- •Лабораторная работа №7
- •Лабораторная работа №7
- •Энергетические световые величины
- •Фотобиологический процесс – зрение
- •1.3 Визуальные световые величины
- •1.4 Гигиенические нормы освещенности
- •1.5 Светочувствительные приборы
- •2 Описание лабораторной установки
- •2.1 Правила эксплуатации люксметра
- •3.2 Задание 2 Изучение распределения освещенности в учебной лаборатории
- •4 Контрольные вопросы
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» |
Методические указания |
|
Кафедра физики
ЕН.Ф.03 ФИЗИКА
ЕН.Ф.03 ФИЗИКА И БИОФИЗИКА
Лабораторная работа №7
Фотометрические характеристики и определение освещенности поверхности с помощью люксметра
ОПТИКА
Уфа 2011
Лабораторная работа №7
Фотометрические характеристики и определение освещенности поверхности с помощью люксметра
Цель и задачи работы: Познакомиться с фотометрическими величинами, понять фотобиологическое действие; провести практические измерения освещенности в лаборатории люксметром; рассчитать силу света, световой поток.
1 Общие сведения
Любой источник света излучает в окружающее его пространство электромагнитные волны различной длины. Волны видимого, ультрафиолетового и инфракрасного участков электромагнитной шкалы относятся к оптическому диапазону.
Естественное (солнечное) освещение и световое облучение создают необходимые условия жизнедеятельности человека, животных и птиц, а также растений. Искусственное световое облучение имеет большое значение в связи с развитием теплично-парниковых хозяйств, промышленного животноводства и птицеводства.
Свет материален и несет с собой энергию, которая может быть измерена при ее превращении в другие формы - электрическую, химическую, тепловую. Оптические излучения в зависимости от энергии и от спектрального состава, вызывают в разных телах различные физические (нагрев, фотоэффект) и биологические действия (зрительное ощущение, гибель микробов).
Зрительное восприятие человека ограничено узким диапазоном электромагнитной шкалы (380 – 760 нм), а излучения инфракрасного и ультрафиолетового диапазона не воспринимаются, но оказывают воздействие на организмы животных и растений. В связи с этим в фотометрии вводятся двойные единицы измерения – энергетические (по объективным энергетическим характеристикам) и визуальные (по воздействию на глаз).
Энергетические световые величины
Видимый свет, как и вообще электромагнитные излучения, характеризуется рядом объективных энергетических величин:
1) Энергия излучения W, Дж ; и ее объемная плотность
w = W/V, Дж/м.
2) Поток излучения Фе = W / t, Вт, и его плотность
φ =Ф /S , Вт / м2.
3) Энергетическая сила света, равная отношению потока излучения к телесному углу Iе = Фе /ω , Вт/с.
4) Энергетическая яркость (лучистость) – отношение энергетической силы света к площади поверхности источника Ве = Ie / S, Вт/м2 ср.
5) Энергетическая светимость (излучательность) - отношение потока излучения к площади поверхности источника света Re = Фе/ S, Вт / м .
6) Энергетическая освещенность (облученность) - отношение потока излучения к площади освещаемой поверхности Ее = Фе / S, Вт / м.
Обе последние величины имеют размерность плотности потока энергии.
Фотобиологический процесс – зрение
Восприятие света глазом является фотобиологическим процессом. Фотобиологическими называют процессы, которые начинаются с поглощения квантов света биологически функциональными молекулами, а заканчиваются соответствующей физиологической релаксацией в организме или тканях (рисунок 1).
Рисунок 1 Схема человеческого глаза:
1 - защитная белковая оболочка, 2 - сосудистая оболочка,
3 – сетчатая оболочка (сетчатка), 4 – зрительный нерв,
5 – роговая оболочка ( роговица ), 6 – радужная оболочка, имеющая посредине отверстие – зрачок, 7 – хрусталик в форме
двояковыпуклой линзы
Глаз представляет собой устройство, в котором световая энергия, получаемая светочувствительными элементами (фоторецепторными клетками), преобразуется в энергию электрических импульсов, распространяющихся по зрительному нерву от органов зрения к центральной нервной системе (ЦНС).
Свет, попадающий в глаз, фокусируется оптической системой глаза на сетчатке, покрывающей внутреннюю полусферу глазного яблока. Поглощение света и образование нервных импульсов, формирующих в ЦНС ощущение света, происходит в сетчатке, представляющей собой многослойную клеточную систему, светочувствительные элементы которой - палочки и колбочки – получили название в связи с их специфической формой. Палочки находятся на всей поверхности сетчатки и служат рецепторами черно-белого зрения, а колбочки, сконцентрированные в центральной части сетчатки, отвечают за цветное зрение.
Помимо человека, цветным зрением обладают и другие позвоночные, однако спектральные характеристики глаз животных и человека, как правило, не совпадают. Так, лошади, овцы и свиньи различают лишь красный и зеленый цвета, Животные, ведущие сумеречный и ночной образ жизни – волки, кошки – не нуждаются в аппарате цветного зрения, в их глазах колбочки отсутствуют.
Глаза пчел весьма чувствительны к ультрафиолетовому свету, но совершенно не воспринимают красного. Именно поэтому пчелы не посещают и не опыляют красных цветов (за исключением цветов красного мака, которые хорошо отражают ультрафиолетовые лучи солнца и поэтому кажутся пчелам ультрафиолетовыми). Большинство красных цветов посещается и опыляется мелкими птицами благодаря тому, что глаза почти всех птиц обладают особенно высокой чувствительностью к красному свету.
У многих насекомых, в том числе вредителей, максимум чувствительности зрения лежит в ультрафиолетовой части спектра. В связи с этим разработан и применяется на практике (в сельском и лесном хозяйстве) новый способ борьбы с вредными насекомыми – ультрафиолетовая ловушка, где приманкой служит ультрафиолетовый свет ртутно- кварцевой лампы.
Восприятие человеком света разной длины волны при одинаковых энергетических характеристиках вызывает не только различное цветовое ощущение, но и ощущение различной интенсивности света. На рисунке 2 приведена кривая функции видности (чувствительности глаза) в зависимости от длины волны света.
Рисунок 2 Графическая зависимость функции видности от длины волны света
На рисунке 2 видно, что наибольшее воздействие оказывает свет в зеленой области на длине волны 555 нм. В связи с этим обстоятельством зеленый свет был принят в качестве разрешающего сигнала светофора и семафора. Восприятие света, как и звука, субъективно и у людей различно. Поэтому исходят из средней чувствительности глаза, установленной путем обследования большого числа людей с нормальным зрением.