Optika

- Svetlost i svetlosni izvori

- Fotometrija:

1. Fotometrijske veličine i jedinice

2. Fotometrijski zakoni osvetljenosti

3. Fotometri

Svetlost i svetlosni izvori

Optika je deo fizike koja proučava svetlosne pojave i prirodu svetlosti.

’’Svetlost’’ označava svako zračenje koje prouzrokuje neposredno vidljivo opažanje.

Svetlost je u osnovi, zračena ili reflektovana energija koja dospe u čovečije oko i koja se u vidnom organu (kompletno ljudsko oko sa delom mozga) pretvori u čulno opažanje, osećaj osvetljenosti (utisak o jačem ili slabijem zračenju) i osećaj boja.

Zračenje je u fizičkom smislu definisano kao emitovanje ili prenos energije u obliku elektromagnetnih talasa ili čestica.

Današnja fizika pripisuje svakom zračenju dvojnu (dualističku)

prirodu: talasnu i korpuskularnu.

Elektromagnetna zračenja se mogu podeliti na: 1. električna zračenja, 2. optička zračenja i 3. jonizujuća zračenja. Podela elektromagentnog spektra u odnosu na frekvenciju:

Podela elektromagentnog spektra u odnosu na talasnu

dužinu:

Poređenje elektromagnentnog spektra sa dimenzijama:

U tehnici se koristi vrlo usko područje spektra talasnih dužina

koje se označava kao optičko zračenje.

Čovečije oko opaža još uže područje spektra i to područje talasnih dužina od (400-760)nm se zove vidljivo zračenje ili vidljivi deo spektra.

Svetlosni izvori su tela koja emituju svetlost.

Tela mogu biti: 1) providna i

2) neprovidna.

Tela mogu da emituju :

1) monohromatsku svetlost i

2) polihromatsku (belu) svetlost.

Fotometrija

Fotometrija je oblast optike koja se bavi:

- merenjem energije koju prenose elektromagnetni talasi, svetlost, i

- merenjem veličina koje su vezane za svetlosnu energiju.

To je nauka o merenju svetlosti, u smislu njenog doživljenog sjaja u ljudskom oku.

Uzajamno delovanje svetlosti i tela uvek je praćeno promenom energije.

1. Fotometrijske veličine i jedinice

1) Svetlosni fluks (Φ) je snaga svetlosnog izvora. To je

svetlosna energija koju emituje svetlosni izvor u jedinici

vremena. To je brzina promene svetlosne energije.

1lum je energija koju zrači svetlosni izvor intenziteta 1cd u

jedinici vremena i jedinici

prostornog ugla.

Osetljivost oka je

najveća na zeleno-žutu

svetlost čija je

l=555nm. 1W zračenja

ovih svetlosnih zraka

srazmeran je fluksu od

683 lm.

** Izotropni tačkasti svetlosni izvori –

zanemarljivih su dimenzija i

ravnomerno emituju svetlosnu energiju

u svim pravcima.

2) Intenzitet (jačina) svetlosnog izvora (I) predstavlja svetlosni

fluks u jediničnom prostornom uglu.

Za izotropan izvor:

Totalni svetlosni fluks

izotropnog svetlosnog

izvora je:

Za neizotropan svetlosni izvor slučaj je složeniji.

1cd je jačina svetlosti

koju u normalnom pravcu

zrači 1/600000-ti deo m2

površine crnog tela na

temperaturi očvršćavanja

platine, T=2042,5K , pri

normalnom pritisku.

3) Osvetljenost (E) površine je brojno jednaka

svetlosnom fluksu koji pada normalno na jediničnu

površinu S.

To je veličina koja

izražava stepen

osvetljenosti površine

dS.

1 lx je ona osvetljenost

površine koja se dobija kada

je fluks od 1lm podjednako

raspoređen na površinu od

1m2.

Osvetljenost svake tačke sfere

poluprečnika r u čijem centru je izotropni

tačkasti svetlosni izvor je:

4) Osvetljaj površine (L) koja emituje svetlost predstavlja

količnik svetlosnog fluksa emitovanog sa neke površine i same te

površine.

Površina koja odbija ili rasipa svetlost ima osvetljaj koji je uslovljen osvetljenošću te površine.

