Jakost, tlak in impulz elektromagnetnega valovanja. Jakost svetlobe in metode za njeno merjenje

Razmislimo o elementarnem območju s površino , ki se nahaja v prostoru, napolnjenem s sevanjem iz različnih virov. Orientacijo mesta v prostoru bomo označili z normalnim vektorjem na njegovo površino.

Pomembna lastnost intenzitete: ta vrednost označuje sevalne lastnosti vira in ni odvisna od razdalje, na kateri je od njega postavljeno osnovno območje. Premaknimo ploščad za nekaj razdalje. Dejansko z naraščajočo razdaljo r do vira, moč sevanja, ki prehaja skozi mesto, pade kot r 2, vendar se po istem zakonu zmanjšuje tudi prostorski kot, pod katerim je vir viden. Osnovno ploščad lahko kombiniramo z opazovalcem ali pa si jo predstavljamo kot na površini vira. Intenzivnost bo enaka.

Opredelitev. Intenzivnost sevanja je moč svetlobne energije (toka sevanja na enoto časa), ki prehaja skozi območje enote prečnega prereza, ki se nahaja pravokotno na izbrano smer v enotnem trdnem kotu.

Candela– (CANDLE INTERNATIONAL do 1970) enota za merjenje jakosti (svetilnost), enako moč svetloba iz točkovnega vira, ki seva svetlobni tok enega lumna znotraj enote prostorskega kota (steradiana), to je 1cd = 1lm/sr

Intenzivnost sevalne energije ima dimenzije - vat/sr, erg/s*sr

Upoštevati je treba tudi orientacijo mesta v prostoru. Na splošno, če je kot med normalo in izbrano smerjo enak q, to

kjer je = element prostorskega kota.

Prostorski kot, pod katerim je vir viden, je izražen z enakostjo:

kjer je S površina, ki jo izrezuje stožec na krogli polmera r. Ko je prostorski kot enak 1.

Ta količina se imenuje steradian. Ves prostor ima prostorski kot, ki je enak 4p.

torej jakost vira je tok sevanja znotraj prostorskega kota, ki je enak steradianu.

Opredelitev. Vir se imenuje izotropno sevajoč, če njegova jakost ni odvisna od smeri v prostoru.

Iz (2.1) lahko dobimo moč sevanja, ki prehaja skozi posamezno območje. Da bi to naredili, integriramo intenzivnost preko prostorskega kota.

Za izotropno sevalno polje dobimo skupni tok skozi območje z uporabo formule = 0. Za izotropno sevajoče neskončno območje da integracija po polobli tok

Osvetlitev.

Oglejmo si pretok iz izvira na mestu opazovanja. V odsotnosti absorpcije se tok zmanjšuje z razdaljo zaradi zmanjšanja prostorskega kota, pod katerim je vir viden. Zato lahko tok obravnavamo kot osvetlitev na mestu opazovanja, ki jo ustvari vir.

Opredelitev. Osvetljenost E je svetlobni tok na enoto površine.

Ob upoštevanju (2.2) dobimo:

Če se območje, ki omejuje stožec, nahaja pod kotom q na normalo, potem v splošni pogled Izraz za osvetlitev mesta lahko zapišete v obliki:

Luks se vzame kot enota osvetlitve - ko tok, enak 1 lumnu, prehaja skozi površino 1 m 2. 1lx = 1lm/m2

Osvetljenost v energijskih enotah - W/cm 2, erg/s*cm 2

Iz točkovnega vira lahko teleskop beleži le tok sevanja, ne pa intenzivnosti. Oglejmo si sevanje zvezde polmera R, ki ga lahko predstavimo kot sferično simetričen izotropni vir, ki se nahaja na razdalji r. Neposredno izmerjen tok od zvezde bo:

kjer je intenziteta na točki sprejemnika (teleskop) in = prostorski kot, pod katerim je zvezda vidna. Tok na enoto površine od zvezde za izotropno intenziteto je preprosto = . V odsotnosti absorpcije =. Zato za izmerjeno količino najdemo:

= (2.7)

Ker je , je prehod iz neposredno izmerjene količine v intenziteto možen le, če je znan kotni premer R/r vira, torej če ga ne zaznavamo kot točko.

Svetloba igra pomembno vlogo ne samo v notranjosti, ampak tudi v našem življenju na splošno. Navsezadnje je učinkovitost dela, pa tudi naše psihološko stanje, odvisno od pravilne osvetlitve prostora. Svetloba daje človeku možnost ne samo videti, ampak tudi oceniti barve in oblike okoliških predmetov.

Seveda je naravna svetloba najbolj prijetna za človeške oči. Pri tej osvetlitvi je vse vidno zelo dobro in brez barvnih popačenj. Toda naravna svetloba ni vedno prisotna v temi, na primer, morate se zadovoljiti z umetnimi viri svetlobe.

Da bi preprečili napenjanje oči in poslabšanje vida, je treba ustvariti optimalne pogoje svetlobe in sence, ki ustvarjajo najbolj udobno osvetlitev.

Najbolj prijetna osvetlitev za oči je naravna

Osvetlitev, tako kot številne druge dejavnike, ocenjujemo glede na kvantitativne in kvalitativne parametre. Kvantitativne značilnosti so določene z intenzivnostjo svetlobe, kvalitativne pa z njeno spektralno sestavo in porazdelitvijo v prostoru.

Kako in v kakšnih pogojih se meri jakost svetlobe?

Svetloba ima veliko značilnosti in vsaka ima svojo mersko enoto:

• Svetlobna jakost označuje količino svetlobne energije, ki se v določenem času prenese v katero koli smer. Merimo jo v kandelah (cd), 1 cd je približno enak jakosti svetlobe, ki jo oddaja ena goreča sveča;
• Svetlost se meri tudi v kandelah, poleg tega obstajajo merske enote stilbe, apostilbe in lambert;
• Osvetlitev je razmerje med svetlobnim tokom, ki pade na določeno območje, in njegovo površino. Meri se v luksih.

Prav osvetlitev je pomemben pokazatelj pravilnega delovanja vida. Za določitev te vrednosti se uporablja posebna merilna naprava. Imenuje se luxmeter.

Luksometer je naprava za merjenje osvetljenosti.

Ta naprava je sestavljena iz sprejemnika svetlobe in merilnega dela, lahko je tipa kazalca ali elektronskega. Sprejemnik svetlobe je fotocelica, ki pretvarja svetlobni val v električni signal in ga pošlje v merilni del. Ta naprava je fotometer in ima določeno spektralno občutljivost. Uporablja se lahko za merjenje ne samo vidna svetloba, ampak tudi infrardeče sevanje itd.

Ta naprava se uporablja tako v industrijskih prostorih kot v izobraževalne ustanove, pa tudi doma. Vsaka vrsta dejavnosti in poklica ima svoje standarde glede jakosti svetlobe.

Udobna intenzivnost osvetlitve

Vizualno udobje je odvisno od številnih dejavnikov. Za človeško oko je seveda najbolj prijetna stvar sončna svetloba. Toda sodobni življenjski ritem narekuje svoja pravila in zelo pogosto morate delati ali biti samo v umetni svetlobi.

Proizvajalci svetlobnih naprav in svetilk poskušajo ustvariti svetlobne vire, ki bi ustrezali značilnostim vizualne percepcije ljudi in ustvarili najbolj udobno svetlobo.

Svetloba žarnice z žarilno nitko najbolj natančno prenaša naravne odtenke

Običajne žarnice z žarilno nitko kot vir svetlobe uporabljajo vročo vodo, zato je ta svetloba najbolj podobna naravni svetlobi.

Svetila so razdeljena v naslednje kategorije glede na vrsto svetlobe, ki jo proizvajajo:

• topla svetloba, ki ima rdečkaste odtenke, je zelo primeren za notranjo opremo;
• nevtralna svetloba, bela, uporablja se za osvetlitev delovnih mest;
• hladna svetloba, modrikasta, namenjena za prostore, kjer se izvaja visoko natančna dela ali za kraje z vročo klimo.

Ni pomembna samo vrsta svetilk, ampak tudi sama zasnova svetilke ali lestence: koliko žarnic je privitih v smeri usmerjene svetlobe, ali so senčniki zaprti ali odprti – vse te značilnosti je treba upoštevati. pri izbiri svetlobne naprave.

