ความเข้มของแสงคืออะไร ความเข้ม ความดัน และแรงกระตุ้นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ขอให้เราสร้างความสัมพันธ์ระหว่างการกระจัด x ของอนุภาคของตัวกลางที่มีส่วนร่วมในกระบวนการคลื่นกับระยะห่าง y ของอนุภาคเหล่านี้จากแหล่งกำเนิดของการแกว่ง O ในช่วงเวลาใดๆ เพื่อความชัดเจนยิ่งขึ้น ขอให้เราพิจารณาคลื่นตามขวาง การพิจารณาภายหลังทั้งหมด

จะเป็นจริงสำหรับคลื่นตามยาวด้วย ปล่อยให้การสั่นของแหล่งกำเนิดเป็นแบบฮาร์โมนิค (ดูมาตรา 27):

โดยที่ A คือแอมพลิจูด ซึ่งเป็นความถี่วงกลมของการแกว่ง จากนั้นอนุภาคทั้งหมดของตัวกลางจะเข้าสู่การสั่นสะเทือนแบบฮาร์มอนิกด้วยความถี่และแอมพลิจูดเท่ากัน แต่มีเฟสต่างกัน คลื่นไซน์จะปรากฏในตัวกลาง ดังแสดงในรูปที่ 1 58.

กราฟคลื่น (รูปที่ 58) มีลักษณะเผินๆ คล้ายกับกราฟการแกว่งของฮาร์มอนิก (รูปที่ 46) แต่โดยพื้นฐานแล้วมีความแตกต่างกัน กราฟการแกว่งแสดงถึงการกระจัดของอนุภาคที่กำหนดเป็นฟังก์ชันของเวลา กราฟคลื่นแสดงถึงการพึ่งพาการกระจัดของอนุภาคทั้งหมดของตัวกลางในระยะห่างจากแหล่งกำเนิดของการแกว่ง ณ ช่วงเวลาหนึ่ง มันเหมือนกับภาพถ่ายของคลื่น

ให้เราพิจารณาอนุภาค C บางตัวซึ่งอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดของการสั่น (อนุภาค O) y เห็นได้ชัดว่าหากอนุภาค O มีการสั่นอยู่แล้ว อนุภาค C จะยังคงสั่นอยู่เฉพาะเมื่อเป็นเวลาของการแพร่กระจายของการสั่นจาก C ไปยัง C นั่นคือเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ในเส้นทาง y จากนั้นควรเขียนสมการการสั่นสะเทือนของอนุภาค C ดังนี้

แต่ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นอยู่ที่ไหน? แล้ว

ความสัมพันธ์ (23) ซึ่งช่วยให้เราสามารถระบุการกระจัดของจุดใดๆ บนคลื่นได้ตลอดเวลา เรียกว่าสมการคลื่น ด้วยการนำความยาวคลื่น X มาพิจารณาเป็นระยะทางระหว่างจุดที่ใกล้ที่สุดสองจุดของคลื่นซึ่งอยู่ในเฟสเดียวกัน เช่น ระหว่างยอดคลื่นสองยอดที่อยู่ติดกัน เราสามารถให้สมการคลื่นมีรูปแบบที่แตกต่างกันได้ แน่นอนว่าความยาวคลื่นเท่ากับระยะทางที่การสั่นแพร่กระจายในช่วงเวลาหนึ่งด้วยความเร็ว

ความถี่ของคลื่นอยู่ที่ไหน จากนั้นจึงแทนลงในสมการและคำนึงว่าเราได้สมการคลื่นรูปแบบอื่น:

เนื่องจากการเคลื่อนที่ของคลื่นมาพร้อมกับการสั่นสะเทือนของอนุภาคของตัวกลาง พลังงานของการสั่นสะเทือนจึงเคลื่อนที่ไปในอวกาศพร้อมกับคลื่น พลังงานที่ถ่ายโอนโดยคลื่นต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นที่หน่วยที่ตั้งฉากกับลำแสงเรียกว่าความเข้มของคลื่น (หรือความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงาน) เราได้รับนิพจน์สำหรับความเข้มของคลื่น

คลื่นแสง.

