1.3 Оптичні властивості тіл

Енергія випромінювання, що потрапляє на будь-яке тіло, може відбиватися, пропускатися або поглинатися.

Відбиттям називається повернення випромінювання тілом без зміни складових його довжин хвиль монохроматичних випромінювань. Залежно від внутрішньої структури тіла і стану його поверхні, відбиття може бути спрямованим (дзеркальні поверхні), розсіяним (шорсткі поверхні) і змішаним.

Пропусканням називається проходження випромінювання через тіло без зміни параметрів монохроматичних випромінювань. Пропускання пов'язане з переломленням випромінювання – зміною його напрямку при переході з одного середовища в інше.

Поглинання являє собою перетворення енергії випромінювання в тілі в будь-який інший вид енергії.

Таким чином, потік випромінювання , що падає на тіло, частково відбивається поверхнею тіла , частково може проходити через тіло , частина потоку поглинається тілом

Кожний із складових потоків залежить від спектрального складу випромінювання і фізичних властивостей тіла. Оптичні властивості тіла характеризуються спектральними коефіцієнтами відбиття , пропускання і поглинання , кожний з яких визначається як

Знаючи функції ρ(λ), τ(λ), α(λ), а також функцію спектральної густини потоку випромінювання Ф(λ), що падає на тіло, визначаються відповідні інтегральні коефіцієнти

; ; .

Можна зробити висновок, що спектральні коефіцієнти відбиття, пропускання і поглинання для монохроматичного потоку випромінювання та ефективного потоку однієї довжини хвилі мають однакові значення, а сума коефіцієнтів дорівнює одиниці

1.4 Приймачі енергії випромінювання

Енергія випромінювання, що поширюється в просторі, поглинається різноманітними тілами, які називаються приймачами енергії випромінювання.

Приймач енергії випромінювання – це тіло, що ефективно перетворює енергію випромінювання в один із видів енергії (електричну, теплову, біологічну, хімічну та ін.).

Приймачі енергії випромінювання діляться на фізичні і біологічні. До фізичних приймачів належать фотоелементи, люмінофори, фотографічна емульсія та ін. Представниками біологічних приймачів є око, шкіра людини і тварин, зелений листок рослини, тощо.

Не вся поглинена енергія (потік випромінювання) в приймачі перетворюється в корисну енергію. Поглинений потік випромінювання, перетворений приймачем випромінювання в корисну потужність одного з видів енергії, називається ефективним потоком.

Кожен приймач енергії випромінювання характеризується інтегральною і спектральною чутливістю (ефективністю).

Інтегральна чутливість приймача являє собою відношення ефективно перетвореної приймачем енергії до падаючої на приймач енергії і визначається виразом

де k – коефіцієнт пропорційності, що залежить від вибраних одиниць виміру і ;

– ефективний потік випромінювання;

– падаючий на приймач потік випромінювання;

– поглинений приймачем потік випромінювання;

– коефіцієнт поглинання приймача;

– енергетичний вихід перетворення (відношення ефективно перетвореної приймачем енергії до поглиненої).

Спектральна чутливість приймача визначається аналогічно з урахуванням монохроматичного випромінювання

Приймачі випромінювання, з точки зору спектральної чутливості, бувають вибірковими і не вибірковими. У вибіркових приймачів спектральна чутливість залежить від довжини хвилі падаючого випромінювання, до них належать око і шкіра людини, фотоелемент, фотоемульсія та ін. Представником невибіркових приймачів є термопара.

З відомою спектральною густиною падаючого потоку випромінювання Ф(λ) і функції спектральної чутливості приймача ефективний потік випромінювання визначається виразом

,

де λ₁ і λ₂ – межі ділянки спектра падаючого на приймач потоку випромінювання.

Вхідні величини у вищенаведених виразах дозволяють легко визначити інтегральну чутливість приймача

Для зручності проведення вимірів і розрахунків вводиться поняття відносної спектральної чутливості приймача , яка є відношенням спектральної чутливості приймача до максимального значення спектральної чутливості цього ж приймача

З відомим абсолютним значенням функції V_пр(λ) і Ф(λ) неважко визначити ефективний потік

Для людського ока максимальна спектральна чутливість має місце при для денного зору і – для нічного (рисунок 4).

Рисунок 4 – Криві функцій відносної спектральної світлової ефективності монохроматичного випромінювання для денного V(λ) і нічного V΄(λ) зору

Максимальне значення спектральної чутливості світлоадаптованого стандартного спостерігача Міжнародною комісією з освітлення (МКО) прийнято для монохроматичного випромінювання з і складає  люмен на ват (лм/Вт). Люмен являє собою одиницю світлового потоку, 1 лм відповідає світловому потоку, що випромінюється в одиничному тілесному куті точковим джерелом із силою світла 1 кандела (визначення кандели буде дано нижче).

Таким чином, монохроматичний світловий потік визначається виразом

,

де – монохроматичний потік випромінювання;

– відносна спектральна чутливість органу зору до монохроматичного випромінювання з довжиною хвилі λ.

Перехід від монохроматичного потоку випромінювання до світлового потоку з такою ж довжиною хвилі здійснюється виразом

Перехід до світлового потоку джерела з лінійчатим спектром

,

де – потік випромінювання і-тої лінії, Вт;

n – число ліній.

Перехід до світлового потоку джерела із суцільним спектром

.