Фотометрийн үндсэн хэмжигдэхүүн ба нэгж. Гэрлийн урсгал

Гэрлийн урсгал - гэрлийн энергийн хүч, люменээр хэмжигддэг үр дүнтэй утга:

Ф = (JQ/dt. (1.6)

Гэрлийн урсгалын нэгж нь люмен (лм); 1 лм нь 1 candela-ийн гэрлийн эрчимтэй цэгийн изотроп эх үүсвэрээс нэгж хатуу өнцгөөр ялгарах гэрлийн урсгалтай тохирч байна (капделагийн тодорхойлолт бага байх болно).

Монохроматик гэрлийн урсгал

F(A. dk) = Kt. m Fe,(L, dk)Vx = 683Fe,(A, dk)Vx.

Нарийн төвөгтэй цацрагийн гэрлийн урсгал: шугаман спектртэй

Ф=683£Ф,(Л„ dk)VXh

тасралтгүй спектртэй

энд n нь спектрийн шугамын тоо; Ф<>D, (A.) нь цацрагийн урсгалын спектрийн нягтын функц юм.

Sshsh судалгаа (гэрлийн энергийн эрчим) 1e(x^ - орон зайн цацрагийн урсгалын нягт, c1Fe цацрагийн урсгалын хатуу өнцгийн t/£2-ийн харьцаатай тоон утгаараа тэнцүү бөгөөд энэ дотор урсгал тархаж, жигд тархсан байна:

>ea v=d

Цацрагийн хүч нь хатуу өнцгийн оройд байрлах цэгийн эх үүсвэрээс цацрагийн орон зайн нягтыг тодорхойлно (Зураг 1.3). 1ef чиглэлийг хатуу өнцгийн dLl тэнхлэг гэж авна. уртааш ба хөндлөн хавтгайд a ба P өнцгөөр чиглэсэн. Цацрагийн эрчмийн нэгж W/sr нь нэргүй.

Цэгэн эх үүсвэрийн цацрагийн урсгалын орон зайн тархалтыг түүний фотометрийн биеэр - цацрагийн хүчний радиус векторуудын төгсгөлөөр татсан гадаргуугаар хязгаарлагдах орон зайн хэсэг нь онцгой байдлаар тодорхойлдог. Эх ба цэгийн эх үүсвэрийг дайран өнгөрч буй хавтгайгаар фотометрийн гелийн зүсэлт нь тухайн огтлолын хавтгайд зориулсан эх үүсвэрийн гэрлийн эрчмийн муруйг (LIC) тодорхойлно. Хэрэв фотометрийн бие нь тэгш хэмийн тэнхлэгтэй бол цацрагийн эх үүсвэр нь уртааш хавтгайд KSS-ээр тодорхойлогддог (Зураг 1.4).

Цэгийн дугуй тэгш хэмтэй цацрагийн эх үүсвэрийн цацрагийн урсгал

F? = jle(a)dLi = 2л J le(a) син ада,

энд Dj нь цацрагийн эх үүсвэр тархах бүсийн хатуу өнцөг; уртын хавтгайд өнцгөөр тодорхойлогддог “| болон a„.

Цэгэн эх үүсвэрийн гэрлийн эрчим - гэрлийн урсгалын орон зайн нягт

laf,=dФ/dQ. (1.8)

Кандела (cd) нь гэрлийн эрчмийн нэгж (SI үндсэн нэгжүүдийн нэг) юм. Кандела нь цагаан алт T = 2045 К хатуурах температур ба 101325 Па даралттай хар биетийн 1/600000 м2 талбайгаас перпендикуляр чиглэлд ялгарах гэрлийн эрчтэй тэнцүү байна.

Фотометрийн бие нь тэгш хэмийн тэнхлэгтэй бол IC-ийн гэрлийн урсгалыг KSS-ээр тодорхойлно. Хэрэв KSS / (a) -ийг график эсвэл хүснэгтээр өгсөн бол эх үүсвэрийн гэрлийн урсгалын тооцоог илэрхийллээр тодорхойлно.

F=£/shdts-,+i,

энд /w - бүсийн хатуу өнцгийн гэрлийн эрчмийн srslnss утга; Dy, (+| = 2n(cos a, - cos a,_|) (Хүснэгт 1.1-ийг үз).

Эрчим хүчний гэрэлтэлт (ялгаралт) нь жижиг гадаргуугийн талбайгаас ялгарах цацрагийн урсгалын талбайн талбайн харьцаа юм.

M e = (1Fe / dA; Mesh>=Fe/A, (1.9)

Энд d$>e ба Ф(. нь dA гадаргуугаас ялгарах цацрагийн урсгалууд эсвэл А гадаргуугаас ялгарах цацрагийн урсгал юм.

Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн хэмжилтийн нэгж (Вт/м2) нь цацрагийн урсгал юм. 1 м2 гадаргуугаас ялгарах; энэ нэгж нэргүй.

Гэрэлтүүлэг гэдэг нь авч үзэж буй жижиг гадаргуугаас ялгарах гэрлийн урсгалын энэ хэсгийн талбайтай харьцуулсан харьцаа юм.

М =

Энд еФ ба Ф нь гадаргуугийн талбай dA буюу А гадаргуугаас ялгарах гэрлийн урсгал. Гэрэлтэлтийг лм/м2-ээр хэмждэг - энэ нь 1 м2-аас ялгарах гэрлийн урсгал юм.

Эрчим хүчний гэрэлтүүлэг (цацраг) - цацрагийн гадаргуугийн цацрагийн урсгалын нягт E = (1Fe/c1A; Eecr = Fe/A, (1.11)

Энд Ee, Eсr нь гадаргуугийн талбайн цацраг туяа dA ба гадаргуугийн дундаж цацраг А байна.

Цацрагийн нэгж тутамд. Vg/m2. тэдгээр нь 1 Вт цацрагийн урсгал буурч, 1 м2 гадаргуу дээр жигд тархсан ийм цацрагийг хүлээн авдаг; энэ нэгж нэргүй.

Гэрэлтүүлэг - гэрэлтүүлсэн гадаргуу дээрх гэрлийн урсгалын нягт

dF.=d<>/dA Esr - F/L, (1.12)

Энд dE ба Eср нь гадаргуугийн талбайн гэрэлтүүлэг dA ба гадаргуугийн дундаж гэрэлтүүлэг А.

Гэрэлтүүлгийн нэгж нь люкс (lx) юм. 1 люкс гэрэлтүүлэг нь 1 м2 гэрэл унах гадаргуутай бөгөөд 1 лм-ийн гэрлийн урсгал жигд тархдаг.

Биеийн эсвэл түүний гадаргуугийн а чиглэлийн хэсгийн энергийн тод байдал нь a чиглэлийн цацрагийн хүчийг энэ чиглэлд перпендикуляр хавтгайд цацрагийн гадаргуугийн проекцтэй харьцуулсан харьцаа юм (Зураг 1.5).

~ дИшх / (дА cos ss), ~ ^эй. ^" (1-13)

Энд Leu ба Lcr нь dA гадаргуугийн талбайн энергийн тод байдал ба a чиглэлийн А гадаргуугийн энергийн тод байдал бөгөөд энэ чиглэлд перпендикуляр хавтгайд проекцууд нь dAcosa ба a-тай тэнцүү байна; dleu ба 1еа нь dA ба А-аас a-ийн чиглэлд ялгарах цацрагийн хүч юм.

Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн нэгжийг хавтгай гадаргуугийн энергийн тод байдал B 1 M“ гэж авна. перпендикуляр чиглэлд 1 Вг/ср цацрагийн хүчтэй. Энэ нэгж (W/srm2) нэргүй.

Биеийн эсвэл түүний гадаргуугийн нэг хэсгийн а чиглэлийн гэрэлтүүлэг нь энэ чиглэл дэх гэрлийн эрчмийг гадаргуугийн проекцтой харьцуулсан харьцаатай тэнцүү байна.

La = dIa/(dAcosa); /.acr = /a/a, (1.14)

Энд /u ба Lacr нь гадаргуугийн талбайн тод байдал dA ба гадаргуугийн А чиглэлд a. Энэ чиглэлд перпендикуляр хавтгайд хийх проекцууд нь dA cos a ба a-тай тэнцүү байна; dla. 1a - тус тусын а чиглэлд dA ба А гадаргуугаас ялгарах гэрлийн эрч хүч.

Гэрэлтүүлгийг хэмжих нэгж (cd/m2) нь перпендикуляр чиглэлд 1 м талбайгаас 1 cd гэрлийн эрчмийг ялгаруулдаг хавтгай гадаргуугийн тод байдал юм.

Тэнцүү тод байдал. Бүрэнхийн харааны нөхцөлд харааны эрхтний харьцангуй спектрийн гэрлийн үр ашиг нь дасан зохицох түвшингээс хамаардаг Y (X, /.) ба K(A) ба Y" (X) хооронд завсрын байрлалыг Зураг дээр үзүүлэв. 1.2. Эдгээр нөхцөлд тэдгээрийн утгууд нь өөр өөр спектрийн найрлагатай, өдрийн цагаар харагдахуйц гэрэл гэгээтэй байдаг, гэхдээ нүдний хувьд өөр өөр гэрэл гэгээтэй байдаг (Purkins эффект), жишээлбэл, бүрэнхий харааны талбарт цэнхэр өнгө нь илүү тод байх болно. эквивалент тод байдлын тухай ойлголтыг ашигладаг.

Та бүх түвшний гэрэлтүүлгийг цацрагийн хүчин чадалтай пропорциональ гэж үздэг тодорхой спектрийн найрлагын цацрагийг сонгож болно. A. A. Gershun |1] ийм тайлбарыг санал болгосон. лавлагаа гэж нэрлэгддэг, цагаан алтны хатуурах температурт хар биеийн цацрагийг ашиглана. Лавлагаатай тэнцүү, өөр спектрийн найрлагатай цацраг нь ижил тэнцүү гэрэлтэй байх боловч цацрагийн стандарт тод байдал өөр байх болно. Эквивалент тод байдал нь харьцангуй спектрийн мэдрэмжийн тодорхой бус нөхцөлд ч өөр өөр цацрагийг гэрлийн нөлөөгөөр нь харьцуулах боломжийг олгодог.

Гэрлийн цувааны фотометрийн хэмжигдэхүүн ба тэдгээрийн хоорондын математик хамаарлын тодорхойлолт нь энергийн цувааны харгалзах хэмжигдэхүүн ба хамааралтай төстэй юм. Тийм ч учраас гэрлийн урсгал, хатуу өнцгийн дотор сунах нь -тэй тэнцүү байна. Гэрлийн урсгалын хэмжилтийн нэгж ( люмен). Монохромат гэрлийн хувьд энерги ба гэрлийн хэмжигдэхүүнүүдийн хоорондын хамааралтомъёогоор өгөгдсөн:

тогтмолыг хаана гэж нэрлэдэг вэ гэрлийн механик эквивалент.

-аас долгионы уртын интервал дахь гэрлийн урсгал лруу,

, (30.8)

Хаана j– долгионы уртаар энерги хуваарилах функц (30.1-р зургийг үз). Дараа нь спектрийн бүх долгионоор дамждаг нийт гэрлийн урсгал байна

. (30.9)

Гэрэлтүүлэг

Гэрлийн урсгал нь өөрөө гэрэлтдэггүй, харин тэдгээр дээр туссан гэрлийг тусгаж эсвэл тараадаг биетүүдээс гарч болно. Ийм тохиолдолд биеийн гадаргуугийн тодорхой хэсэгт ямар гэрлийн урсгал унаж байгааг мэдэх нь чухал юм. Энэ зорилгоор гэрэлтүүлэг гэж нэрлэгддэг физик хэмжигдэхүүнийг ашигладаг.

. (30.10)

ГэрэлтүүлэгЭнэ нь гадаргуугийн элементэд туссан нийт гэрлийн урсгалын энэ элементийн талбайн харьцаатай тоон хувьд тэнцүү байна (30.4-р зургийг үз). Нэг төрлийн гэрлийн гаралтын хувьд

Гэрэлтүүлгийн нэгж (тансаг зэрэглэлийн). ЛюксЭнэ нь 1 лм-ийн гэрлийн урсгал унах үед 1 м2 талбайтай гадаргуугийн гэрэлтүүлэгтэй тэнцүү байна. Цацрагийн хүчийг ижил төстэй байдлаар тодорхойлно

Цацрагийн нэгж.

Гэрэлтүүлэг

Олон гэрэлтүүлгийн тооцооллын хувьд зарим эх үүсвэрийг цэгийн эх үүсвэр гэж үзэж болно. Гэсэн хэдий ч ихэнх тохиолдолд гэрлийн эх үүсвэрүүдийг хэлбэр дүрсээ ялгахын тулд хангалттай ойрхон байрлуулдаг, өөрөөр хэлбэл эх үүсвэрийн өнцгийн хэмжээсүүд нь нүд эсвэл оптик багажийн сунгасан объектыг цэгээс ялгах чадвартай байдаг. Ийм эх үүсвэрийн хувьд гэрэл гэгээ гэж нэрлэгддэг физик хэмжигдэхүүнийг нэвтрүүлдэг. Өнцгийн хэмжээсүүд нь нүд эсвэл оптик хэрэгслийн (жишээ нь, оддын) нягтралаас бага эх сурвалжид тод байдлын тухай ойлголт хамаарахгүй. Гэрэлтүүлэг нь тодорхой чиглэлд гэрэлтдэг гадаргуугийн ялгаралтыг тодорхойлдог. Эх үүсвэр нь өөрийн болон туссан гэрлээр гэрэлтэж болно.

Гэрэлтэгч гадаргуугийн хэсэгээс хатуу өнцгөөр тодорхой чиглэлд тархах гэрлийн урсгалыг сонгоцгооё. Цацрагийн тэнхлэг нь гадаргуугийн нормтой өнцөг үүсгэдэг (30.5-р зургийг үз).

Гэрэлтэгч гадаргуугийн хэсгийг сонгосон чиглэлд перпендикуляр хэсэг рүү төсөөлөх,

(30.14)

дуудсан харагдах гадаргууэх сайтын элемент (30.6-р зургийг үз).

Гэрэлтүүлгийн урсгалын утга нь харагдахуйц гадаргуугийн талбай, өнцөг ба хатуу өнцгөөс хамаарна.

Пропорциональ коэффициентийг гэрэл гэгээ гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь ялгаруулах гадаргуугийн оптик шинж чанараас хамаардаг бөгөөд янз бүрийн чиглэлд өөр өөр байж болно. (30.5) тодоос

. (30.16)

Тиймээс, тод байдалнэгж хатуу өнцгөөр харагдах гадаргуугийн нэгжээр тодорхой чиглэлд ялгарах гэрлийн урсгалаар тодорхойлогдоно. Өөрөөр хэлбэл: тодорхой чиглэлийн гэрэлтүүлэг нь эх үүсвэрийн харагдахуйц гадаргуугийн нэгж талбайд үүссэн гэрлийн эрчтэй тоогоор тэнцүү байна.

Ерөнхийдөө гэрэлтүүлэг нь чиглэлээс хамаардаг боловч гэрэл гэгээ нь чиглэлээс хамаардаггүй гэрлийн эх үүсвэрүүд байдаг. Ийм эх сурвалжийг нэрлэдэг Ламбертианэсвэл косинусУчир нь Ламбертын хууль тэдний хувьд хүчинтэй байдаг: тодорхой чиглэл дэх гэрлийн эрч хүч нь эх үүсвэрийн гадаргуугийн норм ба энэ чиглэлийн хоорондох өнцгийн косинустай пропорциональ байна.

Энд гадаргуугийн норм ба сонгосон чиглэлийн хоорондох гэрлийн эрчмийг хэлнэ. Бүх чиглэлд ижил гэрэлтүүлгийг хангахын тулд техникийн гэрэлтүүлэг нь сүүний шилэн бүрхүүлээр тоноглогдсон байдаг. Сарнисан гэрлийг ялгаруулдаг Ламбертиан эх үүсвэрт магнийн ислээр бүрсэн гадаргуу, паалангүй шаазан, зургийн цаас, шинээр унасан цас орно.

Гэрэлтүүлгийн нэгж (nit). Зарим гэрлийн эх үүсвэрийн тод байдлын утгууд энд байна:

Сар - 2.5 км,

флюресцент чийдэн - 7 knt,

чийдэнгийн утас - 5 төгрөг,

нарны гадаргуу - 1.5 Гнт.

Хүний нүдэнд мэдрэгдэх хамгийн бага гэрэл нь ойролцоогоор 1 микрон бөгөөд 100 knt-ээс дээш гэрэлтэх нь нүд өвдөж, алсын харааг гэмтээж болно. Унших, бичих үед цагаан цаасны тод байдал дор хаяж 10 нит байх ёстой.

Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийг ижил төстэй байдлаар тодорхойлно

. (30.18)

Цацрагийн хэмжилтийн нэгж.

Гэрэлтэх чадвар

Хязгаарлагдмал хэмжээтэй гэрлийн эх үүсвэрийг (өөрийн эсвэл ойсон гэрлээр гэрэлтүүлдэг) авч үзье. Гэрэлтэх чадварэх үүсвэр нь хатуу өнцгийн дотор бүх чиглэлд гадаргуугаас ялгарах гэрлийн урсгалын гадаргуугийн нягт юм. Хэрэв гадаргуугийн элемент нь гэрлийн урсгалыг ялгаруулдаг бол

Нэг төрлийн гэрэлтүүлгийн хувьд бид дараахь зүйлийг бичиж болно.

Гэрэлтэлтийг хэмжих нэгж.

Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийг ижил төстэй байдлаар тодорхойлно

Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн нэгж.

Гэрэлтүүлгийн хуулиуд

Фотометрийн хэмжилтүүд нь гэрэлтүүлгийн хоёр хууль дээр суурилдаг.

1. Гадаргууг цэгийн гэрлийн эх үүсвэрээр гэрэлтүүлэх нь гэрэлтүүлэгтэй гадаргуугаас эх үүсвэрийн зайны квадраттай урвуу хамааралтай байна. Бүх чиглэлд гэрэл цацруулж буй цэгийн эх үүсвэрийг (30.7-р зургийг үз) авч үзье. Радиустай бөмбөрцөг, эх үүсвэрийн эргэн тойронд төвлөрсөн бөмбөрцөгүүдийг дүрсэлцгээе. Гэрэлтүүлгийн урсгал нь гадаргуугийн хэсгүүдээр дамждаг бөгөөд энэ нь ижил хатуу өнцгөөр тархдаг тул ижил байдаг. Дараа нь талбайн гэрэлтүүлэг нь тус тус ба . Бөмбөрцөг гадаргуугийн элементүүдийг хатуу өнцгөөр илэрхийлэхэд бид дараахь зүйлийг олж авна.

. (30.22)

2. Гадаргуу дээр тодорхой өнцгөөр туссан гэрлийн урсгалын үндсэн хэсэгт үүссэн гэрэлтүүлэг нь цацрагийн чиглэл ба гадаргуугийн хэвийн хоорондох өнцгийн косинустай пропорциональ байна. Гадаргуу ба хэсгүүдэд туссан цацрагийн зэрэгцээ цацрагийг (29.8-р зургийг үз) авч үзье. Цацраг нь хэвийн дагуу гадаргуу дээр, гадаргуу дээр - хэвийн өнцөгт унадаг. Ижил гэрлийн урсгал нь хоёр хэсэгт дамждаг. Эхний болон хоёрдугаар хэсгийн гэрэлтүүлэг нь тус тус байх болно. . Гэхдээ иймээс,

Энэ хоёр хуулийг нийлүүлээд бид томъёолж болно гэрэлтүүлгийн үндсэн хууль: цэгийн эх үүсвэрээр гадаргууг гэрэлтүүлэх нь эх үүсвэрийн гэрлийн эрч хүч, цацрагийн тусгалын өнцгийн косинустай шууд пропорциональ ба эх үүсвэрээс гадаргуу хүртэлх зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна.

. (30.24)

Хэрэв эх үүсвэрийн шугаман хэмжээ нь гэрэлтүүлсэн гадаргуу хүртэлх зайны 1/10-аас хэтрэхгүй бол энэ томъёог ашиглан тооцоолол нь нэлээд үнэн зөв үр дүнг өгдөг. Хэрэв эх үүсвэр нь 50 см-ийн диаметртэй диск юм бол дискний төвөөс хэвийн цэг дээр 50 см-ийн зайд тооцоолох харьцангуй алдаа 25%, 2 м-ийн зайд 1.5-аас хэтрэхгүй байна. %, 5 м-ийн зайд 0.25 % хүртэл буурдаг.

Хэрэв хэд хэдэн эх үүсвэр байгаа бол үүссэн гэрэлтүүлэг нь тус бүрийн эх үүсвэрийн үүсгэсэн гэрэлтүүлгийн нийлбэртэй тэнцүү байна. Хэрэв эх үүсвэрийг цэгийн эх үүсвэр гэж үзэх боломжгүй бол түүний гадаргууг үндсэн хэсгүүдэд хувааж, тус бүрээр нь үүсгэсэн гэрэлтүүлгийг хуулийн дагуу тодорхойлно. , дараа нь эх үүсвэрийн бүх гадаргуу дээр нэгтгэгдэнэ.

Ажлын байр, байрны гэрэлтүүлгийн стандарт байдаг. Хичээлийн ширээн дээр ном уншихад гэрэлтүүлгийн хэмжээ дор хаяж 150 люкс, зураг зурахад 200 люкс байх ёстой. Коридорын хувьд гэрэлтүүлэг хангалттай, гудамжны хувьд - .

Дэлхий дээрх бүх амьдралын гэрлийн хамгийн чухал эх үүсвэр болох Нар нь агаар мандлын дээд хязгаарт нарны тогтмол хэмжигдэхүүн гэж нэрлэгддэг энергийн гэрэлтүүлгийг бий болгож, 137 klx гэрэлтүүлгийг бий болгодог. Зуны улиралд шууд туяагаар дэлхийн гадаргуу дээр үүссэн энергийн гэрэлтүүлэг хоёр дахин бага байдаг. Дундаж өргөрөгт үд дунд нарны шууд тусгалаас үүссэн гэрэлтүүлэг нь 100 klx байна. Дэлхий дээрх улирлын өөрчлөлтийг түүний гадаргуу дээр нарны цацраг тусах өнцгийн өөрчлөлтөөр тайлбарладаг. Дэлхийн бөмбөрцгийн хойд хагаст дэлхийн гадаргуу дээрх цацрагийн тусгалын өнцөг өвлийн улиралд хамгийн их, зуны улиралд хамгийн бага байдаг. Үүлэрхэг тэнгэрийн доорх задгай талбайн гэрэлтүүлэг нь 1000 люкс юм. Цонхны дэргэдэх тод өрөөнд гэрэлтүүлэг нь 100 люкс юм. Харьцуулахын тулд бүтэн сарны гэрэлтүүлгийг - 0.2 люкс, саргүй шөнө шөнийн тэнгэрээс - 0.3 млх гэрэлтүүлгийг өгье. Нарнаас дэлхий хүртэлх зай нь 150 сая километр боловч нарны гэрлийн хүч нь -тэй тэнцүү байдаг тул дэлхийн гадаргуу дээр нарны үүсгэсэн гэрэлтүүлэг маш их байдаг.

Гэрэлтүүлгийн эрч хүч нь чиглэлээс хамаардаг эх үүсвэрүүдийн хувьд заримдаа ашигладаг бөмбөрцөг хэлбэрийн гэрлийн дундаж эрчим, чийдэнгийн нийт гэрлийн урсгал хаана байна. Цахилгаан чийдэнгийн гэрлийн урсгалыг түүний цахилгаан эрчим хүчний харьцаа гэж нэрлэдэг гэрлийн үр ашигчийдэн: . Жишээлбэл, 100 Вт-ын улайсдаг чийдэн нь бөмбөрцөг хэлбэрийн гэрлийн дундаж эрчим нь ойролцоогоор 100 cd байна. Ийм чийдэнгийн нийт гэрлийн урсгал нь 4 × 3.14 × 100 cd = 1260 лм, гэрлийн үр ашиг нь 12.6 лм / Вт байна. Флюресцент чийдэнгийн гэрлийн үр ашиг нь улайсдаг чийдэнгээс хэд дахин их бөгөөд 80 лм / Вт хүрдэг. Үүнээс гадна флюресцент чийдэнгийн ашиглалтын хугацаа 10 мянган цагаас давсан бол улайсдаг чийдэнгийн хувьд 1000 цагаас бага байдаг.

Хэдэн сая жилийн хувьслын явцад хүний ​​нүд нарны гэрэлд дасан зохицож ирсэн тул чийдэнгийн гэрлийн спектрийн найрлага нь нарны гэрлийн спектрийн найрлагатай аль болох ойр байх нь зүйтэй юм. Флюресцент чийдэн нь энэ шаардлагыг хамгийн их хангадаг. Тийм ч учраас тэдгээрийг флюресцент чийдэн гэж нэрлэдэг. Гэрлийн чийдэнгийн утаснуудын тод байдал нь нүдэнд өвдөлт үүсгэдэг. Үүнээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд сүүний шилэн чийдэн, чийдэнг ашигладаг.

Бүх давуу талуудтай флюресцент чийдэн нь хэд хэдэн сул талуудтай байдаг: сэлгэн залгах хэлхээний нарийн төвөгтэй байдал, гэрлийн урсгалын импульс (100 Гц давтамжтай), хүйтэнд эхлэх боломжгүй (мөнгөн усны конденсацийн улмаас), тохируулагч дуугарах (соронзон таталтын улмаас), хүрээлэн буй орчны аюул (эвдэрсэн чийдэнгийн мөнгөн ус орчныг хордуулдаг).

Улайсдаг чийдэнгийн цацрагийн спектрийн найрлага нь нарныхтай ижил байхын тулд түүний утасыг нарны гадаргуугийн температурт, өөрөөр хэлбэл 6200 К хүртэл халаах шаардлагатай болно. Гэвч вольфрам , хамгийн галд тэсвэртэй металл нь аль хэдийн 3660 К-т хайлдаг.

Нарны гадаргын температуртай ойролцоо температурыг 15 атм даралтын дор мөнгөн усны уур эсвэл ксенон дахь нумын ялгаралтаар олж авдаг. Нуман чийдэнгийн гэрлийн эрчмийг 10 Mcd хүртэл нэмэгдүүлэх боломжтой. Ийм чийдэнг кино проектор, гэрэлтүүлэгт ашигладаг. Натрийн уураар дүүргэсэн чийдэн нь тэдгээрийн дотор цацрагийн ихээхэн хэсэг (гуравны нэг орчим) нь спектрийн харагдах хэсэгт (589.0 нм ба 589.6 нм хоёр хүчтэй шар шугам) төвлөрдгөөр ялгагдана. Натрийн чийдэнгийн ялгаруулалт нь хүний ​​нүдэнд танил болсон нарны гэрлээс тэс өөр боловч тэдгээрийн давуу тал нь 140 лм/Вт хүрч гэрэлтэх өндөр үр ашигтай байдаг тул хурдны замыг гэрэлтүүлэхэд ашигладаг.

Фотометрүүд

Янз бүрийн эх үүсвэрээс гэрлийн эрч хүч эсвэл гэрлийн урсгалыг хэмжихэд зориулагдсан багажийг гэнэ. фотометрүүд. Бүртгэлийн зарчимд үндэслэн фотометрүүд нь субъектив (харааны) ба объектив гэсэн хоёр төрөлтэй.

Субъектив фотометрийн ажиллах зарчим нь нүд нь ижил өнгийн гэрлээр гэрэлтүүлсэн тохиолдолд зэргэлдээх хоёр талбайн гэрэлтүүлгийн ижил байдлыг (илүү нарийвчлалтай, тод) хангалттай нарийвчлалтайгаар бүртгэх чадварт суурилдаг.

Хоёр эх үүсвэрийг харьцуулах фотометрүүд нь харьцуулж буй эх үүсвэрээр гэрэлтүүлсэн хоёр зэргэлдээх талбайн гэрэлтүүлгийн ижил байдлыг тогтооход нүдний үүрэг багасдаг (Зураг 30.9-ийг үз). Ажиглагчийн нүд дотор нь харласан хоолойн голд суурилуулсан цагаан гурвалжин призмийг шалгана. Призмийг эх үүсвэрүүд болон . Эх үүсвэрээс призм хүртэлх зайг өөрчилснөөр гадаргуугийн гэрэлтүүлэг болон . Дараа нь хаана ба гэрлийн эрчим тус тус эх үүсвэр ба . Хэрэв аль нэг эх үүсвэрийн гэрлийн эрчмийг мэддэг бол (лавлагаа эх үүсвэр) сонгосон чиглэлд нөгөө эх үүсвэрийн гэрлийн эрчмийг тодорхойлж болно. Төрөл бүрийн чиглэлд эх үүсвэрийн гэрлийн эрчмийг хэмжих замаар гэрэлтүүлгийн нийт урсгал, гэрэлтүүлэг гэх мэтийг олдог.

маш өргөн хязгаар дотор зайны харьцааг өөрчлөх чадваргүй хувьсах зузаан нь шүүлтүүр гэрлийн шингээлт гэх мэт урсгалыг сулруулж бусад аргуудыг ашиглах албадан - шаантаг (Зураг 30.10-ыг үзнэ үү.).

Харааны фотометрийн аргын нэг төрөл бол устах арга бөгөөд энэ нь ажиглагч бүрийн хувьд нүдний тогтмол босго мэдрэмжийг ашиглахад суурилдаг. Нүдний босго мэдрэмж нь хүний ​​нүд хариу үйлдэл үзүүлдэг хамгийн бага гэрэлтэлт (ойролцоогоор 1 микрон) юм. Нүдний мэдрэмтгий байдлын босгыг урьд нь тодорхойлсны дараа ямар нэгэн байдлаар (жишээлбэл, тохируулсан шингээгч шаантаг) судалж буй эх үүсвэрийн тод байдлыг мэдрэмжийн босго хүртэл бууруулдаг. Гэрэлтүүлгийг хэдэн удаа бууруулж байгааг мэдсэнээр та лавлагаа эх үүсвэргүйгээр эх үүсвэрийн үнэмлэхүй тод байдлыг тодорхойлж болно. Энэ арга нь маш мэдрэмтгий байдаг.

Эх үүсвэрийн нийт гэрлийн урсгалын шууд хэмжилтийг интеграл фотометрээр, жишээлбэл, бөмбөрцөг фотометрээр хийдэг (30.11-р зургийг үз). Судалгаанд хамрагдаж буй эх үүсвэр нь царцсан гадаргуутай цайруулсан бөмбөрцгийн дотоод хөндийд өлгөөтэй байна. Бөмбөрцөг доторх гэрлийн олон тусгалын үр дүнд эх үүсвэрийн дундаж гэрлийн эрч хүчээр тодорхойлогддог гэрэлтүүлэг үүсдэг. Дэлгэцийн шууд туяанаас хамгаалагдсан нүхний гэрэлтүүлэг нь гэрлийн урсгалтай пропорциональ байна: , хэмжээ, өнгөнөөс хамааран төхөөрөмжийн тогтмол хэмжээ хаана байна. Нүх нь сүүн шилээр хучигдсан байдаг. Сүүний шилний тод байдал нь гэрлийн урсгалтай пропорциональ байна. Үүнийг дээр дурдсан фотометр эсвэл өөр аргаар хэмждэг. Технологийн хувьд фотоэлелтэй автомат бөмбөрцөг фотометрийг, жишээлбэл, цахилгаан чийдэнгийн үйлдвэрийн конвейер дээрх улайсдаг чийдэнг удирдахад ашигладаг.

Фотометрийн объектив аргуудыг гэрэл зургийн болон цахилгаан гэж хуваадаг. Гэрэл зургийн аргууд нь гэрэл мэдрэмтгий давхаргын харлах нь түүний гэрэлтүүлгийн үед давхарга дээр унах гэрлийн энергийн нягтралтай пропорциональ байдаг (Хүснэгт 30.1-ийг үзнэ үү) дээр суурилдаг. Энэ арга нь нэг спектрийн хоёр ойр зайтай спектрийн шугамын харьцангуй эрчмийг тодорхойлох эсвэл гэрэл зургийн хавтангийн тодорхой хэсгийг харлах замаар зэргэлдээ хоёр спектрийн (нэг гэрэл зургийн хавтан дээр авсан) ижил шугамын эрчмийг харьцуулна.