Standardi osvetlitve so določeni v več dokumentih, najpomembnejši pa so: SNiP ( gradbeni predpisi in pravila) in SanPiN ( sanitarna pravila in norme). Obstajajo tudi MGSN (moskovski mestni gradbeni predpisi) in svoj nabor pravil za vsako regijo.

Na podlagi vseh teh dokumentov se odloči, kakšna naj bo jakost osvetlitve.

Seveda pri razmišljanju, kateri lestenec obesiti v dnevni sobi, spalnici ali kuhinji, nihče ne meri jakosti osvetlitve z luksometrom. Vendar vedite v splošni oris Kakšna svetloba bo bolj udobna za oči, je zelo koristna.

Tabela 1 prikazuje standarde osvetlitve stanovanjskih prostorov:

Tabela 1

Tabela 2 prikazuje standarde osvetlitve za pisarne

Doma, brez posebne opreme, je težko izmeriti notranjo osvetlitev, zato, da bi razumeli, katero svetilko izbrati, bodite pozorni na barvo (hladno, nevtralno ali toplo) in število vatov. V prostorih za rekreacijo je bolje uporabiti ne preveč svetle, v delovnih prostorih pa z intenzivnejšo svetlobo.

Ker je naravna svetloba najbolj prijetna za oči, je prednostna domače okolje Vredno je dati svetilkam, ki dajejo toplo svetlobo. Ko pridemo domov, naše oči zagotovo potrebujejo počitek po napornem dnevu v službi. Pravilno izbrane svetilke za lestence in svetilke glede na svetlost bodo pomagale ustvariti osvetlitev, ki je primerna po intenzivnosti.

Vzpostavimo razmerje med premikom x delcev medija, ki sodelujejo v valovnem procesu, in razdaljo y teh delcev od vira nihanj O za kateri koli trenutek časa. Za večjo jasnost razmislimo prečni val, čeprav vsi nadaljnji argumenti

bo res za longitudinalni val. Naj bodo nihanja vira harmonična (glej § 27):

kjer je A amplituda, krožna frekvenca nihanj. Potem bodo tudi vsi delci medija prišli v harmonično nihanje z enako frekvenco in amplitudo, vendar z različnimi fazami. V mediju se pojavi sinusni val, prikazan na sl. 58.

Valovni graf (slika 58) je na videz podoben grafu harmoničnega nihanja (slika 46), v bistvu pa se razlikujeta. Nihajni graf predstavlja premik danega delca v odvisnosti od časa. Valovni graf predstavlja odvisnost premika vseh delcev medija od razdalje do vira nihanj v v tem trenutkučas. Je kot posnetek vala.

Oglejmo si določen delec C, ki se nahaja na razdalji y od vira nihanj (delec O). Očitno je, da če delec O že niha, potem delec C še vedno niha le, kjer je čas širjenja nihanja od do C, to je čas, v katerem je val prepotoval pot y. Potem je treba enačbo nihanja delca C zapisati takole:

Toda kje je hitrost širjenja valov? Potem

Razmerje (23), ki nam omogoča, da določimo premik katere koli točke na valu kadarkoli, se imenuje valovna enačba. Z uvedbo valovne dolžine X kot razdalje med dvema najbližjima točkama valovanja, ki sta v isti fazi, na primer med dvema sosednjima valovnima grebenoma, lahko valovni enačbi damo drugačno obliko. Očitno je valovna dolžina enaka razdalji, prek katere se nihanje širi v obdobju s hitrostjo

kjer je frekvenca valovanja. Nato s substitucijo v enačbo in ob upoštevanju, da dobimo druge oblike valovne enačbe:

Ker prehod valov spremljajo nihanja delcev medija, se energija nihanja giblje v prostoru skupaj z valovanjem. Energija, ki jo val na enoto časa prenese skozi enoto površine, pravokotno na žarek, se imenuje intenziteta valovanja (ali gostota toka energije). Dobimo izraz za intenziteto valovanja

Svetlobni valovi.