กฎของเลนส์เรขาคณิต (รังสี)

คลื่นแสง. ความเข้มของแสง. การไหลของแสง กฎของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต การสะท้อนภายในทั้งหมด

ทัศนศาสตร์เป็นสาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาธรรมชาติของการแผ่รังสีแสง การแพร่กระจาย และปฏิสัมพันธ์กับสสาร สาขาทัศนศาสตร์ที่ศึกษาธรรมชาติคลื่นของแสงเรียกว่า เลนส์คลื่น ธรรมชาติของคลื่นแสงเป็นเหตุให้เกิดปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การรบกวน การเลี้ยวเบน และโพลาไรซ์ สาขาทัศนศาสตร์ที่ไม่คำนึงถึงคุณสมบัติคลื่นของแสงและอิงตามแนวคิดของรังสีเรียกว่า เลนส์เรขาคณิต

§ 1. คลื่นแสง

ตามแนวคิดสมัยใหม่ แสงเป็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อน ในบางกรณีแสงมีพฤติกรรมเหมือนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในบางกรณีแสงมีพฤติกรรมเหมือนกระแสอนุภาคพิเศษ (โฟตอน) คุณสมบัตินี้เรียกว่าทวินิยมของคลื่นอนุภาค (คอร์ปัสเคิล - อนุภาค, ทวินิยม - ความเป็นทวินิยม) ในรายวิชาบรรยายในส่วนนี้ เราจะพิจารณาปรากฏการณ์คลื่นของแสง

คลื่นแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นในสุญญากาศในช่วง:

	= (0.4ธ 0.76)× 10− 6 ม.= 0.4ธ 0.76 µm= 400ธ 760 นาโนเมตร=
4,000ธ
เอ –		อังสตรอมเป็นหน่วยวัดความยาว 1A = 10−10 ม.
คลื่นในช่วงนี้ถูกรับรู้ด้วยสายตามนุษย์
การแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 400 นาโนเมตรเรียกว่ารังสีอัลตราไวโอเลตและ
ด้วยความยาวมากกว่า 760 นาโนเมตร –					อินฟราเรด.
ความถี่ n ของคลื่นแสงสำหรับแสงที่ตามองเห็น:
			= (0.39ธ 0.75)× 1,015 เฮิรตซ์
c = 3× 108 m/s คือความเร็วแสงในสุญญากาศ
ความเร็ว					ไม้ขีด		ความเร็ว	การกระจาย
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า.

ดัชนีการหักเหของแสง

ความเร็วการแพร่กระจายของแสงในตัวกลางเหมือนกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใดๆ เท่ากับ (ดู (7.3))

เพื่อระบุคุณลักษณะทางแสงของตัวกลาง จึงมีการแนะนำดัชนีการหักเหของแสง อัตราส่วนของความเร็วแสงในสุญญากาศต่อความเร็วแสงในตัวกลางที่กำหนดเรียกว่าอัตราส่วนของความเร็วแสงในสุญญากาศต่อความเร็วแสงในตัวกลางที่กำหนด ดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์:

โดยคำนึงถึง (7.3)

เนื่องจากสำหรับสารโปร่งใสส่วนใหญ่ μ=1

สูตร (8.2) เชื่อมต่อคุณสมบัติทางแสงของสารกับคุณสมบัติทางไฟฟ้า สำหรับตัวกลางใดๆ ยกเว้นสุญญากาศ n> 1 สำหรับสุญญากาศ n = 1 สำหรับก๊าซภายใต้สภาวะปกติ nธาน 1

ดัชนีการหักเหของแสงมีลักษณะเฉพาะ ความหนาแน่นทางแสงของตัวกลาง- ตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงกว่าเรียกว่ามีความหนาแน่นมากขึ้น ให้เราแสดงดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์สำหรับสื่อทั้งสอง:

						ไม่มี 2 =
ดังนั้นดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์คือ:
n 21=
โดยที่ v 1 และ v 2 –						ความเร็วแสงในตัวกลางที่หนึ่งและที่สองตามลำดับ
				อิเล็กทริก					การซึมผ่านของตัวกลาง ε ขึ้นอยู่กับความถี่

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แล้ว n = n(ν) orn = n(λ) - ดัชนีการหักเหของแสงจะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสง (ดูบรรยายข้อ 16, 17)

การขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแสงต่อความยาวคลื่น (หรือความถี่) เรียกว่าการกระจายตัว

ในคลื่นแสง เช่นเดียวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เวกเตอร์ E และ H จะแกว่งไปมา เวกเตอร์เหล่านี้จะตั้งฉากกันและกับทิศทาง

เวกเตอร์วี ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าผลกระทบทางสรีรวิทยา เคมีโฟโตเคมี โฟโตอิเล็กทริก และประเภทอื่นๆ เกิดจากการสั่นของเวกเตอร์ไฟฟ้า ดังนั้นเวกเตอร์แสงจึงเป็นเวกเตอร์ของความแรงของสนามไฟฟ้าของคลื่นแสง (แม่เหล็กไฟฟ้า)

