Upload
others
View
3
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Fizikalne osnove svetlobe
predavateljprof. dr. Grega Bizjak, u.d.i.e.
Fakulteta za elektrotehniko Univerze v LjubljaniLaboratorij za razsvetljavo in fotometrijo
Izbirni predmet - 10142
Svetlobna tehnika
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 2
Svetloba
Svetloba - skrivnostna in fascinantna spremljevalka človekove zgodovine
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 3
Kako deluje vid?
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 4
Stari Grki
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 5
“Tipalna teorija”
Evklid in Ptolomej
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 6
“Sevalna” teorija
Aristotel in Galen
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 7
Arabski svet
Ob prelomu prvega
tisočletja je največ znanja
nakopičenega v Egiptu, ki je
takrat že arabski.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 8
Vid je povezan s svetloboAlhazen (Abu-'Ali Al-Hasan ibn Al-Hasan ibn Al-Haytham)
arabsko: أبو علي الحسن بن الحسن بن الهيثم
(Kitab al-Manazir, De Aspectibus, 1021)
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 9
Zahodni svet 17. stoletja
V 17. stoletju se ne sprašujejo
več“Kako vidimo?”
temveč že“Kaj je svetloba?”
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 10
Teorija delcev
Sir Isaac Newton na podlagi Gassendijevega dela 1637
postavi teorijo delcev.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 11
Valovna teorija
Christiaan Huygens 1690 objavi valovno teorijo.Pred njim je svetlobo kot valovanje opisal
že Hooke 1660.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 12
Valovanje ali tok delcev
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 13
Če bi svetloba bila valovanje...
...bi se morala širiti tudi za oviro (uklon).
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 14
Če bi svetloba bila tok delcev...
…bi morala dva curka svetlobe, ki se križata, medsebojno delovati drug
na drugega, takokot dva curka
vode.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 15
Kdo ima prav?
Kdo je imel prav, še danes ne vemo čisto natančno. Je pa res, da je imela teorija delcev predvsem
zaradi slavnejšega “očeta” v 17. stoletju precej več privržencev kot teorija valovanja, ki je do leta 1800
skoraj niso omenjali.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 16
Elektromagnetno valovanje
James Maxwell; 1862: Elektromagnetno
valovanje
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 17
Svetloba kot del EM valovanja
Teorija elektromagnetnega valovanja
pojasni skoraj vse lastnosti svetlobe.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 18
Svetloba kot del EM valovanja
Heinrich Hertz: Fotoelektrični učinek?
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 19
Kvantna teorija svetlobe
Max Planck: Kvantna teorija.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 20
Končno!
Albert Einstein razloži fotoelektrični efekt (foton).
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 21
Kvantna elektrodinamika
Dualnosti delcev -vsak delec tudi določene
valovne lastnosti.Kvantna
elektrodinamika.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 22
Svetloba kot del EM spektra
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 23
Svetloba kot del EM spektra
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 24
Svetloba kot del EM spektra
760-830 nm360-400 nm
315 nm280 nm
100 nm
1.400 nm
3.000 nm
1.000.000 nm
Vidna svetloba
IR-A sevanje
IR-B
IB-C
UV-A žarkiUV-B
UV-C
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 25
Svetloba kot del EM spektra
Vidna svetloba zajema področje od približno 380 do približno 780 nm.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 26
Pojavi ob širjenju svetlobe
lom, zrcalni in totalni odboj,
razklon, vpijanje,
razprševanje, odsevanje,
presevanje, interferenca,
uklon in polarizacija.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 27
Hitrost svetlobe
Hitrost svetlobe v vakuumu je 299.792.458 m/s
vir svetlobe
ogledalo
rotirajoče ogledalo
premik zaradi rotacije ogledala
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 28
Hitrost svetlobe
Razmerje med hitrostjo svetlobe
v vakuumu in mediju podaja lomni količnik.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 29
Lomni količnik
vcn =
Zrak 1,0003 Voda 1,33 Glicerin 1,47 Olje 1,515 Steklo 1,52 Kremen 1,66 Cirkonijev silikat 1,92 Diamant 2,42 Svinčev sulfid 3,91
c … hitrost svetlobe v vakuumuv … hitrost svetlobe v mediju
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 30
Lom svetlobe
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 31
Lom svetlobe
2211 sinsin θθ ⋅=⋅ nn
n1<n2 n1>n2
n…lomni količnik
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 32
Zrcalni odboj svetlobe
Vpadni in odbojni kot sta enaka.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 33
Totalni odboj svetlobe
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 34
Totalni odboj
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 35
Totalni odboj
ELDACON tehnologija (Siteco)
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 36
Razklon svetlobe
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 37
Vpijanje svetlobe
Med prehajanjem svetlobe skozi snov, se del energije svetlobe
“izgubi”.Snov svetlobo vpije.
Ta energija se se lahko pretvori v:•toploto
•sevanje z drugo valovno dolžino•električno energijo
•kemično energijo
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 38
Razprševanje svetlobe
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 39
Vpijanje svetlobe
i0 … začetna jakostα … vpojni faktor (f(λ))
d … dolžina potiMožno je, da ima α negativno vrednost.
deii ⋅−⋅= α0
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 40
Razpršeno presevanje svetlobe
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 41
Razpršeno presevanje svetlobevoda laser
čista voda
voda in 1/600 mleka voda in 1/60 mleka čisto mleko
voda in 1/150 mleka voda in 1/30 mleka
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 42
Razpršeno odsevanje svetlobe
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 43
Interferenca svetlobe
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 44
Interferenca svetlobe
Konstruktivna interferenca - seštevanje Destruktivna interferenca - odštevanje
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 45
Uklon svetlobe
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 46
Polarizacija svetlobe
Polariziranasvetloba
niha samo veni smeri.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 47
Polarizacija svetlobe
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 48
Merjenje svetlobe
RADIOMETRIJA.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 49
Energija in moč, ki jo oddaja vir
Sevalni tok ali fluksu(radiant flux),
predstavlja energijo, ki jo vir izseva v enoti
časa.
Φe sevalni tok (W)
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 50
Jakost sevanja
Jakosti sevanja (radiant intensity).Sevalni tok v enoti prostorskega kota.
Ie jakost sevanja (W/sr) ωφe
eI =
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 51
Prostorski kot
Razmerje med površino
krogelnega izseka in polmerom
krogle.Enota je steradian
(sr).
2rA
=ω
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 52
Obsevanost
Obsevanost (irradiance)
Merilo za ploskovno gostoto sevalnega
toka.
Ee obsevanost (W/m2)A
E ee
φ=
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 53
Sevalnost
Sevalnost (radiance)
Jakost sevanja določene ploskve pod določenim
kotom.
Le sevalnost (W/sr m2)θcos⋅
=A
IL ee
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 54
Za konec
• Svetloba se obnaša včasih kot valovanje včasih pa kot tok delcev.
• Svetloba je elektromagnetno valovanje z lastnostmi valovanja in toka delcev.
• Vidna svetloba zajema valovne dolžine od približno 340 nm do približno 830 nm
(odvisno od posameznika).• S fizikalnim merjenjem svetlobe se
ukvarja radiometrija.
Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 55
… in še:
Vprašanja?