Как мы уже знаем, волна характеризуется переносом энергии. Следовательно, электромагнитные волны тоже несут с собой энергию. Рассмотрим некоторую поверхность площадью S. Положим, что через нее электромагнитные волны переносят энергию.

На следующем рисунке представлена такая поверхность.

Плотность потока электромагнитного излучения

Линиями обозначены направления распространения электромагнитных волн. Линии, перпендикулярные поверхности, во всех точках которых колебания происходят в одинаковых фазах, называются лучами. А эти поверхности называются волновыми поверхностями.

Плотность потока электромагнитного излучения – это отношение электромагнитной энергии ∆W, проходящей через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, за время ∆t, к произведению S на ∆t.

I = ∆W/(S*∆t)

Единицей измерения плотности магнитного потока в систему СИ являются ватты на квадратный метр (Вт/м^2). Выразим плотность потока через скорость его распространения и плотность электромагнитной энергии.

Возьмем поверхность S, перпендикулярную лучам. Построим на ней цилиндр с основанием c*∆t.

Здесь c – скорость распространения электромагнитной волны. Объем цилиндра вычисляется по формуле:

∆V = S*c*∆t.

Энергия электромагнитного поля сосредоточенного внутри цилиндра будет вычисляться по следующей формуле:

Здесь ω - плотность электромагнитной энергии. Эта энергия за время ∆t пройдет через правое основание цилиндра. Получаем следующую формулу:

I = (ω*c*S*∆t)/(S*∆t) = ω*c.

Энергия по мере удаления от источника будет уменьшаться. Будет верна следующая закономерность, зависимости плотности тока от расстояния до источника. Плотность потока излучения направленного от точечного источника будет убывать обратно пропорционально квадрату расстояния до источника.

I = ∆W/(S*∆t) = (∆W/(4*pi∆t))*(1/R^2).

Электромагнитные волны излучаются при ускоренном движении заряженных частиц. При этом напряженность электрического поля и вектор магнитной индукции электромагнитной волны будут прямо пропорциональны ускорению частиц.

Если рассматривать гармонические колебания, то ускорение будет прямо пропорционально квадрату циклической частоты. Полная плотность энергии электромагнитного поля будет равняться сумме плотности энергии электрического поля и энергии магнитного поля.

Согласно формуле I = ω*c, плотность потока пропорциональна полной плотности энергии электромагнитного поля.

Учитывая всё вышесказанное, имеем.

Поток излучения. 2.Понятие о спектре электромагнитных излучений.

3.Принцип измерений распределения потока излучения по спектру. 4.Спектральная интенсивность потока излучения. 5. Энергетические величины.

Мощность (или поток) излучения принимают энергию, переносимую в единицу времени. Измеряется в ваттах (Вт). Часто свойства излучения выражают не только общей мощностью, но и ее распределением по спектру (рис. 1.2).

Для характеристик спектрального распределения потока излучения с непрерывным спектром пользуются величиной, называемой спектральной интенсивностью (или спектральной плотностью) излучения .

Выделим на кривой спектрального распределения потока излучения некоторый конечный интервал длин волн, на который приходится мощность излучения . Тогда

и

Зная распределение функции по спектру, можно определить поток излучения любого участка спектра в интервале :

Если

Тогда формула примет вид, выражающий суммарную мощность излучения с непрерывным спектром:

Сила света (I). В светотехнике эта величина принята за основную. Такой выбор не имеет принципиальной основы, а сделан из соображений удобства, так как сила света не зависит от расстояния. Под энергетической силой света в данном направлении понимают поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла.

В энергетических единицах где - телесный угол, выраженный в стерадианах (ср).Энергетическая сила света выражается в ваттах на стерадиан (Вт/ср).

Телесный угол. Телесным углом называется часть пространства, ограниченная конической поверхностью и замкнутым криволинейным контуром, не проходящим через вершину угла (рис. 1.4).

Освещенность (Е). Под энергетической освещенностью понимают поток излучения на единицу площади освещаемой поверхности Q:

Энергетическая освещенность выражается в .

Светимость (R). Под светимостью соответственно для энергетических и световых величин понимают полный поток излучения, испускаемый с единицы площади светящейся или отражающей поверхности.

,

Яркость (В). Под энергетической яркостью () источника излучения в данном направлении понимают энергетическую силу света источника в этом направлении, отнесенную, к единице площади проекции его поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:

Единицей измерения является .Связав значение с основной величиной - потоком излучения Ф и учитывая, что , получим

Яркость характеризует не только источники, непосредственно излучающие свет, но и вторичные источники - тела, отражающие свет от первичного источника.

