Лекции По Основам Светотехники (Шашлов А. Б.). Лекции По Основам Светотехники (Шашлов А. Б. Вопросы к экзамену. Вопрос 1
 Скачать 3.97 Mb.
|
|
Светотехника. Вопросы к экзамену. Вопрос №1 1.Поток излучения. 2.Понятие о спектре электромагнитных излучений. 3.Принцип измерений распределения потока излучения по спектру. 4.Спектральная интенсивность потока излучения. 5. Энергетические величины. Мощность (или поток) излучения принимают энергию, переносимую в единицу времени. Измеряется в ваттах (Вт). Часто свойства излучения выражают не только общей мощностью, но и ее распределением по спектру (рис. 1.2).  Для характеристик спектрального распределения потока излучения с непрерывным спектром пользуются величиной, называемой спектральной интенсивностью (или спектральной плотностью) излучения .Выделим на кривой спектрального распределения потока излучения некоторый конечный интервал длин волн, на который приходится мощность излучения . Тогда  и  Зная распределение функции по спектру, можно определить поток излучения любого участка спектра в интервале :  Если  Тогда формула примет вид, выражающий суммарную мощность излучения с непрерывным спектром:  Сила света (I). В светотехнике эта величина принята за основную. Такой выбор не имеет принципиальной основы, а сделан из соображений удобства, так как сила света не зависит от расстояния. Под энергетической силой света в данном направлении понимают поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла. В энергетических единицах  где - телесный угол, выраженный в стерадианах (ср).Энергетическая сила света выражается в ваттах на стерадиан (Вт/ср).Телесный угол. Телесным углом называется часть пространства, ограниченная конической поверхностью и замкнутым криволинейным контуром, не проходящим через вершину угла (рис. 1.4).  Освещенность (Е). Под энергетической освещенностью понимают поток излучения на единицу площади освещаемой поверхности Q:  Энергетическая освещенность выражается в . Светимость (R). Под светимостью соответственно для энергетических и световых величин понимают полный поток излучения, испускаемый с единицы площади светящейся или отражающей поверхности.  , Яркость (В). Под энергетической яркостью () источника излучения в данном направлении понимают энергетическую силу света источника в этом направлении, отнесенную, к единице площади проекции его поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:  Единицей измерения является  .Связав значение с основной величиной - потоком излучения Ф и учитывая, что  , получим  Яркость характеризует не только источники, непосредственно излучающие свет, но и вторичные источники - тела, отражающие свет от первичного источника. Энергия излучения измеряется в джоулях или  . где Ф(t) функция изменения потока излучения во времени.Энергетическая экспозиция - поверхностную плотность энергии излучения на освещаемой поверхности. Единицей измерения является  .В случае фиксированных значений и с учетом того, что  : Вопрос №2. 6. Понятие о приемнике излучения. 7. Реакции приемника. 8. Классификация приемников излучения. 10. Спектральная чувствительность приемника излучения. 11. Особенность глаза как приемника. 12. Световой поток(F).13. Связь светового потока с потоком излучения. 14. Кривая видности. 6.В результате поглощения света в средах и телах возникает целый ряд явлений:  • Тело, поглотившее излучение, само начинает излучать. При этом вторичное излучение может иметь другой спектральный диапазон, по сравнению с поглощенным. Например, при освещении ультрафиолетовым светом тело испускает видимый свет. • Энергия поглощенного излучения переходит в электрическую энергию, как в случае фотоэффекта, или производит изменение электрических свойств материала, что происходит в фотопроводниках. Такие превращения называют фотофизическими. • Другой тип фотофизического превращения - переход энергии излучения в тепловую энергию. Это явление нашло применение в термоэлементах, используемых для измерения мощности излучения. • Энергия излучения переходит в химическую энергию. Происходит фотохимическое превращение поглотившего свет вещества. Такое преобразование происходит в большинстве светочувствительных материалов. 7. Тела, в которых происходят такие преобразования под действием оптического излучения, получили в светотехнике общее название "приемники излучения". 8. Классификация приемников излучения. Условно приемники излучения можно разбить на три группы.