Харааны болон гэрэл зургийн аргуудыг аажмаар цахилгаан аргаар сольж байна. Сүүлчийн давуу тал нь тэд компьютер ашиглах хүртэл үр дүнг автоматаар бүртгэж, боловсруулдаг явдал юм. Цахилгаан фотометрүүд нь үзэгдэх спектрээс хэтэрсэн цацрагийн эрчмийг хэмжих боломжийг олгодог.

БҮЛЭГ 31. Дулааны цацраг

31.1. Дулааны цацрагийн шинж чанар

Хангалттай өндөр температурт халсан бие нь гэрэлтдэг. Халалтын улмаас үүссэн биеийн гэрэлтэлтийг гэж нэрлэдэг дулааны (температурын) цацраг. Дулааны цацраг нь байгальд хамгийн түгээмэл бөгөөд бодисын атом ба молекулуудын дулааны хөдөлгөөний энергийн улмаас үүсдэг (жишээ нь, дотоод энергийн улмаас) бөгөөд 0 К-ээс дээш температурт бүх биетүүдийн шинж чанар юм. Дулааны цацраг нь тодорхойлогддог. тасралтгүй спектрээр, хамгийн их байрлал нь температураас хамаарна. Өндөр температурт богино (харагдах ба хэт ягаан) цахилгаан соронзон долгион ялгардаг бол бага температурт урт (хэт улаан туяаны) долгион зонхилдог.

Дулааны цацрагийн тоон шинж чанар нь биеийн энергийн гэрэлтэлтийн спектрийн нягтрал (туяа ялгаруулах чадвар).- нэгж өргөн давтамжийн муж дахь биеийн нэгж гадаргуугийн талбайн цацрагийн хүч:

Rv,T =, (31.1)

давтамжийн муж дахь биеийн нэгж гадаргуугийн талбайд нэгж хугацаанд ялгарах цахилгаан соронзон цацрагийн энерги (цацрагийн хүч) хаана байна vруу v+dv.

Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтын нэгж Рв, Т- квадрат метр тутамд жоуль (Ж/м2).

Бичсэн томъёог долгионы уртын функцээр илэрхийлж болно:

=Rv, Tdv= R λ , T dλ. (31.2)

Учир нь с =λvυ, Тэр dλ/ dv = - в/ v 2 = - λ 2 /Хамт,

хасах тэмдэг нь тоо хэмжээнүүдийн аль нэг нь нэмэгдэхэд байгааг харуулж байна ( λ эсвэл v) өөр тоо хэмжээ буурна. Тиймээс, дараагийн зүйлд бид хасах тэмдгийг орхих болно.

Тиймээс,

R υ, Т =Рλ, Т . (31.3)

Томъёог (31.3) ашиглан та дараахаас явж болно Рв, Труу Рλ, Тмөн эсрэгээр.

Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтыг мэдэхийн тулд бид тооцоолж болно интеграл эрчим хүчний гэрэлтэлт(интеграл ялгаруулах чадвар), бүх давтамжийн нийлбэр:

Р Т = . (31.4)

Биеийн цацрагийг шингээх чадвар нь тодорхойлогддог спектр шингээх чадвар

A v,T =(31.5)

давтамжтай цахилгаан соронзон долгион нь биеийн нэгж гадаргууд нэгж хугацаанд авчирсан энергийн хэдэн хувийг харуулж байна. vруу v+dv, биед шингэдэг.

Спектрийн шингээх чадвар нь хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн юм. Тоо хэмжээ Рв, ТТэгээд А в, Тбиеийн шинж чанар, түүний термодинамик температураас хамаардаг ба нэгэн зэрэг өөр өөр давтамжтай цацрагийн хувьд ялгаатай байдаг. Тиймээс эдгээр утгыг тодорхой гэж нэрлэдэг ТТэгээд v(эсвэл илүү нарийн давтамжийн хүрээ хүртэл vруу v+dv).

Аливаа давтамжийн цацрагийг ямар ч температурт бүрэн шингээх чадвартай биеийг нэрлэдэг хар.Иймээс хар биеийн бүх давтамж, температурын спектр шингээх чадвар нь нэгдмэл байдалтай ижил байна ( A h v,T = 1). Байгальд туйлын хар биет байдаггүй боловч тодорхой давтамжийн мужид тортог, цагаан алтны хар, хар хилэн болон бусад биетүүд шинж чанараараа тэдэнтэй ойрхон байдаг.

Хар биеийн хамгийн тохиромжтой загвар нь жижиг нүхтэй битүү хөндий бөгөөд дотоод гадаргуу нь хар өнгөтэй болдог (Зураг 31.1). 31.1-р зурагт орж буй гэрлийн туяа.

Ийм хөндий нь хананаас олон тооны тусгалыг мэдэрдэг бөгөөд үүний үр дүнд ялгарах цацрагийн эрч хүч бараг тэгтэй тэнцүү байна. Туршлагаас харахад нүхний хэмжээ нь хөндийн диаметрээс 0.1-ээс бага байвал бүх давтамжийн цацрагийг бүрэн шингээж авдаг. Үүний үр дүнд гудамжны хажуугийн байшингуудын онгорхой цонхнууд хар өнгөтэй харагдаж байгаа ч хананы гэрлийн тусгалаас болж өрөөнүүдийн дотор тал нь нэлээд хөнгөн байдаг.

Хар бие гэсэн ойлголттой зэрэгцэн уг ойлголтыг ашигладаг саарал бие- шингээх чадвар нь нэгдлээс бага боловч бүх давтамжийн хувьд ижил бөгөөд зөвхөн биеийн гадаргуугийн температур, материал, төлөв байдлаас хамаардаг биеийг хэлнэ. Тиймээс саарал биеийн хувьд Мөн v, T-тэй хамт< 1.

Кирхгофын хууль

Кирхгофын хууль: энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтын спектрийн шингээлтийн харьцаа нь биеийн шинж чанараас хамаардаггүй; Энэ нь бүх биеийн давтамж (долгионы урт) ба температурын бүх нийтийн функц юм.

= rv,T(31.6)

Хар биеийн хувьд А h v, T=1, тиймээс Кирхгофын хуулиас ийм байна Рв, ТУчир нь хар биетэй тэнцүү байна r v, T. Тиймээс Кирхгофын бүх нийтийн функц r v, TЭнэ нь хар биеийн энергийн гэрлийн спектрийн нягтаас өөр зүйл биш юм. Тиймээс Кирхгофын хуулийн дагуу бүх биетийн хувьд энергийн гэрлийн спектрийн нягтын спектрийн шингээлтийн харьцаа нь ижил температур, давтамжтай хар биеийн энергийн гэрлийн спектрийн нягттай тэнцүү байна.

Кирхгофын хуулиас үзэхэд спектрийн аль ч муж дахь аливаа биеийн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягт нь хар биеийн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтралаас үргэлж бага байдаг (ижил утгын хувьд). ТТэгээд v), учир нь А в, Т < 1, и поэтому Рв, Т < r v υ,Т. Үүнээс гадна (31.6)-аас үзвэл хэрэв өгөгдсөн температурт бие нь T температурт цахилгаан соронзон долгионыг дараах давтамжийн мужид шингээдэггүй. v, хүртэл v+dv, дараа нь температурт энэ давтамжийн мужид байна Тбөгөөд хэзээнээс хойш ялгардаггүй А в, Т=0, Рв, Т=0

Кирхгофын хуулийг ашиглан хар биений интеграл энергийн гэрэлтүүлгийн илэрхийллийг (31.4) дараах байдлаар бичиж болно.

R T =.(31.7)

Саарал биеийн хувьд Т-тэй R = А Т = A T R e, (31.8)

Хаана R e= -хар биеийн энергийн гэрэлтэлт.

Кирхгофын хууль нь зөвхөн дулааны цацрагийг тодорхойлдог бөгөөд энэ нь цацрагийн шинж чанарыг тодорхойлох найдвартай шалгуур болж чаддаг. Кирхгофын хуулийг дагаж мөрддөггүй цацраг нь дулаан биш юм.

Практик зорилгоор Кирхгофын хуулиас харахад бараан, барзгар гадаргуутай бие нь шингээлтийн коэффициент нь 1-тэй ойролцоо байдаг. Ийм учраас тэд өвлийн улиралд бараан хувцас өмсөхийг илүүд үздэг, зуны улиралд цайвар хувцас өмсдөг. Гэхдээ шингээлтийн коэффициент нь нэгдмэл байдалд ойр байдаг биетүүд нь эрч хүчтэй гэрэлтэх чадвартай байдаг. Нэг нь бараан, барзгар гадаргуутай, нөгөөгийнх нь хана нь гэрэл гэгээтэй, гялалзсан хоёр ижил савыг аваад ижил хэмжээний буцалсан ус асгавал эхний сав илүү хурдан хөрнө.

31.3. Стефан-Больцманы хуулиуд ба Виенийн шилжилт хөдөлгөөн

Кирхгофын хуулиас үзэхэд хар биеийн энергийн гэрлийн спектрийн нягтрал нь бүх нийтийн функц байдаг тул түүний давтамж, температураас тодорхой хамаарлыг олох нь дулааны цацрагийн онолын чухал ажил юм.

Стефан туршилтын өгөгдөлд дүн шинжилгээ хийж, Больцманн термодинамик аргыг ашиглан энэ асуудлыг зөвхөн хэсэгчлэн шийдэж, эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн хамаарлыг тогтоожээ. R eтемператур дээр. дагуу Стефан-Больцманы хууль,

R e = σ T 4, (31.9)

өөрөөр хэлбэл хар биеийн энергийн гэрэлтэлт нь түүний термодинамик температурын хүчин чадлын дөрөвний нэгтэй пропорциональ байна; σ - Стефан-Больцман тогтмол: түүний туршилтын утга нь 5.67×10 -8 Вт/(м 2 ×К 4).

Стефан-Больцманы хууль, хамаарлыг тодорхойлох R eТемператур нь хар биеийн цацрагийн спектрийн найрлагын талаар хариулт өгөхгүй. Функцийн туршилтын муруйгаас r λ, Tдолгионы уртаас λ (r λ,T =´ ´ r ν, Т) өөр өөр температурт (Зураг 30.2) Зураг 31.2.

хар биеийн спектр дэх энергийн хуваарилалт жигд бус байна. Бүх муруй нь тодорхой тодорхойлсон максимумтай байдаг бөгөөд энэ нь температур өсөх тусам богино долгионы урт руу шилждэг. Муруйгаар хүрээлэгдсэн талбай r λ, T-аас λ ба x тэнхлэг нь энергийн гэрэлтэлттэй пропорциональ байна R eхар бие, тиймээс Стефан-Больцманы хуулийн дагуу температурын дөрөвний нэг юм.

В.Вин термо- ба электродинамикийн хуулиудад тулгуурлан долгионы уртын хамаарлыг тогтоожээ. λ функцийн хамгийн их утгатай тохирох max r λ, T, температур дээр T. дагуу Виений нүүлгэн шилжүүлэх хууль,

λ max =b/T, (31.10)

өөрөөр хэлбэл долгионы урт λ хамгийн их спектрийн утгад тохирох max
гэрэлтэлтийн нягт r λ, TХар бие нь түүний термодинамик температуртай урвуу пропорциональ байна. б - байнгын гэм буруутүүний туршилтын утга нь 2.9×10 -3 м×К.