Энергия излучения измеряется в джоулях или .

где Ф(t) функция изменения потока излучения во времени.

Энергетическая экспозиция - поверхностную плотность энергии излучения на освещаемой поверхности. Единицей измерения является .

В случае фиксированных значений и с учетом того, что :

Вопрос №2.

6. Понятие о приемнике излучения. 7. Реакции приемника. 8. Классификация приемников излучения. 10. Спектральная чувствительность приемника излучения. 11. Особенность глаза как приемника. 12. Световой поток(F).13. Связь светового потока с потоком излучения. 14. Кривая видности.

6.В результате поглощения света в средах и телах возникает целый ряд явлений:

Тело, поглотившее излучение, само начинает излучать. При этом вторичное излучение может иметь другой спектральный диапазон, по сравнению с поглощенным. Например, при освещении ультрафиолетовым светом тело испускает видимый свет.

Энергия поглощенного излучения переходит в электрическую энергию, как в случае фотоэффекта, или производит изменение электрических свойств материала, что происходит в фотопроводниках. Такие превращения называют фотофизическими.

Другой тип фотофизического превращения - переход энергии излучения в тепловую энергию. Это явление нашло применение в термоэлементах, используемых для измерения мощности излучения.

Энергия излучения переходит в химическую энергию. Происходит фотохимическое превращение поглотившего свет вещества. Такое преобразование происходит в большинстве светочувствительных материалов.

7. Тела, в которых происходят такие преобразования под действием оптического излучения, получили в светотехнике общее название "приемники излучения ".

8. Классификация приемников излучения.

Условно приемники излучения можно разбить на три группы.

1. Естественным приемником излучения является человеческий глаз.

2. Целую группу приемников излучения составляют светочувствительные материалы, традиционными или цифровыми методами: проекционной съемкой, контактным копированием, поэлементной записью изображения с помощью лазеров или светодиодных линеек.

3. Приемниками являются также светочувствительные элементы измерительных приборов (денситометров, колориметров, спектрофотометров др.) и датчиков оптических контрольных устройств, используемых в полиграфическом оборудовании.

10. Спектральная чувствительность приемника излучения.

Спектральная чувствительность зависит от длины волны.

S=cPλ эф./ Φλ и Pλ эф.=kΦλSλ (для монохроматических излучений)

Величины Φλ и Pλ называют соответственно монохроматическим потоком излучения и монохроматическим эффективным потоком, а Sλ - монохроматической спектральной чувствительностью.

Большая часть используемых в светотехнике и полиграфии приемников имеет ограниченную область спектральной чувствительности. Так, человеческий глаз чувствителен к «видимой» зоне спектра (от 400 до 700 нм), фототехнические пленки – к ближней ультрафиолетовой и видимой зонам, а копировальные слои – к ультрафиолетовой и синей зонам спектра.

Вопрос №3 Особенность глаза как приемника. Световой поток(F).

Его Связь с потоком излучения. Кривая видности. Связь К и Vλ и их определние. Световые величины Различие светового и энергетического потоков в диапазоне 400-700 нм.

11. Особенность глаза как приемника.

Действие светового потока на глаз вызывает определенную реакцию. В зависимости от уровня действия светового потока работает тот или иной вид светочувствительных приемников глаза, называемых палочками или колбочками. К условиях низкого уровня освещенности глаз видит окружающие предметы за счет палочек. При высоких уровнях освещенности начинает работать аппарат дневного зрения, за который ответственны колбочки. Кроме того, колбочки по своему светочувствительному веществу делятся на три группы(красночувствительные, зеленочувствительные и синечувствительные) с разной чувствительностью в различных областях спектра. Поэтому в отличие от палочек они реагируют не только на световой поток, но и на его спектральный состав. В связи с этим можно сказать, что световое действие двумерно. Количественная характеристика реакции глаза, связанная с уровнем освещения, называется светлотой. Качественная характеристика, связанная с различным уровнем реакции трех групп колбочек, называется цветностью.

12. Световой поток(F).

Под световым потоком понимают мощность излучения, оцененную по его действию на человеческий глаз. Единицей измерения светового потока является люмен (лм).

13. Связь светового потока с потоком излучения.

Для монохроматического излучения:

Для интегрального излучения:

F=680ʃύλΦλdλ (под знаком интеграла λ=380нм, а над знаком интеграла λ=780нм).

14. Кривая видности.

