Вопрос 53.

Измерение энергетических характеристик света – цель фотометрии, одной из областей светотехники.

Основные светотехнические характеристики:

1) световой поток – мощность лучистой энергии, распространяемой по всем направлениям от источника света (Ф). Единицей потока служит люмен- это световой поток, распространяющийся в единичном телесном угле (1 стерадиан) при силе света в 1 канделу: [Ф]=кд*стер-1

2) сила света – пространственная плотность светового потока, т.е. световой поток, приходящийся на единицу телесного угла в данном направлении: I=dФ/dω. Единицей яв-ся кандела (кн) (международная свеча). Она определяется как 1/60 силы света, излучаемого 1см2 абсолютно черного тела в направлении нормали к его поверхности.

3) освещенность – поверхностная плотность светового потока по освещаемой поверхности, т.е. световой поток, приходящийся на единицу площади освещаемой поверхности: Е=dФ/dS. Единицей служит люкс, представляющий собой освещенность поверхности на расстоянии одного метра от точечного источника с силой света в одну канделу и расположенной перпендикулярно падающему свету: [Е]=кд*м-2.

Вопрос 54.

При прохождении света через вещество часть его захватывается атомами данного вещества и поток ослабляется. Чем больше атомов на пути света, тем больше возможность захвата квантов света. Это явление называется поглощением света. Вещества, слабо поглощающие свет, принято называть прозрачными, обладающие сильным поглощением – непрозрачными. Но такое подразделение носит условный характер, поскольку прозрачность зависит не только от природы вещества, но и от толщины его слоя.

Закон, который описывает поглощение света – закон Ламберта-Бугера: I=I0*e-αl, где I0 –интенсивность падающего света на слой вещества l; I –интенсивность прошедшего света; α- коэффициент поглощения света в веществе. Эта зависимость получается на основании простого рассуждения. Пусть на слой вещества толщины х падает волна с интенсивностью I. При прохождении этого слоя поглощается энергия dI, пропорцианальная толшине слоя и величине падающего потока энергии. В самом деле, чем больший поток энергии направлен на слой, тем большая доля энергии поглотится.

-dI= α* Idx

(Т.к. энергия поглощается, то перед dI стоит знак минус). Перепишем это выражение в другом виде и проинтегрируем правую и левую части:

dI/I=-αdx или lnI=-αx+const

выбирая в качестве постоянной lnI0, для поглощения в слое находим ln(I/ I0)=-αl или I=I0*e-αl. Коэффициент α называется коэффициентом поглощения и зависит от свойств вещества. Величина ln(I/ I0) называется оптической плотностью. Кроме толщины слоя, поглощение света зависит от концентрации поглощающего вещества (с), содержащегося в этом слое (правило Бэра) и длины волны падающего света: I=I0*e-αсl. – закон Бугера-Ламберта-Бэра.

Вопрос 55.

Интерференцией света называется сложение нескольких световых волн в результате, которого образуются чередующиеся светлые и темные области, возникающие вследствие усиления и ослабления световой энергии этих волн. Интерференционную картину могут давать только так называемые когерентные волны, которые имеют одинаковую длину волны и постоянную во времени разность фаз.

Как известно, при сложении таких волн колебания максимально усилят друг друга, если разность хода колебаний ∆L будет равна четному числу полуволн или целому числу волн, т.е. если:

∆L=+-2κ* λ/2=+-κ*λ

В этом случае при интерференции света возникнут световые области (условия максимума).

Колебания предельно ослабляют друг друга, если разность хода равна нечетному числу полуволн, т.е. если: ∆L=+-(2κ+1)*λ/2

В этом случае при интерференции света возникнут темные области (условия минимума).

Дифракцией света называется явление огибания волнами препятствий, соизмеримых с длиной ее волны. Необходимым условием получения дифракционной картины является требование примерного равенства размеров препятствий с длиной волны света. Внешне дифракционная картина напоминает интерференционную картину на экране: чередующиеся максимумы (светлые) и минимумы (темные) полосы. Это результат того, что дифракция света имеет место наложения когерентных волн, т.е. интерференция.

Для анализа этого явления используется принцип Гюйгенса: волновой процесс распространяется в пространстве таким образом, что каждая точка волнового фронта является источником вторичных сферических волн, которые распространяются дальше, сливаются и образуют новый фронт волны. Фронтом будем называть геометрическое место точек пространства, для которых волновой процесс дошел к некоторому моменту времени. Фронт может иметь разную форму. Френель дополнил принцип Гюйгенса принципом интерференции вторичных элементарных волн. Согласно ему интенсивность дифрагировавшей волны должна рассматриваться как результат интерференции вторичных элементарных волн от всех точек поверхности основной волны. Дифракционная картина представляет собой чередование светлых и темных полос, причем, каждый последующий максимум слабее предыдущего.

Условие максимума: ∆=(2κ+1)*λ/2в; условие минимума: ∆=2κ* λ/2в, где в – ширина отверстия, - разность хода крайних зон Френеля; λ- длина волны падающего на щель света.

Принцип Гюйгенса – Френеля: каждая точка фронта световой волны, достигшая отверстия, сама является вторичным источником света.

Свет после щели будет распространяться в различных направлениях. Совокупность большого числа узких параллельных щелей, расположенных близко друг к другу, называют дифракционной решеткой. Если решетка состоит из двух щелей шириной а и в, то период решетки d =а+в.