1.Электромагнитная и корпускулярная природа света. Оптический диапазон электромагнитных волн.

Опыт Юнга (интерференция света. Интерференция – физическое явление перераспределения волновой энергии в пространстве при наложении монохроматичных (одинаковой частоты колебаний) волн.

1801г. 1816 –Френель дифракция.

Дифракция (результат интерференции) – физическое явление нарушения прямолинейного распространения волн в неоднородных средах.

1860-1865 –Максвелл (В 1860 г. знаменитый английский физик Джеймс Клерк Максвелл создал единую теорию электрических и магнитных явлений, в которой он использовал понятие ток смещения, дал определение ЭМП и предсказал существование в свободном пространстве электромагнитного излучения, которое распространяется со скоростью света.)

1905-квантовая теория. (свет частица.) Обяснение фотоэффекта. (Фотоэффект- явление вырывания электронов с поверхности тел под действием света.)

Корпускулярно- волновой дуализм. (свети и волна и частица.) Опрический диапазон ЭМВ мкм. , cT, где с= 3*10^8 м\с. (4 8) 10^14 Гц. (2,5 5,0) 10^15 с.

. С увеличением частоты усиливаются корпускулярные свойства волн.

2. Принцип Гюйгенса-Френеля.

1678г. – он позволяет объяснить отражение, преломления монохроматического света. По Гюйгенсу: каждая точка волнового поля является центром вторичных сферических волн такой же частоты и

. Новое положение фронта волны через представляет собой большую поверхность вторичных волн.

Принцип Гюйгенса чисто геометрический. Он позволяет определить равенство углов, отражение и дифракцию, но не затронул вопроса об интенсивности, распространения за оградой световых волн. Френель дополнил: волновое возмущение в любой точке пространства можно рассматривать как интерференцию от вторичных источников на которых разбивается фронт волны. Если источники когерентны то они либо усиливают либо ослабляют друг друга.

3. Принцип Ферма.

1662г. Из всех возможных кривых соединяющих две точки, свет движется по такой траектории, где время прохождение которой минимально. Следствие: оптически равными считаются 2 отрезка, которые свет проходит за равные промежутки времени, не зависимо от того, в какой среде они находятся. Если S1 и S2- это прямолинейные геометрические пучки, то оптически равными можно считать 2 отрезка если выполняется соотношение:

, где 1 и 2 скорости света где расположены эти отрезки. «Природа всегда следует кратчайшему пути.»

и Оптическая длинна пути светового луча, есть произведение показателя преломления среды на геометрическую длину хода луча в этой среде.

Условие экстремальности оптического пути приводит к требованию:

и .

4. Закон прямолинейного распространения света.

В однородной среде свет распространяется прямолинейно.

В неоднородной среде свет распространяется по кривой и поломанной линии. Закон теряет силу если мы придём к очень маленьким отверстиям. (дифракционное явление.)

5. Закон отражения света от зеркальной поверхности.

Падающий луч, нормаль и отражённый луч лежат в одной плоскости. Следствия: 1) угол падения =углу отражения.

А) отражение луча поверхностью тонкого цилиндра.

Б) отражение луча материальной точкой.

2) если луч падает на материальную точку, то отражается от неё по всем направлениям.3) при отражении от точечного цилиндра, лучи образуют коническую поверхность.

6. Закон преломления света на границе двух прозрачных сред.

При переходе из одной однородной прозрачной среды в другую , луч изменяет своё направление на полированной границе в точке встречи его со второй средой, при этом падающий луч, нормаль и отражённый луч лежат в одной плоскости.

. Воздух изотропная среда. Приломление будет отсутствовать если n=1.

7. Полное внутреннее отражение.

Оно наступает тогда, когда угол падения луча который идёт из более оптически плотной среды в менее плотную.

Если , свет полностью отразится- внутренним отражением. угол полного внутреннего отражения. Изменением пользуются при измерении преломления алмазов, а также в волоконной оптике для измерения хода луча.

8.

Явление связанное с зависимостью показателя преломления от длины волны и частоты наз-ся дисперсией n=f(

Дисперсия-это разложение белого цвета в спектр. Все тела,нек-ой области нормальной дисперсии сильно поглащ-т цвет в области для которой характ-на аномальная дисперсия.

-нормальная дисп-я; и -обл-ти норм-ой дисперсии; ( <0-аномальная дисп-я.

Электронная теория дисп-ии:(в1871Зельмейер дал объяснение)особенность теории-это допущение, что молекула обладает особой частотой колебаний молекулы.Благодаря собс-й частоте колебаний объясн. полосы поглощения.

9.

