Основные фотометрические характеристики.

1. Сила света измеряется отношением светового потока, создаваемого потока точечным источником света в телесном угле, к этому телесному углу

I=Ф/Ω

2. Световой поток

Световым потоком называется, поток световой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению.

3. Телесный угол – часть пространства, ограниченный конической поверхности

Телесный угол определяется отношением площадиS, вырезаемой этим углом на поверхности сферы (с центром O в вершине телесного угла ) к квадрату радиуса R сферы.

Рисунок 76.

Ω=S/R²

4. Освещенностью поверхности называется отношение светового потока, падающего на данную поверхность, к площади этой поверхности.

E=φ/S

5. Яркость. Эта характеристика вводится для протяженных источников света. Яркость измеряется отношением силы света, излучаемого с площади видимой (перпендикулярной направлению наблюдения) поверхности данного источника, к площади этой поверхности.

1.4.Фотоэффект и законы внешнего фотоэффекта

Фотоэффект – явление, выбивания электронов с поверхности вещества под действием света. Бывает внешний (характерен для металлов, электроны под действием света, освобождаясь, покидают поверхность вещества); внутренний (характерен для полупроводников, электроны, освободясь от связи с атомами под действием света не покидают поверхность полупроводника, а становятся свободными, оставаясь внутри вещества).

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

Уравнение Планка для энергии фотона:

h – постоянная планка =

- частота

Законы внешнего фотоэффекта.

Рисунок 77.

Принципиальная измерительная схема, с помощью которой исследовался внешний фотоэффект изображена на рисунке 77. Отрицательный полюс батареи присоединен к металлической пластинке K (катод), положительный – к вспомогательному электроду А (анод). Оба электрода помещены в сосуд, имеющий кварцевое окно (прозрачное для оптического излучения). Поскольку электрическая цепь остается разомкнутой, ток в ней отсутствует. При освещении катода К свет вырывает из него электроны (фотоэлектроны), устремляющиеся к аноду; в цепи появляется ток (фототок).

Схема дает возможность измерять силу фототока и скорость фотоэлектронов при различных значениях напряжения между катодом и анодом при различных условиях освещения катода.

Экспериментальные исследования, выполненные Столетовым, а также другими учеными, привели к установлению следующих основных законов внешнего фотоэффекта.

1. Фототок насыщения пропорционален интенсивности падающего излучения.

2. Скорость выбитых электронов не зависит от интенсивности падающего излучения, а определяется только его частотой.

3. Фотоэффект начинается только с определенной частоты падающего излучения, называемой красной границей фотоэффекта. Это минимальная частота падающего излучения, при которой начинается фотоэффект.

1.5.Люминесценция

Люминесценция(холодное свечение) – свечение тел при низкой температуре, так что в тепловом излучении отсутствует излучение в видимом диапазоне. Оно наблюдается после возбуждения атомов и молекул вещества. По продолжительности послесвечения (после прекращения действия внешнего возбуждения) от 10^-9с до нескольких суток. Люминесценция подразделяется на флюоресценцию (кратковременное послесвечение) и фосфоресценцию (длительное), хотя резкой границы между ними нет.

Свечение при люминесценции не прекращается одновременно с вызвавшей его причиной. В зависимости от способа возбуждения различают фото-люминесценцию, рентгено-, радио-, котодо-, электро-, хемилюминесценцию.

Спектры люминесцентного излучения и их максимумы сдвинуты в сторону более длинных волн относительно спектра возбуждающего излучения (правило Стокса).

В соответствии с квантовой теорией излучения, поглотив квант энергии hυ₀, атом переходит в возбужденное состояние и теряет при этом часть полученной энергии. Оставшаяся энергия излучается в виде квантаhυ

.

То есть частота люминесцентного излучения меньше частоты поглощения. Вещества, обладающие ярко выраженной способностью люминесцировать называются люминофорами. Степень преобразования поглощенной энергии ε₀в энергию люминесценции ε характеризуется энергетическим выходом η=ε/ε₀.

Согласно закону С.И. Вавилова

Квантовый выход возрастает пропорционально длине волны возбуждающего излучения, а затем, достигнув максимума (насыщения), резко уменьшается.

Люминесценция широко используется в технике – люминесцентные лампы, электронно-лучевые трубки, люминесцентный анализ и другие применения. Люминесцентный анализ применяется также в медицине и ветеринарии. Значительная часть органических соединений (кислоты, жиры, красители) при облучении ультрафиолетом люминесцируют. Изучение люминесцентного излучения позволяет анализировать состояние пищевых продуктов, фармакологических веществ, волокон растительного и животного происхождения. Он применяется также при диагностике кожных заболеваний. Наблюдается также сверхслабое свечение биологических объектов – метаболическая люминесценция, характерная для живых организмов.

При люминесценции атомы из возбужденного состояния в устойчивое переходят спонтанно (самопроизвольно), однако эти переходы могут быть инициированы за счет какого либо внешнего воздействия.

Вследствие вспышки импульсной лампы атомы переводятся в возбужденное состояние.

Рисунок 78.

Если один из атомов испускает фотон, летящий вдоль оси рабочего вещества (кристалла, газа, полупроводника), то он инициирует излучение других атомов и образуется лавина фотонов. Так как волны, соответствующие этим фотонам совпадают по фазе, то амплитуда излучения непрерывно возрастает. Многократно отражаясь от плоскопараллельных зеркал (правое полупрозрачное), свет усиливается и выходит наружу в виде монохроматического когерентного излучения. На рисунке 78 показано устройство квантового лазерного генератора.

Фотоны, летящие под углом к оси лазера «выходят из обращения» и не участвуют в формировании

По длительности свечения люминесценция делится на фосеро- и флюоресценцию.