สำหรับคลื่นแสงเอกรงค์เดียว การเปลี่ยนแปลงของเวลาและพื้นที่ของการฉายภาพเวกเตอร์แสงไปยังทิศทางที่มัน

โดยที่ k คือเลขคลื่น r - ระยะทางที่วัดตามทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น E m คือความกว้างของคลื่นแสง สำหรับคลื่นระนาบ E m = const สำหรับคลื่นทรงกลมจะลดลงเป็น 1/r

§ 2. ความเข้มของแสง ไหลเบา

ความถี่ของคลื่นแสงสูงมาก ดังนั้นตัวรับแสงหรือดวงตาจึงบันทึกฟลักซ์เฉลี่ยตามเวลา ความเข้มของแสงคือโมดูลัสของความหนาแน่นพลังงานเฉลี่ยตามเวลา ณ จุดที่กำหนดในอวกาศ สำหรับคลื่นแสง เช่นเดียวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใดๆ ความเข้ม (ดู (7.8)) เท่ากับ:

สำหรับคลื่นแสง μµ 1 ดังนั้นจาก (7.5) จะได้ดังนี้:

μ0 H =ε0 ε E,

โดยคำนึงถึง (8.2):

								อี ~ ไม่ใช่อี

ให้เราแทนสูตร (8.4) และ (8.5) เป็น (7.8) หลังจากหาค่าเฉลี่ยแล้วเราจะได้:

ดังนั้นความเข้มของแสงจึงเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความกว้างของคลื่นแสงและดัชนีการหักเหของแสง โปรดทราบว่าสำหรับ

สุญญากาศและอากาศ n = 1 ดังนั้น I ~ E 2 m (เทียบกับ (7.9))

เพื่อระบุลักษณะความเข้มของแสงโดยคำนึงถึงความสามารถในการทำให้เกิดความรู้สึกทางการมองเห็น จึงมีการแนะนำค่า F ที่เรียกว่าฟลักซ์ส่องสว่าง ผลกระทบของแสงที่ดวงตาขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นเป็นอย่างมาก ที่สุด

ดวงตาไวต่อรังสีที่มีความยาวคลื่น laz = 555 นาโนเมตร (สีเขียว)

สำหรับคลื่นอื่นๆ ความไวของดวงตาจะลดลง และนอกช่วง (400–760 นาโนเมตร) ความไวของดวงตาจะเป็นศูนย์

ฟลักซ์ส่องสว่างคือการไหลของพลังงานแสง ซึ่งประเมินโดยความรู้สึกทางการมองเห็น หน่วยของฟลักซ์ส่องสว่างคือ ลูเมน (lm) ดังนั้น ความเข้มจะวัดเป็นหน่วยพลังงาน (W/m2) หรือหน่วยแสง (lm/m2)

ความเข้มของแสงแสดงลักษณะค่าตัวเลขของพลังงานเฉลี่ยที่ถ่ายโอนโดยคลื่นแสงต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นที่หน่วยของไซต์ที่วางตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่น เส้นที่พลังงานแสงเดินทางเรียกว่ารังสี สาขาวิชาทัศนศาสตร์ที่ศึกษากฎการแพร่กระจายของแสง

การแผ่รังสีตามแนวคิดเกี่ยวกับรังสีของแสงเรียกว่าเรขาคณิตหรือรังสีออปติก

§ 3. กฎหมายพื้นฐานของเลนส์เรขาคณิต

เลนส์เรขาคณิตเป็นการพิจารณาโดยประมาณของการแพร่กระจายของแสงภายใต้สมมติฐานที่ว่าแสงแพร่กระจายไปตามเส้นบางเส้น - รังสี (เลนส์ออปติก) ในการประมาณนี้ ความจำกัดของความยาวคลื่นของแสงจะถูกละเลย โดยสมมติว่า แล → 0

เลนส์ทรงเรขาคณิตช่วยให้ในหลายกรณีสามารถคำนวณระบบเลนส์ได้ค่อนข้างดี แต่ในหลายกรณี การคำนวณจริงของระบบออพติคัลจำเป็นต้องคำนึงถึงลักษณะของคลื่นของแสงด้วย

กฎสามข้อแรกของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ 1. กฎแห่งการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรง

กฎการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรงระบุว่าใน

ในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน แสงจะแพร่กระจายเป็นเส้นตรง

หากตัวกลางไม่เป็นเนื้อเดียวกัน กล่าวคือ ดัชนีการหักเหของแสงแตกต่างกันไปในแต่ละจุด หรือ n = n(r) แสงจะไม่เดินทางเป็นเส้นตรง ที่