Важной характеристикой, имеющей практический интерес, является кривая распределения относительной спектральной чувствительности глаза (относительной спектральной световой эффективности) при дневном свете ύλ=ƒ(λ)

ύλ=Vλ/ Vλ max,

где Vλ и Vλ max – абсолютные значения чувствительности глаза к излучению с длиной волны λ и максимальной чувствительности глаза.

В условиях дневного освещения максимальную чувствительность человеческий глаз имеет к излучению с λ=555нм (ν555 =1).

400 500 600 λ, нм

15. Связь К и Vλ и их определние

Vλ- абсолютное значение чувствительности глаза к излучению с длиной волны λ. Установлено, что в условиях дневного освещения максимальную чувствительность человеческий глаз имеет к излучению с λ= 555 нм(V555=1). При этом на каждую единицу светового потока с F 555 приходится мощность излучения Ф 555=0,00146 Вт. Отношение светового потока F 555 к Ф 555 называется спектральной световой эффективностью: к= F 555/ Ф 555= 680[лм/Вт] Для любой длины волны излучения видимого диапазона к=const.

Световые величины

Существует 2 системы единицы: энергетическая и световая. К световым величинам относятся: 1)Световой поток(F)- мощность излучения, оцененная по его действию на человеческий глаз. Ед.измерения-люмен(лм). 2)Освещенность(Е) – световой поток, падающий на единицу площади освещаемой поверхности(Q). Ед.изм-ия- люкс.За единицу освещенности принята освещенность, которую создает равномерно распределенный световой поток в 1лм на 1 м(в квадрате) поверхности. Е= ∂F/∂Q 3) Светимость (R)- полный поток излучения (световой поток), испускаемый с единицы площади светящейся или отражающей поверхности. Ед.изм-ия – лм/м(квадрат) R=∂F/∂Q.4) Яркость(В)- В=

Единица изм-ия- кд/м(квадрат) 5) Световая энергия(W) W=∫F(t)∂t, лм*с 6) световая экспозиция(Н)- поверхностная плотность световой энергии на освещаемой поверхности H=E*t, лк*с

СГС Примечания Поток излучения $\backslash Phi\_e$ - физическая величина , одна из энергетических фотометрических величин . Характеризует мощность , переносимую оптическим излучением через какую-либо поверхность. Равен отношению энергии, переносимой излучением через поверхность, ко времени переноса. Подразумевается, что длительность переноса выбирается так, чтобы она значительно превышала период электромагнитных колебаний . В качестве обозначения используется $\backslash Phi\_e$ или $P$ .

Таким образом, для $\backslash Phi\_e$ выполняется:

$\backslash Phi\_e=\backslash frac\{dQ\_e\}\{dt\},$ Вт .

где $dQ\_e$ - энергия излучения , переносимая через поверхность за время $dt$.

Среди световых величин аналогом понятия «Поток излучения» является термин «световой поток ». Различие между этими величинами такое же, как и различие между энергетическими и световыми величинами вообще.

Спектральная плотность потока излучения

Если излучение немонохроматично, то во многих случаях оказывается полезным использовать такую величину, как спектральная плотность потока излучения. Спектральная плотность потока излучения представляет собой поток излучения, приходящийся на малый единичный интервал спектра . Точки спектра при этом могут задаваться их длинами волн, частотами, энергиями квантов излучения, волновыми числами или любым другим способом. Если переменной, определяющей положение точек спектра, является некоторая величина $x$, то соответствующая ей спектральная плотность потока излучения обозначается как $\backslash Phi\_\{e,x\}$ и определяется как отношение величины $d\; \backslash Phi\; \_e(x),$ приходящейся на малый спектральный интервал, заключённый между $x$ и $x+dx,$ к ширине этого интервала:

$\backslash Phi\_\{e,x\}(x)=\backslash frac\{d\backslash Phi\_e(x)\}\{dx\}.$

Соответственно, в случае использования длин волн для спектральной плотности потока излучения будет выполняться:

$\backslash Phi\_\{e,\backslash lambda\}(\backslash lambda)=\backslash frac\{d\backslash Phi\_e(\backslash lambda)\}\{d\backslash lambda\},$

а при использовании частоты -

$\backslash Phi\_\{e,\backslash nu\}(\backslash nu)=\backslash frac\{d\backslash Phi\_e(\backslash nu)\}\{d\backslash nu\}.$

Следует иметь в виду, что значения спектральной плотности потока излучения в одной и той же точке спектра, получаемые при использовании различных спектральных координат, друг с другом не совпадают. То есть, например, $\backslash Phi\_\{e,\backslash nu\}(\backslash nu)\backslash ne\backslash Phi\_\{e,\backslash lambda\}(\backslash lambda).$ Нетрудно показать, что с учетом