10. Спектральная чувствительность приемника излучения. Спектральная чувствительность зависит от длины волны. S=cPλ эф./Φλ и Pλ эф.=kΦλSλ (для монохроматических излучений) Величины Φλ и Pλ называют соответственно монохроматическим потоком излучения и монохроматическим эффективным потоком, а Sλ - монохроматической спектральной чувствительностью. Большая часть используемых в светотехнике и полиграфии приемников имеет ограниченную область спектральной чувствительности. Так, человеческий глаз чувствителен к «видимой» зоне спектра (от 400 до 700 нм), фототехнические пленки – к ближней ультрафиолетовой и видимой зонам, а копировальные слои – к ультрафиолетовой и синей зонам спектра. Вопрос №3 Особенность глаза как приемника. Световой поток(F). Его Связь с потоком излучения. Кривая видности. Связь К и Vλ и их определние. Световые величины Различие светового и энергетического потоков в диапазоне 400-700 нм. 11. Особенность глаза как приемника. Действие светового потока на глаз вызывает определенную реакцию. В зависимости от уровня действия светового потока работает тот или иной вид светочувствительных приемников глаза, называемых палочками или колбочками. К условиях низкого уровня освещенности глаз видит окружающие предметы за счет палочек. При высоких уровнях освещенности начинает работать аппарат дневного зрения, за который ответственны колбочки. Кроме того, колбочки по своему светочувствительному веществу делятся на три группы(красночувствительные, зеленочувствительные и синечувствительные) с разной чувствительностью в различных областях спектра. Поэтому в отличие от палочек они реагируют не только на световой поток, но и на его спектральный состав. В связи с этим можно сказать, что световое действие двумерно. Количественная характеристика реакции глаза, связанная с уровнем освещения, называется светлотой. Качественная характеристика, связанная с различным уровнем реакции трех групп колбочек, называется цветностью. 12. Световой поток(F). Под световым потоком понимают мощность излучения, оцененную по его действию на человеческий глаз. Единицей измерения светового потока является люмен (лм). 13. Связь светового потока с потоком излучения. Для монохроматического излучения: Fλ=680ύλΦλ Для интегрального излучения: F=680ʃύλΦλdλ (под знаком интеграла λ=380нм, а над знаком интеграла λ=780нм). 14. Кривая видности. Важной характеристикой, имеющей практический интерес, является кривая распределения относительной спектральной чувствительности глаза (относительной спектральной световой эффективности) при дневном свете ύλ=ƒ(λ) ύλ=Vλ/Vλ max, где Vλ и Vλ max – абсолютные значения чувствительности глаза к излучению с длиной волны λ и максимальной чувствительности глаза. В условиях дневного освещения максимальную чувствительность человеческий глаз имеет к излучению с λ=555нм (ν555 =1). νλ  400 500 600 λ, нм 15. Связь К и Vλ и их определние Vλ- абсолютное значение чувствительности глаза к излучению с длиной волны λ. Установлено, что в условиях дневного освещения максимальную чувствительность человеческий глаз имеет к излучению с λ= 555 нм(V555=1). При этом на каждую единицу светового потока с F 555 приходится мощность излучения Ф 555=0,00146 Вт. Отношение светового потока F 555 к Ф 555 называется спектральной световой эффективностью: к= F 555/ Ф 555= 680[лм/Вт] Для любой длины волны излучения видимого диапазона к=const. 16. Световые величины Существует 2 системы единицы : энергетическая и световая. К световым величинам относятся: 1)Световой поток(F)- мощность излучения, оцененная по его действию на человеческий глаз. Ед.измерения-люмен(лм). 2)Освещенность(Е) – световой поток, падающий на единицу площади освещаемой поверхности(Q). Ед.изм-ия- люкс.За единицу освещенности принята освещенность, которую создает равномерно распределенный световой поток в 1лм на 1 м(в квадрате) поверхности. Е= ∂F/∂Q 3) Светимость (R)- полный поток излучения (световой поток), испускаемый с единицы площади светящейся или отражающей поверхности. Ед.изм-ия – лм/м(квадрат) R=∂F/∂Q.4) Яркость(В)- В= Единица изм-ия- кд/м(квадрат) 5) Световая энергия(W) W=∫F(t)∂t, лм*с 6) световая экспозиция( Н)- поверхностная плотность световой энергии на освещаемой поверхности H=E*t, лк*с 17. Различие светового и энергетического потоков в диапазоне 400-700 нм. Полный энергетический поток определяется площадью под кривой спектра. Для определения площади нужно просто проинтегрировать спектр:  Энергетический поток характеризует полную мощность излучения и измеряется в ваттах. Для расчета светового потока нужно перейти от энергетических величин (ватт) к световым (люменам), для чего необходимо перемножить энергетический спектр Fe(λ) на кривую видности V(λ):  где Fv – световой поток, измеряемый уже в люменах, 683 – коэффициент пересчета люменов в ватты. На рисунке показаны кривая видности V(λ), энергетические Fer, Feg, Feb и световые Fvr, Fvg, Fvb спектры:  Как видно из рисунка, площадь световых спектров существенно меньше площади энергетических, что связано со спектральной чувствительностью зрения. Спектральная чувствительность зрения определяет световую эффективность, измеряемую в люменах на ватт. Вопрос №4. 