ในกรณีที่มีความไม่สม่ำเสมอที่คมชัด เช่น รูในหน้าจอทึบแสง ขอบเขตของหน้าจอเหล่านี้จะสังเกตการเบี่ยงเบนของแสงจากการแพร่กระจายเป็นเส้นตรง

2. กฎความเป็นอิสระของรังสีแสงระบุไว้ว่า รังสีไม่รบกวนกันเมื่อข้าม- ที่ความเข้มสูง จะไม่ปฏิบัติตามกฎข้อนี้ และแสงจะกระเจิงด้วยแสง

3 และ 4 กฎการสะท้อนและการหักเหระบุไว้เช่นนั้น ที่จุดเชื่อมต่อระหว่างสื่อทั้งสอง การสะท้อนและการหักเหของลำแสงจะเกิดขึ้น รังสีสะท้อนและหักเหอยู่ในระนาบเดียวกันกับรังสีที่ตกกระทบ

รังสีและตั้งฉากกลับคืนสู่อินเทอร์เฟซ ณ จุดที่เกิดเหตุการณ์

มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน:

ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้

มันอาจแตกต่างกันอย่างมาก และเราไม่สามารถกำหนดระดับความสว่างได้ด้วยการมองเห็น เนื่องจากดวงตาของมนุษย์มีความสามารถในการปรับให้เข้ากับแสงที่แตกต่างกัน ในขณะเดียวกัน ความเข้มของแสงมีความสำคัญอย่างยิ่งในกิจกรรมที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น คุณสามารถดำเนินการถ่ายทำหรือถ่ายวิดีโอได้ เช่นเดียวกับการปลูกต้นไม้ในร่ม

สายตามนุษย์รับรู้แสงได้ตั้งแต่ 380 นาโนเมตร (สีม่วง) ถึง 780 นาโนเมตร (สีแดง) เรารับรู้คลื่นที่มีความยาวไม่เหมาะกับพืชได้ดีที่สุด แสงสว่างที่สว่างสบายตาของเราอาจไม่เหมาะกับพืชในเรือนกระจกซึ่งอาจได้รับคลื่นไม่เพียงพอต่อการสังเคราะห์แสง

ความเข้มของแสงวัดเป็นหน่วยลักซ์ ในช่วงบ่ายที่มีแสงแดดสดใสในโซนกลางของเรา อุณหภูมิจะสูงถึงประมาณ 100,000 ลักซ์ และในตอนเย็นจะลดลงเหลือ 25,000 ลักซ์ ในที่ร่มหนาแน่น มูลค่าของมันคือหนึ่งในสิบของค่าเหล่านี้ ในอาคาร ความเข้มของแสงแดดจะน้อยกว่ามาก เนื่องจากแสงจะลดลงจากต้นไม้และกระจกหน้าต่าง แสงสว่างที่สว่างที่สุด (ที่หน้าต่างทางทิศใต้ในฤดูร้อนด้านหลังกระจก) อยู่ที่ 3-5,000 ลักซ์ที่ดีที่สุด ตรงกลางห้อง (2-3 เมตรจากหน้าต่าง) - เพียง 500 ลักซ์ นี่คือแสงสว่างขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับการอยู่รอดของพืช สำหรับการเจริญเติบโตตามปกติ แม้แต่การเติบโตที่ไม่โอ้อวดก็ต้องการอย่างน้อย 800 ลักซ์

เราไม่สามารถกำหนดความเข้มของแสงด้วยตาได้ มีอุปกรณ์เพื่อการนี้ซึ่งมีชื่อว่าลักซ์มิเตอร์ เมื่อซื้อจำเป็นต้องชี้แจงช่วงคลื่นที่วัดเพราะว่า ความสามารถของอุปกรณ์แม้จะกว้างกว่าความสามารถของสายตามนุษย์ แต่ก็ยังมีจำกัด

ความเข้มของแสงสามารถวัดได้โดยใช้กล้องหรือเครื่องวัดแสง จริงอยู่ที่คุณจะต้องคำนวณหน่วยที่ได้รับใหม่เป็นห้องชุด ในการวัดค่า คุณต้องวางกระดาษสีขาวไว้ที่ตำแหน่งการวัดแล้วเล็งกล้องไปที่กระดาษนั้น โดยตั้งค่าความไวแสงไว้ที่ 100 และรูรับแสงเป็น 4 เมื่อกำหนดความเร็วชัตเตอร์แล้ว คุณควรคูณค่าดังกล่าว ตัวหารด้วย 10 ค่าผลลัพธ์จะประมาณสอดคล้องกับแสงสว่างในหน่วยลักซ์ เช่น ด้วยความเร็วชัตเตอร์ 1/60 วินาที ความสว่างประมาณ 600 ลักซ์

หากคุณสนใจที่จะปลูกและดูแลดอกไม้ แน่นอนว่าคุณคงทราบดีว่าพลังงานแสงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อพืชในการสังเคราะห์แสงตามปกติ แสงส่งผลต่ออัตราการเจริญเติบโต ทิศทาง พัฒนาการของดอก ขนาดและรูปร่างของใบ เมื่อความเข้มของแสงลดลง กระบวนการทั้งหมดในพืชจะช้าลงตามสัดส่วน ปริมาณของมันขึ้นอยู่กับว่าแหล่งกำเนิดแสงอยู่ห่างจากขอบฟ้าที่หน้าต่างหันไปทางแค่ไหน ระดับการบังแสงจากต้นไม้ริมถนน เมื่อมีผ้าม่านหรือมู่ลี่ ยิ่งห้องสว่างเท่าไร ต้นไม้ก็จะเติบโตมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งต้องการน้ำ ความร้อน และปุ๋ยมากขึ้นด้วย หากพืชเติบโตในที่ร่มก็ต้องการการดูแลน้อยลง

ในการถ่ายทำภาพยนตร์หรือรายการโทรทัศน์ การจัดแสงถือเป็นสิ่งสำคัญมาก การถ่ายภาพคุณภาพสูงสามารถทำได้โดยมีแสงสว่างประมาณ 1,000 ลักซ์ ทำได้ในสตูดิโอโทรทัศน์โดยใช้หลอดไฟพิเศษ แต่คุณภาพของภาพที่ยอมรับได้สามารถทำได้เมื่อมีแสงน้อย

ความเข้มของแสงในสตูดิโอวัดก่อนและระหว่างการถ่ายทำโดยใช้เครื่องวัดแสงหรือจอภาพสีคุณภาพสูงที่เชื่อมต่อกับกล้องวิดีโอ ก่อนที่จะเริ่มถ่ายภาพ วิธีที่ดีที่สุดคือเดินไปรอบๆ ฉากทั้งหมดด้วยเครื่องวัดแสง เพื่อระบุบริเวณที่มืดหรือสว่างเกินไป เพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์เชิงลบเมื่อดูภาพ นอกจากนี้ การปรับแสงอย่างถูกต้องจะช่วยให้คุณถ่ายทอดอารมณ์ของฉากที่ถ่ายทำและเอฟเฟ็กต์ผู้กำกับที่จำเป็นได้มากขึ้น

แสงมีบทบาทอย่างมากไม่เพียงแต่ในการตกแต่งภายในเท่านั้น แต่ยังรวมถึงชีวิตของเราโดยทั่วไปด้วย ท้ายที่สุดแล้วประสิทธิภาพในการทำงานรวมถึงสภาพจิตใจของเรานั้นขึ้นอยู่กับการจัดแสงที่ถูกต้องของห้องด้วย แสงเปิดโอกาสให้บุคคลไม่เพียงแต่มองเห็นเท่านั้น แต่ยังให้ประเมินสีและรูปร่างของวัตถุที่อยู่รอบๆ อีกด้วย

แน่นอนว่าแสงธรรมชาติจะสบายตาที่สุดสำหรับมนุษย์ ด้วยแสงนี้ ทุกสิ่งจึงมองเห็นได้ชัดเจนและสีไม่ผิดเพี้ยน แต่แสงธรรมชาติไม่ได้ปรากฏเสมอไปในความมืด คุณต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงเทียม

เพื่อป้องกันไม่ให้ดวงตาของคุณเมื่อยล้าและการมองเห็นของคุณเสื่อมลง จำเป็นต้องสร้างสภาพแสงและเงาที่เหมาะสมที่สุด เพื่อสร้างแสงที่สบายที่สุด

แสงที่สบายตาที่สุดนั้นเป็นธรรมชาติ

เช่นเดียวกับปัจจัยอื่นๆ แสงสว่างได้รับการประเมินตามพารามิเตอร์เชิงปริมาณและเชิงคุณภาพ ลักษณะเชิงปริมาณถูกกำหนดโดยความเข้มของแสง และลักษณะเชิงคุณภาพถูกกำหนดโดยองค์ประกอบสเปกตรัมและการกระจายในอวกาศ

ความเข้มของแสงวัดได้อย่างไรและในแง่ใด?

