4)Характеристика электромагнитных излучений.

Ответ: Любое тело, температура которого выше абсолютного нуля излучает в пространство лучистую энергию. Перенос этой энергии осуществляется электромагнитными волнами. В 1890г. Лебедев П.Н. установил, что излучения представляют собой поток материальных частиц. Эти материальные частицы, позже названные А. Эйнштейном фотонами, обладают конечной массой и скоростью в безвоздушном пространстве 300 000 км/с. Отличие материи излучения от материи вещества заключается в том, что ее масса покоя равна нулю. Любое электромагнитное (ЭМ) излучение характеризуется длиной волны (l – длина волны в нанометрах, 1 нм 10^-9 м = ): где f – частота ЭМ колебаний (волны), пропорциональна минимальной порции энергии излучения (энергии кванта), которая выделяется атомом при переходе одного или нескольких электронов с удаленных энергетических уровней на свои стационарные, базовые орбиты; с – скорость света, 3*10⁸ м*с⁻¹ . Область ЭМ излучений, встречающихся в природе характеризуется широким интервалом длин волн от 10⁻⁴ нм ( g – излучение), до 10³ км (излучение генератора переменного тока промышленной частоты 50 Гц)). На рисунке 1.1 приведен спектр электромагнитных излучений с длинами волн от 10^-2 нм до 10 м.

Область ЭМ излучений, лежащая между областью рентгеновских излучений и областью радиоизлучений является областью оптических излучений. Видимые излучения воздействуя на глаз вызывают ощущения света. Чувствительность глаза человека к различным длинам волн неодинакова. Максимальная чувствительность соответствует длинам волн в 555 нм. Энергию излучения (лучистую энергию) принято измерять в джоулях (Дж). На практике же, в большинстве случаев пользуются не энергией излучения, а мощностью излучения. Мощность излучения, характеризующая количество энергии, излучаемой в единицу времени, называется потоком излучения или лучистым потоком: где dt – время, в течении которого излучение может рассматриваться равномерным; Q – энергия, излучаемая за время dt . Единицей измерения лучистого потока является 1 Ватт. Излучения могут быть монохроматическими (простыми) и сложными. Простые излучения представляют собой излучения одной

длины волны. Сложные излучения состоят из совокупности монохроматических излучений, которые могут образовывать линейчатые спектры (рис. 1.2) или сплошные спектры (рис. 1.3). Линейчатые спектры характерны для разрядных источников света. Сплошные спектры – для источников теплового излучения (лампы накаливания).

5)Основные световые величины: световой поток, сила света, освещенность, светимость.

Ответ: Основными световыми величинами являются: – световой поток; – сила света; – освещенность (светимость); – яркость; – световая отдача; – цветность излучения. Световой поток (Ф) – это мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею световому ощущению, которое испытывает глаз человека. В отличии от лучистого потока световой поток соответствует видимому излучению. Измеряется световой поток в люменах (Лм) – это скалярная величина. 1 Лм = 1/683 Вт при излучении длиной волны 550 нм. 1 Лм – это поток, излучаемый абсолютно черным телом с площадью 0,5305 мм² при температуре затвердевания платины 2042º К. Абсолютно черное тело – это тело не обладающее отражающей способностью. Сравнительная оценка светового потока: световой поток, падающий на 1 м² поверхности земли летом при солнечном освещении равен порядка 10 000 лм; световой поток лампы накаливания мощностью 100 Вт на напряжение 220 В в среднем составляет 1 000 лм; световой поток обычной лампы накаливания на 3 В карманного фонаря – до 10 лм. В практической деятельности световой поток является одним из основных параметров, характеризующий источник света. Именно светотехническими методами расчета определяется необходимое значение светового потока (расчетное значение), по которому и выбирается установленная мощность источника света. Сила света (I) – это пространственная плотность светового потока, т. е. отношение светового потока (dФ) к величине телесного (пространственного) угла (dw), в котом он равномерно распределяется: В большинстве случаев на практике пользуются средней силы света: Телесный угол (w) измеряется отношением площади (S), которую он вырезает на поверхности сферы, описанной из его вершины, к квадрату радиуса ( r ) этой сферы: На рисунке 1.4 приведено изображение, поясняющее понятие телесный угол.

Единица измерения телесного угла – стерадиан (ср). 1 ср – это пространственный угол, который, имея вершину в центре сферы, вырезает на ее поверхности участок, равный квадрату радиуса (S = r²). Сила света до 1967г. измерялась в свечах (св), а после в канделах (кд): 1 св = 1 кд = 1 лм ср. Одна кандела это 1/60 силы света, испускаемого абсолютно черным телом площадью 1 см2 при температуре затвердевания платины. Сила света – векторная величина. В практической деятельности используется в виде таблиц или кривых распределения силы света в различных направлениях пространства. На рисунке 1.5 в качестве примера приведена кривая распределения силы света.

Такое распределение силы света используется для характеристики светораспределения осветительных приборов. Осветительные приборы могут быть ближнего (светильники) и дальнего действия (прожектора). Существуют в светотехнике 7 типовых кривых сил света и каждый из существующих светильников можно отнести к той или иной кривой силе света. Освещенность (Е) – это количественная оценка освещения какой либо поверхности. Это поверхностная плотность светового потока, т.е. отношение светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности. Освещенность элемента поверхности (dS₂) в заданной точке определяется выражением: Поверхности конечных размеров характеризуются средней освещенностью поверхности: где S₂ – площадь освещаемой поверхности, м². Единицей измерения освещенности является люкс (лк) (в переводе с латинского означает свет солнца). Освещенность в один люкс равна освещенности поверхности площадью в 1 м² , по которой равномерно распределяется световой поток в 1 лм (1 лк=1 лм*м⁻² ). В практической деятельности освещенность в виде нормируемых значений в качестве одной из основных исходных данных используется при проектировании осветительных установок, в светотехнических расчетах при определении установленной мощности источников света. Величина фактической освещенности может быть рассчитана также для уже спроектированной системы освещения. Важным при решении светотехнических и других инженерных задач является аналитическая связь величины освещенности с силой света. Подставим в 1.7 соответственно следующие выражения (см. рис. 1.6): И получим следующую аналитическую связь между освещенностью и силой света: Один из основных светотехнических методов – точечный метод расчета, построен на связи между светотехническими величинами и силой света. Светимость (М) – это плотность светового потока, излучаемого светящейся поверхностью. Для элемента светящейся поверхности светимость в дифференциальной форме может быть представлена следующим выражением: Среднее значение светимости для поверхности конечных размеров может быть вычислено по формуле: где S₁ – площадь светящейся поверхности, м². Собственного названия единицы измерения светимость не имеет. В практической деятельности эта световая величина характеризует источник света.