Сәулеленудің оптикалық аймағындағы спектрі

 

Негізгі тү сінік жә не анық тамалар. Сә улелену - бұ л материяның ө мір сү руінің электр магнитті ө ріс тү ріндегі бір формасы.

Фотон – сә улеленудің қ арапайым бө лігінің энергиясы (кванты):

 

,

 

мұ ндағ ы - Планк тұ рақ тысы; v – сә улелену жиілігі, Гц.

 

Жарық техникасы оптикалық сә улеленумен сабақ тас, шамамен 1 нм-ден 1 мм-ге дейінгі ұ зындық та электр магнитті сә улелену, рентген сә улелерімен радиосә улелерінің арасындағ ы аймақ та жатады.

Спектрдің оптикалық аймағ ы ультракү лгін (УФ), кө рінетін жә не инфрақ ызыл (ИК) болып бө лінеді.

Ультракү лгін сә улелену - оптикалық сә улелену, толқ ын ұ зындығ ының монохроматты қ ұ раушылары шамамен 1-ден 380 нм аралығ ында жатады.

Кө рінетін сә улелену (жарық) – бұ л сә улелену, кө здің торлы қ абығ ына тү скенде, кө ру тү йсігін шақ ыруы мү мкін (тү йсіну – сананы тү ршіктіретін сыртқ ы энергияғ а айналуы). Кө рінетін сә улелену монохроматты толқ ын ұ зындығ ы 380 – 780 нм шамасында болады.

Инфрақ ызыл сә улелену монохроматты қ ұ раушы толқ ындар ұ зындығ ы, ү лкен ұ зындық тағ ы кө рінетін сә улелену.

Сә улелену спектрі – монохроматты сә улелену жиынтығ ы, кү рделі сә улелену қ ұ рамына кіреді. Сә улелену спектрі графикалық аналитикалық немесе таблицалық тә уелділікке байланысты жазылуы мү мкін. Сә улелену кө здері тұ тастай, жолақ ты, сызық ты спектрлі, тұ тастай жә не сызық ты қ ұ раушылары болады.

Сә улелену ағ ыны - бұ л сә улелену кү ші болып табылады:

 

, (4.1)

 

мұ ндағ ы dQ_е, - уақ ытта шығ арылатын кү рделі жә не монохроматты сә улелену энергиясы; жә не - кү рделі жә не монохраматты сә улелену ағ ыны, Вт.

 

Монохроматты сә улелену ағ ыны кейде квант санымен уақ ыт бірлігімен ө лшенеді.

Сә улелену ағ ынын баяулап тарату ү шін спектр бойынша спектрлі сә уленің беріктік ағ ыны қ олданылады:

 

. (4.2)

Кө п жағ дайда сә улелену кө зінің мө лшері аз шағ ылатын қ ашық тық та қ арастырылатындық тан, нү ктелік сә улелену кө зінің шартын қ арастыру заң ды, сонымен есептеу кезінде мө лшерлері сондай аз қ абылдағ ышқ а дейінгі ара қ ашық тық ты елемеуге де болады.

Сә улелену кө зі бірқ атар заттық (денелік) бұ рышта қ олданылады. Ә р тү рлі конустық шектелген беттерде заттық бұ рышты ылғ и қ олданылады (4.1-сурет).

 

 

4.1-сурет. Денелік бұ рышты есептеу жә не тү сіну ү шін

 

Сфералық биіктік ауданы dA, сфераның заттық бұ рышының центрінің биіктігінің ө лшемімен қ атынасы болып табылады да, сфераның радиусының квадратына сү йенеді.

Заттық бұ рыштың бірлігі болып стерадиан (ср) қ абылданды. Сфераның ауданын қ иятын радиус квадратының ауданына тең болатын элементарлы аймақ ты заттық бұ рышы d екі осьті конустық бетпен шектелген dα бұ рышына аралас қ ұ раушы:

 

. (4.3)

 

Аймақ тық заттық бұ рыш ү шін тең

 

. (4.4)

 

Жарық ағ ыны – жарық энергиясының қ уаты, эффективті ө лшемі люменмен есептеледі. Жарық ағ ынының бірлігі – люмен (лм). Сә улелену кү ші (жарық тың энергиялық кү ші) – сә улелену ағ ынының кең істіктегі беріктігі сә улелену ағ ынымен заттық бұ рыштың dw ағ ын шамасымен қ олданылады жә не тең дей бө лінеді:

. (4.5)

 

Кең істіктегі нү ктелік жарық кө зі заттық бұ рыштың шың ында орналасқ анда сә улелену кү шін анық тайды. жарық кү шінің бірлігі – кандела (кд).

