Upload
roy
View
95
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Teoretická fotometria a kolorimetria. Prednáška. Ing. František Krasňan, PhD. >. KONIEC. Literatúra : Horňák, P.: Svetelná technika Gutorov , M.: Zbierka príkladov zo svetelnej techniky Habel , J. a kol.: Světelná technika a osvětlování - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Ing. František Krasňan, PhD.
>> KONIECKONIEC
Literatúra:Literatúra: Horňák, P.: Svetelná technikaHorňák, P.: Svetelná technika
Gutorov, M.: Zbierka príkladov zo svetelnej technikyGutorov, M.: Zbierka príkladov zo svetelnej techniky
Habel, J. a kol.: Světelná technika a osvětlováníHabel, J. a kol.: Světelná technika a osvětlování
Gall, D.: Grundlagen der Lichttechnik - kompendium Gall, D.: Grundlagen der Lichttechnik - kompendium
Body :Body : cvičenia 40 bcvičenia 40 b
30 b - 3 zápočtové previerky,30 b - 3 zápočtové previerky,
5 b - aktivita5 b - aktivita
5 b - teoretická úloha5 b - teoretická úloha
Dochádzka:Dochádzka: 2 absencie (ospravedlnenku netreba)2 absencie (ospravedlnenku netreba)
• Fyzikálna podstata žiarenia
• Žiarivé veličiny
• Optické vlastnosti látok
• Spektrálne rozloženie žiarivého toku
• Priestorové uhly
• Snímače žiarenia
• Fotometrické veličiny>> KONIECKONIEC<<
Fyzikálna podstata žiareniaFyzikálna podstata žiarenia
• Korpuskulárno - vlnový dualizmusKorpuskulárno - vlnový dualizmus
• Vlnové vlastnosti svetlaVlnové vlastnosti svetla
• Kvantové vlastnosti svetlaKvantové vlastnosti svetla
>> KONIECKONIEC<<
Korpuskulárno - vlnový dualizmusKorpuskulárno - vlnový dualizmus
• Svetlo má súčasne tak korpuskulárne,Svetlo má súčasne tak korpuskulárne, ako aj vlnové vlastnostiako aj vlnové vlastnosti
>><< KONIECKONIEC
• odrazodraz
• lomlom
• ohybohyb
• interferenciainterferencia
Vlnové vlastnosti svetlaVlnové vlastnosti svetla
>><< KONIECKONIEC
Polarizované Polarizované žiareniežiarenie
EE -- intenzita elektrického poľa intenzita elektrického poľa
HH -- intenzita magnetického poľa intenzita magnetického poľa
>><< KONIECKONIEC
Svetelné vlnenieSvetelné vlnenie
kde kde E(x,t)E(x,t) okamžitá výchylkaokamžitá výchylka EEmm amplitúda výchylkyamplitúda výchylky
začiatočná fázazačiatočná fáza uhlová frekvenciauhlová frekvenciavv fázová rýchlosťfázová rýchlosť
>><<
x
tEtxE m sin),(
KONIECKONIEC
Vlnová dĺžka Vlnová dĺžka [[ nmnm ]]
kde kde v v je fázová rýchlosťje fázová rýchlosť vlnenia vlnenia
je frekvenciaje frekvencia
>><<
v
KONIECKONIEC
Frekvencia Frekvencia [[ Hz Hz ]]
kkdede TT je je doba kmitu (perióda)doba kmitu (perióda)
>><<
T
1
KONIECKONIEC
FFázová rýchlosť ázová rýchlosť
kdekde je je permitivita prostrediapermitivita prostredia
je permeabilita prostrediaje permeabilita prostredia
>><<
1
v
KONIECKONIEC
Permitivita prostrediaPermitivita prostredia
= = 0 0 . . rr
kde kde 00 je je permitivita vákuapermitivita vákua
rr je relatívna permitivita prostredia je relatívna permitivita prostredia
00 = 8,854. 10 = 8,854. 10-12-12 [[ F. mF. m-1-1 ]]
>><< KONIECKONIECKONIECKONIEC
Permeabilita prostrediaPermeabilita prostredia
= = 0 0 . . rr
kde kde 00 je je permeabilita vákuapermeabilita vákua
rr je relatívna permeabilita prostredia je relatívna permeabilita prostredia
00 = 4 = 4. 10. 10-7-7 [[ H. mH. m-1-1 ]]
>><< KONIECKONIEC
RRýchlosť ýchlosť svetla vo vákuusvetla vo vákuu
kde kde
00 je je permitivita vákuapermitivita vákua
00 je permeabilita vákuaje permeabilita vákua
cc = 2,9979. 10= 2,9979. 108 8 [[ m. sm. s-1-1 ]]
>><<
00
1
c
KONIECKONIEC
Planckova konštantaPlanckova konštanta
hh = 6,6256. 10= 6,6256. 10-34-34 [[ J. sJ. s ]]
11eVeV == 1,602. 101,602. 10-19-19 J J
>><< KONIECKONIEC
Energia fotónuEnergia fotónu [[ J J ] ]
= h.= h.
