close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Форма налоговой декларации по единому;pdf

код для вставкиСкачать
Лабораторная работа № 3
"Исследование энергетических и фотометрических характеристик
оптического излучения"
1 Цель работы:
1.1 Овладеть методикой расчета основных характеристик
оптического излучения;
1.2 Изучить основные энергетические и фотометрические
характеристики оптического излучения, определить факторы, влияющие на
их эффективность.
2 Литература:
2.1 Указания к данной лабораторной работе;
2.2 Конспект лекций.
3 Оборудование:
3.1 Персональный компьютер;
3.2 Математический пакет Mathcad.
4 Ознакомьтесь с теоретической частью работы, представленной в
задании 5, по ходу изложение теории будут даваться задания на расчет
параметров оптического излучения, которые необходимо будет
смоделировать в Mathcad.
5 Задание
Законспектируйте
предложенные задачи.
теоретический
материал
и
рассчитайте
По принципу преобразования энергии оптического излучения в
конечный
сигнал,
регистрируемый
измерительными
приборами,
фотоприемники можно разделить на две основные группы:
1) Болометры – термоэлементы, твердотельные и вакуумные
фотоэлементы, в которых энергия оптического излучения преобразуется в
электрический ток.
2) Фотоэмульсионные слои и человеческий глаз. Глаз человека
относится к фотоприемнику с высокой чувствительностью, который
избирательно реагирует на свет различных длин волн в диапазоне 380…780
нм.
Оптическое излучение, воздействующее на первую группу
фотоприемников,
описывается
характеристиками:
энергетическая
экспозиция, поток излучения, энергетическая совместимость, облученность
поверхности.
1
Излучение, воздействующее на сетчатку глаза или фотопластину
принято характеризовать фотометрическими параметрами: световой поток,
сила света, освещенность, яркость, светимость.
5 Задания
5.1.На сетчатку глаза воздействует оптическое излучение. Найти
мощность P , необходимую для обеспечения светового потока в N лм, при
длине волны ,нм
Таблица 1
Вариант 1
2

580

2
4
470
3
6
550
4
8
630
5
10
690
6
12
730
7
14
700
8
16
480
9
18
510
0
9
540
Указания к решению задачи:
Опыт показывает, что человеческий глаз обладает максимальной
чувствительностью в оптическому излучению длиной волны   555,нм
(зеленый свет).
Интенсивность нервного раздражения, возникающего в нервных
окончаниях сетчатки глаза под воздействием света, принято характеризовать
функцией видности V ( ) (рисунок 1)
Рисунок 1 - Экспериментальная зависимость относительной функции
видности (для некоторых длин волн) для человеческого глаза
2
Таблица 2 - Числовая зависимость функции видности от длин волн
Рассмотрим точечный источник света i, испускающий свет равномерно
во все трехмерное пространство (рисунок 2). Выберем в указанном
пространстве световой конус с углом  в его вершине, совпадающий с
источником света i. Пересечем световой конус со сферической поверхностью
S радиуса R. Конус "вырезает" на сферической поверхности площадку
площадью Sc
Рисунок 2 - Определение телесного угла
Рассмотренный световой конус принято характеризовать величиной
телесного угла  
S c
R2
, измеряется в ср (стерадиан)
3
Очевидно, что телесному углу в 1 ср соответствует условие Sc  R 2 .
"Полному" телесному углу, при котором точечный источник i излучает свет в
сферу радиуса R, соответствует величина Sc  4 R 2 и телесный угол равен:

4 R 2
R2
 4
Пусть монохроматическое излучение с длиной волны   555,нм
переносит через площадку S за 1 секунду, энергию 0,0016 Дж.
Международными стандартами принято, что в данном случае внутри
телесного угла  распространяется световой поток  , равный 1 лм
(люмену).
Таким образом, 0,0016 Дж/с = 0,0016 Вт = 1 лм, при   555,нм – эта
пропорциональность является не только определением 1лм, но и
единственным
связующим
звеном
между
фотометрическими
и
энергетическими характеристиками оптического излучения.
Вт
называют механическим эквивалентом света.
лм
При   1, лм величина A численно равна Aч  0,0016, Вт при   555,нм
Величину A  0,0016
Относительная функция видности и информация о том, что при
  1, лм величина A  0,0016, Вт позволяют рассчитать необходимую
мощность излучения P , соответствующую световому потоку в 1 лм, для
любой длины волны в диапазоне   400..760,нм , по формуле P 
Aч
.
V ( )
5.2 Постройте график зависимости P от  ,  изменяете от 1 до
2   вар (  вар - номер вашего варианта из задачи 5.1). Сделайте выводы по
пунктам 5,1 и 5.2.
5.3 Зная площадь освещения сферической поверхности Sc и
расстояние R (таблица 3), рассчитайте силу света
Таблица № 3
Вариант 1
Sc , мм2 10
R мм
105
2
15
95
3
20
120
4
25
68
5
17
230
Указания к решению задачи:
4
6
13
153
7
18
182
8
14
140
9
21
110
Внутри телесного угла  распространяется световой поток  ,
поэтому величина I с 
  лм 
 кд носит название силы света источника. Ее
  ср 
физический смысл: сила света источника – это величина, численно равная
световому потоку, распространяющемуся в телесном угле 1 ср. Единица силы
света - 1 кд (кандела).
5.4 Построить график зависимости изменения силы света от радиуса R
(менять от значения вашего варианта, с шагом 0,1 до Rх10). Сделать выводы
по пунктам 5.3, 5.4
5.5 Рассчитать освещенность поверхности, используя известные
величины из предыдущих заданий.
Указания к решению задачи:
Освещенностью поверхности называют величину E 

