Главная | Обратная связь

Энергетические характеристики света.

М.б. Файн, Е.Я. Файн, В.П.Филиппенко

 

Учебно- методическое пособие

«Основные формулы и законы волновой и геометрической оптики»

 

Ростов-на-Дону

 

Введение

Данное методическое пособие содержит все основные определения, аналитические представления законов и наиболее употребляемые формулы , связывающие физические величины по разделу курса общей физики «Оптика».

Основная цель учебно – методического пособия: развитие навыков структурирования соответствующих разделов физики, обеспечивающие эффективное применение на практике общих знаний и умений.

Зачастую, контрольные испытания студентов в форме экзамена, зачета или теста сводится к проверке умения производить математические преобразования, оставляя за рамками проверки понимание физических сущностей, сделанных при построении допущений и следовательно рамок применимости модели и ограничение на область адекватности выводов.

Мы предполагаем, что определения и соотношения между физическими величинами должны являться минимальным объемом знаний – содержательной частью соответствующего стандарта. Кроме того, они являются фундаментом соответствующих компетенций, позволяющих судить о профессиональной квалификации специалиста.

Предлагаемый формуляр позволит создать преподавателям образовательные траектории, соответствующие оценки «удовлетворительно». Содержание формуляра может являться базой КИМов, на основе которых будут сформированы тесты для текущей проверки знаний, проверки знаний по определенным модулям курса.

Оглавление:

1. Фотометрия

1.1. Энергетические характеристики света

1.2. Светотехнические характеристики света

2. Геометрическая оптика

2.1.Основные законы геометрической оптики

2.2.Методы построения изображения сопряженных

точек и отрезков через оптическую систему

2.3.Матричный метод описания оптических систем

3. Интерференция света

3.1.Способы получения когерентных источников

3.1.1. Бипризма Френеля

3.1.2. Бизеркала Френеля

3.1.3. Билинза Бийе

3.1.4. Интерференция в тонких пластинах

3.1.5. Кольца Ньютона

4. Дифракция света

4.1.Принцип Гюйгенса-Френеля

4.2.Дифракция Френеля на круглом отверстии

4.3.Дифракция в параллельных лучах от щели

4.4.Дифракция на решетке

5. Поляризация света

5.1.Основные понятия и законы

5.2.Введение в матричное описание поляризации света

5.3. Суперпозиции поляризованных волн

6. Дисперсия света

 

 

Фотометрия

Энергетические характеристики света.

1.Поток энергии излучения(лучистый поток) - среднее значение мощности излучения.

Ф_э= ,

Р(t)- мгновенное значение мощности излучения,

t- время, много большее периода колебаний.

Единица измерения Ватт, Вт

 

2.Поверхностная плотность потока излучения

а) излучательность (старое название энергетическая светимость) – отношение лучистого потока к площади излучающей поверхности:

М_э= .

Единица измерения: Ватт на квадратный метр, .

б) облученность (старое название - энергетическая освещенность) – отношение лучистого потока к площади освещаемой поверхности :

Е_э= .

Единица измерения Ватт на квадратный метр, .

 

3.Вектор Пойнтинга (световой вектор)- мгновенная поверхностная плотность лучистого потока, т.е. отношение энергии, переносимой волной через поверхность, перпендикулярную направлению распространения, за некоторый промежуток времени, к площади поверхности и промежутку времени , связана с векторами и :

,

Единица измерения Ватт на квадратный метр, .

4. Сила излучения (старое название - энергетическая сила света) – величина, измеряемая отношением потока энергии излучения к величине телесного угла, внутрь которого этот лучистый поток распространяется:

I_э= .

Единица измерения Ватт на стерадиан – Вт/ср.

 

Телесный угол – участок пространства, вырезанный произвольным конусом и определяемый через отношение площади, вырезанной на сферической поверхности к квадрату радиуса этой поверхности:

W=S/R²

 

Стерадиан (ср)- единица пространственного угла, вершина которого находится в центре сферы и который вырезает площадь поверхности шара, равную площади квадрата, стороны которого имеют длину, равную радиусу сферы.

 

5.Спектральные плотности энергетических величин характеризуют распределение значений этих величин по интервалам длин волн или частот, например:

спектральная плотность энергетической светимости по интервалам длин волн:

m_l = .

спектральная плотность энергетической освещенности по частотным интервалам:

е_n = .

Наименование единиц измерения их очевидны.

6. Для установления связи между энергетическими(объективными) и световыми(субъективными) величинами вводится спектральная световая эффективность лучистого потока (спектральная чувствительность глаза) - величина, устанавливающая связь между потоком энергетического излучения и световым потоком, попадающим в глаз человека

К_l, лм/Вт

683 К_l= .

 

 

380 555 740 l

 

К_l - величина субъективная.

При l < 380 нм и l>740 нм К_l =0, и принимает наибольшее значение при l=555нм, величина которого (К_l)_max=683 лм/Вт.

 

7. Лучистость (энергетическая яркость) – величина, измеряемая отношением силы света в данном направлении к проекции излучающей площадки на плоскость, перпендикулярную выбранному направлению:

L_э= ,

где q - угол между направлением излучения и нормалью к излучающей поверхности.

Единица измерения Ватт на квадратный метр и стерадиан - .

8.Механический эквивалент света - величина обратная максимальному значению спектральной чувствительности, характеризует мощность излучения: А=0,0015Вт/лм.

9.Функция видности (относительная спектральная чувствительностьглаза) показывает, какую долю от потока энергетического излучения при длине волны l составляет поток энергетического излучения при l = 555нм, когда оба потока вызывают одинаковые зрительные ощущения:

V_l= = ,

т.е. является нормировкой на максимальное значение функции спектральной чувствительности.

V_l- величина безразмерная и равна 1 при l=555нм.

 

10.Коэффициент отражения: отношение энергии отраженного потока к энергии падающего потока: