1- дәріс. Кіріспе жарықтың табиғаты жайындағы ілімнің дамуы. ХVІІ ғасырдың аяқ кезінде жарықтың табиғаты жайында екі түрлі ғылыми түсінік болды: жарықтың корпускулалық теориясы мен-жарықтың толқындық теориясы

жүктеу/скачать 5,21 Mb.

бет	7/39
Дата	07.02.2022
өлшемі	5,21 Mb.
	#83727

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 39

Байланысты:
лекция оптика

3- дәріс
Жарық шамалары. Жарық бірліктері. Жарық шамаларын өлшеу.

Жарық энергиясы. Жарық ағыны. Жарық күші. Жарықталыну. Жарқырау.
Жарықтылық. Жарық бірліктері. Жарық шамаларын өлшеу.

1.Жарық энергиясы. Жарық ағыны. Жарық толқындары тасымалдайтын энергия жарық энергиясы немесе сәулелік энергия (W) деп аталады. Егер жарық таралған кеңістікте кішкене ауданша бар болса, одан үздіксіз сәулелік энергия ағып ӛтіп жатады. Берілген ауданнан уақыт бірлігі ішінде ӛтетін сондай энергия мӛлшері сәулелік энергия ағыны (Ф_э) деп аталады; оны қуат ӛлшеу бірлігімен мысалы, Вт- пен ӛлшеуге болады.

Мұндағы ₁
Сәулелік энергия ағынының кӛзге әсер етіп, кӛру сезімін туғызатын бӛлігі жарық ағыны (Ф) деп аталады. Электромагниттік толқындардың бәрі бірдей кӛру сезімін оята бермейді, тек толқын ұзындықтары, шамамен, 0,4 мкм-ден 0,76 мкм-ге немесе 400 нм-ден 760 нм-ге дейін түсті сәулелер ғана кӛру сезімін тудырады. Оның ӛзінде де адамның кӛзінің түрліше түсті сәулелерді сезу дәрежесі бірдей емес. Кӛз толқынының ұзындығы 555 нм-ге тең жасыл сәулені ӛте сезгіш-ақ, оған жапсарлас қысқа және ұзын толқынды түсті сәулелерді кӛз одан гӛрі нашарлау сезеді. Ультракүлгін және инфрақызыл сәулелер, тіпті, кӛрерлік сезім туғызбайды, оларды кӛз кӛрмейді. Сӛйтіп кӛздің түрлі түсті сәулелерді сезгіштігі сәуленің толқын ұзындығына тәуелді. Сонымен қабат әр адамның кӛзін бір түсті сәулені сезгіштігі әр түрлі болады. Сондықтан практикада кӛздің «орташа» жарық сезгіштігі деген ұғым пайда болады. Орташа сезгіштік ӛзінің ақауы жоқ кӛптеген кісілердің кӛруін зерттеу арқылы тағайындалады. Адам кӛзінің толқынының ұзындықтары ӛр түрлі жарық сәулелерін ―орташа‖салыстырма сезгіштігін сипаттайтын шама кӛріну функциясы ( _ ) деп

аталады. Бұл функцияның сан мәні түсті түрлі сәулелер үшін әр түрлі болады. Адамның кӛзі ӛте жақсы сезетін толқын ұзындығы 555 нм-ге тең жасыл сәулеге тән кӛріну функциясы _ =1 деп саналады, сонда басқа түсті сәулелерге тән  _ мәндері бірден кем

( _ <1) болады. Кӛрінетін жарықтан тыс



жатқан

сәулелерге

тән

_ =0

болады.

Кӛріну

функциясының

жарық

толқыны

0,9

ұзындығына

байланысты

қалай

0,8

ӛзгеретіндігі 1-суретте график

түрінде

0,7

кӛрсетіліп

отыр.

Бұл

қисықты

0,6

халықаралық жарықтандыру комиссиясы

0,5

0,4

ұнатқанды.

0,3

Жарық

ағыны кӛріну

функциясы

0,2

мен

сәулелік

энергия

ағынының

0,1

кӛбейтіндісіне тең болады. Егер  -ға таяу

400 440 480 520 560 600 640 680 720

енділігі

d 

спектр

участогына

келетін

, нм

сәулелік

энергия

ағыны dФ_э

болса,

1-сурет. Көріну функциясы

спектрдің

сол

участогына

тән

жарық

ның қисығы

ағыны dФ былай ӛрнектеледі:

dФ=VdФ_э

(1)

Сонда кӛрінетін спектрге келетін толық жарық ағыны мынаған тең:

₂
Ф= _ dФ_э_ (2)
₁

мен  ₂ - спектрдің екі шетіне сәйкес жарық толқын ұзындықтары.

2.Жарық күші. Егер нүктелік жарық кӛзінен шыққан кӛрінетін жарық барлық жаққа бір қалыпты таралып, толық денелік бұрыш (4  стерадиан) қамтитын барлық жарық ағыны Ф болса, онда бір стерадианға тең келетін денелік бұрышқа келетін жарық ағыны,яғни жарық күші(I) мынаған тең болады:

I=	Ф	(3)
	4

Практикада кездесетін жарық кӛздерінен шығатын жарық ағыны барлық жаққа бір қалыпты таралмайды. Сондықтан мұндай жағдайларда (3) ӛрнек тек орташа жарық күшін кӛрсетеді де I орташа сфералық жарық күші деп аталады. Берілген бір бағыттағы шын жарық күшін табу үшін осы бағыт бойынша элементар денелік бұрыш (d) жарық ағыны ӛлшенеді. Сонда осы бағыттағы жарық күші I былай ӛрнектеледі:

I=	dФ	(4)
	d

Егер жарық ағыны барлық жаққа бір қалыпты таралатын болса, жарық кӛзінен шығатын толық жарық ағыны (3) формула бойынша мынаған тең болады:

Ф=4I

(5)

Берілген жарық кӛзінен таралатын жарық ағынын оптикалық система кӛмегімен бір бағытта шоғырландыруға болады, онда сол бағытта жарық күші артады, оның есесіне басқа бағытта жарық күші кемиді.