.
S
Если
  1, лм , а S  1м2 , то освещенность равна 1 лк (люкс), т.е. 1 лк = 1 лм / 1 м2
5.6 Построить график зависимости освещенности E , от площади
(падающего на поверхность излучения) S . S изменять от значения в
таблице № 3 с шагом 0,1 до 5  S . Сделать выводы по пунктам 5.5 и 5.6.
5.7 Рассчитать по закону освещенности зависимость освещенности
поверхности от углов падения светового потока на поверхность.
Рисунок 4 - Определение освещенности
5
Взаимосвязь освещенности E поверхности с расстоянием R и углом
падения света  на поверхность, называется законом освещенности:
E
I
cos( )
R
Постройте график зависимости освещенности от углов падения света
на поверхность для рассчитанного значения I и R. Угол  менять от 0 до 180
градусов.
Постройте график зависимости освещенности от радиуса для
рассчитанного значения I и угла  равного 90 градусам. R менять от
значения в таблице № 3 с шагом 0,1 до 10  R . Сделать выводы.
5.8 Рассчитать светимость излучающей поверхности
Всякий реальный источник света имеет конечные размеры. Пусть
светящаяся площадка Sист излучает свет в полусферу, которой
соответствует телесный угол   2 ср. Величина M 

Sист
лм/м2 -
светимость, численно равна световому потоку, излучаемому с единицы
площади светящейся поверхности в телесный угол 2 ср. Данные для
решения задачи приведены в таблице 4.
Рисунок 5 - Определение светимости поверхности
Таблица № 4
Вариант 1
2

Sист
0,02
2
4
0,1
3
6
0,3
4
8
0,6
5
10
0,05
6
12
0,002
7
14
0,04
8
16
0,5
9
18
1
Ответьте на вопросы:
1) Как изменяется светимость источника с увеличением площади
излучаемой поверхности, при фиксированном  ? Постройте график.
6
2) Как изменяется светимость источника с увеличением светового
потока  , при фиксированной площади излучаемой поверхности?
Постройте график.
5.9 Расчет яркости светящейся поверхности L
Рисунок 6 – К расчету яркости светящейся поверхности
Если светящаяся поверхность площади Sист излучает световой поток
 в телесный угол , ось симметрии которого составляет угол  с
нормалью N к излучающей поверхности, то L 
I
, называется
Sист cos( )
яркостью светящейся поверхности. Для своих значений I , Sист постройте
график зависимости L от   0...
Закон Ламберта: в 1760 году немецкий ученым Ламбертом было
показано, что, если площадь источника равномерно рассеивает свет по всем
направлениям, яркость излучения не зависит от угла  . Для ламбертовского
источника M  L . Сделайте выводы по результатам расчетов.
5.10 Расчет световой экспозиции источника
Световая экспозиция H c – это произведение освещенности
поверхности E на время t, в течении которого производится облучение
поверхности: H c  E  t  лк  с . Произведите расчет E для указанного в таблице
5, значения t. Сделайте выводы по расчетам.
Таблица 5
Вариант 1
2
t
60
120
3
180
4
147
5
210
7
6
600
7
300
8
250
9
700
6 Содержание отчета:
6.1 Титульный лист
6.2 Цель работы
6.3 По каждому пункту (5.1-5.10) описать поставленную задачу,
проиллюстрировать опыт (рисунком), привести расчетные формулы,
полученные результаты, графики. Привести выводы и аргументировать
полученные результатаы.
6.4 Общий вывод по работе
6.5 Ответ на контрольные вопросы
7 Контрольные вопросы:
7.1 Что показывает величина – сила света, расчетная формула, единица
измерения?
7.2 Что показывает величина – световой поток, расчетная формула,
единица измерения?
7.3 Что показывает величина – освещенность поверхности, расчетная
формула, единица измерения?
7.4 Что показывает величина – светимость излучающей поверхности,
расчетная формула, единица измерения?
7.5 Что показывает величина – яркость светящейся поверхности,
расчетная формула, единица измерения?
7.6 Сформулируйте закон Ламберта.
7.7 Что такое болометр, зачем и где применяется?
7.8 Что такое фотоприемник, применение в области связи?
7.9 О чем говорит относительная функция видности?
8
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа