinkelrett retning. Ekvivalent lysstyrke. Under forhold med skumringssyn avhenger den relative spektrale lyseffektiviteten til synsorganet av tilpasningsnivået Y(X, /.) og inntar en mellomposisjon mellom K(A) og Y"(X), vist i fig. 1.2 Under disse forholdene er deres verdier forskjellige spektralsammensetninger, identiske i lysstyrke for dagsyn, men forskjellig lysstyrke for øyet (Purkins-effekten), for eksempel vil blått være lysere enn rødt. konseptet med ekvivalent lysstyrke brukes. Du kan velge stråling av en viss spektral sammensetning, for hvilken lysstyrken på alle nivåer antas å være proporsjonal med strålingseffekten. A. A. Gershun |1] foreslo en slik tolkning. kalt referanse, bruk svart kroppsstråling ved størkningstemperaturen til platina. En stråling med en annen spektral sammensetning, lik lysstyrke som referansen, vil ha samme ekvivalente lysstyrke, selv om standardlysstyrken til strålingen vil være forskjellig. Ekvivalent lysstyrke gjør det mulig å sammenligne forskjellige strålinger i henhold til deres lyseffekter, selv under forhold med usikkerhet i den relative spektrale følsomhetsfunksjonen. Fluks (kraft) av stråling (F) yavl. hovedmengden i energimålesystemet. Kraften (eller fluksen) av stråling regnes for å være energien som overføres per tidsenhet. Verdien av F uttrykkes i watt (W). Elektromagnetisk bølgeområde nøling, substantiv i naturen er den ganske bred og strekker seg fra brøkdeler av en ångstrøm til en kilometer. Gammastråler __________________________________ mindre enn 0,0001 Røntgen____________________________ 0,01-0,0001 Ultrafiolette stråler____________________________ 0,38-0,01 Synlig lys____________________________________________ 0,78-0,38 Infrarøde stråler ________________________________1000-0,78 Radiobølger__________________________________________ mer enn 1000 Det optiske området av spekteret inkluderer bare en del av elektromagnetisk stråling med et bølgelengdeintervall fra λmin = 0,01 μm til λmax = 1000 μm Slik stråling skapes som et resultat av elektromagnetisk eksitasjon av atomer, vibrasjons- og rotasjonsbevegelse av molekyler. Det optiske spekteret kan deles inn i tre hovedområder: ultrafiolett, synlig og infrarød. Ultrafiolett stråling produserer de kraftigste fotonene og har en sterk fotokjemisk effekt. Utslippet av synlig lys, til tross for et ganske smalt intervall, lar oss se alt mangfoldet i verden rundt oss. Så det menneskelige øyet oppfatter praktisk talt ikke stråling med ekstreme bølgelengdeområder (de har en svak effekt på øyet i praksis, synlig lys anses å være stråling med et bølgelengdeområde på 400-700 nm). Denne strålingen har betydelige fotofysiske og fotokjemiske effekter, men mindre enn ultrafiolett stråling. Fotoner av infrarød stråling har minimumsenergi fra hele det optiske området av spekteret. Denne strålingen er preget av termisk virkning og, i mye mindre grad, fotofysisk og fotokjemisk. handling. 2. Konseptet med en strålingsmottaker
. Mottakerreaksjoner. Klassifisering av strålingsetterfølgere. Lineære og ikke-lineære mottakere. Spektral følsomhet til strålingsmottakeren. organer der slike transformasjoner skjer under påvirkning av optisk stråling, har fått det generelle navnet i lysteknikk "strålemottakere" Konvensjonelt er strålingsmottakere delt inn i: 1. Den naturlige mottakeren av stråling er det menneskelige øyet. 2. Fotosensitive materialer som brukes til optisk opptak av bilder. 3. Mottakere er også lysfølsomme elementer i måleinstrumenter (densitometre, kolorimetre) Optisk stråling har høy energi og påvirker derfor mange stoffer og fysiske kropper. Som et resultat av absorpsjon av lys i medier og kropper oppstår en rekke fenomener (fig. 2.1, sir 48) En kropp som har absorbert stråling begynner å utstråle seg selv. I dette tilfellet kan sekundærstrålingen ha et annet spektralområde sammenlignet med den absorberte. For eksempel, når den belyses med ultrafiolett lys, sender kroppen ut synlig lys. Energien til absorbert stråling omdannes til elektrisk energi, som i tilfellet med den fotoelektriske effekten, eller gir en endring i de elektriske egenskapene til materialet, som oppstår i fotoledere. Slike transformasjoner kalles fotofysisk. En annen type fotofysisk transformasjon er overgangen av strålingsenergi til termisk energi. Dette fenomenet har funnet anvendelse i termoelementer som brukes til å måle strålingseffekt. Strålingsenergi omdannes til kjemisk energi. En fotokjemisk transformasjon av stoffet som har absorbert lys finner sted. Denne transformasjonen skjer i de fleste lysfølsomme materialer. Organer der slike transformasjoner skjer under påvirkning av optisk stråling har fått det generelle navnet i lysteknikk. "strålemottakere" Lineære ikke-lineære mottakere???????????????????