แสงมีลักษณะเฉพาะหลายประการ และแต่ละลักษณะก็มีหน่วยการวัดของตัวเอง:

• ความเข้มของการส่องสว่างบ่งบอกถึงปริมาณพลังงานแสงที่ถูกถ่ายโอนในช่วงเวลาหนึ่งในทุกทิศทาง วัดเป็นแคนเดลา (cd) 1 cd มีค่าประมาณเท่ากับความเข้มของแสงที่ปล่อยออกมาจากเทียนที่กำลังลุกไหม้หนึ่งเล่ม
• ความสว่างยังวัดเป็นเชิงเทียน นอกจากนี้ยังมีหน่วยวัดเช่น stilbe, apostilbe และ lambert;
• การส่องสว่างคืออัตราส่วนของฟลักซ์การส่องสว่างที่ตกลงบนพื้นที่หนึ่งต่อพื้นผิว มีหน่วยวัดเป็นลักซ์

เป็นการส่องสว่างที่เป็นตัวบ่งชี้สำคัญสำหรับการทำงานที่เหมาะสมของการมองเห็น เพื่อกำหนดค่านี้ จะใช้อุปกรณ์วัดพิเศษ เรียกว่า ลักซ์มิเตอร์

ลักซ์มิเตอร์เป็นอุปกรณ์สำหรับวัดความสว่าง

อุปกรณ์นี้ประกอบด้วยตัวรับแสงและชิ้นส่วนการวัด อาจเป็นแบบพอยน์เตอร์หรือแบบอิเล็กทรอนิกส์ก็ได้ ตัวรับแสงคือโฟโต้เซลล์ที่แปลงคลื่นแสงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าและส่งไปยังส่วนตรวจวัด อุปกรณ์นี้เป็นโฟโตมิเตอร์และมีความไวสเปกตรัมที่ระบุ สามารถใช้เพื่อวัดไม่เพียงแต่แสงที่มองเห็นได้เท่านั้น แต่ยังสามารถใช้วัดรังสีอินฟราเรด ฯลฯ

อุปกรณ์นี้ใช้ทั้งในสถานที่อุตสาหกรรมและในสถาบันการศึกษารวมถึงที่บ้าน กิจกรรมและอาชีพแต่ละประเภทมีมาตรฐานของตัวเองว่าความเข้มของแสงควรเป็นเท่าใด

ความเข้มของแสงที่สะดวกสบาย

ความสบายตาขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย แน่นอนว่าสิ่งที่น่าพึงพอใจที่สุดสำหรับสายตามนุษย์คือแสงแดด แต่จังหวะชีวิตสมัยใหม่เป็นตัวกำหนดกฎเกณฑ์ของตัวเอง และบ่อยครั้งที่คุณต้องทำงานหรืออยู่ท่ามกลางแสงประดิษฐ์

ผู้ผลิตอุปกรณ์ติดตั้งระบบแสงสว่างและโคมไฟกำลังพยายามสร้างแหล่งกำเนิดแสงที่จะตรงตามลักษณะของการรับรู้ทางสายตาของผู้คน และสร้างความเข้มของแสงที่สบายที่สุด

แสงจากหลอดไส้สามารถถ่ายทอดเฉดสีธรรมชาติได้แม่นยำที่สุด

หลอดไส้ทั่วไปใช้น้ำพุร้อนเป็นแหล่งกำเนิดแสง ดังนั้นแสงนี้จึงคล้ายกับแสงธรรมชาติมากที่สุด

โคมไฟแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้ตามประเภทของแสงที่ผลิตได้:

• แสงโทนอุ่นที่มีโทนสีแดงเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมในบ้าน
• แสงที่เป็นกลาง สีขาว ใช้สำหรับส่องสว่างสถานที่ทำงาน
• แสงโทนเย็น สีฟ้า ใช้สำหรับสถานที่ที่มีการทำงานที่มีความแม่นยำสูงหรือสถานที่ที่มีสภาพอากาศร้อน

สิ่งสำคัญไม่เพียงแต่ว่าเป็นหลอดไฟประเภทใดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการออกแบบของโคมไฟหรือโคมระย้าด้วย: จำนวนหลอดไฟที่ถูกขันเกลียวในตำแหน่งที่แสงส่องโดยตรงไม่ว่าเฉดสีจะปิดหรือเปิด - ต้องคำนึงถึงคุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้ เมื่อเลือกอุปกรณ์ให้แสงสว่าง

มาตรฐานการส่องสว่างได้รับการบันทึกไว้ในเอกสารหลายฉบับ ที่สำคัญที่สุดคือ: SNiP (รหัสอาคารและข้อบังคับ) และ SanPiN (กฎและข้อบังคับด้านสุขอนามัย) นอกจากนี้ยังมี MGSN (รหัสอาคารเมืองมอสโก) รวมถึงชุดกฎของตนเองสำหรับแต่ละภูมิภาค