Илэрхийллийг (31.10) Виенийн нүүлгэн шилжүүлэх хууль гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь функцийн хамгийн их байрлалын шилжилтийг харуулдаг r λ, Tтемператур богино долгионы мужид нэмэгдэхийн хэрээр . Халсан биетүүдийн температур буурах тусам урт долгионы цацраг идэвхждэг (жишээлбэл, металл хөргөх үед цагаан дулаан улаан халуунд шилждэг) шалтгааныг Wien-ийн хууль тайлбарладаг.

Рэйлей-Жинс ба Планкийн томъёо

Стефан-Больцманн болон Виенийн хуулиудыг авч үзэхэд Кирхгофын бүх нийтийн функцийг олох асуудлыг шийдвэрлэх термодинамик арга нь хүссэн үр дүнг өгөөгүй байна.

Харилцааг онолын хувьд гаргах гэсэн хатуу оролдлого r λ, TЭрх чөлөөний зэрэглэлд энергийн жигд хуваарилалтын сонгодог хуулийг ашиглан дулааны цацрагт статистик физикийн аргыг хэрэглэсэн Рэйли, Жинс нарынх юм.

Хар биеийн спектрийн гэрэлтүүлгийн нягтын Рэйлей-Жинсийн томъёо нь дараах хэлбэртэй байна.

r ν, Т = <Э> = кТ, (31.11)

Хаана <Е>= кТ– байгалийн давтамжтай осцилляторын дундаж энерги ν .

Туршлагаас харахад (31.11) илэрхийлэл нь зөвхөн хангалттай бага давтамж, өндөр температуртай бүсэд туршилтын өгөгдөлтэй нийцэж байна. Өндөр давтамжийн бүсэд энэ томьёо нь туршилтаас гадна Wien-ийн шилжилтийн хуулиас ялгаатай. Мөн энэ томъёоноос Стефан-Больцманы хуулийг олж авах нь утгагүй байдалд хүргэдэг. Энэ үр дүнг "хэт ягаан туяаны сүйрэл" гэж нэрлэсэн. Тэдгээр. сонгодог физикийн хүрээнд хар биеийн спектр дэх энергийн тархалтын хуулиудыг тайлбарлах боломжгүй байсан.

Өндөр давтамжийн мужид туршилттай сайн тохирч байгааг Виений томьёо (Виенийн цацрагийн хууль):

r ν, T =Сν 3 А e –Аν/Т, (31.12)

Хаана r ν, Т- хар биеийн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягт, ХАМТТэгээд А- тогтмол утгууд. Орчин үеийн тэмдэглэгээнд ашиглаж байна

Планкийн тогтмол Виенийн цацрагийн хуулийг ингэж бичиж болно

r ν, T =. (31.13)

Туршилтын өгөгдөлтэй нийцсэн хар биеийн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтын зөв илэрхийлэлийг Планк олсон. Урьдчилан дэвшүүлсэн квант таамаглалын дагуу атомын осциллятор нь эрчим хүчийг тасралтгүй биш, харин тодорхой хэсэгт - квантаар ялгаруулдаг бөгөөд квантын энерги нь хэлбэлзлийн давтамжтай пропорциональ байна.

Э 0 =hν = hс/λ,

Хаана h=6.625×10 -34 J×s – Планкийн тогтмол цацраг хэсэгчлэн ялгардаг тул осцилляторын энерги Эзөвхөн тодорхой дискрет утгыг авч болно , энергийн энгийн хэсгүүдийн бүхэл тооны үржвэрүүд Э 0

E = nhν(n= 0,1,2…).

Энэ тохиолдолд дундаж эрчим хүч<Э> осцилляторыг тэнцүү авч болохгүй кТ.

Боломжит салангид төлөвт осцилляторын тархалт Больцманы хуваарилалтад захирагдана гэсэн тооцоололд осцилляторын дундаж энерги нь тэнцүү байна.

<Э> = , (31.14)

ба энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтыг томъёогоор тодорхойлно

r ν, Т = . (31.15)

Планк Кирхгофын бүх нийтийн функцийн томъёог гаргаж авсан

r ν, Т = , (31.16)

Энэ нь бүх давтамж, температурын хүрээн дэх хар биеийн цацрагийн спектр дэх энергийн тархалтын талаархи туршилтын өгөгдөлтэй нийцэж байна.

Планкийн томъёоноос бүх нийтийн тогтмолуудыг мэдэх h,кТэгээд -тай, бид Стефан-Больцманы тогтмолуудыг тооцоолж болно σ болон Wine б. Мөн эсрэгээр. Планкийн томъёо нь туршилтын өгөгдөлтэй сайн тохирдог боловч дулааны цацрагийн тодорхой хуулиудыг агуулдаг. дулааны цацрагийн асуудлыг бүрэн шийдвэрлэх арга юм.

Оптик пирометр

Дулааны цацрагийн хуулиудыг халуун ба өөрөө гэрэлтдэг биетүүдийн (жишээлбэл, оддын) температурыг хэмжихэд ашигладаг. Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтрал эсвэл биеийн интеграл энергийн гэрэлтүүлгийн температураас хамаарлыг ашигладаг өндөр температурыг хэмжих аргыг оптик пирометр гэж нэрлэдэг. Спектрийн оптик муж дахь дулааны цацрагийн эрчмээс хамааран халсан биеийн температурыг хэмжих төхөөрөмжийг пирометр гэж нэрлэдэг. Биеийн температурыг хэмжихдээ дулааны цацрагийн ямар хуулийг ашиглахаас хамааран цацраг, өнгө, тод байдлын температурыг ялгадаг.

1. Цацрагийн температур- энэ бол хар биений энергийн гэрэлтдэг температур юм R eэрчим хүчний гэрэлтэлттэй тэнцүү байна Р тсудалж буй бие. Энэ тохиолдолд судалж буй биеийн энергийн гэрэлтэлтийг бүртгэж, түүний цацрагийн температурыг Стефан-Больцманы хуулийн дагуу тооцоолно.

T r =.

Цацрагийн температур Т рбие нь жинхэнэ температураасаа үргэлж бага байдаг Т.

2.Өнгөний температур. Саарал биетүүдийн хувьд (эсвэл шинж чанараараа ижил төстэй биетүүд) энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтрал

R λ,Τ = Α Τ r λ,Τ,

Хаана A t = const < 1. Иймээс саарал биетийн цацрагийн спектр дэх энергийн тархалт нь ижил температуртай хар биетийн спектртэй ижил байдаг тул саарал биетүүдэд Виений шилжилтийн хууль үйлчилнэ. Долгионы уртыг мэдэх λ m тэнхлэг нь энергийн гэрэлтүүлгийн хамгийн их спектрийн нягттай тохирч байна Rλ,ΤШалгаж буй биеийн температурыг тодорхойлж болно

T c = б/ λ м аа,

Үүнийг өнгөний температур гэж нэрлэдэг. Саарал биетүүдийн хувьд өнгөний температур нь үнэнтэй давхцдаг. Саарал өнгөтэй маш ялгаатай биетүүдийн хувьд (жишээлбэл, сонгомол шингээлттэй) өнгөний температурын тухай ойлголт нь утгаа алддаг. Ийнхүү нарны гадаргуу дээрх температурыг тодорхойлно ( T c=6500 К) ба од.

3.Гэрэлтүүлгийн температур T i, нь хар биеийн температур бөгөөд тодорхой долгионы уртад түүний спектрийн гэрэлтэлтийн нягт судалж буй биеийн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягттай тэнцүү, i.e.

r λ,Τ = R λ,Τ,

Хаана Т– биеийн жинхэнэ температур нь гэрэлтэхээс үргэлж өндөр байдаг.

Утсан судалтай пирометрийг ихэвчлэн гэрэлтүүлгийн пирометр болгон ашигладаг. Энэ тохиолдолд пирометрийн судлын дүрс нь халуун биеийн гадаргуугийн дэвсгэр дээр үл ялгагдах болно, өөрөөр хэлбэл утас нь "алга болох" юм шиг санагддаг. Хар биетийг тохируулсан миллиамметр ашиглан гэрэлтүүлгийн температурыг тодорхойлж болно.

Дулааны гэрлийн эх үүсвэрүүд

Халуун биеийн гэрэлтэлтийг гэрлийн эх үүсвэрийг бий болгоход ашигладаг. Хар биетүүд нь хамгийн сайн дулааны гэрлийн эх үүсвэр байх ёстой, учир нь тэдгээрийн аль ч долгионы уртын спектрийн гэрэлтэлтийн нягт нь ижил температурт авсан хар бус биетүүдийн спектрийн гэрлийн нягтралаас их байдаг. Гэсэн хэдий ч дулааны цацрагийг сонгох чадвартай зарим биетүүдийн (жишээлбэл, вольфрамын) хувьд спектрийн харагдахуйц хэсэгт цацраг туяанд хамаарах энергийн эзлэх хувь нь ижил температурт халсан хар биетэй харьцуулахад хамаагүй их байдаг. Тиймээс чийдэнгийн утас хийхэд хамгийн тохиромжтой материал бол хайлах өндөр температуртай вольфрам юм.

Вакуум чийдэн дэх вольфрамын судлын температур 2450К-аас хэтрэхгүй байх ёстой, учир нь өндөр температурт энэ нь хүчтэй цацагддаг. Энэ температурт хамгийн их цацраг туяа нь 1.1 микрон долгионы урттай тохирч байна, өөрөөр хэлбэл хүний ​​нүдний хамгийн дээд мэдрэмжээс (0.55 микрон) маш хол байна. Дэнлүүний цилиндрийг 50 кПа даралттай инертийн хий (жишээлбэл, криптон ба ксеноны холимог, азот нэмсэн) -ээр дүүргэх нь судлын температурыг 3000 К хүртэл нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь спектрийн найрлагыг сайжруулахад хүргэдэг. цацраг. Гэсэн хэдий ч дулаан дамжуулалт ба конвекцийн улмаас утас ба хийн хоорондох дулаан солилцооны улмаас нэмэлт эрчим хүчний алдагдал үүсдэг тул гэрлийн гаралт нэмэгдэхгүй. Дулааны солилцооны улмаас эрчим хүчний алдагдлыг бууруулж, хий дүүргэсэн чийдэнгийн гэрлийн гаралтыг нэмэгдүүлэхийн тулд судал нь спираль хэлбэрээр хийгдсэн бөгөөд бие биенээ халаадаг. Өндөр температурт энэ спираль эргэн тойронд хийн суурин давхарга үүсч, конвекцийн улмаас дулаан дамжуулалт арилдаг. Эрчим хүчний хэмнэлт улайсдаг чийдэн одоогоор 5% -иас хэтрэхгүй байна.

Фотометрнь гэрлийн урсгал болон тэдгээртэй холбоотой хэмжигдэхүүнүүдийг хэмжих оптикийн салбар юм. Фотометрийн хувьд дараахь хэмжигдэхүүнүүдийг ашигладаг.