Энергия изл-я явл-ся основной кол-ой мерой, её иногда называют лучистой энергией. Ее так называют в отличии от энергии опред. другой системной еденицей, измеряется в (Дж), в некоторых случаях исп-ют калории. 1кал=4,187Дж; 1Дж=0,239кал. Электрон-вольт-хар-ка взаимод-я между части-ми 1эВ=1,6×10-19Дж; 1Дж=6,25×1018эВ.

10.

В основу энерг-х величин удобно положить не энергию, а мощность её переноса- т.е. энергию излучения, переносимую потоком фотонов в ед-цу времени. Мощность энергии наз-ют энергетическим потоком или потоком излучения, лучистым потоком изл-я. , где энергия излучения или эн-я переносимая фотонами в ед. времени 1Вт=1Дж/с. Зная распред. потока можно найти энергию изл-я как интеграл => Для полной качеств-й или колич-ой хар-ки излучения нужно знать:1)распред-е потока или энергии во времени 2)распред-е потока по спектру 3)распр-е потока в пространстве. Для периодически меняющ-ся изл-я нужно определить среднее значение за период и знать коэфф-нт пульсации Расчёт велич. энергетич-го потока + (интеграл-для сплошной составляющей,сумма для линий). Для расчёта конкретного источника

11.

Всё излуч-е по спектральному составу можно разделить на монохр-ое и сложные. Сложное изл-е отлич-ся от монохр-го тем, что это совокупность монохр-х излучений.

Сложные излуч-я:они могут иметь линейчатый, полосатый, сплошной и смешанный спектры.

Линейчатый спектр характерны для люминисц-х газов.(газоразрядные источники) Содержит набор отдел-х монохр-х линий

Сплошной спектр состоит из сплошной сост. спектра (лампа накаливания) -спектр. плотность энерг-ого потока Вт/м2

Смешанный спектр вкл. сплошную и лин-ю составл-юю.

Полосатый спектр

12.

Приемником изл-я называют орган чувчтв или уст-во, преобраз-щее поглащ-мое излуч-ев энергию других видов:электрич-ю, химич-ю, тепловую. Работа ПИ основана на законе сохр-я энергии. 2 вида ПИ:физические, биологич-е. Физич-е- фотоэлемент фотоэмульсии, люминофор. Биологич-е-орган зрения человека, лист растения и т.д. Каждый приемник изл-я характ-ся световой и интегр-ой чувств-ю. Интегр-я чувств-ть- S. ; -полезн. преобраз-я приемн-а энергии. ; -энерг-я изл-я; с-коэфф опр. Выбор едениц. изм-ся в Кл/Дж.

Спектральная чувств-ть: ; -редуциров-ый поток для ; ;для удобства польз-я относ-й спектр-ой чувств-ю =Smax* ; -безразм-ая величина. Редуцированные энергия и поток которые определены для образ-я визуального приемника называется световой энергией и световым потоком. Световая энергия(лм*с): ;световой поток(лм): ; -чувств. обр. ПИ для излучениясо смешанным спектром

13.

Сила света точечного источника это пространств-я плотность потока излуч-я в пределах элем-го телесного угла

Телесный угол-это чать простр. ограниченная конической поверхн-ю, вершина которой это точка в которой расположени наш источник

; ; угол между нормалью к элем-у и напр-ем от телесной вершины до угла.

14.

- яркость,она характ-ет распред. потока по направлению и по светящей пов-ти ; Le=(Вт/м2*ср) Lv=(кд/м2). Если знаем распределение яркости и светящей пов-ти, можем найти силу света Очень частофактич-ю светящ-ю пов-ть заменяют габар. фигурой ; Светимость пов-ти- плотность излуч-я светового потока по площади пов-ти излуч-го тела M=dФ/dА или ; ; -спектральная плотность

А)для отраж-го изл-я:

Б) для изл-я проходящее через рассеив-ие материалы:

15. Поверхн-ю плотность потока опр-т для элемента пов-ти источника света dAи; M=dФ/dАи –светимость; E=dФ/dАобл –освещенность. Если светимость и освещ-ть опред-ся в системе энергетич-х величин, то это будет энергетич-я свет-сть и освещенность;Ме ->Вт/м2;Мv->лм/м2;Ее->Вт/м2 ;Еv ->лк. Освещенность плоского эл-та пов-ти произвольной формы, которая созд-т для точечного источника (вычисл-ся по закону квадр расстояний) , где ; -расст-е от источника до эл-та площадки , в общем случае.

15. Поверхностная плотность потока энергии (освещенность, светимость)

Поверхностная плотность потока энергии   – это величина потока, приходящегося на единицу площади:

,

Если площадка освещается потоком, то поверхностная плотность потока энергии будет иметь смысл энергетической освещенности или облученности  . Если потокизлучается площадкой, то поверхностная плотность потока энергии будет иметь смысл энергетической светимости  .