$\backslash Phi\_\{e,\backslash nu\}(\backslash nu)=\backslash frac\{d\backslash Phi\_e(\backslash nu)\}\{d\backslash nu\}=\backslash frac\{d\backslash lambda\}\{d\backslash nu\}\backslash frac\{d\backslash Phi\_e(\backslash lambda)\}\{d\backslash lambda\}$ и $\backslash lambda=\backslash frac\{c\}\{\backslash nu\}$

правильное соотношение приобретает вид:

$\backslash Phi\_\{e,\backslash nu\}(\backslash nu)=\backslash frac\{\backslash lambda^2\}\{c\}\backslash Phi\_\{e,\backslash lambda\}(\backslash lambda).$

См. также

Напишите отзыв о статье "Поток излучения"

Примечания

Отрывок, характеризующий Поток излучения

В русском войске по мере отступления все более и более разгорается дух озлобления против врага: отступая назад, оно сосредоточивается и нарастает. Под Бородиным происходит столкновение. Ни то, ни другое войско не распадаются, но русское войско непосредственно после столкновения отступает так же необходимо, как необходимо откатывается шар, столкнувшись с другим, с большей стремительностью несущимся на него шаром; и так же необходимо (хотя и потерявший всю свою силу в столкновении) стремительно разбежавшийся шар нашествия прокатывается еще некоторое пространство.
Русские отступают за сто двадцать верст – за Москву, французы доходят до Москвы и там останавливаются. В продолжение пяти недель после этого нет ни одного сражения. Французы не двигаются. Подобно смертельно раненному зверю, который, истекая кровью, зализывает свои раны, они пять недель остаются в Москве, ничего не предпринимая, и вдруг, без всякой новой причины, бегут назад: бросаются на Калужскую дорогу (и после победы, так как опять поле сражения осталось за ними под Малоярославцем), не вступая ни в одно серьезное сражение, бегут еще быстрее назад в Смоленск, за Смоленск, за Вильну, за Березину и далее.
В вечер 26 го августа и Кутузов, и вся русская армия были уверены, что Бородинское сражение выиграно. Кутузов так и писал государю. Кутузов приказал готовиться на новый бой, чтобы добить неприятеля не потому, чтобы он хотел кого нибудь обманывать, но потому, что он знал, что враг побежден, так же как знал это каждый из участников сражения.
Но в тот же вечер и на другой день стали, одно за другим, приходить известия о потерях неслыханных, о потере половины армии, и новое сражение оказалось физически невозможным.
Нельзя было давать сражения, когда еще не собраны были сведения, не убраны раненые, не пополнены снаряды, не сочтены убитые, не назначены новые начальники на места убитых, не наелись и не выспались люди.
А вместе с тем сейчас же после сражения, на другое утро, французское войско (по той стремительной силе движения, увеличенного теперь как бы в обратном отношении квадратов расстояний) уже надвигалось само собой на русское войско. Кутузов хотел атаковать на другой день, и вся армия хотела этого. Но для того чтобы атаковать, недостаточно желания сделать это; нужно, чтоб была возможность это сделать, а возможности этой не было. Нельзя было не отступить на один переход, потом точно так же нельзя было не отступить на другой и на третий переход, и наконец 1 го сентября, – когда армия подошла к Москве, – несмотря на всю силу поднявшегося чувства в рядах войск, сила вещей требовала того, чтобы войска эти шли за Москву. И войска отступили ещо на один, на последний переход и отдали Москву неприятелю.
Для тех людей, которые привыкли думать, что планы войн и сражений составляются полководцами таким же образом, как каждый из нас, сидя в своем кабинете над картой, делает соображения о том, как и как бы он распорядился в таком то и таком то сражении, представляются вопросы, почему Кутузов при отступлении не поступил так то и так то, почему он не занял позиции прежде Филей, почему он не отступил сразу на Калужскую дорогу, оставил Москву, и т. д. Люди, привыкшие так думать, забывают или не знают тех неизбежных условий, в которых всегда происходит деятельность всякого главнокомандующего. Деятельность полководца не имеет ни малейшего подобия с тою деятельностью, которую мы воображаем себе, сидя свободно в кабинете, разбирая какую нибудь кампанию на карте с известным количеством войска, с той и с другой стороны, и в известной местности, и начиная наши соображения с какого нибудь известного момента. Главнокомандующий никогда не бывает в тех условиях начала какого нибудь события, в которых мы всегда рассматриваем событие. Главнокомандующий всегда находится в средине движущегося ряда событий, и так, что никогда, ни в какую минуту, он не бывает в состоянии обдумать все значение совершающегося события. Событие незаметно, мгновение за мгновением, вырезается в свое значение, и в каждый момент этого последовательного, непрерывного вырезывания события главнокомандующий находится в центре сложнейшей игры, интриг, забот, зависимости, власти, проектов, советов, угроз, обманов, находится постоянно в необходимости отвечать на бесчисленное количество предлагаемых ему, всегда противоречащих один другому, вопросов.