Spektralfølsomhet til strålingsmottakeren. Under påvirkning av optisk stråling skjer en fotokjemisk og fotofysisk transformasjon i mottakeren, som endrer mottakerens egenskaper på en gitt måte. Denne endringen kalles den nyttige responsen til mottakeren. Imidlertid brukes ikke all energien til den innfallende strålingen på en nyttig reaksjon. Noe av energien til mottakerne absorberes ikke og kan derfor ikke forårsake en reaksjon. Den absorberte energien blir heller ikke fullstendig konvertert nyttig. For eksempel, i tillegg til den fotokjemiske transformasjonen, kan oppvarming av mottakeren forekomme. Den praktisk brukte delen av energien kalles. nyttig, og den praktisk brukte delen av strålingseffekten (strålingsfluks F) er den effektive fluksen Ref. Forholdet mellom den effektive fluksen Ref og strålingsfluksen som faller inn på mottakeren kalt mottakerens følsomhet. For de fleste mottakere avhenger den spektrale følsomheten av bølgelengden. Sλ= сРλ eff/Фλ og Рλ eff=КФλSλ Mengdene kalles henholdsvis Фλ og Рλ, monokromatisk strålingsfluks og monokromatisk effektiv fluks, og Sλ kalles monokromatisk spektral sensitivitet. Når vi kjenner kraftfordelingen over spekteret Ф(λ) for stråling som faller inn på mottakeren og spektralfølsomheten til mottakeren S(λ), kan vi beregne den effektive fluksen ved å bruke formelen – Ref=К ∫ Ф(λ)S(λ )dλ Målingen refererer til et område på ∆λ, begrenset enten av mottakerens spektrale følsomhet eller av målingens spektralområde. 3. Funksjoner av øyet som mottaker. Lett flyt. Dens forbindelse med strålingsfluksen. Siktkurve. Forskjellen i lys- og energiflukser er i området 400-700 nm.
Synsapparatet består av en strålemottaker (øyne), synsnerver og synsområder i hjernen. I disse sonene blir signaler generert i øynene og sendt gjennom synsnervene analysert og omdannet til visuelle bilder. Strålingsmottakeren består av to øyeepler som hver ved hjelp av seks ytre muskler enkelt kan rotere i bane både i horisontalt og vertikalt plan. Når du ser på et objekt, beveger øynene seg krampaktig, vekselvis fikserer de på forskjellige punkter av objektet. Denne bevegelsen er vektor i naturen, dvs. retningen for hvert hopp bestemmes av det aktuelle objektet. Hastigheten på hoppet er veldig høy, og fikseringspunktene der øyet stopper i 0,2-0,5 s er hovedsakelig plassert ved grensene til deler hvor det er forskjeller i lysstyrke. Under "stopp" er øyet ikke i ro, men gjør raske mikrobevegelser i forhold til fikseringspunktet. Til tross for disse mikrosakkadene, ved fikseringspunktene, er det observerte området av objektet fokusert på den sentrale foveaen til den lysfølsomme netthinnen i øynene. Fig.2.4 (Horisontalt snitt av øyet) s.56 Lett flyt(F) Lysstrøm er generelt sett forstått som strålingseffekten vurdert ut fra dens effekt på det menneskelige øyet. Måleenheten for lysstrøm er lumen (lm). Virkningen av lysstrømmen på øyet får det til å reagere på en bestemt måte. Avhengig av virkningsnivået til lysstrømmen, fungerer en eller annen type lysfølsomme reseptorer i øyet, kalt stenger eller kjegler. Under dårlige lysforhold (for eksempel i lyset av månen) ser øyet omkringliggende objekter ved hjelp av stenger. Ved høye lysnivåer begynner dagsynsapparatet, som kjeglene er ansvarlige for, å fungere. I tillegg er kjegler, basert på deres lysfølsomme stoff, delt inn i tre grupper med ulik følsomhet i forskjellige områder av spekteret. Derfor, i motsetning til stenger, reagerer de ikke bare på lysstrømmen, men også på dens spektrale sammensetning. I denne forbindelse kan vi si at effekten av lys er todimensjonal. En kvantitativ karakteristikk av øyets reaksjon assosiert med belysningsnivået, kalt. lys. En kvalitativ egenskap assosiert med forskjellige reaksjonsnivåer for de tre gruppene av kjegler kalles kromatisitet. En viktig egenskap er fordelingskurven for øyets relative spektrale følsomhet (relativ spektral lyseffektivitet) i dagslys νλ =f(λ) Fig. 1.3 s.9 I praksis er det slått fast at det menneskelige øyet under dagslys har maksimal følsomhet for stråling med Lambda = 555 nm (V555 = 1 Dessuten har hver enhet av lysstrøm fra F555 strålingseffekt Ф555 = 0,00146 W.). lysstrømmen F555 til Ф555 kalles spektral lyseffektivitet. Eller for en hvilken som helst bølgelengde av stråling i det synlige området K=konst: К=1/V(λ) *F λ /Ф λ =680. (1) Ved å bruke formel (1) er det mulig å etablere en sammenheng mellom lysstrømmen og strålingsstrømmen. Fλ = 680 *Vλ * Фλ For integrert stråling F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ 4. Fotoaktinisk flyt. Forstå effektiv flyt. Monokromatiske og integrerte strømninger. Aktinisme
.
I lys- og reproduksjonsteknologi brukes to typer effektive flukser: lys F og fotoaktinisk A. Lysstrømmen er relatert til effekten (strålingsfluks F) ved følgende uttrykk: F=680 ∫ Ф(λ) V(λ) dλ 400 nm Hvis en lysstrøm faller på en overflate, kalles dens overflatetetthet illuminans. Belysning E er relatert til lysstrøm med formelen Hvor Q er arealet i m Belysningsenheten er lux (cl). For fotosensitive materialer og fotodetektorer av måleinstrumenter bruk fotoaktinisk fluksEN.
Dette er den effektive flyten definert av Hvis spektralområdet som målingen gjøres i er begrenset av bølgelengdene λ1 og λ2, vil uttrykket for fotoaktinisk fluks vil ta formen A = ∫ Ф(λ) * S (λ) dλ λ 1 m/J, så vil dette påvirke dimensjonen til den fotoaktiniske fluksen Overflatetetthet av fotoaktinisk fluks på en opplyst overflate kalt aktinisk strålingen,
en=
dA/
dQ Hvis overflaten til mottakeren er jevnt opplyst, er a = A/Q. For monokromatisk stråling. Fλ = 680 *Vλ * Фλ For integrert stråling F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ Aktinisme- analog av belysning. Dens måleenhet avhenger av dimensjonen A Hvis A – W, så a-W/m Fig.2.2 side 52 Jo større aktinisiteten til strålingen er, desto mer effektivt brukes strålingsenergien og jo mer, alt annet likt, vil mottakerens respons være nyttig. For å oppnå maksimal aktinisitet er det ønskelig at den maksimale spektrale følsomheten til mottakeren og den maksimale strålingseffekten faller i de samme spektralsonene. Denne vurderingen styrer valget av en lyskilde for å få bilder på en bestemt type fotosensitive materialer. For eksempel kopieringsprosessen. Kopilagene som brukes til å lage trykkplater er følsomme for ultrafiolett og blåfiolett stråling. De reagerer ikke på stråling fra andre soner i det synlige spekteret. Derfor, for å utføre kopieringsprosessen, bruker de Metallhalogenlamper, rike på ultrafiolett og blått lys. FIGUR 2.3. Side 53 manual 5. Fargetemperatur. Lysstyrkekurver for en absolutt svart kropp ved forskjellige temperaturer. Konseptet med en normalisert kurve. Definisjon av begrepet "fargetemperatur". Retningen for endring i fargen på stråling med en endring i fargetemperatur. Fargetemperatur betyr temperaturen i Kelvin til et helt svart legeme der strålingen har samme farge som den som vurderes. For glødelamper med wolframglødetråd er spektralfordelingen av stråling proporsjonal med spektralfordelingen av svartkroppsstråling i bølgelengdeområdet 360-1000 nm. For å beregne den spektrale sammensetningen av strålingen til en absolutt svart kropp ved en gitt absolutt temperatur for oppvarmingen, kan du bruke Plancks formel: e -5 s 2 / λ t Rλ =C1 λ (e -1) Der Rλ er spektralenergiens lysstyrke, C1 og C2 er konstanter, e er basisen til naturlige logaritmer, T er den absolutte temperaturen, K Eksperimentelt bestemmes fargetemperaturen av verdien av det blå-røde forholdet mellom aktinisiteter. Aktinitetsbelysningsstyrke effektiv i forhold til fotodetektoren: Аλ = Фλ Sλ / Q = Eλ Sλ Hvis en luxmåler brukes som fotodetektor, er aktinisiteten belysningen bestemt ved å skjerme fotocellen med blått og rødt lysfilter. Teknisk sett utføres målingen som følger. Fotocellen til luxmeteret er vekselvis skjermet med spesielt utvalgte blå- og rødlysfiltre. Lysfiltre skal være sonebaserte og ha samme mangfold i overføringssonen. Luxmålerens galvanometer bestemmer belysningen fra den målte kilden for hvert av filtrene. Beregn det blå-røde forholdet ved å bruke formelen K = Ac / Ak = Es / Ek SCHEMA side 6 lab slave Фλ. For å gjøre dette beregnes verdiene for spektral energilysstyrke ved å bruke Plancks formel. Deretter normaliseres den resulterende funksjonen. Normalisering består av en proporsjonal reduksjon eller økning i alle