Питання для самоперевірки

1. Що означають поняття "потік випромінювання", "сила випромінювання", "опроміненість", "кількість опромінення"?

2. Які ви знаєте енергетичні величини і одиниці їх вимірювання?

3. Які існують системи ефективних величин на основі спектральної чутливості, для яких приймачів вони побудовані?

4. Які ви знаєте величини і одиниці вимірювання видимого випромінювання?

5. Які ви знаєте величини і одиниці вимірювання вітального випромінювання?

6. Які ви знаєте величини і одиниці вимірювання бактерицидного випромінювання?

7. Які ви знаєте величини і одиниці вимірювання фотосинтезного випромінювання і

Тести

1. Зразковий приймач для світлової дії:

• шкіра людини;

• око людини;

• листок рослини.

2. Зразковий приймач для вітальної дії:

• листок рослини;

• око людини;

• шкіра людини;

3. Енергетичний потік випромінювання вимірюється у:

• люменах;

• фітах;

• ватах.

4. Світловий потік вимірюється у:

• фітах;

• люменах;

• ватах.

5. Енергетична сила оптичного випромінювання вимірюється у:

• Вт • ср^-1;

• віт • ср^-1;

• кд.

6. Сила світла вимірюється у:

• віт • ср^-1;

• кд ;

• Вт • ср^-1;

7. Енергетична опроміненість вимірюється у:

• фіт • м ^-2;

• лк ;

• Вт• м^-2

8. Освітленість вимірюється у:

• Вт• м^-2

• фіт • м ^-2;

• лк.

9. Сила світла являє собою:

• густину світлового потоку на поверхні;

• густину світлового потоку в просторі;

• густину освітленості в просторі.

10. Освітленість являє собою:

• густину сили світла в просторі;

• густину світлового потоку на поверхні;

• густину світлового потоку в просторі.

1.3. Прилади для вимірювання оптичного випромінювання

Оптичні властивості тіл. Вимірювальні приймачі оптичного випромінювання. Люксметри. Прилади для вимірювання випромінювання при вирощуванні рослин. Прилади для вимірювання ультрафіолетового й інфрачервоного випромінювання.

Прочитайте і опрацюйте

Л-1,с. 34...56; Л -3, с. 31-41; Л-6, с. 300.

Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки

Оптичні властивості тіл

В установках і приладах для освітлення і опромінення, для вимірювання оптичного випромінювання застосовують прозорі і непрозорі матеріали. При проектуванні і експлуатації освітлювальних і опромінювальних установок необхідно знати основні оптичні (світлотехнічні) властивості матеріалів.

Потік випромінювання, що падає на тіло з непрозорого матеріалу, частково поглинається ним, а частково відбивається. Якщо тіло прозоре, то, крім відбиття і поглинання, частину потоку випромінювання воно пропускає. Для кількісної оцінки відбиття і пропускання користуються відповідними коефіцієнтами.

Коефіцієнтом відбиття р називають відношення потоку випромінювання Ф_р, відбитого тілом , до потоку випромінювання Ф,

щ о падає на нього:

(1.3.1)

Коефіцієнт поглинання α дорівнює відношенню потоку випромінювання Ф_α поглинутого тілом, до потоку випромінювання Ф, що падає на нього:

(1.3.2)

Коефіцієнт пропускання т дорівнює відношенню потоку випромінювання Ф_т, що пройшов через тіло, до потоку випромінювання Ф, що падає на нього:

(1.3.3)

Коефіцієнти відбиття, поглинання і пропускання можуть відноситись до інтегрального потоку випромінювання, потоків випромінювання окремих ділянок оптичного спектра

( видимий, ультрафіолетовий, інфрачервоний) або до ефективних потоків (світловий, вітальний, бактерицидний, фотосинтезний). Відповідно до закону збереження енергії у всіх випадках

Отож, для одного і того падаючого на тіло потоку

(1.3.4)

Більшість матеріалів відбивають і поглинають випромінювання вибірково, їх коефіцієнти відбиття, поглинання і пропускання для різних довжин хвиль неоднакові. Тому користуються поняттями спектральних коефіцієнтів відбиття ρ_α, поглинання (α_λ і пропускання τ_λ. Аналітично вони визначаються такими виразами:

(1.3.5…1.3.7)

Залежно від властивостей поверхні тіла і внутрішньої її структури відбитий і пропущений випромінюваний потік може по-різному розподілятися в просторі. Розрізняють три види відбиття і пропускання: направлене (дзеркальне), розсіяне (дифузне) і направлено-розсіяне.

Направлене відбиття мають гладенькі поверхні, у яких розміри нерівностей малі порівняно з довжиною хвилі випромінювання (полірований метал, дзеркальне скло). При направленому відбитті кут відбиття рівний куту падіння, а відбитий промінь знаходиться в одній площині з падаючим променем і перпендикуляром до відбиваючої

поверхні в точці падіння.

