Вопрос 5. Основные законы оптических явлений. Понятие спектра оптического излучения, причины разложения светового потока в спектр, виды спектров.

Еще до установления природы света были известны следующие основные законы оптики: закон прямолинейного распространения света в оптически однородной среде; закон независимости световых пучков (справедлив только в линейной оптике); закон отражения света; закон преломления света.

Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.

Доказательством этого закона является наличие тени с резкими границами от непрозрачных предметов при освещении их точечными источниками света (источники, размеры которых значительно меньше освещаемого предмета и расстояния до него).

Закон независимости световых пучков: эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены. Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч I разделяется на два — отраженный II и преломленный III, направления которых задаются законами отражения и преломления.

Закон отражения: отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения; угол i ₁ ' отражения равен углу i ₁ падения: i ₁ '= i ₁

Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред.

Спектр излучения - совокупность излучений расположенных в ряд в порядке изменения длины волны.

Оптическая область спектра излучения делится на ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную.

Ультрафиолетовое излучение - это оптическое излучение в пределах длин волн от 100 нм до 380 нм. Ультрафиолетовое излучение разделяется на три группы:

А - от 315 нм до 380 нм;

В - 280-315нм;

С - 100- 280 нм.

Видимое излучение - излучение, которое попадая на сетчатку глаза, вызывает зрительное ощущение и лежит в диапазоне волн от 380 нм до 780 нм.

Инфракрасное излучение - оптическое излучение в пределах длин волн от 780 нм до 106 нм. Инфракрасное излучение делится на три труппы:

А - 800 -1400 нм (короткие волны);

В - 1400 - 3000 нм (средние волны);

С - 3000 -10000 нм (длинные волны).

Виды спектров:

Сплошной спектр - спектр, у которого монохроматические составляющие заполняют без разрывов интервал длин волн, в пределах которого проходит излучение

Полосатый спектр - монохроматические составляющие которого образуют дискретные группы (полосы), которые состоят из многих тесно размещенных линий (рис. 1.3).

Линейчатый спектр - спектр, который состоит из отдельных не прилегающих друг к другу монохроматических излучений

Вопрос 6. Основные световые величины (световой поток, сила света, яркость, освещенность).

Световой поток (Ф) – это величина световой энергии, оцениваемая по производимому зрительному ощущению. Одинаковые световые потоки вы-зывают равные по интенсивности световые ощущения. Интенсивность воз-действия света на приемник (глаз, светочувствительное вещество) зависит и от его спектрального состава. Единица измерения светового потока называ-ется люмен (лм).

Сила света

Распределение излучения реального источника в окружающем пространстве не равномерно. Поэтому световой поток не будет исчерпывающей характеристикой источника, если одновременно не определяется распределение излучения по разным направлениям окружающего пространства.

Для характеристики распределения светового потока пользуются понятием пространственной плотности светового потока в разных направлениях окружающего пространства. Пространственную плотность светового потока, определяющуюся отношением светового потока к телесному углу с вершиной в точке размещения источника, в пределах которого равномерно распределен этот поток, называют силой света:

где: Ф — световой поток; ω — телесный угол.

Единицей силы света является кандела. 1 кд.

Яркость (B) - это величина зрительного ощущения, вызываемого све-тящейся или отражающей в данном направлении свет поверхностью. Испус-кающие или отражающие больше света участки поверхности имеют и боль-шие яркости. Яркость зависит от освещенности объекта, отражательной спо-собности и цвета его поверхности.

Освещенность (Е) – это величина светового потока, приходящаяся на единицу освещаемой поверхности. Выражается через отношение светового потока к площади участка, на который он падает. От точечного источника с силой света (I) освещенность изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния (по закону обратных квадратов1): E = I / L2,

где: E – освещенность; I – сила света в данном направлении; L – расстояние от источника света до освещаемой поверхности в метрах. Единица измерения – люкс (лк).