Zakoni geometrijske (žarkovne) optike

Svetlobni valovi. Intenzivnost svetlobe. Svetlobni tok. Zakoni geometrijske optike. Popolni notranji odboj

Optika je veja fizike, ki preučuje naravo svetlobnega sevanja, njegovo širjenje in interakcijo s snovjo. Veja optike, ki preučuje valovno naravo svetlobe, se imenuje valovna optika. Valovna narava svetlobe je osnova pojavov, kot so interferenca, uklon in polarizacija. Veja optike, ki ne upošteva valovnih lastnosti svetlobe in temelji na pojmu žarka, se imenuje geometrijska optika.

§ 1. SVETLOBNI VALOVI

Glede na sodobne ideje, je svetloba kompleksen pojav: v nekaterih primerih se obnaša kot elektromagnetno valovanje, v drugih kot tok posebnih delcev (fotonov). To lastnost imenujemo delčno-valovni dualizem (korpuskula - delec, dualizem - dvojnost). V tem delu predavanja bomo obravnavali valovne pojave svetlobe.

Svetlobni val je elektromagnetno valovanje z valovno dolžino v vakuumu v območju:

	= (0,4¸ 0,76)× 10− 6 m= 0,4¸ 0,76 µm= 400¸ 760 nm=
4.000¸
A –		angstrom je enota za merjenje dolžine. 1A = 10−10 m.
Valove tega razpona zaznava človeško oko.
Sevanje z valovno dolžino, manjšo od 400 nm, imenujemo ultravijolično in
z več kot 760 nm, –					infrardeči.
Frekvenca n svetlobnega vala za vidno svetlobo:
			= (0,39¸ 0,75) × 1015 Hz,
c = 3× 108 m/s je hitrost svetlobe v vakuumu.
Hitrost					tekme		hitrost	distribucija
elektromagnetno valovanje.

Lomni količnik

Hitrost širjenja svetlobe v mediju, kot pri vsakem elektromagnetnem valovanju, je enaka (glej (7.3)):

Za karakterizacijo optičnih lastnosti medija je uveden lomni količnik. Imenuje se razmerje med hitrostjo svetlobe v vakuumu in hitrostjo svetlobe v določenem mediju absolutni lomni količnik:

ob upoštevanju (7.3)

saj je za večino prozornih snovi μ=1.

Formula (8.2) povezuje optične lastnosti snovi z njenimi električne lastnosti. Za kateri koli medij razen vakuuma je n> 1. Za vakuum je n = 1, za pline pri normalnih pogojih pa n≈ 1.

Lomni količnik označuje optična gostota medija. Medij z višjim lomnim količnikom imenujemo optično gostejši. Označimo absolutna lomna količnika za dva medija:

						n 2 =
Potem je relativni lomni količnik:
n 21=
kjer je v 1 in v 2 –						hitrost svetlobe v prvem in drugem mediju.
				dielektrik					prepustnost medija ε je odvisna od frekvence

elektromagnetno valovanje, potem n = n(ν) ali n = n(λ) - lomni količnik bo odvisen od valovne dolžine svetlobe (glej predavanja št. 16, 17).

Odvisnost lomnega količnika od valovne dolžine (ali frekvence) imenujemo disperzija.

V svetlobnem valu, tako kot pri vsakem elektromagnetnem valovanju, vektorja E in H nihata. Ta vektorja sta pravokotna drug na drugega in na smer

vektor v. Izkušnje kažejo, da fiziološke, fotokemične, fotoelektrične in druge vrste učinkov povzročajo nihanja električnega vektorja. Zato je vektor svetlobe vektor jakosti električno polje svetlobno (elektromagnetno) valovanje.

Za monokromatski svetlobni val je sprememba v času in prostoru projekcije svetlobnega vektorja na smer, po kateri

Tukaj je k valovno število; r – razdalja, merjena vzdolž smeri širjenja valov; E m je amplituda svetlobnega vala. Za ravno valovanje E m = const, za sferično valovanje pade kot 1/r.