verdier på en slik måte slik at funksjonen går gjennom punktet med koordinatene λ = 560 nm, log R560 = 2,0 eller λ = 560 nm, R560 rel = 100 I dette tilfellet anses det at hver verdi refererer til spektralintervallet ∆λ som tilsvarer beregningstrinnet. ∆λ=10 nm, lysstyrke 100 W*m tilsvarer en bølgelengde på 560 nm i bølgelengdeområdet 555-565 nm. Fig 1.2 Side 7 laboratorieslave Ved å bruke spektralavhengighetsfunksjonen Rλ = f λ kan du finne funksjonene E λ = Фλ = f λ For å gjøre dette må du bruke formlene E - belysning, R - lysstyrke, F - energiflyt, Q - areal Avhengig av forholdet mellom dimensjonene til emitteren og dens avstand til feltpunktet som studeres, kan strålingskilder deles inn i 2 grupper: 1) punktkilder for stråling 2) en kilde med endelige dimensjoner (lineær kilde) En strålingskilde hvis dimensjoner er betydelig mindre enn avstanden til punktet som studeres, kalles en punktkilde. I praksis anses en punktkilde for å være en hvis maksimale størrelse er minst 10 ganger mindre enn avstanden til strålingsmottakeren. For slike strålingskilder observeres den omvendte kvadratiske avstandsloven. E=I/r 2 cosinus alfa, der alfa=vinkel mellom lysstrålen og vinkelrett på overflaten C. Hvis fra punktet der en punktkilde for stråling er plassert, plottes vektorer med enhetsstrålingsstyrke i forskjellige retninger av rommet og en overflate trekkes gjennom endene deres, oppnås en FOTOMETRISK KROPP av strålingskraften til kilden. Et slikt legeme karakteriserer fullstendig fordelingen av strålingsstrømmen til en gitt kilde i rommet som omgir den. 8. Transformasjon av stråling med optiske medier. Kjennetegn ved strålingskonvertering: lyskoeffisienter, multiplisiteter, optiske tettheter, forbindelser mellom dem. Lysfiltre Definisjon av begrepet. Spektralkurve som en universell karakteristikk av et lysfilter. Når en strålingsfluks F0 treffer en virkelig kropp (optisk medium), reflekteres en del av den F(ro) av overflaten, en del av F(alfa) absorberes av kroppen, og en del av F(tau) passerer gjennom den. Evnen til et legeme (optisk medium) til å gjennomgå en slik transformasjon er preget av refleksjonskoeffisienten rho=Fro/F0, koeffisienten tau=Ftau/F0. Hvis koeffisientene bestemmes ved å konvertere lysflukser (F, lm), kalles de lys (fotometrisk) Rosv = Fo/Fo; Alphasw=Falpha/Fo;tausw=Ftau/Fo For optiske koeffisienter og lyskoeffisienter er påstanden sann at summen deres er lik 1,0 (po+alfa+tau=1) Det er to flere typer koeffisienter - monokromatiske og sonale. Den første evaluerer effekten av det optiske mediet på monokromatisk stråling med en lambda-bølgelengde. Sonekoeffisienter evaluerer konverteringen av stråling som okkuperer fra spektrumsonene (blått med delta lambda = 400-500 nm, grønt med delta lambda = 500-600 nm og rødt med delta lambda = 600-700 nm) 9. Bouguer-Lambert-Øl-loven. Mengder bundet av loven. Additivitet av optiske tettheter, som hovedkonklusjonen fra Bouguer-Lambert-Beer-loven. Indikatorer for lysspredning, uklarhet i media. Typer lysspredning. F 0 /F t =10 kl, k-absorpsjonsindeks. Øl fastslo at absorpsjonsindeksen også avhenger av konsentrasjonen av det lysabsorberende stoffet c, k = Xc, x er den molare absorpsjonsindeksen, uttrykt som den resiproke av tykkelsen på laget som demper lyset 10 ganger når konsentrasjonen av lysabsorberende stoff i den er 1 mol/l. Den endelige ligningen som uttrykker Bouguer-Lambert-Beer-loven ser slik ut: Ф0/Фт=10 til potensen Хс1 Lysstrømmen som overføres av laget er relatert til den innfallende fluksen eksponentielt gjennom den molare absorpsjonskoeffisienten, tykkelsen på laget og konsentrasjonen av det lysabsorberende stoffet. Den fysiske betydningen av begrepet optisk tetthet følger av loven som vurderes. Etter å ha integrert uttrykket Ф0/Фт=10 til kraften til Хс1 Vi får D=X*s*l, de. Mediets optiske tetthet avhenger av dets natur og er proporsjonal med tykkelsen og konsentrasjonen av det lysabsorberende stoffet. Siden Bouguer-Lambert-Beer-loven karakteriserer brøkdelen av absorbert lys gjennom brøkdelen av transmittert lys, tar den ikke hensyn til reflektert og spredt lys. I tillegg er det resulterende forholdet som uttrykker Bouguer-Lambert-Beer-loven kun gyldig for homogene medier og tar ikke hensyn til tapet av lysrefleksjon fra overflaten av kropper. Avvik fra loven fører til ikke-additivitet av optiske medier. Fotometri er grenen av optikk som omhandler måling av lysflukser og mengder knyttet til slike flukser. Følgende mengder brukes i fotometri: 1) energi
– karakterisere energiparametrene til optisk stråling uavhengig av dens effekt på strålingsmottakere; 2) lys
– karakterisere den fysiologiske effekten av lys og vurderes ut fra effekten på øyet (basert på øyets såkalte gjennomsnittlige følsomhet) eller andre strålemottakere. 1. Energimengder. Strålingsfluks
Φ e – verdi lik energiforholdet W stråling etter tid t, der strålingen skjedde: Enheten for strålingsfluks er watt (W). Energetisk lysstyrke (emissivitet)
R e– verdi lik forholdet mellom strålingsfluksen Φ e som sendes ut av overflaten og området S tverrsnitt som denne strømmen går gjennom: de. representerer overflatestrålingens flukstetthet. Enheten for energisk lysstyrke er watt per kvadratmeter (W/m2). Strålingsintensitet: hvor Δ S– en liten overflate vinkelrett på strålingsutbredelsesretningen som fluksen ΔΦ e overføres gjennom. Måleenheten for strålingsintensitet er den samme som for energetisk lysstyrke – W/m2. For å bestemme påfølgende mengder, må du bruke ett geometrisk konsept - solid vinkel
, som er et mål på åpningen av en konisk overflate. Som kjent er målet for en plan vinkel forholdet mellom sirkelbuen l til radiusen til denne sirkelen r, dvs. (Fig. 3.1 a). Tilsvarende defineres romvinkelen Ω (fig. 3.1 b) som forholdet mellom overflaten av det sfæriske segmentet S og kvadratet av sfærens radius: Måleenheten for helvinkel er steradian
(ср) er en solid vinkel, hvis toppunkt er plassert i midten av sfæren, og som skjærer ut et område på overflaten av sfæren lik kvadratet av radien: Ω = 1 ср, hvis . Det er lett å verifisere at den totale solide vinkelen rundt et punkt er lik 4π steradianer - for å gjøre dette må du dele overflaten av sfæren med kvadratet av radiusen. Lysets energiintensitet (strålingskraft
) Dvs bestemmes ved hjelp av konsepter om en punktlyskilde
– en kilde hvis størrelse sammenlignet med avstanden til observasjonsstedet kan neglisjeres. Den energiske intensiteten til lys er en verdi som er lik forholdet mellom kildestrålingsfluksen og solidvinkelen Ω som denne strålingen forplanter seg innenfor: Enheten for lysenergi er watt per steradian (W/sr). Energilysstyrke (utstråling)
V e– en verdi lik forholdet mellom lysets energiintensitet ΔI e element av den utstrålende overflaten til området ΔS projeksjon av dette elementet på et plan vinkelrett på observasjonsretningen: Enheten for utstråling er watt per steradian meter i kvadrat (W/(sr m2)). Energibelysning (bestråling)
Henne karakteriserer mengden strålingsfluks som faller inn på en enhet av opplyst overflate. Innstrålingsenheten er den samme som lysstyrkeenheten (W/m2). 2. Lette mengder. I optiske målinger brukes ulike strålingsdetektorer (for eksempel øyet, fotoceller, fotomultiplikatorer), som ikke har samme følsomhet for energien til forskjellige bølgelengder, og dermed blir selektiv (selektiv)
. Hver lysmottaker er preget av sin følsomhetskurve for lys med forskjellige bølgelengder. Derfor skiller lysmålinger seg fra objektive energimålinger, og for dem lysenheter,
