Transcript 1_TFK
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 Gall, D.: Grundlagen der Lichttechnik - kompendium Body : cvičenia 40 b 30 b - 3 zápočtové previerky, 5 b - aktivita 5 b - teoretická úloha Dochádzka: 2 absencie (ospravedlnenku netreba) • Fyzikálna podstata žiarenia • Žiarivé veličiny • Optické vlastnosti látok • Spektrálne rozloženie žiarivého toku • Priestorové uhly • Snímače žiarenia • Fotometrické veličiny < > KONIEC Fyzikálna podstata žiarenia • Korpuskulárno - vlnový dualizmus • Vlnové vlastnosti svetla • Kvantové vlastnosti svetla < > KONIEC Korpuskulárno - vlnový dualizmus • Svetlo má súčasne tak korpuskulárne, ako aj vlnové vlastnosti < > KONIEC Vlnové vlastnosti svetla • • • • odraz lom ohyb interferencia < > KONIEC Polarizované žiarenie E - intenzita elektrického poľa H - intenzita magnetického poľa < > KONIEC Svetelné vlnenie x E ( x , t ) E m sin t kde E(x,t) okamžitá výchylka Em amplitúda výchylky začiatočná fáza uhlová frekvencia v fázová rýchlosť < > KONIEC Vlnová dĺžka [ nm ] v kde v je fázová rýchlosť vlnenia je frekvencia < > KONIEC Frekvencia [ Hz ] 1 T kde T je doba kmitu (perióda) < > KONIEC Fázová rýchlosť v kde 1 je permitivita prostredia je permeabilita prostredia < > KONIEC Permitivita prostredia = 0 . r kde 0 je permitivita vákua r je relatívna permitivita prostredia 0 = 8,854. -12 10 [ F. -1 m < ] > KONIEC Permeabilita prostredia = 0 . r kde 0 je permeabilita vákua r je relatívna permeabilita prostredia 0 = 4. -7 10 [ H. -1 m ] < > KONIEC Rýchlosť svetla vo vákuu c kde 1 0 je permitivita vákua 00 c = 2,9979. 0 je permeabilita vákua 8 10 [ m. -1 s < ] > KONIEC Planckova konštanta h = 6,6256. 10-34 [ J. s ] 1eV = 1,602. -19 10 J < > KONIEC Energia fotónu [J] = h. < > KONIEC m [ kg ] Hmotnosť fotónu m c 2 h c 2 < > KONIEC Hybnosť fotónu p [ kg. m. p mc -1 s ] h c < > KONIEC Príklad 1: Vypočítajte energiu, hmotnosť a hybnosť fotónu, ak žiarenie má vlnovú dĺžku : a) 1 = 380 nm b) 2 = 555 nm c) 3 = 780 nm Rozdelenie optického žiarenia podľa vlnových dĺžok < > KONIEC Príklad 2: 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 3: Určite, koľkokrát je energia fotónu UV žiarenia vlnovej dĺžky 1 = 100 nm väčšia ako vlnová dĺžka viditeľného žiarenia 2 = 500 nm ! Príklad 4: Zistite vlnovú dĺžku a frekvenciu fotónu s energiou 10 eV. Žiarivé veličiny Qe [ J ] Množstvo žiarenia Qe kde t 0 e dt e je žiarivý tok < > KONIEC Žiarivý tok e [ W ] e kde dQ e dt Qe je množstvo žiarenia < > KONIEC Žiarivosť Ie kde Ie [ W. -1 sr ] d e d e je žiarivý tok je priestorový uhol < > KONIEC Le [ W. Žiara -1 sr . -2 m ] 2 Le kde d e d dA cos A e je elementárny priestorový uhol je elementárna plocha je žiarivý tok < > KONIEC Lambertovský žiarič < > KONIEC Intenzita vyžarovania M kde e Me [ W. m-2 ] d e dA e je žiarivý tok A je elementárna plocha < > KONIEC Intenzita ožiarenia E e kde Ee [ W. m-2 ] d e dA e je žiarivý tok A je elementárna plocha < > KONIEC Dávka ožiarenia He kde He [ J. m-2 ] dQ e dA t 0 E e dt e je žiarivý tok A je elementárna plocha Ee je intenzita ožiarenia < > KONIEC Príklad 5: 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 6: 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 7: Za priaznivých okolností môže ľudské oko zaregistrovať 10-18 J (elmag. energie). Koľko to predstavuje fotónov: a) s vlnovou dĺžkou = 400 nm b) s vlnovou dĺžkou = 500 nm c) s vlnovou dĺžkou = 600 nm Príklad 8: Určite intenzitu vyžarovania Me = ? telesa s plochou A = 0,2 m2, ak jeho žiarivý tok je e = 5 W. Predpokladáme, že teleso vyžaruje rovnomerne. Koniec Polarizované žiarenie • Je priečne vlnenie, pri ktorom periodicky premenlivé veličiny, intenzita elektrického poľa E a intenzita magnetického poľa H sú kolmé na smer postupu vlnenia. Okrem toho vektory E a H sú navzájom kolmé. Rýchlosť svetla vo vákuu • Zo vzťahu možno vidieť, že rýchlosť svetla vo vákuu je konštantná. c = 2,9979. 