Cтраница 1

Полный поток излучения характеризует данный источник; этот поток нельзя увеличить никакими оптическими системами. При этом сила света / (6, ф) возрастает по одним направлениям и уменьшается по другим.  

Поскольку полный поток излучения лазера с модулированной добротностью значительно превышает поток, допустимый для плоскостного фотоэлемента, следует тем или иным способом линейно ослабить пучок, чтобы существенно уменьшился поток, падающий на приемник. Как мы уже упомянули, обычные способы оптического ослабления не пригодны. Поэтому для ослабления пучок рассеивается на диффузной мишени , так что плотность потока уменьшается за счет отражения энергии в полусферу радиусом R. Хотя блок спресованной окиси магния представляет собой одну из лучших рассеивающих мишеней, имеющихся в настоящее время, такая мишень не полностью ламбертова. Более того, диффузность окиси магния зависит от длины волны, особенно в инфракрасной области , как показано на фиг.  

Методы полных потоков излучения не могут наглядно вскрывать всю физическую картину протекания лучистого переноса теплоты но зато позволяют получить расчетные данные без громоздких вычислений.  

По этой причине полный поток излучения с поверхности нагретой аэрозольной частицы заметно меньше, чем поток с поверхности массивной частицы того же материала. При этом спектр излучения малой аэрозольной частицы смещен в коротковолновую область по сравнению со спектром излучения массивной частицы.  

Типичные значения освещенности.| Обзор фотометрических характеристик и определений.| Световая отдача абсолютно черного тела.

Оптические фильтры помогают оптимизировать спектральные характеристики и полный поток излучения источника, попадающий на оптический преобразователь, например линзу, а также реакцию чувствительного элемента.  

Мы изучали пропускание различными сортами млечного сока полного потока излучения инфракрасной лампы Мазда 250 впг для сушки.  

Интегральный метод является методом, синтезирующим представления методов многократных отражений и полных потоков излучения. В основу его кладутся интегральные уравнения, которые составляются применительно к отдельным видам излучения Интегральные уравнения, описывают процессы переноса излучением с произвольным распределением оптических свойств излучающей системы тел и промежуточной среды, непрерывно зависящих от координат точки. Они имеют общий и строгий характер, дают возможность составить полное представление о сущности явлений лучистого переноса и проводить их исследование в сложных геометрических системах. Однако решения интегральных уравнений связаны со значительными трудностями.  

Интегральный метод является методом, синтезирующим представления методов многократных отражений и полных потоков излучения. В его основу кладутся интегральные уравнения, которые составляются применительно к отдельным виДам излучения. Интегральные уравнения описывают процессы переноса излучением с произвольным распределением оптических свойств излучающей системы тел и промежуточной среды, непрерывно зависящих от координат точки. Они имеют общий и строгий характер, дают возможность составить полное представление о сущности явлений лучистого переноса и проводить их исследование в сложных геометрических системах. Однако решения интегральных уравнений связаны со значительными трудностями. Поэтому прибегают к их упрощению.  

В сводной таблице приняты следующие ббозна-чения: FT - измерения для полного потока излучения ламп; IR - измерения только для инфракрасной части этого потока.  

Источник излучения характеризуется энергетической светимостью (излучательностью) R3, т.е. полным потоком излучения с единицы поверхности источника.  

Применение радиационных пирометров для измерений температуры реальных тел целесообразно в тех случаях, когда полный поток излучения объекта R мало отличается от 0 при той же температуре.  

Одномерное аэротермохимическое явление имеет место, если векторы среднемассовои скорости, массовых сил и полного потока излучения направлены вдоль одной из трех взаимноортогональных координатный осей, а все термодинамические параметры потока остаются постоянными на поверхностях, ортогональных этой оси.  

По существу, уверенно определяются только спектральный индекс а (см. рис. 53) и полный поток излучения, от которого не так просто перейти к спектральной интенсивности, ибо размеры объекта и расстояния до него оцениваются с известной неопределенностью.