brukes kun til synlig lys. Grunnleggende lysenhet
i SI er enheten for lysstyrke - candela
(cd), som er definert som lysstyrken i en gitt retning til en kilde som sender ut monokromatisk stråling med en frekvens på 540·10 12 Hz, hvis lysenergiintensitet i denne retningen er 1/683 W/sr. Definisjonen av lysenheter ligner på energienheter. Lett flyt
Φ lys er definert som kraften til optisk stråling basert på lysfølelsen den forårsaker (omtrent dens effekt på en selektiv lysmottaker med en gitt spektral følsomhet). Lysstrømsenhet – lumen
(lm): 1 lm – lysstrøm som sendes ut av en punktkilde med en lysstyrke på 1 cd innenfor en romvinkel på 1 sr (med ensartethet av strålingsfeltet innenfor helvinkelen) (1 lm = 1 cd sr). Lysets kraft I St. er relatert til lysstrømmen ved forholdet Hvor dΦ St– lysstrøm som sendes ut av en kilde innenfor en solid vinkel dΩ. Hvis I St. ikke er avhengig av retning, kalles lyskilden isotropisk.
For en isotrop kilde Energiflyt .
Φ e, målt i watt, og lysstrøm Φ St., målt i lumen, er relatert av forholdet: Hvor Lysstyrke
R St bestemmes av forholdet Enheten for lysstyrke er lumen per kvadratmeter (lm/m2). Lysstyrke
I φ lysende overflate S i en bestemt retning som danner en vinkel φ med normalen til overflaten, er det en verdi lik forholdet mellom lysintensiteten i en gitt retning og arealet av projeksjonen av den lysende overflaten på et plan vinkelrett til denne retningen: Kilder hvis lysstyrke er lik i alle retninger kalles Lambertian
(underlagt Lamberts lov) eller kosinus
(fluksen som sendes av overflateelementet til en slik kilde er proporsjonal med ). Bare en helt svart kropp følger strengt Lamberts lov. Enheten for lysstyrke er candela per kvadratmetre (cd/m2). Belysning
E– en verdi lik forholdet mellom lysstrømmen som faller inn på en overflate og arealet av denne overflaten: Belysningsstyrkeenhet – luksus
(lx): 1 lx – belysning av en overflate på 1 m2 hvorav en lysstrøm på 1 lm faller (1 lm = 1 lx/m2). Arbeidsordre Oppgave 1. Bestemme laserlysintensiteten. Ved å måle diameteren til den divergerende laserstrålen i to av dens seksjoner, atskilt med en avstand, kan vi finne den lille stråledivergensvinkelen og den solide vinkelen som strålingen forplanter seg i (fig. 3.2): Lysstyrken i candelaer bestemmes av formelen: Hvor Eksperiment 1. Installer modul 2 på den optiske benken og juster installasjonen i henhold til metoden beskrevet på side . Etter å ha kontrollert at installasjonen er justert, fjern modul 2. 2. Plasser linsefestet på emitteren (objekt 42). Installer kondensatorlinsen (modul 5) på enden av benken med skjermen vendt mot emitteren. Fiks koordinaten for risikoen til vurderingsmennene. Bruk kondensatorskjermen til å bestemme diameteren til laserstrålen. 3. Flytt kondensatoren til laseren 50 - 100 mm. Fest koordinaten til merket og bestemme deretter strålediameteren ved hjelp av kondensatorskjermen. 4. Beregn den lineære vinkelen på stråledivergensen ved å bruke formel (3.13), og ta . Beregn den solide vinkelen for stråledivergensen ved å bruke formel (3.14) og lysstyrken ved å bruke formel (3.15). Lag et standard feilestimat. 5. Utfør eksperimentet 4 ganger til med andre posisjoner av kondensatoren. 6. Skriv inn måleresultatene i tabeller: Oppgave 2. Intensitet i en sfærisk bølge Laserstrålingsstrålen transformeres av en samlelinse til en sfærisk bølge, først konvergerende til fokus, og etter fokus - divergerende. Det er nødvendig å spore arten av endringen i intensitet med koordinaten - . Voltmeteravlesningene brukes som verdier uten konvertering til absolutte verdier. Eksperiment 1. Fjern diffusorlinsefestet fra emitteren. På enden av den ledige benken, installer en mikroprojektor (modul 2) og, tett foran den, en kondensatorlinse (modul 5). Pass på at når du flytter modul 5 bort fra modul 2, endres størrelsen på punktet på installasjonsskjermen og strålingsintensiteten i midten av punktet. Sett kondensatoren tilbake til sin opprinnelige posisjon. 