8 10 [ m. -1 s ] • Pokojová hmotnosť fotónu je nulová, lebo inak by sa nemohol pohybovať rýchlosťou svetla. Žiarivý tok • vyjadruje výkon prenášaný žiarením • je definovaný ako podiel množstva žiarenia Qe za čas t Žiarivosť • Je to vlastne podiel žiarivého toku vyžiareného zdrojom do elementárneho priestorového uhla a veľkosti tohto priestorového uhla. Žiara • Je určená podielom žiarivého toku e, ktorý vychádza, dopadá alebo prechádza elementárnou plochou v danom bode, šíri sa elementárnym priestorovým uhlom v danom smere a súčinu priestorového uhla a priemetu plochy na rovinu kolmú na daný smer. Lambertovský žiarič • Ak žiara nezávisí od orientácie t.j. odkiaľ sa rovnomerne vyžarujúci zdroj pozoruje, hovoríme, že element žiari podľa Lambertovho zákona – vo všetkých smeroch je žiara rovnaká. Intenzita vyžarovania • Je to podiel žiarivého toku a veľkosti plochy, ktorá tento tok vyžaruje. • Pre Lambertovské žiariče platí Me = Le Intenzita ožiarenia • Je to podiel žiarivého toku a veľkosti plochy, na ktorú tento tok dopadá. Me = Le kde je činiteľ odrazu Dávka ožiarenia • Je to podiel množstva žiarenia a veľkosti ožiarenej plochy, prípadne súčin intenzity ožiarenia a času. Bilancia žiarivých tokov • Žiarivý tok, ktorý dopadá na predmet z priepustného materiálu, sa čiastočne od jeho povrchu odrazí, čiastočne sa v ňom pohltí a čiastočne prejde týmto predmetom. Odrazové hmoty Priepustné hmoty Monochromatické žiarenie • Je žiarenie s jednou vlnovou dĺžkou. Zložené žiarenie • Je žiarenie zložené z monochromatických žiarení. viacerých Priestorový uhol 1 steradián Jeden steradián 1 sr je priestorový uhol, ktorý s vrcholom v strede gule s polomerom r = 1 m vytína na povrchu gule plochu s obsahom A = 1 m2. denné = fotopické nočné = skotopické • Oblasť medzi fotopickým a skotopickým videním nie je presne definovaná a nazýva sa mezopické videnie. Svetelný tok • Vyjadruje schopnosť žiarivého toku spôsobiť zrakový vnem. Svetelná účinnosť žiarenia • Vyjadruje koľko lúmenov získam z 1 W svetelného zdroja. Merný výkon • Je to podiel vyžarovaného svetelného toku a príkonu svetelného zdroja. Svetelné množstvo • Je dané súčinom svetelného toku a času t. • Má analogickú veličinu v množstve žiarenia Qe. Svietivosť • Je podiel svetelného toku vyžiareného zdrojom do elementárneho priestorového uhla a veľkosti tohto uhla. • Má analógiu v žiarivosti Ie. Jas • Je podiel svetelného toku a súčinu priestorového uhla s priemetom plochy A na rovinu kolmú na smer šírenia sa svetelného toku. • Má analogickú veličinu v žiare Le. Je zaujímavé, že ľudské oko vníma práve jasy a iba na základe rozlišovania jasov dvoch predmetov, resp. predmetu a pozadia je možné videnie. Svetlenie • Je podiel svetelného toku a veľkosti plochy A ktorá tento tok vyžaruje. • Má analógiu v intenzite vyžarovania Me. Intenzita osvetlenia (osvetlenosť) • Je podiel svetelného toku a veľkosti plochy A na ktorú tento tok dopadá. • Má analógiu v intenzite ožiarenia Ee. Osvit • Je to podiel svetelného množstva Q a veľkosti osvetľovanej plochy A prípadne súčin intenzity osvetlenia E a času t. • Jeho ekvivalent je dávka ožiarenia He.