18.Фотоактиничный поток. 19. Общие сведения об эффективном потоке. 20. Монохроматический и интегральный потоки. 21. Актиничность 18. Фотоактиничный поток. Сущ-ет 2 вида эффект. потоков: световой F и фотоактин.А Для светочувствительных материалов и фотоприемников измерительных приборов используют фот.поток А. Это эффективный поток, определяемый выражением: А= ∫ Ф(λ)* S(λ)∂ λ. Единица измерения А зависит от единицы измерения спектральной чувст-ти. Если S- относительная величина, А изм-ся в ваттах. Если S – имеет размерность, то это скажется на размерности фотоакт. потока. 19. Общие сведения об эффективном потоке. Это используемая часть мощности излучения (потоком излученияФ) (Р эф). Отношение эффективного потока Р эф к упавшему на приемник потоку излучения наз-ют светочувствительностью приемника. Формула для свет-ти: S=Pэф /Ф, где Ф-поток излучения. Зная распределение мощности по спектру Ф(λ) для излучения падающего на приемник, и спектральную чувствительность приемника S(λ), можно рассчитать эффект. поток по ф-ле: Рэф= к∫Ф(λ)* S(λ)∂ λ, где к- коэф. пропорциональности, Ф(λ)- распределение мощности излучения источника по спектру; S(λ)- кривая спектральной чувст-ти приемника излучения; λ- длина волны излучения. 20. Монохроматический и интегральный потоки. У большинства приемников спектральная чувствительность зависит от длины волны. Поэтому формулы используются только для монохроматических излучений: Sλ= c*P λэф/Ф λ и P λэф= к* Ф λ* Sλ. Величины Ф λ и P λ называют соответственно монохроматическим потоком излучения и монохроматическим эффективным потоком, а Sλ- монохроматической спектральной чувствительностью. Иногда используют интегральный (проинтегрированный по всем частотам) поток излучения  ,а -спектр. плотностью потока излучения. Ед. измерения интегрального потока - Вт/м2.21. Актиничность Для оценки эффект-ти действия света используют параметр а, наз-ый актиничностью излучения. Это поверхностная плотность фотоактиничного потока на освещаемой поверхности. а= ∂А/∂Q, где А-фотоактиничный поток, Q- площадь в м(в квадрате). Если поверхность приемника освещена равомерно, то а= А/Q. Актиничность – аналог освещенности. Ее единица измерения зависит от размерности А. Если А- Вт, то а- Вт/м(в квадрате). Чем больше актиничность излучения, тем эффективней используется энергия излучения и тем больше, при прочих равных условиях, будет полезная реакция приемника. Для достижения максимальной актиничности желательно, чтобы максимальная спектральная чувствительность приемника и максимальная мощность излучения приходились на одни и те же зоны спектра. Для монохроматического излучения рассчит-ся по ф-ле: а= к*Е(λ)*S(λ), где Е(λ)- спектральная освещенность, S(λ)- спектральная чувствительность материала. Для расчета актин-ти сложного излучения : а= ∫ Е(λ)*S(λ)∂ λ. Вопрос №5. 22. Цветовая температура. 23. Кривые светимости абсолютно черного тела при разных температурах. 24. Понятие нормированной кривой. 25. Определение термина «цветовая температура». 26. Направление изменения цветности излучения с изменением цветовой температуры. «Цветовая температура» означает температуру в Кельвинах абсолютно черного тела, при которой излучение имеет ту же цветность, что и рассматриваемое. Кривые светимости абсолютно черного тела с увеличением температуры не только поднимаются вверх, но ее максимум смещается в сторону коротких волн. Нормированная кривая. Нормирование заключается в пропорциональном уменьшении или увеличении всех значений таким образом, чтобы функция проходила через точку с координатами λ=560 нм,  =2,0 или λ=560 нм,  =100.С повышением температуры цветность источника излучения меняется от красного к фиолетовому. Вопрос № 6. 27. источники света. 28. Их спектральная характеристика. 29. Классификацияисточников света по типу излучения. 30. Формулы Планка и Вина.31. Их применимость. 32. Методы определения спектральных характеристик не тепловых источников света. Спектральные характеристики источника света:  - спектральная энергетическая светимость, или аналогичные функции  - освещенность,  - мощность излучения. СПЕКТРАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА — часть спектра белого света, которую излучает, пропускает или поглощает источник излучения, вещество или поверхность. 29. Классификация источников света по типу излучения. |