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.