Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 93.51 Kb.
|
| 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 ниже, по ходу изучения теории будут даваться задания на расчет параметров оптического излучения, которые необходимо будет смоделировать в Mathcad. 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. Излучение, воздействующее на сетчатку глаза или фотопластину принято характеризовать фотометрическими параметрами: световой поток, сила света, освещенность, яркость, светимость. 5.1.На сетчатку глаза воздействует оптическое излучение. Найти мощность  , необходимую для обеспечения светового потока в N лм, при длине волны 
Указания к решению задачи: Опыт показывает, что человеческий глаз обладает максимальной чувствительностью в оптическому излучению длиной волны  (зеленый свет).Интенсивность нервного раздражения, возникающего в нервных окончаниях сетчатки глаза под воздействием света, принято характеризовать функцией видности  (рисунок 1) Рисунок 1 - Экспериментальная зависимость относительной функции видности (для некоторых длин волн) для человеческого глаза Таблица 1 - Числовая зависимость функции видности от длин волн  Информация о функции видности нам понадобится дальше при решении поставленной задачи, а пока для дальнейшего решения нам необходимо рассмотреть еще несколько понятий: телесный угол, световой поток и механический эквивалент света. Телесный угол, световой поток и механический эквивалент света. 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 сферической поверхностью S радиуса R. Конус "вырезает" на сферической поверхности площадку площадью   Рисунок 2 - Определение телесного угла Рассмотренный световой конус принято характеризовать величиной телесного угла  , измеряется в ср (стерадиан)Очевидно, что телесному углу в 1 ср соответствует условие  . "Полному" телесному углу, при котором точечный источник i излучает свет в сферу радиуса R, соответствует величина  и телесный угол Пусть монохроматическое излучение с длиной волны переносит через площадку  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 - эта пропорциональность является не только определением 1лм, но и единственным связующим звеном между фотометрическими и энергетическими характеристиками оптического излучения. Величину  называют механическим эквивалентом свет. При  величина  численно равна  при Относительная функция видности и информация о том, что при величина  позволяют рассчитать необходимую мощность излучения , соответствующую световому потоку в 1 лм, для любой длины волны в диапазоне  , по формуле  .5.2 Постройте график зависимости от , изменяете от 1, с шагом 0,1 до 25. Сделайте выводы по пунктам 5,1 и 5.2.5.3 Рассчитайте силу света Таблица № 3
Указания к расчетам: Внутри телесного угла распространяется световой поток , поэтому величина  носит название силы света источника. Ее физический смысл: 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 Освещенностью поверхности называют величину  . Если , а  , то освещенность равна 1 лк (люкс), т.е. 1 лк = 1 лм / 1 м25.6 Построить график зависимости освещенности  , от площади (падающего на поверхность излучения) . от значения в таблице № 3 с шагом 0,1 до 5х. Сделать выводы по пунктам 5.5 и 5.6.5.7 Рассчитать параметры излучения по закону освещенности  Рисунок 4 - Определение освещенности Взаимосвязь освещенности поверхности с расстоянием R и углом падения света  на поверхность, называется законом освещенности:  5.7.1 Построить график зависимости освещенности от углов падения света на поверхность для рассчитанного значения I и R. Угол менять от 0 до 180 градусов.5.7.2 Построить график зависимости освещенности от радиуса (удаленности падения света) на поверхность для рассчитанного значения I и угла равного 90 градусам. R менять от значения в таблице № 3 с шагом 0,1 до 10xR. Сделать выводы.5.8 Рассчитать светимость излучающей поверхности Всякий реальный источник света имеет конечные размеры. Пусть светящаяся площадка  излучает свет в полусферу, которой соответствует телесный угол  ср. Величина  лм/м2 - светимость, численно равна световому потоку, излучаемому с единицы площади светящейся поверхности в телесный угол  ср Рисунок 5 - Определение светимости поверхности. Таблица № 4
Сделать выводы: 1) Если увеличивается площадь излучаемой поверхности, то как изменяется светимость источника? (при фиксированном ) (если необходимо постройте график)2) Если увеличивается световой поток , то как изменяется светимость источника? (при фиксированной площади излучаемой поверхности) (если необходимо постройте график).5.9 Расчет яркости светящейся поверхности L  Если светящаяся поверхность площади излучает световой поток в телесный угол , ось симметрии которого составляет угол  с нормалью N к излучающей поверхности, то  , называется яркостью светящейся поверхности. Для своего варианта значений  , постройте график зависимости  от  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  Сделайте выводу по результатам расчетов. 5.10 Расчет световой экспозиции источника Световая экспозиция  - это произведение освещенности поверхности на время t, в течении которого производится облучение поверхности:  . Произведите расчет E для указанного в таблице , значения t
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), основные расчетные формулы, график и выводы. 6.4 Общий вывод по работе 6.5 Ответ на контрольные вопросы 7 Контрольные вопросы: 7.1 Сила света - что показывает, формула, единица измерения 7.2 Световой поток - что показывает, формула, единица измерения 7.3 Освещенность поверхности - что показывает, формула, единица измерения 7.4 Светимость излучающей поверхности- что показывает, формула, единица измерения 7.5 Яркость светящейся поверхности - что показывает, формула, единица измерения. 7.6 Закон Ламберта. 7.7 Что такое болометр, зачем применяется 7.8 Что такое фотоприемник, зачем применяется в области связи 7.9 О чем говорит относительная функция видности. |
ммДобавить документ в свой блог или на сайт
