Справочная книга по светотехнике

ОПТИЧЕСКИЕ И СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛ

Преломлением излучения называется изменение его направления при переходе из одной прозрачной среды в друїую (рис. 1.6).

Согласно закону преломления лучи — падающий и нреломленпый — лежат в одной плоскости с перпенди-

ОПТИЧЕСКИЕ И СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛ

Рис. 1.6. К закону прелом­ления

куляром к элементу преломляющей поверхности в точ­ке падения луча, причем отношение синусов углов па­дения і и преломления j для рассматриваемых сред за­висит только от длины волны излучения, но не зависит от угла падения:

sin/ /sin j =п2]. (1.15)

Постоянная nj называется относительным показа­телем преломления второй среды относительно первой.

Показатель преломления п среды относительно ва­куума называют абсолютным показателем преломления среды. Он равен отношению скоростей распростране­ния света в вакууме су, и в данной среде х>: п = с$ /х>.

Относительный показатель преломления nj ( выража­ется через абсолютные показатели преломления первой

И второй срел П И П2 соотношением п21 =П2/П|. Если п21 <1, ТО при sin І/п21 >1 свст не выхолит из среды, происходит полное внутреннее отражение — зеркаль­ное отражение света от границы лвух сред с коэффици­ентом отражения р=1. При полном внутреннем отра­жении угол і превосходит предельный угол /пр, опреде­ляемый из соотношения sin/пр =л2 1-

Отражением называется возвращение излучения объектом без изменения длин волн составляющих его монохроматических излучении.

Имеют место следующие виды отражений:

а) зеркальное без рассеяния отраженного потока (лучистого, светового) (рис. 1.7, о); при зеркальном от­ражении: 1) падающий и отраженный лучи лежат в од­ной плоскости с перпендикуляром к элементу отра­жающей поверхности в точке падения луча: 2) угол па­дения луча равен углу его отражения: 3) закон квадра­тов расстояний для отраженного пучка соблюдается от источника света, а не от отражающей поверхности (Д£2, = Дйр);

б) равномерно диффузное, при котором отражен­ный поток излучения (световой) рассеивается гак, что энергетическая яркость (яркость) во всех направлениях полупространства одинакова (рис. 1.7,6);

в) лиффузное (смешанное), при котором наблюда­ется частично зеркальное и частично диффузное отра­жение (рис. 1.7, в);

г) направленно-рассеянное, при котором фотомет­рическое тело отраженных от участка поверхности сил света можно приближенно описать вытянутым эллип­соидом вращения (рис. 1.7, г), большая ось которого располагается в направлении зеркального отражения. При зеркальном отражении Д£2, = Д£2р, яркость в пре­делах телесного угла Z.(, постоянна и равна Lp = Z. Hр3, где Аи — яркость источника в пределах телесного угла ДІ2,.

В случае равномерно диффузного отражения (рис. 1.7. 6)

д£2,«д£2р = 2л.

ОПТИЧЕСКИЕ И СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛ

Рис. 1.7. Виды отражения и пропускания света различны­ми материалами

Яркость участка равномерно диффузно отражаю­щей поверхности равна

/. = £р/л, (1.16)

где L и F. — яркость и освещенность поверхности, рав­номерно диффузно отражающей свет; р — се коэффи­циент отражения.

Наряду с традиционными видами отражений, в по­следние годы все шире применяются отражения на многослойных интерфенциоппых структурах и много­кратные отражения в призматических системах свето­водов и световозвращателей (см. подробнее раздел 6).

Коэффициент яркости — отношение яркости осве­щенной поверхности к яркости идеального рассеивате­ля (идеальной поверхности) l. m ср = 1, находящегося в тех же условиях освещения:

Lm = E/n ^сф = ^-«р / ^-ил - (117)

Коэффициент яркости зеркальной поверхности

В] = лр3£и / Е, (1.18)

где /.и — яркость источника, освещающего зеркальную поверхность; р3 — коэффициент зеркального отраже­ния; F. — освещенность зеркальной поверхности.

Коэффициент яркости направленно рассеивающей свет поверхности с хаотически расположенными не­ровностями (выпуклости и вмятины) описывается в [1.1].

При смешанном отражении (рис. 1.7, в) индикатри­су рассеяния можно разделить на две составляющие, одна из которых описывает равномерно диффузное от­ражение, другая — приближенно зеркальное. Напом­ним, что индикатрисой называют функцию, выражаю­щую зависимость относительных значений фотометри­ческой величины от направления. Ниже этим терми­ном обозначается индикатриса силы излучения (света).

Направленно-рассеянное отражение (рис. 1.7, г) ха­рактерно для металлических поверхностей после хими­ческой или пескоструйной обработки. Для таких по­верхностей д£2, <д£2р. В пределах Д£2р яркость участка отражающей поверхности непостоянна. Максимальная яркость наблюдается в направлении зеркального отра­жения.

Коэффициент яркости направленно рассеивающей свет поверхности

_ 2akAlgaa

°а0 т т т------------------------------------ ’ (1-19)

M2(l-p2)sin^a0[ cos a

где А = cos 0 sin a+ ctg <xa cos a; p = a / b; a vi b — полу­оси вытянутого эллипсоида вращения.

Пропусканием называется прохождение излучения (света) сквозь среду без изменения длин волн состав­ляющих его монохроматических излучений. Наблюда­ются следующие виды пропускания: а) панравлеппое без рассеяния (рис. 1.7, а); б) равномерно диффузное, при котором прошелший поток излучения (световой) рассеивается так, что энергетическая яркость (яркость) во всех направлениях полупространства одинакова (рис. 1.7, б):

J Ф^(Я)га(Я)(Л І Фe(k)z(X)dk

(1.20)

а„ =

P-L-PII

P1+PII

(1.24)

Др -

sin2(i j) .

Рц:

Pi =- у SinHi + j)

= Eexe / л = const; /-T = Ex / ті = const,

где Ln и /,т — энергетическая яркость и яркость по­верхности, пропустившей поток излумсния и световой поток; Ее, F. — облученность и освещенность поверхно­сти, па которую налает световой поток; хе и х — коэф­фициенты пропускания слоя среды; в) смешанное, при котором наблюдается частично направленное и частич­но равномерное диффузное пропускание (рис. 1.7, в) г) направленно-рассеянное, при котором индикатриса силы света приближенно описывается вытянутым эл­липсоидом вращения (рис. 1.7. г).

Монохроматический поток излучения Ф?(А, dk), падающий на тело, делится па гри части: отраженную Ф? р(Л, dk). поглощенную Ф(.>и(Л, dk) и прошедшую ФСТ(А, dk). Отношения каждой из этих частей к па­дающему потоку называются соответственно спек­тральными коэффициентами отражения р(Л), поглоще­ния а(Х) и пропускания х(А). Очевидно, что р(Я.) + а(А) + + х(А)=1. Интегральные коэффициенты отражения, поглощения и пропускания для потока излучения (ре. ае и хе) и светового потока (р, а и х) описываются вы­ражениями

где Ф^М — спекіральное распределение потока излу­чения; р(Л), а(А), х(А) — значения спекгральных коэф­фициентов отражения, поглощения и пропускания.

Оптическая плотность среды D = lg (1 / т). Поглоще­ние монохроматического потока Фе,(Л, dk) в слое сре­ды описывается законом Бугера:

фгац =<IW^ <Л.)ехр(-а'л:) = Ф? о(^ Л)-10 (1.21)

где а' и а — натуральный и десятичный показатели по­глощения.

Спектральный коэффициент пропускания моно­хроматического излучения слоем среды толщиной х х(к) = схр(-а'х) = 10~ах. Спектральный коэффициент поглощения такого слоя а(А)=1 -10' ах.

Коэффициент отражения пучка лучей естественно­го света от поверхности диэлектрика описывается урав­нениями Френеля

где / иу — углы падения и преломления пучка лучей; рц и pj^ — коэффициенты огражения лучей, поляризован­ных в плоскости падения и в перпендикулярной ей (рис. 1.8). Принимают, что плоскость поляризации со­ответствует плоскости колебаний вектора напряженно­сти электрического поля пучка лучей. При / + j = 9(Р отраженный пучок лучей полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения.

|Ф^(Х)^(Х)<Л

/Ф^(Я)а(Я)|/(Я)(Л.

1Ф^(Х)И(Х)Л

[Ф^(Я)т(Я)ИА)</Я

1Фе-Я(Я)І/(Я)(Л

.•Р = ^, (1.22)

|Федр(л)р(л.)И(л.)Л

Р* =

x =

Угол при котором происходит полная поляризация отраженного света, называется углом Брюстера (/'„). Для пего имеет место соотношение

lg/B=«2l (123)

(закон Брюстера).

При перпендикулярном падении пучка лучей на іраницу двух прозрачных сред

P0=(l-n2i)2/(l+n21)2.

Коэффициент отражения незначительно меняется до угла падения, равного 45°. Можно считать, что Р45 = Ро-

Степень поляризации — отношение потока поляри­зованной части пучка лучей к потоку всего пучка:

где Др и Дт — степени поляризации отраженного и преломленного плоскопараллслыюй пластинкой из ди­электрика пучков лучей.

1.5. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И СВЕТОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИМПУЛЬСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Изменение во времени величины X/ показано на рис. 1.9 и характеризуется кривой мгновенных значе­ний х, (потока излучения или светового потока, силы

; дт = До —-— м-р

ОПТИЧЕСКИЕ И СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛ

Рис. 1.8. Отраже­ние света про­зрачным диэлек­триком. /в = 56°40' при «2| = 1.53

ОПТИЧЕСКИЕ И СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛ

Рис. 1.9. Типичная зависимость изменения фотометриче­ской величины импульсного ИС

излучения или силы снета, освещенности или облучен­ности, а также других величин.

Основные величины, применяемые для описания импульсного излучения, перечислены в табл. 1.3 (см. также п. 3.3.7).

Таблица 1.3

Энергетические и световые величины, характеризующие вспышку (импульс)

Наименование

Обозначение и формула

Кдинниа

измерения

Лучистая энергия

©

II

=

(1.25)

Дж

Световая энергия

Q= j Ф, А

0

(1.26)

лм-с

Энергетическое освечива - пие

0? = 11 et d'

0

(1.27)

Дж/ср

Освечивапие

9 = J /, di

0

(1.28)

кде

Интеграл импульса энерге­тической яркости

J Let dt

0

(1.29)

Дж/(ср-м2)

Интеграл импульса яркости

jl.,dl

0

(1.30)

кд-с/м2

Энергетическая экспозиция

U'=E„d,

0

(1.31)

Дж/м2

Экспозиция

н = J /■:, di 0

(1.32)

лкс

Иптеїрал импульса энерге­тической светимости

J Met di 0

(1.33)

Дж/М2

Интеграл импульса свети­мости

J M, dt

0

(1.34)

лм-с/м2

Спектральная плотность энергетического освечива - ния

= dQe / dk

(1.35)

Дж/(ср м2)

Длительность импульса (вспышки) — время tR, в те­чение которого значение лс(, характеризующее вспыш­ку, удовлетворяет неравенству х, >яхтах - где хтах — максимальное значение за время вспышки параметра вспышки, например 1е, тлх, /(тах, £?rmax’ ^Vmax и др., п — коэффициент, определяющий выбранную длитель­ность вспышки (часто используется значение п =0,35, а также л =0,1 и л = 0,5).

Справочная книга по светотехнике

ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Влияние освещения на состояние людей и производи­тельность труда. Условия искусственного освещения на промышленных предприятиях оказывают большое влияние на ЗР, физическое и моральное состояние лю­дей, а следовательно, на ПТ, качество продукции …

УТИЛИЗАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ РЛ

Разрядные ИС, как правило, содержат различное количество ртути. Так, в каждую ЛЛ вводится от 3 до 40 мг ртути, в лампу типа ДРЛ — значительно больше. Ртуть содержится также в …

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОСВЕЩЕНИЯ

Обеспечение надлежащих условий труда во всех сферах производственной деятельности человека явля­ется одной из важнейших задач социально-экономиче­ской политики государства, что зафиксировано в Феде­ральном законе «Об основах охраны труда РФ» (11.10] и …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.