1) эрчим хүч - цацраг хүлээн авагчид үзүүлэх нөлөөнөөс үл хамааран оптик цацрагийн энергийн параметрүүдийг тодорхойлох;

2) гэрэл - гэрлийн физиологийн нөлөөг тодорхойлж, нүд (нүдний дундаж мэдрэмж гэж нэрлэгддэг) эсвэл бусад цацраг хүлээн авагчид үзүүлэх нөлөөгөөр үнэлдэг.

1. Эрчим хүчний хэмжигдэхүүн. Цацрагийн урсгал Φ e – энергийн харьцаатай тэнцүү утга Вцаг хугацааны цацраг т, цацраг туяа гарсан үед:

Цацрагийн урсгалын нэгж нь ватт (Вт) юм.

Эрчим хүчний гэрэлтэх чадвар (туяа ялгаруулах чадвар) R e– гадаргуугаас ялгарах цацрагийн урсгалын Φ e-ийн талбайн харьцаатай тэнцүү утга СЭнэ урсгал дамжин өнгөрөх хөндлөн огтлол:

тэдгээр. гадаргуугийн цацрагийн урсгалын нягтыг илэрхийлнэ.

Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн нэгж нь квадрат метр тутамд ватт (Вт / м2) юм.

Цацрагийн эрчим:

хаана Δ С– ΔΦ e урсгал дамжих цацрагийн тархалтын чиглэлд перпендикуляр жижиг гадаргуу.

Цацрагийн эрчмийг хэмжих нэгж нь эрчим хүчний гэрэлтүүлгийнхтэй ижил байна - Вт / м2.

Дараагийн хэмжигдэхүүнийг тодорхойлохын тулд та нэг геометрийн ойлголтыг ашиглах хэрэгтэй болно - хатуу өнцөг , энэ нь зарим конус хэлбэрийн гадаргуугийн нээлтийн хэмжүүр юм. Мэдэгдэж байгаагаар хавтгай өнцгийн хэмжүүр нь тойргийн нумын харьцаа юм лэнэ тойргийн радиус руу r, өөрөөр хэлбэл (Зураг 3.1 a). Үүний нэгэн адил Ω хатуу өнцгийг (Зураг 3.1 б) бөмбөрцөг хэлбэрийн S сегментийн гадаргууг бөмбөрцгийн радиусын квадраттай харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлно.

Хатуу өнцгийг хэмжих нэгж нь стерадиан (ср) нь орой нь бөмбөрцгийн төв хэсэгт байрлах ба бөмбөрцгийн гадаргуу дээрх радиусын квадраттай тэнцүү хэсгийг таслах хатуу өнцөг юм: Ω = 1 ср, хэрэв . Нэг цэгийн эргэн тойрон дахь нийт хатуу өнцөг нь 4π стерадиантай тэнцүү гэдгийг шалгахад хялбар байдаг - үүнийг хийхийн тулд та бөмбөрцгийн гадаргууг түүний радиусын квадратаар хуваах хэрэгтэй.

Гэрлийн энергийн эрчим (цацрагийн хүч ) өөрөөр хэлбэлашиглан тодорхойлсон цэгийн гэрлийн эх үүсвэрийн тухай ойлголт – ажиглалтын талбай хүртэлх зайтай харьцуулбал хэмжээг нь үл тоомсорлож болох эх сурвалж. Гэрлийн энергийн эрч хүч гэдэг нь цацрагийн эх үүсвэрийн урсгалыг энэ цацраг тархах хатуу өнцөг Ω-ийн харьцаатай тэнцүү хэмжигдэхүүн юм.

Гэрэлтэгч энергийн нэгж нь стерадиан тутамд ватт (Вт/ср) байна.

Эрчим хүчний тод байдал (туяа) V e– гэрлийн энергийн эрчмийн харьцаатай тэнцүү утга Δ би eталбай руу цацрагийн гадаргуугийн элемент ΔSажиглалтын чиглэлд перпендикуляр хавтгайд энэ элементийн проекц:

. (3.6)

Цацрагийн нэгж нь стерадиан метр квадратын ватт (W/(sr m2)) юм.

Эрчим хүчний гэрэлтүүлэг (цацраг) ТэрГэрэлтсэн гадаргуугийн нэгжид туссан цацрагийн урсгалын хэмжээг тодорхойлдог. Цацрагийн нэгж нь гэрэлтүүлгийн нэгжтэй (Вт/м2) ижил байна.

2. Хөнгөн хэмжигдэхүүнүүд.Оптик хэмжилтийн хувьд янз бүрийн долгионы урттай энергид ижил мэдрэмжтэй байдаггүй янз бүрийн цацрагийн мэдрэгчийг (жишээлбэл, нүд, фотоэлел, фото үржүүлэгч) ашигладаг. сонгомол (сонгомол) . Гэрлийн хүлээн авагч бүр өөр өөр долгионы урттай гэрэлд мэдрэмтгий байдлын муруйгаараа тодорхойлогддог. Тиймээс гэрлийн хэмжилтүүд нь субъектив шинж чанартай тул объектив, эрчим хүчний хэмжилтээс ялгаатай байдаг гэрлийн нэгж, зөвхөн харагдах гэрэлд ашигладаг. Үндсэн гэрлийн нэгж SI-д гэрлийн эрчмийн нэгж - кандела (cd), энэ нь 540·10 12 Гц давтамжтай монохромат цацраг ялгаруулж буй эх үүсвэрийн өгөгдсөн чиглэл дэх гэрлийн эрчмийг тодорхойлдог бөгөөд энэ чиглэлд гэрлийн энергийн эрчим нь 1/683 Вт/ср байна. Гэрлийн нэгжийн тодорхойлолт нь эрчим хүчний нэгжтэй төстэй.

Гэрлийн урсгал Φ гэрэл нь түүний үүсгэсэн гэрлийн мэдрэмж дээр суурилсан оптик цацрагийн хүчийг (өгөгдсөн спектрийн мэдрэмжтэй сонгомол гэрлийн хүлээн авагчид үзүүлэх нөлөө) гэж тодорхойлдог.

Гэрлийн урсгалын нэгж - люмен (лм): 1 лм – 1 sr хатуу өнцгийн дотор 1 cd гэрлийн эрчимтэй цэгийн эх үүсвэрээс ялгарах гэрлийн урсгал (хатуу өнцгийн доторх цацрагийн талбайн жигд байдал) (1 лм = 1 cd sr).

Гэрлийн хүч I St.хамаарлаар гэрлийн урсгалтай холбоотой байна

, (3.7)

Хаана dΦ St– хатуу өнцгийн доторх эх үүсвэрээс ялгарах гэрлийн урсгал dΩ. Хэрэв I St.чиглэлээс хамаардаггүй, гэрлийн эх үүсвэр гэж нэрлэдэг изотроп. Изотроп эх үүсвэрийн хувьд

. (3.8)

Эрчим хүчний урсгал . Φ e, ваттаар хэмжигддэг, гэрлийн урсгал Φ St.люменээр хэмжигдэх нь дараах хамаарлаар холбогдоно.

, лм, (3.9)

Хаана - тогтмол, янз бүрийн урттай долгионы цацрагт хүний ​​нүдний мэдрэмжээр тодорхойлогддог харагдах байдлын функц юм. Хамгийн дээд утгад хүрсэн байна . Энэхүү цогцолбор нь долгионы урттай лазерын цацрагийг ашигладаг . Энэ тохиолдолд.

Гэрэлтэх чадвар R Stхарьцаагаар тодорхойлогддог

. (3.10)

Гэрэлтэлтийн нэгж нь квадрат метр тутамд люмен (лм/м2) юм.

Гэрэлтүүлэг φ-дгэрэлтдэг гадаргуугийн талбай Стодорхой чиглэлд гадаргуугийн нормтой φ өнцөг үүсгэдэг бол тухайн чиглэл дэх гэрлийн эрчмийг перпендикуляр хавтгайд гэрэлтэх гадаргуугийн проекцын талбайд харьцуулсан харьцаатай тэнцүү утгатай байна. энэ чиглэлд:

. (3.11)

Гэрэлтүүлэг нь бүх чиглэлд ижил байдаг эх сурвалжийг дууддаг Ламбертиан (Ламбертын хуульд захирагдах) эсвэл косинус (ийм эх үүсвэрийн гадаргуугийн элементийн илгээсэн урсгал нь пропорциональ байна). Зөвхөн бүрэн хар бие нь Ламбертын хуулийг хатуу дагаж мөрддөг.

Гэрэлтүүлгийн нэгж нь метр квадратын кандела (cd/m2) юм.

Гэрэлтүүлэг Э- гадаргуу дээр туссан гэрлийн урсгалын энэ гадаргуугийн талбайн харьцаатай тэнцүү утга:

. (3.12)

Гэрэлтүүлгийн нэгж - тансаг байдал (lx): 1 lx – 1 лм-ийн гэрлийн урсгал унадаг 1 м2 талбайн гадаргуугийн гэрэлтүүлэг (1 лм = 1 лх/м2).

Ажлын дараалал

Цагаан будаа. 3.2.

Даалгавар 1. Лазерын гэрлийн эрчмийг тодорхойлох.

Лазерын туяаны голчийг түүний хоёр хэсэгт зайгаар тусгаарласнаар бид цацрагийн тархалтын жижиг туяа болон хатуу өнцгийг олох боломжтой (Зураг 3.2):

, (3.13)

Кандела дахь гэрлийн эрчмийг дараахь томъёогоор тодорхойлно.

, (3.15)

Хаана - тогтмол, цацрагийн хүчийг хамгийн багадаа тохируулсан - тэнцүү (лазерын гүйдлийг тохируулах товчлуурыг цагийн зүүний эсрэг туйлын байрлалд эргүүлсэн), - янз бүрийн долгионы урттай цацрагт хүний ​​нүдний мэдрэмтгий байдлыг харгалзан үзэгдэх функц. Хамгийн дээд утгад хүрсэн байна . Энэхүү цогцолбор нь долгионы урттай лазерын цацрагийг ашигладаг . Энэ тохиолдолд.

Туршилт

1. Модуль 2-ыг оптик вандан сандал дээр суулгаж, хуудсан дээр тайлбарласан аргын дагуу суулгацыг тохируулна уу. Суулгац тохируулагдсан эсэхийг шалгасны дараа 2-р модулийг устгана уу.

2. Линзний хавсралтыг ялгаруулагч дээр байрлуулна (объект 42). Конденсаторын линзийг (модуль 5) вандан сандлын төгсгөлд дэлгэцийг ялгаруулагч руу харуулан суулгана. Үнэлгээчдийн эрсдэлийн координатыг засах. Конденсаторын дэлгэцийг ашиглан лазер туяаны диаметрийг тодорхойлно.

3. Конденсаторыг лазер руу 50 - 100 мм шилжүүлнэ. Тэмдгийн координатыг засч, конденсаторын дэлгэц ашиглан цацрагийн диаметрийг тодорхойлно.