Спектральная плотность поверхностной плотности потока   показывает распределение светимости или освещенности по спектру излучения:

      

16. Типы равноярких излучателей.

В зависимости от соотношения размеров излучающих элементов и расстояния от них до исследуемой точки поля все излучатели можно разделить на точечные, линейные и излучатели конечных размеров.

Излучатели, размеры которых значительно меньше рас­стояния до исследуемой точки, называют точечными. Используя понятие светового поля, можно утверждать, что световое поле таких источников подчиняется закону квад­ратов расстояний, а световые линии расположены радиально. Светораспределение точечных излучателей характе­ризуется кривыми силы света.

К линейным принято относить излучатели, продольный размер которых значительно превышает поперечный- Поль линейных излучателей и плоскости, перпендикулярной оси (поперечной плоскости), радиально или приближается к радиальному (рис. 6.7). Так как можно считать, что в по­перечных плоскостях размеры линейного источника соот­ветствуют размерам точечного, светораспределение линей­ного излучателя характеризуется распределением силы света в поперечной плоскости от излучателя единичной длины (L=1м), т. е. для равноярких излучателей

I(γ)=Lσγ, (6.24)

где L — яркость линейного излучателя; γ — угол в попе­речной плоскости [угол между двумя продольными плос­костями, одна из которых исходная (γ =0), а другая про­ходит через данную точку поля Б\; σγ — площадь проек­ции поверхности излучателя единичной длины на плоскость, перпендикулярную плоскости Л.

17. ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛ

Вес тела обмениваются энергией, излучая, поглощая, отражая и пропуская энергию получения, падающую на тело; при этом падающий поток излучения Фe. делится на три составляющие: часть отражается телом — отражен­ный поток Фeρ; часть поглощается — поглощенный поток Фeα, часть проходит через тело — прошедший поток Фeτ.

Физические особенности тел и сред, обусловливающие изменения или модификации отраженного, поглощенного или пропущенного потока излучения по сравнению с пада­ющим, называются оптическими свойствами данного тела и среды.

Из закона сохранения энергии следует

(1-27)

Для количественной оценки оптических свойств поль­зуются интегральными (суммарными) коэффициентами отражения ρе, поглощения αе и пропускания τе.

Интегральный коэффициент отражения — это отношение отраженного потока излучения к падающему:

(1.28)

Интегральный .коэффициент поглощения — это отноше­ние поглощенного потока излучения к падающему;

(1.29)

Интегральный коэффициент пропускания — это отно­шение пропущенного потока излучения к падающему:

(1.30)

Из (1.27) следует, что для указанных коэффициентов справедливо равенство . Для непрозрачной среды и .

18.Простейшие излучатели с равномерным распределением яркости.

Излучатели с равномерным распределением яркости по своей поверхности имеют разное распределение силы света в пространстве в зависимости от их формы. Распределение силы света, построенное в полярных координатах называется индикатрисой силы света.

Равнояркий шар.

Д иск.

Индикатриса силы света имеет вид окружности, фотометр. тело шар. ;

Равнояркий цилиндр.

Фотометрическое тело ассиметрично. Ось симметрии параллельна оси цилиндра.

Индикатриса - окружность.

Дот. тело - тороид без отверстия. ;

19. Интегральные характеристики светового поля.

Интегральная характеристика светового поля С опре­деляет среднюю освещенность выбранной поверхности, рас­положенной в данной точке поля. Эта характеристика све­тового поля — функция точки и направления.- Она зависит от распределения яркости в пространстве

(6.14)

где L(β, φ) — яркость излучения в направлении, опреде­ляемом значениями углов β и φ в исследуемой точке по­ля; f(β) —функция, определяющая ценность излучения, поступающего с дойного направления на выбранную по­верхность, расположенную в данной точке поля (рассмат­ривается ниже); dω- элементарный телесный угол, в пре­делах которого из данной точки пространства виден учас­ток поверхности с яркостью L(β, φ).

Если излучающие поверхности равнояркие, то

(6.15)

Функция ценности излучения зависит от положения то­чечного источника, освещающего выбранную поверхность, и формы этой поверхности. Она определяется отношением площадей σ/А, где σ — площадь проекции выбранной по­верхности приемника излучения на плоскость, перпендику­лярную направлению от точечного источника к данной точке поля; А— площадь выбранной поверхности прием­ника излучения, содержащая данную точку поля, средняя освещенность которой является интегральной характерис­тикой светового поля в этой точке.