Когда мы говорим “свет”, то подразумеваем свет видимый — небольшую часть спектра электромагнитного излучения, которое человеческий способен воспринимать. Источники света — это различные предметы или природные явления (естественные и искусственные), которые излучают электромагнитное излучение видимого диапазона. Разберемся с видами источников света и их параметрами.
Общие понятия
Свет — это результат физического процесса, происходящего в атомах вещества. Атомы, получая энергию извне (нагрев, облучение), часть ее передают электронам. Электроны сначала возбуждаются, а затем начинают терять энергию, переходя на нижние энергетические уровни. Каждый переход происходит с излучением фотонов — частиц света, которые воспринимает наш глаз. Фотоны могут проявлять себя либо как волна, либо как частица.
Одной из главных характеристик электромагнитного излучения является длина волны. К видимому свету относятся излучения с длиной волны от 8*10 -7 до 4*10 -7 м, то есть от красного до фиолетового света.
#TVКУРСЫ ➡️❤️ 💓❤️⬅️💡 Видеоролик с зачёта по теме «ИСТОЧНИКИ СВЕТА». Что узнали ребята?
Свет распространяется в вакууме со скоростью 300 000 км/с или 3*10 8 см/с. Это самая большая скорость в природе для любых частиц и взаимодействий.
Первые источники видимого света, которые человек изобрел для собственных нужд, использовали разные виды горючего топлива: дерево, жир, сало. В конце XIII швейцарец Аргант изобрел лампу с фитилем, в которую в качестве топлива заливался керосин. Американец Томас Эдисон изобрел лампочку накаливания в конце XIX века. И если лампа с фитилем давно превратилась в настоящий антиквариат, то лампочка накаливания до сих пор верой и правдой служит человеку.
Естественные источники света
К естественным относятся источники света, дарованные нам природой:
- Солнце;
- Луна. Правда, сама она не излучает, а только отражает солнечный свет, но это не мешает считать ее прекрасным, естественным источником света в ночное время. Кстати, из космоса наша Земля смотрится также, отражая солнечный свет;
- Звезды на ночном небосклоне;
- Метеориты, кометы, болиды;
- Полярное сияние;
- Разряды атмосферного электричества (гроза, молния);
- Объекты животного (глубоководные медузы, моллюски, планктон, лесные светлячки) и растительного миров (некоторые грибы), способные излучать свет.
Искусственные источники света
Этот вид источников является результатом интеллектуальной деятельности многих поколений учений и изобретателей:
- Лампы накаливания. Они излучают свет вследствие разогрева нити накаливания из тугоплавких металлов (например, вольфрам) до температуры в несколько тысяч градусов. Нить накаливания помещена в стеклянную колбу, из которой предварительно откачивают воздух и наполняют инертным газом (гелий, неон), предотвращающим перегорание нити;
- Галогеновые лампы. Это усовершенствованный вариант ламп накаливания. В них вместе с инертным газом добавляют галогеновый газ (бром или йод). Этот прием позволяет продлить срок эксплуатации лампы. Еще вместо обычного стекла для корпуса используют толстое кварцевое, которое выдерживает более высокие температуры, чем обычное стекло;
- Газоразрядные лампы. Этот вид источников создает видимое излучение за счет электрического разряда в смеси газов с добавлением паров некоторых металлов. Эти лампы чаще всего используются для уличного освещения и освещения производственных помещений. Неоновую световую рекламу изготавливают по этой технологии;
- Люминесцентные лампы. Внутренняя поверхность таких ламп покрыта специальным химическим составом, который называется люминофором. Сначала происходит электрический разряд в газе, как в обычных газоразрядных лампах. В разряде есть высокоэнергетичные фотоны ультрафиолетового диапазона, невидимые глазу. Эти фотоны возбуждают атомы и молекулы люминофора, которые излучают видимый на выходе свет. Эти лампы массово используются для освещения офисов, магазинов, производственных помещений.
- Светодиоды или LED-источники. Это самый современный, массовый полупроводниковый источник света. Излучение возникает в результате протекания электрического тока через p–n переход полупроводникового диода. Выпускаются лампочки дающие основные цвета: белый (дневной), зеленый, красный, синий, голубой. Использование этих ламп дает существенную экономию электроэнергии при эксплуатации осветительных приборов. Светодиоды имеют огромный срок службы (свыше 50000 часов) по сравнению с прочими источниками;
- Лазеры. Этот источник света для видимого диапазона в последние годы становится массовым в связи с использованием малогабаритных полупроводниковых лазеров, которые позволили создать полезные, безопасные в обращении устройства.