При направленому пропусканні значення тілесного кута, у межах якого поширюється потік, що пройшов, також залишається незмінним.

У випадках розсіяного (дифузного) відбиття і пропускання від плоскої поверхні тілесний кут, у межах якого розповсюджується відбитий чи пропущений тілом потік випромінювання, рівний 2л. Відбите випромінювання при цьому розповсюджується рівномірно за всіма напрямками напівсфери.

У поверхонь з розсіяним відбиттям (гіпс, клейова фарба) нерівності перевищують довжину хвилі падаючого випромінювання.

Вимірювальні приймачі оптичного випромінювання

Вимірювальні приймачі оптичного випромінювання перетво­рюють енергію оптичного випромінювання в теплову, електричну, хімічну та інші види.

На практиці найбільш широке розповсюдження отримали приймачі, засновані на тепловій та фотоелектричній дії.

У теплових приймачах задача вимірювання оптичного випромінювання зводиться до вимірювання перепаду температур, зумовленого поглинанням енергії випромінювання приймачем.

Болометри. Принцип дії болометрів заснований на зміні залежного від температури електричного опору провідника.

У болометрах використовуються провідники у вигляді стрічки з міді, платини, нікелю або напівпровідників, поміщених у скляну або кварцеву колбу, з якої викачане повітря, з метою зменшення впливу коливань навколишньої температури і потоків повітря на чутливий

елемент болометра.

Чутливість сучасних болометрів досягає 10"¹⁰ Вт.

Термоелектричні приймачі випромінювання. Дія термоелек­тричних приймачів (термопари, термоелементи та інші) заснована на виникненні термоелектрорушійної сили при нагріванні спаю різнорідних металів або напівпровідників.

У термоелектричних приймачах використовують спаї константану з манганіном, вісмуту з сурмою або оловом, спаї селенистого і сірчаного срібла з добавками міді і телуру. Термоелектрорушійна сила сучасної термопари, поміщеної у вакуум, досягає 500 мкВ на 1 °С перепаду температур між "холодним" і "гарячим" спаєм термопари.

Для компенсації зовнішніх впливів на термоелектричний приймач випромінювання зустрічно-послідовно вмикають два однакових приймачі, один з яких є вимірювальним, а другий - компенсаційним.

Чутливість термоелектричних приймачів випромінювання досягає 5 ВВт"¹.

Фотоелектричні приймачі випромінювання. У цих приймачах енергія випромінювання безпосередньо перетворюється в електричну завдяки фотоефекту.

Залежно від механізму фотоелектричного ефекту приймачі поділяються на фотоелементи із зовнішнім фотоефектом, з внутрішнім фотоефектом і з фотоефектом у замикаючому шарі.

Люксметри. Застосовуються для вимірювання освітленості на певній площині. Найчастіше на виробництві застосовуються люксметри типу Ю116, Ю117. Люксметр складається з селенового фотоелемента, вмонтованого в пластмасову оправу з ручкою, гальванометра, шкала якого проградуйована в люксах, і з'єднувальних проводів. Селеновий фотоелемент являє собою стальну пластинку, на яку нанесено непрозорий для світлових променів шар селену. Поверхня селену покрита тонким прозорим шаром золота або платини. На границі між шаром золота і селену утворюється замикаючий шар з односторонньою провідністю.

Під дією світла в зовнішньому шарі селену звільняються електрони, які можуть рухатись через замикаючий шар лише від селену до золота. Якщо затискачі селенового фотоелемента з'єднані за допомогою провідників з гальванометром, то в замкненому колі виникне струм.

Для вимірювання великих освітленостей на селеновий фотоелемент надівається світлофільтр з коефіцієнтом пропускання один відсоток, що дозволяє збільшити межі вимірювання в 100 разів.

При вимірюванні люксметром освітленості від джерел світла із спектральним складом, який відрізняється від спектрального складу лампи розжарювання, вводять поправочні коефіцієнти (для люмінесцентних ламп типу ЛД - 0,9, типу ЛБ - 1,1).

Для вимірювання фотосинтезної опроміненості викорис­товують фітофотометри ФИТОМ-70 та ФФМ-71, спектральна чутливість яких близька до середньої спектральної чутливості листка рослини.

Для вимірювання ультрафіолетового опромінення використо­вують уфіметри УФИ-73 та УФД-73, ерметри УБФ та УФМ-71, бактометр УФБ-1А, ердозиметр УФД-1А.

Принцип дії уфіметрів оснований на перетворенні енергії ультрафіолетового випромінювання на електричні імпульси.

Для вимірювання інфрачервоного випромінювання використо­вується піранометр Янішевського, болометри і термоелементи з оптичним фільтром КС-19, пристрій ТФА-2, фотощуп ИВФ-1 тощо.