§ 2. INTENZIVNOST SVETLOBE. SVETLOBNI TOK

Frekvenca svetlobnih valov je zelo visoka, zato svetlobni sprejemnik ali oko zabeleži časovno povprečen tok. Jakost svetlobe je modul časovno povprečne gostote energije na določeni točki v prostoru. Za svetlobni val, kot za vsako elektromagnetno valovanje, je intenziteta (glej (7.8)) enaka:

Za svetlobni val μ≈ 1 torej iz (7.5) sledi:

μ0 H =ε0 ε E,

od koder ob upoštevanju (8.2):

								E ~ nE.

Zamenjajmo formuli (8.4) in (8.5) v (7.8). Po povprečenju dobimo:

Zato je jakost svetlobe sorazmerna kvadratu amplitude svetlobnega valovanja in lomnega količnika. Upoštevajte, da za

vakuum in zrak n = 1, torej I ~ E 2 m (primerjaj z (7.9)).

Za karakterizacijo jakosti svetlobe, ob upoštevanju njene sposobnosti, da povzroči vizualni občutek, je uvedena vrednost F, imenovana svetlobni tok. Učinek svetlobe na oko je močno odvisen od valovne dolžine. večina

Oko je občutljivo na sevanje z valovno dolžino λ з = 555 nm (zeleno).

Za druge valove je občutljivost očesa nižja, zunaj intervala (400–760 nm) pa je občutljivost očesa enaka nič.

Svetlobni tok je tok svetlobne energije, ocenjen z vidnim občutkom. Enota za svetlobni tok je lumen (lm). V skladu s tem se intenzivnost meri bodisi v energijskih enotah (W/m2) bodisi v svetlobnih enotah (lm/m2).

Intenzivnost svetlobe označuje številčno vrednost povprečne energije, ki jo svetlobni val prenese na enoto časa skozi enoto površine mesta, ki je postavljeno pravokotno na smer širjenja valov. Črte, po katerih potuje svetlobna energija, imenujemo žarki. Veja optike, ki proučuje zakone širjenja svetlobe

sevanje, ki temelji na predstavah o svetlobnih žarkih, imenujemo geometrijska ali žarkovna optika.

§ 3. OSNOVNI ZAKONI GEOMETRIJSKE OPTIKE

Geometrijska optika je približen premislek o širjenju svetlobe ob predpostavki, da se svetloba širi po določenih črtah – žarkih (žarkovna optika). V tem približku se zanemarja končnost valovnih dolžin svetlobe ob predpostavki, da je λ→ 0.

Geometrijska optika omogoča v mnogih primerih precej dober izračun optičnega sistema. Toda v nekaterih primerih pravi izračun optični sistemi zahteva upoštevanje valovne narave svetlobe.

Prvi trije zakoni geometrijske optike so znani že od antičnih časov. 1. Zakon o premočrtnem širjenju svetlobe.

Zakon o premočrtnem širjenju svetlobe pravi, da v

V homogenem mediju se svetloba širi premočrtno.

Če je medij nehomogen, to pomeni, da se njegov lomni količnik spreminja od točke do točke ali n = n(r), potem svetloba ne bo potovala premočrtno. pri

V prisotnosti ostrih nehomogenosti, kot so luknje v neprozornih zaslonih, mejah teh zaslonov, opazimo odstopanje svetlobe od premočrtnega širjenja.

2. Zakon o neodvisnosti svetlobnih žarkov pravi, da žarki se med seboj ne motijo. Pri visokih intenzitetah se ta zakon ne upošteva in svetloba se razprši na svetlobi.

3 in 4. Zakoni odboja in loma pravijo, da Na meji med dvema medijema pride do odboja in loma svetlobnega žarka. Odbiti in lomljeni žarek ležita v isti ravnini kot vpadni žarek

žarek in pravokotno, obnovljeno na vmesnik na točki vpada

Vpadni kot enak kotu razmišljanja:

za katere indikator

$I(t)\; =\; \backslash frac(1)(T)\backslash int\backslash limits\_t^(t+T)\backslash left|\backslash vec\; S(t)\backslash desno|dt,$

kjer je Pointingov vektor $\backslash vec\; S(t)=\backslash frac(c)(4\backslash pi)\backslash levo[\backslash vec\; E(t)\backslash krat\backslash vec\; B(t)\backslash desno],$(v sistemu GHS), $E$ je jakost električnega polja in $B$- magnetna indukcija.

