Контрольная работа: Фотометрія
Название: Фотометрія Раздел: Рефераты по физике Тип: контрольная работа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ФОТОМЕТРІЯ1. Фотометричні величини і їх одиниці Фотометрія – це розділ фізичної оптики, в якому розглядаються енергетичні фотометричні характеристики оптичного випромінювання в процесах його випущення, поширення і взаємодії з речовиною. Історично склалося так, що оцінка фотометричних величин передусім відносилася до видимого випромінювання і здійснювалася в світлових одиницях. Використання фотометричних величин для усього оптичного діапазону електромагнітних коливань визначило їх оцінку в енергетичних одиницях. Кожній енергетичній величині в межах видимого діапазону відповідає світлова величина, отримана оцінкою випромінювання стандартним фотометричним спостерігачем. Обидва вигляди кожної величини мають одне і те ж буквене позначення з доданням відповідно індексів (енергетична) і (візуальна). Індекс звичайно опускають. Розглянемо спочатку енергетичні величини і їх одиниці. Основною енергетичною характеристикою випромінювання є потік випромінювання
де Спектр випромінювання являє собою розподіл потужності випромінювання по довжинах хвиль Рисунок 1 – Спектр випромінювання Відношення середнього значення потоку випромінювання
Інтегральний потік випромінювання в інтервалі довжин хвиль від
Розглянемо інші енергетичні величини. Енергетична світність
Енергетичною освітністю
Порівнюючи формули (3), (4), отримуємо залежність між енергетичною освітністю і енергетичною світністю майданчика
де Енергетична сила світла
Тілесний кут
Рисунок 2 – Випромінювання Одиницею тілесного кута є стерадіан (ср). При Енергетична яскравість
де Якщо розподіл енергетичної сили світла
де Джерела випромінювання, яскравість яких постійна у всіх напрямах, називають рівнояркими випромінювачами. Енергетична експозиція
Якщо світність міняється у часі, то
При розрахунках оптичних систем, діючих з селективними приймачами випромінювання, необхідно знати розподіл енергетичної характеристики по довжинах хвиль. Спектральною щільністю будь-якої енергетичної величини так само, як і потоку випромінювання, є відношення середнього значення цієї величини в малому спектральному інтервалі, що розглядається до ширини цього інтервалу
Для видимої частини спектра, що оцінюється по її дії на око, основною величиною є сила світла Світловим потоком Світловий потік вимірюють в люменах. Світловий потік, що випускається точковим джерелом в сферу: Світність Основні енергетичні і фотометричні величини вказані в табл. 1. Нижче наведені значення яскравості деяких джерел випромінювання і освітленості, що отримується на поверхнях деяких об'єктів: Яскравість деяких джерел випромінювання Джерело, відповідне порогу чутливості ока Нічне безмісячне небо Світлодіод яскраво-червоний 102Д Поверхня Місяця Люмінесцентні лампи Денне небо, покрите хмарами Джерело з яскравістю, що сліпить око Електрична лампа розжарювання для кіноапаратури КЗО-400 Лампа дугова ксенонова ДКШ 1000–3 Ртутна лампа надвисокого тиску ДРШ 100–2 Сонце Лазер Освітленість, що отримується на поверхнях деяких об'єктівОб'єкти, що освічуються Зіниця ока, поріг освітленості Поверхня Землі: від зоряного неба від Місяця вдень від темних хмар день від світлих хмар вдень від Сонця За межами атмосфери від Сонця Місце роботи високої точності
Таблиця 1 – Енергетичні і фотометричні величини
Зв'язок між світловим потоком і потоком випромінювання встановлюють через спектральну світлову ефективність
Якісний зв'язок виявляється в тому, що однакові за значенням монохроматичні потоки випромінювання різних довжин хвиль спричиняють різне зорове відчуття ока і сприймаються як різні кольори. Око має максимальну спектральну світлову ефективність Відносною спектральною світловою ефективністю
При малій яскравості предметів (присмерковий зір), що спостерігаються максимум відносної спектральної світлової ефективності зміщається у бік коротких довжин хвиль (ефект Пуркиньє). У таблиці 2 наведені значення Таблиця 2 – Відносна спектральна світлова ефективність денного зору
Світловий потік Ф з урахуванням формул (1), (9), (10) буде
Світлова ефективність випромінювання
Світлову ефективність випромінювання зручно визначати за формулою (11) графоаналітичним способом. Одиницею світлової ефективності випромінювання є люмен на ват ( 2. Основні співвідношення фотометрії Енергетична світність, що створюється точковим випромінювачем на майданчику
де Рисунок 3 – Випромінювання з точки Енергетичну світність, що створюється на малому майданчику
де Рисунок 4 – Випромінювання з точки Якщо відстань Між енергетичною яскравістю
Оскільки енергетична світність пов'язана з енергетичною освітленістю поверхні виразом (5), то залежність між енергетичною яскравістю
де Рисунок 5 – Потік випромінювання з точкового джерела Потік випромінювання
Потік випромінювання
де Якщо світлова трубка заломлюється поверхнею, що розділяє середовища з показниками заломлення
Після заломлення світлової трубки через
Рисунок 6 – Залежність енергетичних світностей Енергетична світність
3. Проходження потоку випромінювання через селективно проглинаючі середовища Монохроматичний потік випромінювання
де
Якщо випромінювання має складний спектральний склад, що характеризується спектральною щільністю потоку випромінювання
де При проходженні випромінювання через атмосферу відбувається його селективне поглинання в основному парами води і вуглекислим газом, що обмежують вікна пропущення атмосфери, а також розсіяння частками, що знаходяться в атмосфері. Спектральні коефіцієнти пропущення випромінювання парами води для так званої кількості осадженої води, що вимірюється товщиною шару води, який вийде при конденсації водяної пари. Кількість осадженої води, що залежить від товщини поглинаючого шара, відносної вогкості і температури повітря, визначають по таблицях і номограмах з довідкової літератури. Аналогічні довідкові таблиці складені для спектральних коефіцієнтів пропущення випромінювання вуглекислим газом, що враховують товщину поглинаючого шару атмосфери, тиск і температуру повітря. При визначенні коефіцієнтів пропущення парами води і вуглекислим газом робляться поправки на висоту. Спектральні коефіцієнти пропущення атмосфери внаслідок розсіяння молекулами повітря і різними частками органічного і неорганічного походження визначають для відповідного вікна пропущення в залежності від довжини хвилі і метеорологічної дальності видимості. Для оптичного приладу, діючого з лазером, зменшення потоку випромінювання, що пройшов через шар атмосфери товщиною
де |