>><< KONIECKONIEC
Hmotnosť fotónu Hmotnosť fotónu mm [[ kg kg ]]
>><<
22 c
h
cm
KONIECKONIEC
Hybnosť fotónu Hybnosť fotónu p p [[ kg. m. skg. m. s-1-1 ]]
>><<
c
hmcp
KONIECKONIEC
Vypočítajte energiu, hmotnosť a hybnosť fotónu, ak žiarenie má vlnovú dĺžku :
a) 1 = 380 nm b) 2 = 555 nm
c) 3 = 780 nm
Príklad 1:Príklad 1:
Rozdelenie optického žiarenia podľa Rozdelenie optického žiarenia podľa vlnových dĺžokvlnových dĺžok
>> KONIECKONIEC<<
Do akej oblasti optického žiarenia patrí žiarenie s vlnovou dĺžkou:
a) 1 = 300 nm b) 2 = 500 nm
c) 3 = 700 nm
d) 4 = 800 nm
Príklad 2:Príklad 2:
Určite, koľkokrát je energia fotónu UV žiarenia vlnovej dĺžky 1 = 100 nm väčšia ako vlnová dĺžka viditeľného žiarenia 2
= 500 nm !
Príklad 3:Príklad 3:
Zistite vlnovú dĺžku a frekvenciu fotónu s energiou 10 eV.
Príklad 4:Príklad 4:
Žiarivé veličinyŽiarivé veličiny
Množstvo žiarenia Množstvo žiarenia QQee [[ J J ]]
kdekde ee je je žiarivý tokžiarivý tok
>><<
t
ee dtQ0
KONIECKONIEC
Žiarivý tok Žiarivý tok ee [[ W W ]]
kdekde QQee je je množstvo žiareniamnožstvo žiarenia
>><<
dt
dQee
KONIECKONIEC
Žiarivosť Žiarivosť IIee [[ W. srW. sr-1-1 ]]
kde kde ee je je žiarivý tokžiarivý tok
je priestorový uholje priestorový uhol
d
dI e
e
>><< KONIECKONIEC
Žiara Žiara LLee [[ W. srW. sr-1-1. m. m-2 -2 ]]
kde kde je elementárny priestorový uholje elementárny priestorový uhol
A A je elementárna plochaje elementárna plocha
ee je je žiarivý tokžiarivý tok
cos
2
dAd
dL e
e
>><< KONIECKONIEC
Lambertovský žiaričLambertovský žiarič
>><< KONIECKONIEC
Intenzita vyžarovania Intenzita vyžarovania MMee [[ W. mW. m-2 -2 ]]
kde kde ee je je žiarivý tokžiarivý tok
A A je elementárna plochaje elementárna plocha
dA
dM e
e
>><< KONIECKONIEC
Intenzita ožiarenia Intenzita ožiarenia EEee [[ W. mW. m-2 -2 ]]
kde kde ee je je žiarivý tokžiarivý tok
A A je elementárna plochaje elementárna plocha
dAe
d
eE
>><< KONIECKONIEC
Dávka ožiarenia Dávka ožiarenia HHee [[ J. mJ. m-2 -2 ]]
t
ee
e dtEdA
dQH
0
kde kde ee je je žiarivý tokžiarivý tok
A A je elementárna plochaje elementárna plocha
EEee je intenzita ožiareniaje intenzita ožiarenia>><< KONIECKONIEC
Žiarivý tok e = 1 W je vyžarovaný zdrojom monochromatického žiarenia vlnovej dĺžky= 760 nm.
Vypočítajte :
a) energiu žiarenia, ktorá je vyžiarená za 2 s,
b) koľko fotónov je vyžiarených týmto zdrojom za 2 s !
Príklad 5:Príklad 5:
Množstvo fotónov vyžarovaných zdrojom monochromatického žiarenia vlnovej dĺžky= 400 nm za sekundu je n = 1.1018.
Nájdite čas t, pri ktorom množstvo žiarenia
bude 1 J.
Príklad 6:Príklad 6:
Za priaznivých okolností môže ľudské oko zaregistrovať 10-18 J (elmag. energie).