4. (3.13) томъёог ашиглан цацрагийн дифференцийн шугаман өнцгийг тооцоол. (3.14) томъёогоор цацрагийн ялгарах хатуу өнцгийг, (3.15) томъёог ашиглан гэрлийн эрчмийг тооцоолно. Стандарт алдааны тооцоог хий.

5. Конденсаторын бусад байрлалтай туршилтыг дахин 4 удаа хийнэ.

6. Хэмжилтийн үр дүнг хүснэгтэд оруулна уу.

Даалгавар 2. Бөмбөрцөг долгион дахь эрчим

Лазерын цацрагийг цуглуулах линзээр бөмбөрцөг долгион болгон хувиргаж, эхлээд фокус руу ойртож, фокусын дараа салах болно. Эрчимтийн өөрчлөлтийн шинж чанарыг координатаар хянах шаардлагатай - . Вольтметрийн уншилтыг үнэмлэхүй утга руу хөрвүүлэхгүйгээр утга болгон ашигладаг.

Туршилт

1. Диффузорын линзний хавсралтыг ялгаруулагчаас салга. Чөлөөт вандан сандлын төгсгөлд микропроектор (модуль 2) суурилуулж, түүний урд хэсэгт конденсатор линз (модуль 5) байрлуулна. Модуль 5-ыг 2-р модулиас холдуулах үед суулгах дэлгэц дээрх толбоны хэмжээ болон цэгийн төв дэх цацрагийн эрч хүч өөрчлөгдөх эсэхийг шалгаарай. Конденсаторыг анхны байрлал руу нь буцаана.

2. Фотосенсор - объект 38 -ыг микропроекторын объектын хавтгайд байрлуулж, фотосенсорыг мультиметрт холбож, мультиметрийг тогтмол хүчдэл хэмжих горимд (хэмжилтийн хүрээ - 1 В хүртэл) тохируулж, хүчдэлийн хүчдэлийн хамаарлыг арилгана. 5-р модулийн координат дээр 10 мм-ийн алхамтай вольтметрийг модулийн 2-ын эрсдэлийн цэгийн жишиг координат болгон авч 20 хэмжилт хийнэ.

4. Хэмжих нэгжийг харуулсан фотометрийн үндсэн хэмжигдэхүүнүүдийн (энерги ба гэрэл) тодорхойлолтыг өгнө үү.

5. SI-д гэрлийн үндсэн нэгж юу вэ? Үүнийг хэрхэн тодорхойлдог вэ?

6. Цацрагийн урсгал ба гэрлийн урсгал хоорондоо ямар холбоотой вэ?

7. Ямар гэрлийн эх үүсвэрийг изотроп гэж нэрлэдэг вэ? Изотроп эх үүсвэрийн гэрлийн эрч хүч ба гэрлийн урсгал хэрхэн хамааралтай вэ? Яагаад?

8. Гэрлийн эх үүсвэрийг хэзээ Ламбертиан гэж нэрлэдэг вэ? Хатуу Ламбертийн эх сурвалжийн жишээг өг.

9. Изотроп цэгийн эх үүсвэрээс ялгарах гэрлийн долгионы эрчим нь эх үүсвэр хүртэлх зайнаас хэрхэн хамаарах вэ? Яагаад?

Лабораторийн ажил No4

Цацрагийн энерги, түүний цацрагийн хүлээн авагчид үзүүлэх нөлөөг үнэлэхийн тулд фотоэлектрик төхөөрөмж, дулааны болон фотохимийн хүлээн авагч, түүнчлэн нүд, энерги, гэрлийн хэмжигдэхүүнийг ашигладаг.

Эрчим хүчний хэмжигдэхүүнүүд нь оптикийн бүх хүрээтэй холбоотой оптик цацрагийн шинж чанар юм.

Удаан хугацааны туршид нүд нь оптик цацрагийн цорын ганц хүлээн авагч байв. Тиймээс цацрагийн үзэгдэх хэсгийн чанарын болон тоон үнэлгээний хувьд харгалзах энергийн хэмжигдэхүүнтэй пропорциональ гэрлийн (фотометрийн) хэмжигдэхүүнүүдийг ашигладаг болохыг түүхэнд бий болгосон.

Оптикийн бүх хүрээтэй холбоотой цацрагийн урсгалын тухай ойлголтыг дээр дурдсан болно. Гэрлийн хэмжигдэхүүний систем дэх цацрагийн урсгалд тохирох хэмжигдэхүүн,

нь гэрлийн урсгал Ф, өөрөөр хэлбэл стандарт фотометрийн ажиглагчийн тооцоолсон цацрагийн хүч юм.

Гэрлийн хэмжигдэхүүнүүд ба тэдгээрийн нэгжүүдийг авч үзээд эдгээр хэмжигдэхүүнүүд болон энергийн хоорондын холбоог олъё.

Үзэгдэх цацрагийн хоёр эх үүсвэрийг үнэлэхийн тулд ижил гадаргуугийн чиглэлд тэдгээрийн гэрэлтэлтийг харьцуулна. Хэрэв нэг эх үүсвэрийн гэрлийг нэгдмэл байдлаар авч үзвэл хоёр дахь эх үүсвэрийн гэрлийг эхнийхтэй харьцуулж үзвэл гэрлийн эрч хүч гэж нэрлэгддэг утгыг олж авна.

Олон улсын SI нэгжийн системд гэрлийн эрчмийн нэгж нь кандела бөгөөд түүний тодорхойлолтыг XVI Ерөнхий бага хурлаар баталсан (1979).

Кандела гэдэг нь Гц давтамжтай монохромат цацраг ялгаруулж буй эх үүсвэрийн өгөгдсөн чиглэл дэх гэрлийн эрчмийг хэлнэ.

Гэрлийн эрч хүч эсвэл гэрлийн урсгалын өнцгийн нягт,

хатуу өнцгийн дотор тодорхой чиглэлийн гэрлийн урсгал хаана байна

Хатуу өнцөг нь дурын конус гадаргуугаар хязгаарлагдсан орон зайн хэсэг юм. Хэрэв бид энэ гадаргуугийн дээд хэсгээс бөмбөрцөгийг төвөөс нь дүрслэх юм бол конус гадаргуугаар таслагдсан бөмбөрцгийн хэсгийн талбай (Зураг 85) бөмбөрцгийн радиусын квадраттай пропорциональ байна.

Пропорциональ коэффициент нь хатуу өнцгийн утга юм.

Хатуу өнцгийн нэгж нь стерадиан бөгөөд орой нь бөмбөрцгийн төв хэсэгт байрлах хатуу өнцөгтэй тэнцүү бөгөөд бөмбөрцгийн гадаргуу дээр хажуу талтай дөрвөлжингийн талбайтай тэнцүү талбайг огтолж авдаг. бөмбөрцгийн радиус. Бүрэн бөмбөрцөг нь хатуу өнцөг үүсгэдэг

Цагаан будаа. 85. Хатуу өнцөг

Цагаан будаа. 86. Хатуу өнцгийн цацраг

Хэрэв цацрагийн эх үүсвэр нь зөв дугуй конусын орой дээр байрладаг бол орон зайд хуваарилагдсан хатуу өнцөг нь энэхүү конус хэлбэрийн гадаргуугийн дотоод хөндийөөр хязгаарлагддаг. Конус гадаргуугийн тэнхлэг ба генератрикс хоорондын хавтгай өнцгийн утгыг мэдсэнээр бид харгалзах хатуу өнцгийг тодорхойлж чадна.

Бөмбөрцөг дээрх хязгааргүй нарийхан цагираг хэсгийг таслах хязгааргүй жижиг өнцгийг хатуу өнцгөөс сонгоцгооё (Зураг 86). Энэ тохиолдол нь хамгийн түгээмэл тэнхлэгт тэгш хэмтэй гэрлийн эрчмийн хуваарилалтыг хэлнэ.

Бөгжний хэсгийн талбай нь конусын тэнхлэгээс нарийн цагирагийн өргөн хүртэлх зай юм.

Зурагт заасны дагуу. бөмбөрцгийн радиус хаана байна.

Тиймээс хаана

Хавтгай өнцөгт тохирох хатуу өнцөг

Хагас бөмбөрцгийн хувьд бөмбөрцгийн хатуу өнцөг нь -

Томъёо (160)-аас харахад гэрлийн урсгал

Хэрэв нэг чиглэлээс нөгөө чиглэлд шилжихэд гэрлийн эрч хүч өөрчлөгдөхгүй бол

Үнэн хэрэгтээ, гэрлийн эрчимтэй гэрлийн эх үүсвэрийг хатуу өнцгийн орой дээр байрлуулсан бол орон зайд энэ хатуу өнцгийг ялгаж буй конус гадаргуугаар хязгаарлагдсан аль ч хэсэгт ижил гэрлийн урсгал ирдэг төв нь цул өнцгийн орой дээр байрлах төвлөрсөн бөмбөрцгийн хэсгүүдийн . Дараа нь туршлагаас харахад эдгээр талбайн гэрэлтүүлгийн зэрэг нь эдгээр бөмбөрцгийн радиусын квадратуудтай урвуу пропорциональ бөгөөд талбайн хэмжээтэй шууд пропорциональ байна.

Тиймээс дараахь тэгш байдал хангагдсан болно: өөрөөр хэлбэл (165) томъёо.

Томъёоны өгөгдсөн үндэслэл (165) нь гэрлийн эх үүсвэр ба гэрэлтүүлгийн талбайн хоорондох зай нь эх үүсвэрийн хэмжээтэй харьцуулахад хангалттай том, мөн эх үүсвэр ба гэрэлтүүлгийн талбайн хоорондох орчин нь шингэхгүй эсвэл гэрэлтдэггүй тохиолдолд л хүчинтэй. гэрлийн энергийг тараах.

Гэрэлтүүлгийн урсгалын нэгж нь люмен (лм) бөгөөд энэ нь хатуу өнцгийн оройд байрлах эх үүсвэрийн гэрлийн эрч хүч нь тэнцүү байх үед хатуу өнцгийн доторх урсгал юм.

Ирж буй цацрагийн хэвийн талбайн гэрэлтүүлгийг гэрэлтүүлгийн E гэж нэрлэдэг харьцаагаар тодорхойлно.

Томъёо (166), түүнчлэн томъёо (165) нь өгөгдсөн хатуу өнцгийн хүрээнд нэг чиглэлээс нөгөөд шилжих үед гэрлийн эрчим I өөрчлөгдөхгүй байх нөхцөлд явагдана. Үгүй бол энэ томъёо нь зөвхөн хязгааргүй жижиг талбайд хүчинтэй байх болно

Хэрэв туссан туяа нь гэрэлтсэн талбайн нормтой өнцөг үүсгэвэл гэрэлтүүлгийн талбай нэмэгдэх тул (166) ба (167) томъёо өөрчлөгдөнө. Үүний үр дүнд бид:

Сайтыг хэд хэдэн эх үүсвэрээр гэрэлтүүлэх үед түүний гэрэлтүүлэг

Энд цацрагийн эх үүсвэрийн тоо, өөрөөр хэлбэл нийт гэрэлтүүлэг нь эх үүсвэр бүрээс авсан талбайн гэрэлтүүлгийн нийлбэртэй тэнцүү байна.