Za monokromatsko linearno polarizirano valovanje z amplitudo električne poljske jakosti $E\_0$ intenzivnost je enaka:

$I\; =\; \backslash frac(\backslash epsilon\_0cE\_0^2)(8\backslash pi).$

Za monokromatsko krožno polarizirano valovanje je ta vrednost dvakrat večja:

$I\; =\; \backslash frac(\backslash epsilon\_0cE\_0^2)(4\backslash pi).$

Intenzivnost zvoka

Zvok je valovanje mehanskih vibracij medija. Intenzivnost zvoka je mogoče izraziti z amplitudnimi vrednostmi zvočnega tlaka str in vibracijska hitrost medija v:

$I\; =\; \backslash frac(pv)(2).$

Napišite oceno o članku "Intenzivnost (fizika)"

Opombe

Odlomek, ki označuje intenzivnost (fizika)

»Če so vsi Rusi vsaj malo podobni tebi,« je rekel Pierru, »est un sacrilege que de faire la guerre a un peuple comme le votre [Bogokletno se je boriti z ljudmi, kot si ti.] Vi, ki ste trpeli toliko od Francozov, sploh nimaš zlobe do njih.
IN strastna ljubezen Pierre si je zdaj Italijana zaslužil samo zato, ker je v njem vzbudil najboljše strani svoje duše in jih občudoval.
V zadnjem obdobju Pierrovega bivanja v Orjolu ga je obiskal njegov stari znanec, prostozidar grof Villarsky, tisti, ki ga je leta 1807 predstavil loži. Villarsky je bil poročen z bogato Rusinjo, ki je imela velika posestva v provinci Orjol in je v mestu zasedla začasno službo v oddelku za hrano.
Ko je izvedel, da je Bezukhov v Orelu, je Villarsky, čeprav ga nikoli ni bil na kratko seznanjen, prišel k njemu s tistimi izjavami o prijateljstvu in bližini, ki jih ljudje običajno izražajo drug drugemu, ko se srečajo v puščavi. Villarsky se je dolgočasil v Orelu in je bil vesel, da je srečal osebo iz istega kroga kot on in z enakimi, kot je verjel, interesi.
Toda na svoje presenečenje je Villarsky kmalu opazil, da Pierre zelo zaostaja resnično življenje in padel, kot je sam sebi opredelil Pierra, v apatijo in sebičnost.
– Vous vous encroutez, mon cher, [Začenjaš, dragi moj.] - mu je rekel. Kljub temu je bil zdaj Villarsky bolj prijeten s Pierrom kot prej in ga je obiskoval vsak dan. Za Pierra, ko je zdaj gledal Villarskyja in ga poslušal, je bilo nenavadno in neverjetno misliti, da je bil sam pred kratkim enak.
Villarsky je bil poročen, družinski človek, zaposlen z zadevami na ženinem posestvu, službo in družino. Verjel je, da so vse te dejavnosti ovira v življenju in da so vse vredne zaničevanja, ker so usmerjene v osebno dobro njega in njegove družine. Vojaški, administrativni, politični in masonski vidiki so ves čas pritegnili njegovo pozornost. In Pierre je, ne da bi poskušal spremeniti svoj pogled, ne da bi ga obsodil, s svojim zdaj nenehno tihim, veselim posmehom občudoval ta čudni pojav, ki mu je bil tako znan.
V svojih odnosih z Villarskyjem, s princeso, z zdravnikom, z vsemi ljudmi, s katerimi se je zdaj srečeval, je imel Pierre novo lastnost, ki mu je prinesla naklonjenost vseh ljudi: to priznanje sposobnosti vsakega človeka, da misli, čuti. in na stvari gleda po svoje; priznanje nezmožnosti besed, da bi človeka odvrnile. Ta zakonita značilnost vsakega človeka, ki je Pierra prej skrbela in jezila, je zdaj tvorila osnovo njegovega sodelovanja in zanimanja za ljudi. Razlika, včasih popolno nasprotje pogledov ljudi na svoje življenje in drug na drugega, je ugajala Pierru in v njem vzbudila posmehljiv in nežen nasmeh.