2. Plasser en fotosensor - objekt 38 - i objektplanet til mikroprojektoren, koble fotosensoren til multimeteret, sett multimeteret til konstantspenningsmålingsmodus (måleområde - opptil 1 V) og fjern avhengigheten av spenningen på voltmeter på koordinaten til modul 5 med et trinn på 10 mm, ta som en punktreferansekoordinat for risikoene ved modul 2. Gjør 20 målinger. 4. Gi definisjoner av de viktigste fotometriske størrelsene (energi og lys) som indikerer måleenheter. 5. Hva er den grunnleggende enheten for lys i SI? Hvordan bestemmes det? 6. Hvordan er strålingsfluks og lysstrøm relatert? 7. Hvilken lyskilde kalles isotrop? Hvordan er lysintensitet og lysstrøm fra en isotrop kilde relatert? Hvorfor? 8. Når heter en lyskilde Lambertian? Gi et eksempel på en strengt lambertiansk kilde. 9. Hvordan avhenger intensiteten til en lysbølge som sendes ut av en isotrop punktkilde av avstanden til kilden? Hvorfor? Laboratoriearbeid nr. 4 For å kvantifisere stråling brukes et ganske bredt spekter av mengder, som betinget kan deles inn i to enheter: energi og lys. I dette tilfellet karakteriserer energimengder stråling relatert til hele det optiske området av spekteret, og lysmengder karakteriserer synlig stråling. Energimengdene er proporsjonale med de tilsvarende belysningsmengdene. Verdien av Fe uttrykkes i watt (W). – energienhet I de fleste tilfeller blir det ikke tatt hensyn til kvantearten til generering av stråling, og den anses som kontinuerlig. Et kvalitativt kjennetegn ved stråling er fordelingen av strålingsfluksen over spekteret. For stråling som har et kontinuerlig spektrum, introduseres konseptet spektral strålingsflukstetthet (j l)– forholdet mellom strålingseffekten som faller på en viss smal del av spekteret og bredden av denne delen (fig. 2.2). For et smalt spektralområde dl strålingsfluksen er lik dФ l. Ordinataksen viser de spektrale tetthetene til strålingsfluksen j l = dФ l / dl, derfor er strømmen representert av arealet til en elementær del av grafen, dvs. Under lysstrøm F, generelt sett forstå strålingskraften vurdert ut fra dens effekt på det menneskelige øyet. Måleenheten for lysstrøm er lumen (lm). – belysningsenhet Virkningen av lysstrømmen på øyet får det til å reagere på en bestemt måte. Avhengig av virkningsnivået til lysstrømmen, fungerer en eller annen type lysfølsomme reseptorer i øyet, kalt stenger eller kjegler. Under dårlige lysforhold (for eksempel under månens lys) ser øyet omkringliggende objekter ved hjelp av stenger. Ved høye lysnivåer begynner dagsynsapparatet, som kjeglene er ansvarlige for, å fungere. I tillegg er kjegler, basert på deres lysfølsomme stoff, delt inn i tre grupper med ulik følsomhet i forskjellige områder av spekteret. Derfor, i motsetning til stenger, reagerer de ikke bare på lysstrømmen, men også på dens spektrale sammensetning. I denne forbindelse kan det sies at lyseffekten er todimensjonal. Den kvantitative egenskapen til øyereaksjonen knyttet til belysningsnivået kalles letthet. Den kvalitative egenskapen assosiert med forskjellige reaksjonsnivåer for de tre gruppene av kjegler kalles kromatisitet. Lysstyrke (I). I lysteknikk tas denne verdien som hoved-. Dette valget har ikke noe prinsipielt grunnlag, men er gjort av bekvemmelighetshensyn, siden Lysintensiteten avhenger ikke av avstanden. Begrepet lysstyrke gjelder kun punktkilder, dvs. til kilder hvis dimensjoner er små sammenlignet med avstanden fra