Koľko to predstavuje fotónov:
a) s vlnovou dĺžkou = 400 nmb) s vlnovou dĺžkou = 500 nmc) s vlnovou dĺžkou = 600 nm
Príklad 7:Príklad 7:
Určite intenzitu vyžarovania Me = ? telesa s plochou A = 0,2 m2, ak jeho žiarivý tok je e = 5 W. Predpokladáme, že teleso vyžaruje rovnomerne.
Príklad 8:Príklad 8:
KoniecKoniec
Polarizované Polarizované žiareniežiarenie
• Je priečne vlnenie, pri ktorom periodicky Je priečne vlnenie, pri ktorom periodicky premenlivé veličiny, intenzita elektrického premenlivé veličiny, intenzita elektrického poľa poľa E E a intenzita magnetického poľa a intenzita magnetického poľa H H sú kolmé na smer postupu vlnenia. Okrem sú kolmé na smer postupu vlnenia. Okrem toho vektory toho vektory EE a a H H sú navzájom kolmé. sú navzájom kolmé.
RRýchlosť ýchlosť svetla vo vákuusvetla vo vákuu
• Zo vzťahu možno vidieť, že rýchlosť svetla Zo vzťahu možno vidieť, že rýchlosť svetla vo vákuu je konštantná.vo vákuu je konštantná.
cc = 2,9979. 10= 2,9979. 108 8 [[ m. sm. s-1-1 ]]
• Pokojová hmotnosť fotónu je Pokojová hmotnosť fotónu je nulovánulová,, lebo inak by sa nemohol pohybovaťlebo inak by sa nemohol pohybovať rýchlosťou svetla.rýchlosťou svetla.
Žiarivý tokŽiarivý tok
• vyjadruje výkon prenášaný žiarenímvyjadruje výkon prenášaný žiarením
• je definovaný ako podiel množstvaje definovaný ako podiel množstva žiarenia žiarenia QQe e za čas za čas tt
ŽiarivosťŽiarivosť
• Je to vlastne Je to vlastne podiel žiarivého toku podiel žiarivého toku
vyžiareného zdrojom do elementárneho vyžiareného zdrojom do elementárneho
priestorového uhla a veľkosti tohto priestorového uhla a veľkosti tohto
priestorového uhlapriestorového uhla..
ŽiaraŽiara
• JJe určená podielom žiarivého toku e určená podielom žiarivého toku ee, ,
ktorý vychádza, dopadá alebo prechádza ktorý vychádza, dopadá alebo prechádza
elementárnou plochou v danom bode, šíri elementárnou plochou v danom bode, šíri
sa elementárnym priestorovým uhlom sa elementárnym priestorovým uhlom
v danom smere a súčinu priestorového v danom smere a súčinu priestorového
uhla a priemetu plochy na rovinu kolmú na uhla a priemetu plochy na rovinu kolmú na
daný smer.daný smer.
Lambertovský žiaričLambertovský žiarič
• Ak žiara nezávisí od orientácie t.j. odkiaľ Ak žiara nezávisí od orientácie t.j. odkiaľ
sa rovnomerne vyžarujúci zdroj pozoruje, sa rovnomerne vyžarujúci zdroj pozoruje,
hovoríme, že element žiari podľa hovoríme, že element žiari podľa
Lambertovho zákonaLambertovho zákona – vo všetkých – vo všetkých
smeroch je žiara rovnaká. smeroch je žiara rovnaká.
Intenzita vyžarovaniaIntenzita vyžarovania
• Je to Je to podiel žiarivého toku a veľkosti podiel žiarivého toku a veľkosti
plochy, ktorá tento tok vyžarujeplochy, ktorá tento tok vyžaruje..
• Pre Lambertovské žiariče platí Pre Lambertovské žiariče platí MMe e = = L Lee
Intenzita ožiareniaIntenzita ožiarenia
• Je to Je to podiel žiarivého toku a veľkosti podiel žiarivého toku a veľkosti
plochy, na ktorú tento tok dopadáplochy, na ktorú tento tok dopadá..
MMe e = L= Lee
kde kde je činiteľ odrazuje činiteľ odrazu
Dávka ožiareniaDávka ožiarenia
• Je to Je to podiel množstva žiarenia a veľkosti podiel množstva žiarenia a veľkosti
ožiarenej plochy, prípadne súčin intenzity ožiarenej plochy, prípadne súčin intenzity
ožiarenia a časuožiarenia a času..
• Žiarivý tok, ktorý dopadá na predmet Žiarivý tok, ktorý dopadá na predmet
z priepustného materiálu, sa čiastočne od z priepustného materiálu, sa čiastočne od
jeho povrchu odrazí, čiastočne sa v ňom jeho povrchu odrazí, čiastočne sa v ňom
pohltí a čiastočne prejde týmto predmetom.pohltí a čiastočne prejde týmto predmetom.
Bilancia žiarivých tokovBilancia žiarivých tokov
Odrazové hmoty
Priepustné hmoty
Monochromatické žiarenieMonochromatické žiarenie
• Je žiarenie s jednou vlnovou dĺžkou. Je žiarenie s jednou vlnovou dĺžkou.
Zložené žiarenieZložené žiarenie
• Je žiarenie zložené z viacerých Je žiarenie zložené z viacerých
monochromatických žiarení. monochromatických žiarení.
Priestorový uhol 1 steradiánPriestorový uhol 1 steradián
Jeden steradiánJeden steradián 1 sr je priestorový uhol, 1 sr je priestorový uhol,
ktorý s vrcholom v strede gule ktorý s vrcholom v strede gule
s polomerom s polomerom rr = 1 m vytína na povrchu = 1 m vytína na povrchu
gule plochu s obsahom gule plochu s obsahom AA = 1 m = 1 m22..
dennédenné = = fotopickéfotopické
nočnénočné = = skotopickéskotopické
• Oblasť medzi fotopickým a skotopickým Oblasť medzi fotopickým a skotopickým videním nie je presne definovaná a nazýva videním nie je presne definovaná a nazýva sa sa mezopické videniemezopické videnie..
Svetelný tokSvetelný tok
• Vyjadruje schopnosť žiarivého toku Vyjadruje schopnosť žiarivého toku
spôsobiť zrakový vnem.spôsobiť zrakový vnem.
Svetelná účinnosť žiareniaSvetelná účinnosť žiarenia
• Vyjadruje koľko lúmenov získam z 1 W Vyjadruje koľko lúmenov získam z 1 W
svetelného zdroja.svetelného zdroja.
Merný výkonMerný výkon
• Je to podiel vyžarovaného svetelného Je to podiel vyžarovaného svetelného
toku a príkonu svetelného zdroja.toku a príkonu svetelného zdroja.
Svetelné množstvoSvetelné množstvo
• JJe dané súčinom svetelného toku e dané súčinom svetelného toku a a
času času tt..
• Má analogickú veličinu v množstve Má analogickú veličinu v množstve
žiarenia žiarenia QQee..
Svietivosť Svietivosť
• Je Je podiel svetelného toku vyžiareného podiel svetelného toku vyžiareného
zdrojom do elementárneho priestorového uhla zdrojom do elementárneho priestorového uhla
a veľkosti tohto uhla. a veľkosti tohto uhla.
• Má analógiu v žiarivosti IMá analógiu v žiarivosti Iee..
Jas Jas
• Je pJe podiel svetelného toku odiel svetelného toku a súčinu a súčinu
priestorového uhla priestorového uhla s priemetom plochy s priemetom plochy AA na na
rovinu kolmú na smer šírenia sa svetelného rovinu kolmú na smer šírenia sa svetelného
toku. toku.
• Má analogickú veličinu v žiare LMá analogickú veličinu v žiare Lee..
Je zaujímavé, že ľudské oko vníma práve Je zaujímavé, že ľudské oko vníma práve
jasy a iba na základe rozlišovania jasov jasy a iba na základe rozlišovania jasov
dvoch predmetov, resp. predmetu a pozadia dvoch predmetov, resp. predmetu a pozadia
je možné videnie. je možné videnie.
Svetlenie Svetlenie
• JJe podiel svetelného toku e podiel svetelného toku a veľkosti a veľkosti
plochy plochy AA ktorá tento tok vyžaruje. ktorá tento tok vyžaruje.
• Má analógiu v Má analógiu v intenzite vyžarovaniaintenzite vyžarovania MMee..
Intenzita osvetleniaIntenzita osvetlenia (osvetlenosť)(osvetlenosť)
• JJe podiel svetelného toku e podiel svetelného toku a veľkosti a veľkosti
plochy plochy AA na ktorú tento tok dopadána ktorú tento tok dopadá. .
• Má analógiu v Má analógiu v intenzite ožiareniaintenzite ožiarenia EEee..
OsvitOsvit
• Je to Je to podiel svetelného množstva podiel svetelného množstva QQ a a
veľkosti osvetľovanej plochy veľkosti osvetľovanej plochy AA prípadne súčin prípadne súčin
intenzity osvetlenia intenzity osvetlenia EE a času a času tt..
• Jeho ekvivalent je dávka ožiarenia HJeho ekvivalent je dávka ožiarenia Hee..