3.Жарықталыну. Ӛздері жарық шығармайтын денелер оларға жарық түссе ғана кӛрінеді, ӛйткені ондай денелерге түскен жарық азды-кӛпті ағылып жан-жағына шашырайды, дене дербес жарық кӛзі тәрізді болады. Дене неғұрлым күштірек жарықталса, соғырлым одан жарық кӛп шашырайды. Дененің жарық болу дәрежесін сипаттау үшін жарықталыну деген шама пайдаланылады. Сонда жарықталыну (Е) деп жарық түскен dS беттің аудан өлшеу бірлігіне келетін жарық ағыны айтылады,яғни,

						Е=	dФ	(6)
						Е=	dS	(6)
							dS
		Мұндағы dФ- дененің бетіне түскен
	жарық ағыны.
		Мысалы, жарық түскен беттің нүктедей
	жарық кӛзінен (2-сурет) қашықтығы r болып,
	сол бетке жүргізілетін нормаль мен түскен
	сәулелер аралығындағы бұрыш  болсын.
			Жарық кӛзі тұрған орыннан қарағанда
	dS бетікӛрінер					денелік		бұрыш d  болсын,
	сонда бұл бетке түсетін жарық ағыны dФ
	мынаған тең болады:
2-сурет. Беттің жарықталынуын	мынаған тең болады:
2-сурет. Беттің жарықталынуын							dФ=Id 
анықтау үшін							dФ=Id 
анықтау үшін		мұндағы I-жарық күші. Денелік бұрыш
		мұндағы I-жарық күші. Денелік бұрыш
	мынаған тең:
	мынаған тең:
	d  =	dS_n	=	dS	cos	
		_r ²_r2

Олай болса жарық ағыны мынаған тең болады:

dФ= ^IdS * cos i

r ²
Жарық ағының осы мәнін (5.6) теңдіктегі орынына қойсақ, мынау шығады:

E=	dÔ		I	cos	(7)
	dS		_r 2

Сӛйтіп, беттің жарықталынуы жарық күшіне, түсу бұрышы косинусына тура пропорционал, жарық кӛзі мен беттің ара қашықтығының квадратына кері пропорционал. Жарықталудың бұл заңы тек жарық кӛзінің ӛлшемдері жарық түскен бет арақашықтығымен салыстырғанда ӛте кішкене, яғни жарық кӛзі нүктедей болса ғана дұрыс орындалады.

Жарқырау.Практикада кездесетін жарық кӛздері аумақты болады, мысалы жарқырауық қатты дененің белгілі ӛлшемдері болады.Осындай жарық кӛзінің ds

бетінің (3-сурет) бір жағына, яғни 2  -ға тең денелік бұрыш ішінде таралған жарық ағынының сол ds бетке қатынасы, яғни жарық көзі бетінің әрбір аудан бірлігінен шығатын жарық ағыны, жарқырау (R) деп аталады, сӛйтіп,

R=	dФ	(8)
	dS

Мұндағы dФ-жарық ағыны.

Жарқырау мен жарықталыну ӛрнектері бір-біріне ұқсас. Бірақ жарқырау ӛрнегінде dФ қарастырылып отырған жарқырауық беттен шығатын жарық ағынын, ал жарықталыну ӛрнегінде болса dФ алынған бетке сырттан түсетін жарық ағынын кӛрсетеді.

3-сурет. Жарық көзінің жарқырауын анықтау
Дербес жарық кӛзі емес денелердің (мысалы, жарық шашыратқыш беттердің)

жарқырауы оның жарықталуына тура пропорционал, яғни

R=E (9)
Мұндағы  - шашырау коэффициенті

делінетін шама, нақты денелерге тән  мәні
бірден кем (  <1) болады.

Кейбір денелердің ақ жарықты шашырату коэффициенті бірге жуық (мысалы, магнезий күлі жағылған беттің  =0.9) ондай денелер ақ болып кӛрінеді; ал кейбір денелердің шашырату коэффициенті бірден кӛп кем (мысалы күйенің  =0.01), мұндай денелер қара болып кӛрінеді.

Кӛптеген денелердің шашырату коэффициенттері түскен жарық толқынының ұзындығына тәуелді. Сондықтан мӛлдір емес денелердің түсі олардан қандай түсті сәулелер кӛбірек шағылалы, соған байланысты болады.

Жарықтылық. Белгілі ӛлшемдері бар жарық кӛзінің жарық шығаруын сипаттау үшін жарықтылық делінетін шама да қолданылады. Жарық кӛзінің жарықтылығы (В) деп жарық кӛзінен берілген бағытта кішкене d  денелік бұрыш ішінде таралған жарық ағынының сол бұрышқа және жарық кӛзінің кӛрінер бетіне қатынасын айтады. Жарық, мысалы, алынған бетке жүргізілген нормальмен  -бұрышы жасалатын бағытта (4-сурет таралған болса, онда жарықтылық мынаған тең болады:

В  =	dФ		dФ	(10)
			d _ dS cos 
	d _ dS_n

Мұндағы dS_n –жарқырауық беттің сәулеге перпендикуляр жазықтыққа түсірілген проекциясы, dФ-жарық ағыны.

Жарықтылық пен жарық күші бірімен бірі

байланысты. Расында	(5.10)	ӛрнекке	енген	dФ	 I ,
				d

жүктеу/скачать 5,21 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 39