Энергетикалық жарық тандыру (шағ ылыстыру) – сә улелену ағ ынының dФ кіші аудандағ ы беттің dA (жарық) шық қ аннан қ аралатынғ а дейінгі осы ү лестегі ауданғ а қ атынасы:

 

, (4.6)

 

мұ ндағ ы жә не - dA бетімен немесе A бетімен жіберілетін, сә улелену ағ ыны. Энергетикалық жарық тану ө лшем бірлігі Вт/ .

 

Жарық тандыру – жарық ағ ынының кіші ү лестік биіктігі шық қ аннан қ арастырылатын осы ү лестегі ауданғ а қ атынасы:

 

, (4.7)

 

мұ ндағ ы жә не - dA бетімен немесе A бетімен жіберілетін, сә улелену ағ ыны. Жарық тандыру ө лшенеді.

 

Жарық – жарық тану бетінің жарық ағ ыны бойынша беріктігі:

 

, (4.8)

 

мұ ндағ ы жә не аймағ ының бетіне жарық тү суі жә не А бетінің орташа жарық тануы. Жарық ө лшем бірлігі люкс (лк) болып қ абылданады.

 

Дененің оптикалық жә не жарық техникалық сипаттамасы. Барлық денелерде ү здіксіз энергия алмасу болады. Сә улелену энергиясының шағ ылуы жә не тұ тылуы бойынша алғ анда: сә улелену ағ ыны ә лдебір денеге тү сіп, бө лшектеніп жұ тылады жә не оның бетінен бө лшектене шағ ылады, ал қ алғ ан бө лігі дененің ішіне ө теді. Кө бінесе кең істіктегі сә улелену ағ ынының бө лінуі осығ ан байланысты ө згереді жә не спектрі бойынша да ө згереді, денеге тү скен, жұ тылғ ан, шағ ылысқ ан жә не ө ткен сә улелену ағ ынынан сә улелену ағ ынына жұ тылу, шағ ылысу жә не жіберу коэффициенттері деп қ атынастарын айта кетейік.

Бұ л коэффициенттер дененің қ ұ рамының оптикалық сипаттамасы бойынша келесідей тең діктермен анық талады:

, ,

(4.9)

, ,

мұ ндағ ы - жұ тылу коэффиценті, шағ ылу жә не сә улелену ағ ындарының ө туі; - сә улелену ағ ындарының коэффициенттері: денемен жұ тылатын, денеден шағ ылатын жә не денеден ө тетін жарық ағ ындары.

 

Зерттелетін дене ү шін жұ тылу, шағ ылу жә не сә улелену ағ ынының ө тетін коэффициенттері былай анық талады:

а) зерттелетін дененің жә не жұ тылу, шағ ылысу жә не ө ткізудің спектрлік сипаттамасы. Зерттелетін денедегі шоғ ыр жолының ұ зындығ ы шоғ ыр сә улесінің тү су бұ рышынан, жазық бетті ө ң деу сипаттамасынан тә уелді.

б) тү скен сә уле ағ ынының спектрлік қ ұ рамы.

Тү скен сә уленің ағ ынының спектрлік қ ұ рамы. Кө птеген дене таң дап жұ тылады, сонымен қ атар жә не ә р тү рлі толқ ындағ ы сә улелену ағ ынын ө ткізеді.Соғ ан байланысты жұ тылу, шағ ылу жә не ө ткізу оптикалық коэффициенттеріне қ атысты болады.

коэффициенттерінің спектрлі мә ндері келесі тең діктермен анық талады.

; ;

(4.10)

; ,

мұ ндағ ы - спектрлі жұ тылу, шағ ылу жә не ө ткізу ағ ындары мә ндерінің коэффициенттері; - жұ тылғ ан, шағ ылғ ан жә не ұ зындық та ө ткен толқ ындардың сә улелену ағ ындары; ұ зындық тағ ы денеге тү скен толқ ынның сә улелену ағ ыны.