Ako je veća osvetljenost nekog tela veći je i osvetljaj:

k je koeficijent rasipanja (odbijanja)svetlosti i za sva tela k < 1.

- Za “bela” tela koeficijent k je za različite talasne dužine vidljive svetlosti približno jednak 1.belo telo

- Za “obojena tela” k je razlicit za razne talasne dužine.

- Za “crna tela” k <<1 i stalan je za sve talasne dužine.

kEL

5) Sjaj površine (B) u nekom pravcu predstavlja odnos intenziteta

svetlosti u tom pravcu i normalne projekcije povrsine koja emituje.

Q je ugao izmedju tog određenog pravca i normale na površinu koja emituje.

Sjaj površine je jednak jačini svetlosti sa jedinice površine u normalnom pravcu:

cosdS

IB

cosdSd

IB

dS

dIB

Sjajnost Sunca je

109 niti.

2. Fotometrijski zakoni osvetljenosti

Osvetljenost od tačkastog izvora je:

Za F=const. je:

Za izotropan izvor:

Slika:

S-površina koja emituje zračenje, S0-njena normalna projekcija;

r- rastojanje osvetljene površine od

tačkastog svetlosnog izvora.

cos

r

cos

SScosSS

;rSr

S

2

0

0

2

02

0

cosr

I

cos

r

I

SE

22

F

Lambertov zakon definiše osvetljenost

površine udaljene za r od tačkastog (ili

veoma udaljenog) izvora svetlosti, pri čemu

normala na površinu zaklapa ugao α sa

pravcem svetlosti:

Osvetljenost površi koja potiče od tačkastog izvora obrnuto je

srazmerna kvadratu rastojanja površi od izvora a upravo je

srazmerna jačini svetlosnog izvora i kosinusu ugla između pravca

prostiranja svetlosti i normale na datu površinu.

Zakon osvetljenosti predstavlja kosinusnu promenu osvetljenosti.

E je max. za =0.

I ZAKON: promena osvetljenosti sa rastojanjem

Jedan tačkasti svetlosni izvor osvetljava dve površi; važi:

42

22

2

11

2

2

1

1

F

F ;rS;rS;

SE;

SE

Osvetljenost dveju površina obrnuto su proporcionalna

kvadratima njihovih rastojanja od tačkastog svetlosnog

izvora.

II ZAKON: promena jačine sv. izvora sa rastojanjem

Dva svetlosna izvora na jednom zaklonu daju jednake

osvetljenosti; važi:

Jačine svetlosnih izvora koji na jednom zaklonu daju

jednaku osvetljenost proporcionalne su kvadratima

njihovih rastojanja od tog zaklona.

III ZAKON: promena osvetljenosti sa jačinom sv. izvora

Dva svetlosna izvora na jednakom rastojanju od zaklona (osvetljene

površine); važi: Osvetljenost površine je upravo

srazmerna jačini svetlosnog izvora.

3. Fotometri

Fotometri su uredjaji i instrumenti za merenje i

uporedjivanje jačine svetlosti.

Vizualni – BUNZENOV fotometar

-fotometar sa masnom mrljom je jedan od najstarijih i najjednostavnijih fotometara.

Glavni deo ovog fotometra je beli papir

(hartija) na kojoj je masna mrlja koja

propušta svetlost. Papir se osvetli sa obe

strane svetlosnim izvorima.

Ako je osvetljenost veća sa jedne strane masna mrlja izgleda tamnije

kada se posmatra sa te strane, a svetlija kada se gleda sa suprotne.

Kada se osvetljenosti izjednače masna mrlja se praktično ne vidi. To

se postize pomeranjem papira.

Da bi posmatrač mogao istovremeno da posmatra obe strane nameste se dva ogledala.

Fotoelektrični fotometri

Najrasprostranjeniji je diferencijalni fotoelektrični fotometar.

Svetlost iz izvora S1 nailazi na fotoelement 1, svetlost iz izvora S2 nailazi na fotoelement 2.

U kolu su dve baterije E1 i E2 i galvanometar G.

Kada svetlost naiđe na fotoelemente, u njima nastanu struje različitih smerova koju prikazuje galvanometar.

Ako je fluks jednog izvora veći, on se moze smanjiti klinom K.

Fluks jačeg izvora veći je onoliko puta, od fluksa slabijeg izvora, koliko puta se morao smanjiti pomoću klina K.