อยู่บนพื้นฐานของเอกสารทั้งหมดนี้ในการตัดสินใจเกี่ยวกับความเข้มของแสงที่ควรจะเป็น

แน่นอนว่าเมื่อนึกถึงโคมระย้าที่จะแขวนในห้องนั่งเล่น ห้องนอน หรือห้องครัว ไม่มีใครวัดความเข้มของแสงโดยใช้เครื่องวัดลักซ์ได้ อย่างไรก็ตาม การรู้โดยทั่วไปว่าแสงใดจะสบายตามากกว่านั้นมีประโยชน์มาก

ตารางที่ 1 แสดงมาตรฐานแสงสว่างสำหรับสถานที่อยู่อาศัย:

ตารางที่ 1

ตารางที่ 2 แสดงมาตรฐานแสงสว่างสำหรับสำนักงาน

ที่บ้านหากไม่มีอุปกรณ์พิเศษการวัดแสงในร่มเป็นเรื่องยากดังนั้นเพื่อที่จะเข้าใจว่าควรเลือกหลอดไฟแบบใดคุณควรใส่ใจกับสี (เย็น เป็นกลางหรืออบอุ่น) และจำนวนวัตต์ ในห้องสันทนาการจะดีกว่าถ้าใช้ห้องที่ไม่สว่างเกินไปและในห้องทำงาน - ที่มีแสงสว่างจ้ากว่า

เนื่องจากแสงธรรมชาติเป็นสิ่งที่สบายตาที่สุด จึงควรให้ความสำคัญกับสภาพแวดล้อมในบ้านมากกว่าโคมไฟที่ให้แสงโทนอุ่น เมื่อเรากลับมาถึงบ้าน ดวงตาของเราต้องการพักผ่อนอย่างแน่นอนหลังจากวันทำงานที่วุ่นวาย การเลือกโคมไฟระย้าและโคมไฟอย่างเหมาะสมในด้านความสว่างจะช่วยสร้างแสงสว่างที่เหมาะสมกับความเข้ม

ดังนั้นในทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต คลื่นแสงจึงถือได้ว่าเป็นลำแสงรังสี อย่างไรก็ตาม รังสีนั้นกำหนดเฉพาะทิศทางการแพร่กระจายของแสงในแต่ละจุดเท่านั้น คำถามยังคงอยู่เกี่ยวกับการกระจายความเข้มของแสงในอวกาศ

ให้เราเลือกองค์ประกอบที่เล็กที่สุดบนพื้นผิวคลื่นของลำแสงที่กำลังพิจารณา จากเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ เป็นที่ทราบกันดีว่าทุกพื้นผิวมีรัศมีหลักของความโค้งที่แต่ละจุดสองจุด โดยทั่วไปแล้ว

ให้ (รูปที่ 7) เป็นองค์ประกอบของวงกลมหลักของความโค้งที่วาดบนองค์ประกอบที่กำหนดของพื้นผิวคลื่น จากนั้นรังสีที่ผ่านจุด a และ c จะตัดกันที่จุดศูนย์กลางความโค้งที่สอดคล้องกัน และรังสีที่ผ่านจุด b และ d จะตัดกันที่จุดศูนย์กลางความโค้งอีกจุดหนึ่ง

สำหรับมุมเปิดที่กำหนด รังสีที่เล็ดลอดออกมาจากความยาวของส่วนต่างๆ จะเป็นสัดส่วนกับรัศมีความโค้งที่สอดคล้องกัน (เช่น ความยาว และ) พื้นที่ขององค์ประกอบพื้นผิวเป็นสัดส่วนกับผลคูณของความยาว กล่าวคือ ถ้าเราพิจารณาองค์ประกอบของพื้นผิวคลื่นที่ถูกจำกัดด้วยจำนวนรังสีที่แน่นอน ดังนั้นเมื่อเคลื่อนที่ไปตามพวกมัน พื้นที่ของ ​​องค์ประกอบนี้จะเปลี่ยนไปตามสัดส่วน

ในทางกลับกัน ความเข้ม เช่น ความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงาน จะแปรผกผันกับพื้นที่ผิวที่พลังงานแสงจำนวนหนึ่งผ่านไป เราจึงได้ข้อสรุปว่าความรุนแรง

ควรเข้าใจสูตรนี้ดังนี้ ในแต่ละรังสีที่กำหนด (AB ในรูปที่ 7) จะมีจุดหนึ่ง และ ซึ่งเป็นศูนย์กลางของความโค้งของพื้นผิวคลื่นทั้งหมดที่ตัดกับรังสีนี้ ระยะทางจากจุด O ของจุดตัดของพื้นผิวคลื่นกับรังสีถึงจุดคือรัศมีความโค้งของพื้นผิวคลื่นที่จุด O ดังนั้นสูตร (54.1) จึงกำหนดความเข้มของแสงที่จุด O บนรังสีที่กำหนดเป็น ฟังก์ชันของระยะทางไปยังจุดใดจุดหนึ่งบนรังสีนี้ ขอย้ำว่าสูตรนี้ไม่เหมาะสำหรับการเปรียบเทียบความเข้ม ณ จุดต่างๆ ของพื้นผิวคลื่นเดียวกัน

เนื่องจากความเข้มถูกกำหนดโดยกำลังสองของโมดูลัสสนาม เพื่อเปลี่ยนสนามตามรังสีเราสามารถเขียนได้:

โดยที่ปัจจัยเฟส R สามารถเข้าใจได้เนื่องจากทั้งสองอย่างและปริมาณต่างกันเพียงปัจจัยคงที่ (สำหรับลำแสงที่กำหนด) เท่านั้น เนื่องจากความแตกต่าง คือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางโค้งทั้งสองมีค่าคงที่

ถ้ารัศมีความโค้งของพื้นผิวคลื่นทั้งสองตรงกัน ดังนั้น (54.1) และ (54.2) จะมีรูปแบบ

โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเสมอในกรณีที่แสงถูกปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดจุด (พื้นผิวคลื่นจึงเป็นทรงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกัน และ R คือระยะห่างจากแหล่งกำเนิดแสง)

จาก (54.1) เราจะเห็นว่าความเข้มไปที่จุดอนันต์ กล่าวคือ ที่จุดศูนย์กลางความโค้งของพื้นผิวคลื่น เมื่อนำสิ่งนี้ไปใช้กับรังสีทั้งหมดในลำแสง เราพบว่าความเข้มของแสงในลำแสงที่กำหนดจะไปถึงค่าอนันต์ โดยทั่วไปแล้ว บนพื้นผิวทั้งสอง - ตำแหน่งเรขาคณิตของจุดศูนย์กลางความโค้งทั้งหมดของพื้นผิวคลื่น พื้นผิวเหล่านี้เรียกว่าสารกัดกร่อน ในกรณีเฉพาะของลำแสงที่มีพื้นผิวเป็นคลื่นทรงกลม สารกัดกร่อนทั้งสองจะรวมกันเป็นจุดเดียว (โฟกัส)

โปรดสังเกตว่า ตามคุณสมบัติของตำแหน่งของจุดศูนย์กลางความโค้งของตระกูลพื้นผิวที่รู้จักจากเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์นั้น รังสีจะสัมผัสกับสารกัดกร่อน

จะต้องระลึกไว้ว่า (สำหรับพื้นผิวคลื่นนูน) จุดศูนย์กลางของความโค้งของพื้นผิวคลื่นอาจไม่ได้วางอยู่บนรังสีโดยตรง แต่อยู่บนส่วนขยายที่เกินกว่าระบบแสงที่พวกมันเล็ดลอดออกมา ในกรณีเช่นนี้ เราพูดถึงการกัดกร่อนในจินตนาการ (หรือจุดเน้นในจินตนาการ) ในกรณีนี้ความเข้มของแสงไม่ถึงอนันต์เลย

สำหรับการเปลี่ยนความเข้มเป็นอนันต์ ในความเป็นจริง ความรุนแรงที่จุดที่กัดกร่อนนั้นมีมาก แต่ยังคงมีขอบเขตจำกัด (ดูปัญหาในมาตรา 59) การแปลงอย่างเป็นทางการเป็นอนันต์หมายความว่าการประมาณค่าออพติกเชิงเรขาคณิตจะไม่สามารถใช้ได้ในกรณีใดๆ ก็ตามใกล้กับสารกัดกร่อน กรณีเดียวกันนี้เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงเฟสตามรังสีสามารถกำหนดได้โดยสูตร (54.2) เฉพาะในส่วนของรังสีที่ไม่รวมจุดสัมผัสกับสารกัดกร่อน ด้านล่าง (ในมาตรา 59) จะแสดงให้เห็นว่าในความเป็นจริง เมื่อผ่านสารกัดกร่อน เฟสของสนามจะลดลง ซึ่งหมายความว่าหากในส่วนของรังสีก่อนที่จะสัมผัสกับสารกัดกร่อนแรกสนามจะเป็นสัดส่วนกับตัวคูณ - พิกัดตามรังสี) จากนั้นหลังจากผ่านสารกัดกร่อนสนามจะเป็นสัดส่วนเช่นเดียวกัน การสัมผัสกับสารกัดกร่อนที่สอง และหลังจากจุดนี้ สนามจะเป็นสัดส่วน