Гэрэлтүүлгийн нэгжийг гэрлийн урсгал унасан талбайн гэрэлтүүлгийг авна (тухайн талбай нь туссан туяанд хэвийн байна). Энэ нэгжийг тансаг гэж нэрлэдэг

Хэрэв цацрагийн эх үүсвэрийн хэмжээсийг үл тоомсорлож болохгүй бол хэд хэдэн асуудлыг шийдэхийн тулд энэ эх үүсвэрийн гэрлийн урсгалын гадаргуу дээрх тархалтыг мэдэх шаардлагатай. Гадаргуугийн элементээс ялгарах гэрлийн урсгалын энэ элементийн талбайн харьцааг гэрэлтүүлэгч гэж нэрлэдэг бөгөөд гэрэлтүүлэг нь туссан гэрлийн урсгалын тархалтыг тодорхойлдог.

Тиймээс гэрэлтэлт

эх үүсвэрийн гадаргуугийн талбай хаана байна.

Өгөгдсөн чиглэл дэх гэрлийн эрчмийг энэ чиглэлд перпендикуляр хавтгайд гэрэлтүүлэх гадаргуугийн проекцын талбайн харьцааг гэрэлтүүлэг гэж нэрлэдэг.

Тиймээс тод байдал

талбайн хэвийн хэмжээ ба гэрлийн эрчмийн чиглэлийн хоорондох өнцөг хаана байна

Утгыг орлуулах [харна уу. томъёо (160)), бид тод байдлыг олж авна

Томъёо (173)-аас харахад гэрэлтүүлэг нь талбайн хатуу өнцгийн хувьд урсгалын хоёр дахь дериватив юм.

Гэрэлтүүлгийн нэгж нь квадрат метр тутамд кандела юм

Ирж буй цацрагийн гэрлийн энергийн гадаргуугийн нягтыг өртөлт гэж нэрлэдэг.

Ерөнхийдөө (174) томъёонд орсон гэрэлтүүлэг нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөж болно

Жишээлбэл, гэрэл зурагт өртөх нь практик ач холбогдолтой бөгөөд люкс секундээр хэмжигддэг

Формула (160)-(174) нь гэрлийн болон энергийн хэмжигдэхүүнийг тооцоолоход, нэгдүгээрт, монохромат цацрагийн хувьд, тухайлбал тодорхой долгионы урттай цацрагийн хувьд, хоёрдугаарт, цацрагийн спектрийн тархалтыг харгалзахгүй тохиолдолд ашигладаг. харааны оптик хэрэгсэлд тохиолддог.

Цацрагийн спектрийн найрлага - долгионы уртын дагуу цацрагийн хүчийг хуваарилах нь сонгомол цацраг хүлээн авагчийг ашиглах үед эрчим хүчний хэмжигдэхүүнийг тооцоолоход чухал ач холбогдолтой юм. Эдгээр тооцооллын хувьд спектрийн цацрагийн урсгалын нягтын тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн [үзнэ үү томъёо (157)-(159)].

Хязгаарлагдмал долгионы уртад бид дараахь зүйлийг агуулна.

Томъёогоор тодорхойлсон энергийн хэмжигдэхүүнүүд нь спектрийн харагдах хэсэгт мөн хамаарна.

Фотометрийн болон энергийн үндсэн хэмжигдэхүүнүүд, тэдгээрийн тодорхойлох томъёо, SI нэгжийг Хүснэгтэнд үзүүлэв. 5.

Цацрагийн хэмжээг тодорхойлохын тулд эрчим хүч, гэрэл гэсэн хоёр нэгжийн системд нөхцлөөр хувааж болох нэлээд өргөн хүрээний хэмжигдэхүүнийг ашигладаг. Энэ тохиолдолд энергийн хэмжигдэхүүн нь спектрийн бүхэл бүтэн оптик мужтай холбоотой цацрагийг, гэрэлтүүлгийн хэмжээ нь харагдахуйц цацрагийг тодорхойлдог. Эрчим хүчний хэмжигдэхүүн нь тохирох гэрэлтүүлгийн хэмжээтэй пропорциональ байна.

Fe-ийн утгыг ваттаар (Вт) илэрхийлнэ. - эрчим хүчний нэгж

Ихэнх тохиолдолд цацраг үүсгэх квант шинж чанарыг харгалзан үздэггүй бөгөөд үүнийг тасралтгүй гэж үздэг.

Цацрагийн чанарын шинж чанар нь цацрагийн урсгалын спектрийн тархалт юм.

Тасралтгүй спектртэй цацрагийн тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн спектрийн цацрагийн урсгалын нягт (j l)– спектрийн тодорхой нарийн хэсэгт тусах цацрагийн хүчийг энэ хэсгийн өргөнтэй харьцуулсан харьцаа (Зураг 2.2). Нарийн спектрийн хүрээний хувьд dlцацрагийн урсгал нь тэнцүү байна dФ л.Ординатын тэнхлэг нь цацрагийн урсгалын спектрийн нягтыг харуулдаг j l = dФ l / dl,Тиймээс урсгалыг графикийн энгийн хэсгийн талбайгаар илэрхийлнэ, өөрөөр хэлбэл.

Доод гэрлийн урсгал F, ерөнхийдөө хүний ​​нүдэнд үзүүлэх нөлөөгөөр үнэлэгдсэн цацрагийн хүчийг ойлгох. Гэрэлтүүлгийн урсгалыг хэмжих нэгж нь люмен (лм). - гэрэлтүүлгийн хэсэг

Нүдний гэрлийн урсгалын үйлчлэл нь түүнийг тодорхой байдлаар хариу үйлдэл үзүүлэхэд хүргэдэг. Гэрлийн урсгалын үйл ажиллагааны түвшнээс хамааран саваа эсвэл боргоцой гэж нэрлэгддэг нүдний нэг буюу өөр төрлийн гэрэл мэдрэмтгий рецепторууд ажилладаг. Гэрэл багатай нөхцөлд (жишээлбэл, сарны гэрэлд) нүд нь саваа ашиглан эргэн тойрон дахь объектуудыг хардаг. Гэрлийн өндөр түвшинд боргоцойг хариуцдаг өдрийн харааны аппарат ажиллаж эхэлдэг.

Нэмж дурдахад, конусууд нь гэрэлд мэдрэмтгий бодисууд дээр үндэслэн спектрийн янз бүрийн бүсэд өөр өөр мэдрэмжтэй гурван бүлэгт хуваагддаг.

Тиймээс саваагаас ялгаатай нь тэд зөвхөн гэрлийн урсгалд төдийгүй түүний спектрийн найрлагад хариу үйлдэл үзүүлдэг. Үүнтэй холбоотойгоор ингэж хэлж болно.

гэрлийн эффект нь хоёр хэмжээст юм Гэрэлтүүлгийн түвшинтэй холбоотой нүдний урвалын тоон шинж чанарыг нэрлэдэгхөнгөн байдал. Гурван бүлгийн конусуудын янз бүрийн түвшний урвалтай холбоотой чанарын шинж чанарыг нэрлэдэг.

өнгөт чанарГэрлийн эрч хүч (I). Гэрэлтүүлгийн инженерийн хувьд энэ утгыг дараах байдлаар авнагол . Энэ сонголт нь зарчмын хувьд ямар ч үндэслэлгүй боловч тав тухтай байдлын үүднээс хийгдсэн

Гэрлийн эрч хүч нь зайнаас хамаардаггүй.

Гэрлийн эрчмийн тухай ойлголт нь зөвхөн цэгийн эх үүсвэрт хамаарна, i.e. тэдгээрээс гэрэлтүүлсэн гадаргуу хүртэлх зайтай харьцуулахад хэмжээ нь бага байдаг эх үүсвэрүүдэд. ВТодорхой чиглэлийн цэгийн эх үүсвэрийн гэрлийн эрчим нь нэгж цул өнцөгт ногдох юм гэрлийн урсгалФ

, өгөгдсөн чиглэлд энэ эх үүсвэрээс ялгардаг:

I = Ф / ОмЭрчим хүч Гэрлийн эрчмийг стерадиан тутамд ваттаар илэрхийлнэ ().

Мяг/Лхагва Учир ньгэрэлтүүлгийн инженерчлэл канделагэрлийн эрчмийн нэгжийг баталсан

(cd) нь 1 стерадиан (sr)-ийн хатуу өнцгийн дотор жигд тархсан 1 лм-ийн гэрлийн урсгалыг ялгаруулдаг цэгийн эх үүсвэрийн гэрлийн эрчим юм.

Хатуу өнцөг гэдэг нь өнцгийн оройгоор дамждаггүй конус гадаргуу ба битүү муруй контураар хязгаарлагдсан орон зайн хэсэг юм (Зураг 2.3). Конус гадаргууг шахах үед бөмбөрцөг хэлбэрийн талбайн хэмжээс нь хязгааргүй жижиг болно. Энэ тохиолдолд хатуу өнцөг нь мөн хязгааргүй жижиг болно:

Зураг 2.3 – “Хатуу өнцөг” гэсэн ойлголтыг тодорхойлох тал рууГэрэлтүүлэг (E). Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн дорӨө цацрагийн урсгалыг ойлгохталбайн нэгж гэрэлтүүлсэн гадаргуу:

Q Цацрагаар илэрхийлэгдэнэ

Вт/м2. Эгэрлийн урсгалын нягтаар илэрхийлэгддэг Фтүүгээр гэрэлтүүлсэн гадаргуу дээр (Зураг 2.4):

Гэрэлтэгч гэрэлтүүлгийн нэгжийг авна тансаг байдал, өөрөөр хэлбэл 1 лм-ийн гэрлийн урсгалыг 1 м2 талбайд жигд тархсан гадаргуугийн гэрэлтүүлэг.

Гэрэлтүүлгийн инженерчлэлд ашигладаг бусад хэмжигдэхүүнүүдийн дотроос чухал нь эрчим хүчцацраг Бидэсвэл гэрлийн энерги В, түүнчлэн эрчим хүч Үгүйэсвэл гэрэл Нүзэсгэлэн.

Бид ба W-ийн утгыг илэрхийллээр тодорхойлно

Цаг хугацааны явцад цацрагийн урсгал ба гэрлийн урсгалын өөрчлөлтийн функцүүд хаана байна. Бид joule буюу W s, a хэмжигддэг W - in lm s.

Доод эрчим хүч H e буюу гэрэлд өртөхгадаргуугийн цацрагийн энергийн нягтыг ойлгох Бид эсвэл гэрлийн энерги Вгэрэлтүүлсэн гадаргуу дээр тус тус .

Тэр нь гэрлийн өртөлт HЭнэ бол гэрэлтүүлгийн бүтээгдэхүүн юм Э, цацрагийн эх үүсвэрээр үүсгэгдсэн, хэсэг хугацаанд тэнэ цацрагийн нөлөө.