1.Природа оптического излучения.Любое излучение связано с переносом энергии от излучающего тела к поглощающему. Энергия, согласно определению Ф. Энгельса ', является общей мерой раз­личных форм движения материи, следовательно, энергия характеризует любое движение материи с количествен­ной стороны. Различные виды энергии, например энер­гия электрического тока, энергия излучения, химическая энергия, выражают качественно различные формы дви­жения материи. Таким образом, энергия излучения, являясь одной из качественных разновидностей энергии, есть также мера движения материи. Из приведенного определения энергии излучения можно сделать следую­щие выводы:

Так как движение любой формы невозможно без материи, то излучение, распространяющееся со ско­ростью, определяемой оптической плотностью среды, материально.

Материя излучения является материей особой формы, отличающейся от вещества тем, что ее масса покоя равна нулю, так как любая материальная части­ца, движущаяся со скоростью света, может иметь ко­нечную массу лишь в том случае, если ее масса покоя равна нулю. Если масса покоя микрочастицы излучения mо не равна нулю, то ее масса т при движении со ско­ростью света согласно теории относительности должна быть бесконечно большой:

что противоречит опытным данным.

На основании этих выводов можно сформулировать наиболее общее определение излучения как материи особой формы, имеющей массу покоя, равную нулю, и движущейся в безвоздушном пространстве с постоянной скоростью, равной примерно 2,998-108 м-с-1.

Из числа таких фактов С. И. Вавилов указал на следующие, имеющие непо­средственное отношение к учению о свете:

1. Свет обладает волновыми и корпускулярными свойствами.

2. Частицы вещества, так же как и света, имеют двоякую — корпускулярную и волновую природу.

3. Частицы вещества могут превращаться в свет, а свет — в вещество.

Лучистая энергия передается от тела к телу в виде фотонов электромагнитных волн различной длины (частоты). Значение энергии фотона связано с частотой электромагнитных колебаний соотношением e = hn = (h×c)/l ,

где e - энергия фотона, Дж; h - постоянная Планка, h = 6,6245´10 ^-34 Дж´с; n - частота электромагнитных колебаний, Гц; l - длина электромагнитной волны, м.

Частота n и длина волны l, электромагнитного излучения взаимосвязаны со скоростью распространения электромагнитных волн в пространстве (со скоростью света) с = 3×10⁸ м/с соотношением: с = lv ,

Излучения оптического диапазона спектра электромагнитных колебаний в зависимости от длины волны l делят: на видимое (от 380 до 760 нм), ультрафиолетовое (от 1 до 380 нм) и инфракрасное (от 760 до 10⁶ нм), [1 нм = 10^-9 м]

Видимый солнечный свет - это сочетание излучений семи основных цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового, которые приведены в порядке уменьшения длины электромагнитной волны.

В оптической области спектра электромагнитных колебаний перед красным излучением находится инфракрасное (ИК - излучение), а за фиолетовым – ультрафиолетовое (УФ - излучение). (По-латыни «инфра» означает «впереди», а «ультра» — «за»). Инфракрасные и ультрафиолетовые лучи невидимы для человеческого глаза.

2. Воздействие оптического излучения

Мешков - Основы светотехники, стр 305.

Оптическое излучение является разновидностью электромагнитных колебаний. В шкале электромагнитных волн оптическая часть занимает значительную часть с длинами волн от 1 нм до 1 мм. В длинноволновой части спектра оптическое излучение граничит с ультракороткими радио-волнами, в коротковолновой – с рентгеновским излучением.

Ультрафиолетовое (УФ) излучение занимает участок спектра от 1 нм до 0,4 мкм и делится на области УФ-А (0,315 …0,4 мкм), УФ-В (0,28…0,315 мкм) и УФ-С (1 нм…0,28 мкм). Эти области принято называть соответст-венно мутагенной, терапевтической или витальной (эритемной) и бактерицидной.

Небольшой участок в средней части спектра занимает видимое излучение с длинами волн 0,38…0,76 мкм.

Основную часть оптической области занимает инфракрасное (ИК) излучение. Весь диапазон инфракрасного излучения принято разделять на три области: ИК-А (0,76….1,5 мкм), ИК-В (1,5…3мкм) и ИК-С (3 мкм…1мм).

По своей природе каждая часть оптического спектра по - разному воздействует на живые организмы.

Световой поток — физическая величина, характеризующая «количество» световой энергии в соответствующем потоке излучения. Иными словами, это мощность такого излучения, которое доступно для восприятия нормальным человеческим глазом.

Обозначение: Φν

Единица измерения СИ: люмен (Лм)

Эритемным потоком принято считать поток излучения, оцениваемый по его общебиологическому действию на организм человека, сопровождаемому образованием эритемы на облучаемых участках кожи:

Единицей эритемного потока принято считать эр, численно равный эритемному потоку ультрафиолетового излучения с длиной волны Х=0,297 мкм и мощностью 1 Вт. На практике обычно пользуются дробной единицей—миллиэром (мэр).

Бактерицидный поток, согласно принятому положению определится как поток излучения, оцениваемый по его бактерицидному действию, т. е. по способности уничтожать бактерии.

Единицей бактерицидного потока принято считать бакт (бк), численно равный бактерицидному потоку ультрафиолетового излучения мощностью 1 Вт с длиной волны 0,254 мкм. Часто пользуются производной единицей — микробактом (мкбк).

Фитопоток – потк излучения действующий на растительные объекты, стимулирующий фотосинтетические процессы.

3a единицу фитопотока принят фит (фт), численно равный потоку 1 Вт излучения с длиной волны 0,680 мкм, которое обладает максимальной эффектив­ностью фотосинтеза. Фитоотдача количественно определяется отношением фитопотока к мощности источника излучения (мфт-Вт'1 или фт-Вт'1).

3Фотоэлементы

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века.

Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16%, у лучших образцов до 25%. В лабораторных условиях уже достигнут КПД 43,5 %.

Преобразование энергии в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Неоднородность структуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p-n переходов) или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны — энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур).