40. Энергетические характеристики световых потоков, поток светового волновая оптика…

  Любой источник света излучает в пространство электромагнитные волны, которые переносят энергию. Величина энергии, испускаемой источником в единицу времени-энергетический или лучистый поток =Вт. Физический смысл потока- мощность. Энергетический поток в общем случае распределён по некоторому интервалу длин волн внутри оптического диапазона, который включает инфракрасный диапазон (от 1 мм до 0,77мкм), видимый диапазон (от 0,77 до 0,38 мкм) и ультрафиолетовый диапазон ( от 0,38 мкм до 1 нм).       Для описания распределения лучистого потока по длинам волн используют понятие спектральной плотности энергетического потока, которую определяют как , где   - часть энергетического потока, приходящаяся на диапазон длин волн  . Способность глаза воспринимать излучение в видимом диапазоне сильно неравномерна и описывается кривой чувствительности глаза  .  Если энергетический световой поток в диапазоне λ1-λ2  определяется выражением , то эффективная величина потока, определяющая воздействие на глаз человека описывается выражение, и называется световым потоком =[Люмен]. Световой поток в общем случае излучается источником света неравномерно в разных направлениях, для описания этого применяют величину как сила света.

Волновая о́птика — раздел оптики, который описывает распространение  света с учётом его волновой природы. Явления волновой оптики- интерференция,  дифракция и т.п.

Дифракционная решётка — оптический прибор, работающий по принципу дифракции света, представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных, нанесённых на некоторую поверхность.

Расстояние, через которое повторяются штрихи на решётке, называют периодом дифракционной решётки. Обозначают буквой d.

d = 1 / N мм, N-число штрихов.

Условия интерференционных максимумов дифракционной решётки, наблюдаемых под определёнными углами, имеют вид:

d — период решётки,

α — угол максимума данного цвета,

k — порядок максимума, то есть порядковый номер максимума, отсчитанный от центра картинки,

λ — длина волны.

Если же свет падает на решётку под углом θ, то:

. Одной из характеристик дифракционной решётки является угловая дисперсия. Угловая дисперсия увеличивается с уменьшением периода решётки d и возрастанием порядка спектра k.

41.Предел разрешения-наименьшее расстояние между двумя точками предмета, когда эти точки различимы,те воспринимаются в микроскопе как 2 точки. Разрешающая способность – способность микроскопа давать раздельные изображения мелких деталей рассматриваемого предмета.

Разрешающая способность микроскопа: z = A/0.5 λ=n*sin(u/2)/ 0.5 λ

A-числовая апертура, A= n*sin(u/2); u/2- апертурный угол объектива,u- угол раскрытия объектива; λ – длина волны света

Предел разрешения микроскопа: D=1/z

Разрешающая способность глаза это минимальный диаметр пятна: которое рассматривается с расстояния наилучшего зрения (25-30 см) и. который человеческий глаз может отличить от остальных предметов.

Полезное увеличение- такое увеличение наблюдаемого объекта, при котором можно выявить новые детали его строения, полезное увеличение обычно равно числовой апертуре объектива, увеличенной в 500-1000 раз.

42 Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряжённости электрического поля световой волны, при преломлении или при отражении светового потока.

Способы получения поляризованного света.

1)Поляризация при помощи поляроидов. 2)Поляризация     посредством отражения. Если естественный луч света падает на черную полированную   поверхность, то отраженный   луч оказывается частично поляризованным. В качестве поляризатора и анализатора может быть употреблено зеркало. Степень поляризации тем больше, чем правильнее выдержан угол падения..

3)Поляризация     посредством преломления. Световой луч   поляризуется не только при отражении, но и при преломлении. Оптическая активность-способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения (света).

угол j поворота плоскости поляризации линейно зависит от толщины l слоя активного вещества и концентрации с этого вещества — j = [a] lc (коэф. [a] -удельной О. а.);

Поворот в данной среде происходит либо по часовой стрелке (j > 0), либо против неё (j < 0), если смотреть навстречу ходу лучей света.

43. Рассеяние света- явление, при котором распространяющийся в среде световой пучок отклоняется по всевозможным направлениям. Необходимое условие- наличие неоднородностей.

2 вида неоднородностей:

1Мелкие инородные частицы в однородном прозрачном веществе. Такие среды- мутные.(дым, туман).

2Оптические неоднородности возникающие в чистом веществе из-за статистического отклонения молекул от равномерного распределения- молекулярный тип.(рассеяние света в атм.)

Показатель рассеяния-величина, обратная расстоянию, на котором поток излучения, образующего параллельный световой пучок, ослабляется в результате рассеяния в среде в 10 раз или в е раз. I=I₀e⁻ᵐᴸ, где m –показатель рассеяния.

Закон Рэлея: I_расс ~1/λ⁴

при молекулярном рассеяние интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны.

44. Поглощением света-ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

Закон Бугера(зак. Поглощения.) I=I0 e^-КХ

I0, I -интенсивности света на входе (х=0) и выходе из слоя среды толщины х

К- коэффициент поглощения

Закон Бугера - Ламберта - Бера: ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.

I0 - интенсивность входящего пучка

l - толщина слоя вещества, через которое проходит свет

k -показатель поглощения

Молярный показатель поглощения - отношение показателя поглощения исследуемого вещества к его молярной концентрации.

Коэффициент пропускания - отношение светового потока, прошедшего через слой, к световому потоку, падающему на слой. τ = I_l /I₀

Оптическая плотность - мера ослабления света прозрачными объектами или отражения света непрозрачными объектами/ D=lg(1/τ)=lg(I₀ /I_l)

Прозрачность - отношение величины потока излучения, прошедшего без изменения направления через слой среды единичной толщины, к величине потока излучения, вошедшего в эту среду в виде параллельного пучка.

45. Тепловое излучение — передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии.

Абсолютно черное тело — тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение.

Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.

Серое тело — это такое тело, коэффициент поглощения которого<1 и не зависит от длины волны, падающего на него света.

Характеристики теплового излучения

Энергетическая светимость тела – поток излучения испускаемый 1м² поверхности. R_e=Вт/м²

Спектральная плотность энергетической светимости тел-функция частоты и температуры, характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру частот (или длин волн).r_λ=Вт/м³

Поглощающая способность тела — функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается им.

Отражающая способность тела- функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, отражается от него.

Основные законы теплового излучения

Закон Стефана — Больцмана: энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры. R_e=σT⁴,где σ-постоянная Ст-Б.

Закон излучения Кирхгофа:

при одинаковой температуре отношение спектральной плотности энергетической светимости к

монохроматическому коэф.поглощения одинаково для любых тел, в т.ч. и для черных. r_λ/ἀ_λ=Е_λ, где Е_λ-спектральная плотность энергетической светимости ч.тела, ἀ_λ- монохроматический коэф. поглощения.

Закон смещения Вина λ_max=в/Т, где в- постоянная Вина=0,28978*10^-2 м*К., λ_max- длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетич.светимости ч.тела.