 

Денеге тү скен сә уле ағ ынының спектрлі беріктігін пайдалана отырып, спектрлі жә не интегралды коэффициенттердің арасындағ ы байланысты анық тауғ а болады. Дене қ ұ рамының оптикалық сипаттамасын тө мендегідей береміз:

, , , (4.11)

 

мұ ндағ ы - жұ тылатын, шағ ылатын жә не ө тетін сә улелену ағ ынының ө ткізуші коэффициенттері; - жұ тылғ ан, шағ ылғ ан жә не ө ткен сә улелену ағ ыны; - денеге тү скен сә улелену ағ ыны.

 

Коэффициенттердің араларындағ ы байланыс энергия сақ талу заң ына байланысты келесідей тең діктермен анық талады:

 

,

 

сонымен қ атар қ орытынды жарық ағ ыны:

(4.12)

Жарық ө рісінің сипаттамасы. Жарық ө рісі – жарық (сә улелену) кө зі берілген жарық энергиясын тасымалдауда орын алатын кең істік аймағ ы.

Жарық ө рісінің интегралды сипаттамасының жалпы тү рі тө мендегідей ө рнекпен анық талады:

 

, (4.13)

 

мұ ндағ ы с - жарық ө рісінің нү ктелік аймағ ында орналасқ ан таң далғ ан беттегі жарық ө рісінің орташа жарық тығ ының интегралды сипаттамасы , бұ л жарық тү скен кө зден таң далғ ан беттегі сә улелену эффективтілігін анық тайтын сә улелену функциясының қ ұ ндылығ ы; w - қ оршалғ ан нү ктенің немесе дененің бұ рыштық мә німен анық талады; dE - ө рістегі зерттелетін нү ктенің элементі аудандағ ы жарық кө зінің элементіне перпендекуляр орналасқ ан қ алыпты жарық тандыруы.

Жарық ө рісінің интегралды сипаттамасы тө мендегідей анық талады:

1. жарық тандырылу Е ауданының тегістегі . Бұ л жағ дайда функцияның сә улелену кезінде (4.2-сурет) ; шоғ ырланғ ан Б нү кте ү шін , мұ ндағ ы аудан бетінің жарық тандырылуы.

2. жарық тандырылу кең істігі - берілген нү ктелік ө рістегі қ алыпты жарық тандырылуының қ осындысы екені анық.

3. орташа сфералық жарық тандырылу - аз радиусте r сфералық беттегі орташа жарық тандырылудың жоғ алуы:

 

. (4.14)

 

 

 

4.2-сурет. Тегіс бетті ауданның жарық тандырылуы

4. аз радиустағ ы r орташа жарты сфералық жарық тандырылу 4.3, а-суретте келтірілген. Жарты сфералық беттегі орташа жарық тандырылудың жоғ алуы:

 

,

(4.15)

,

 

мұ ндағ ы - жарты сфераның тү пкі жарық тандырылуы, «+» таң басы ү шін, «-» таң басы ү шін.

 

Орташа жарты сфера жарық тандырылуын білу ү шін жарты сфералардың негізгі жағ дайын қ абылдайды.

5. орташа цилиндрлік жарық тандырылу цилиндр осіне вертикалды бейімделіп, мекемені жарық тандырумен кө мкеру ү шін қ олданылады. Кіші ө лшемді d жә не h жұ тылатын орташа цилиндр бетінің қ абырғ асының жарық тандырылуы орташа цилиндрлік жарық тандырылумен тү сіндіріледі. Қ ұ ндылық функциясы (4.3 б-сурет):

 

. (4.16)

 

 

4.3-сурет. Орташа жарты сфералық (а) жә не орташа цилиндрлік (б) жарық талуы

 

Цилиндр осіне бейімделуіне Е_ц жағ дайы қ олданылады. Жарық энергиясы уақ ыт бірлігінде аудан бірлігінің бағ ытымен тасымалдануымен жә не ө рістің нү ктелік мә ні перпендекуляр орналасуымен жарық векторы анық талады.

А.А. Гершун денелік бұ рышқ а векторлық тү сінікті енгізді. 4.4-суретте кө рсетілгендей аз денелік бұ рыш ү здіксіз векторғ а бағ ытталғ ан. Оның модулі . Денелік бұ рыштың векторы . Жарық векторын былай тү сіндіруге болады, денелік бұ рыш векторының тү сінігін қ олдана отырып,

 

, (4.17)

 

мұ ндғ ы - денелік бұ рыштың бойынша қ ашық тығ ы.

 

 

 

4.4 -сурет. Денелік бұ рыш векторы жә не жарық векторы