dem til den opplyste overflaten. Lysstyrken til en punktkilde i en bestemt retning er per enhet romvinkel W lys flyt F, sendt ut av denne kilden i en gitt retning: I = Ф / Ω Energi Lysstyrken uttrykkes i watt per steradian ( tirs/ons). Bak lysteknikk enhet for lysstyrke vedtatt candela(cd) er lysstyrken til en punktkilde som sender ut en lysstrøm på 1 lm, jevnt fordelt innenfor en hel vinkel på 1 steradian (sr). En hel vinkel er en del av rommet avgrenset av en konisk overflate og en lukket buet kontur som ikke går gjennom vinkelens toppunkt (fig. 2.3). Når en konisk overflate komprimeres, blir dimensjonene til det sfæriske området o uendelig små. Hele vinkelen i dette tilfellet blir også uendelig liten: Figur 2.3 – Mot definisjonen av begrepet "solid vinkel" Belysning (E). Under energisk belysning E eh forstå strålingsfluksen på arealenhet opplyst overflate Q:
Innstrålingen kommer til uttrykk i W/m2. Lysende belysning E uttrykt ved lysflukstetthet F på overflaten som er opplyst av den (fig. 2.4): Enheten for lysende belysning er tatt luksus, dvs. belysning av en overflate som mottar en lysstrøm på 1 lm jevnt fordelt over et område på 1 m2. Blant andre mengder som brukes i lysteknikk, er viktige energi stråling Vi eller lysenergi W,
samt energi Ne eller lys N utstilling. Verdiene til We og W bestemmes av uttrykkene hvor er funksjonene til endringer i henholdsvis strålingsfluks og lysfluks over tid. Vi måles i joule eller W s, a W – i lm s. Under energi H e eller lyseksponering forstå overflatestrålingens energitetthet Vi
eller lysenergi W henholdsvis på den opplyste overflaten. Det er lyseksponering H dette er produktet av belysning E, skapt av en strålingskilde, for en tid t effekter av denne strålingen.
1. Strålingsfluks. Konseptet med spekteret av elektromagnetisk stråling. Prinsippet for å måle fluksfordeling over spekteret. Energimengder.
Spektrum av elektromagnetisk stråling, mikron
Egenskaper ved øyet som mottaker.
К= F555/Ф555=1/0,00146=680 (lm/W)
der Ф(λ) er fordelingen av strålingskraft over spekteret, V(λ) er den relative spektrale lyseffektivitetskurven (synlighetskurve), og 680 er koeffisienten som lar deg gå fra watt til lumen. Det kalles lysekvivalenten til strålingsfluksen og uttrykkes i lm/W.
A = ∫ Ф (λ) S (λ) dλ
Måleenheten A avhenger av måleenheten for spektral følsomhet. Hvis Sλ er en relativ størrelse, måles A i watt. Hvis Sλ har dimensjon, for eksempel
eh
Hvor F er strålingsfluksen, Sλ er følsomheten til fotodetektoren, Qλ er området
6. Lyskilde. Deres spektrale egenskaper. Klassifisering av lyskilder etter type stråling. Formel for Planck og Wien.
7. Fotometriske egenskaper til strålingskilder. Klassifisering etter geometriske størrelser: punkt- og utvidede lyskilder, fotometrisk kropp.
. (3.6)
, (3.7)
. (3.8)
, lm, (3,9)
- konstant, er en funksjon av synlighet, bestemt av følsomheten til det menneskelige øyet for stråling av forskjellige bølgelengder. Maksimalverdien er nådd kl 
. Komplekset bruker laserstråling med en bølgelengde 
. I dette tilfellet .
. (3.10)
. (3.11)
.
(3.12)
Ris. 3.2.
, (3.13)
, (3.15)
- konstant, strålingseffekten er satt til et minimum - lik (laserstrømjusteringsknappen dreies til ekstrem mot klokken), - synlighetsfunksjon, bestemt av følsomheten til det menneskelige øyet for stråling av forskjellige bølgelengder. Maksimalverdien er nådd kl . Komplekset bruker laserstråling med en bølgelengde . I dette tilfellet . №
,
,
№
, %
Hovedmengden i energisystemet som lar oss bedømme mengden stråling er Fe strålingsfluks, eller strålingskraft, dvs. mengde energi W, emittert, overført eller absorbert per tidsenhet:
Hvis strålingsspekteret ligger innenfor området l 1 før l 2, deretter størrelsen på strålingsfluksen 