Как снизить нагрузку на глаза при просмотре телевизора — фоновая ТВ-подсветка Apeyron Electrics
Примером использования современного источника света может служить лазерный нивелир, который позволяет быстро производить измерение расстояний, углов, выставлять уровни (горизонтальные, вертикальные).
Рис. 3. Лазерный нивелир.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что источники света бывают искусственные и естественные. Естественные источники существуют независимо от деятельности человека. Искусственные источники появились благодаря умственной деятельности человека, разработке новых технологий и материалов. Большой прогресс в последние годы произошел в области производства светодиодов.
Источник: obrazovaka.ru
Точечный источник света — это светящееся тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.
Источники света можно разделить на естественные и искусственные.
К естественным источникам света относятся: Солнце, звёзды, атмосферные разряды, а также светящиеся объекты животного и растительного мира (светлячки, медузы и др.).
К искусственным источникам относятся все источники света, созданные человеком: лампы, свечи, телевизор, фейерверки и т.д.
Также источники света можно разделить на тепловые и люминесцирующие. К тепловым источникам относятся те, которые имея высокую температуру излучают свет: пламя газовой горелки, звёзды, свечи и т.д.
Люминесцирующие называются ещё холодными источниками света. К ним относятся люминесцентные лампы, а также светлячки, гнилушки и т.д.
В повседневной жизни нам кажется, что свет распространяется мгновенно. На самом деле ещё в 17 веке астроном Олаф Рёмер, изучая затмения на Юпитере, предположил, что скорость света имеет конечное значение. Достаточно точно значение скорости распространения света в вакууме измерил Майкельсон в 1926 году. Если не требуется высокая точность измерений, можно считать, что скорость света равна 3⋅108 м/с. Скорость света считается фундаментальной величиной в физике и обозначается латинской буквой c.
Скорость распространения света в вакууме — это предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий в природе.
Это означает, что ни одно тело и ни одно взаимодействие во Вселенной не может распространяться в пространстве со скоростью, превышающей скорость света в вакууме.
2. Прямолинейное распространение света. Солнечные и лунные затмения
Вы уже знаете, что такое источники света, и какими они бывают. В физике часто используют понятие точечного источника света. Что же это такое?
Точечный источник света — это светящееся тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.
Точечным источником света можно считать звёзды, пламя свечи, фонарик и т.д.
Ещё одно важнейшее понятие, с которым необходимо познакомиться, — это световой луч.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Свет и телевидение. Световые единицы
Свет — это физическое явление, интерпретируемое психологическими процессами в нашем мозге. И поэтому его сложнее оценивать или измерять, чем любой другой физический процесс. Чтобы проделать объективные измерения, необходимы некоторые предварительно заданные условия.
Рис. 1.5. Световые единицы и их смысл
Одно из них — это полоса рассматриваемых частот излучения, обычно лежащая в пределах от 400 нм до 700 нм. Все частоты вносят свой вклад в световую энергию, излучаемую источником.
Для начала давайте рассмотрим различные типы источников света. Обычно их делят на две основные группы:
— первичные источники (солнце, уличное освещение, лампы накаливания, ЭЛТ-мониторы);
— вторичные источники (все объекты, которые не генерируют свет, а только отражают).
Для измерения количества света, излученного, например, лампой накаливания, и света, отраженного от объекта, мы применяем различные способы. И если мы анализируем свет, испускаемый источником во всех направлениях и в узком телесном угле, — то это совсем не одно и то же. Есть несколько причин того, почему мы используем различные единицы измерения света.
Наука, изучающая все эти аспекты, называется фотометрией, а соответствующие единицы измерения — фотометрическими единицами.
Различные ученые, в зависимости от своих взглядов, вводили различные единицы света. Поэтому возникают определенные трудности при попытке понять или описать характеристики видеокамер. Но давайте все-таки попробуем пролить свет на эти вопросы и объяснить, что есть что. Начнем в логическом порядке, то есть вначале рассмотрим источники света, затем распространение света в пространстве, падение на объект и, наконец, отражение.
Сила света (I) характеризует световую энергию первичного источника, излучающего во всех направлениях. Единица измерения силы света — кандела(кд).Одна кандела примерно равна количеству световой энергии, испускаемой обычной свечой. В 1948 г. появилось более точное определение канделы: кандела — это сила света, излучаемая черным телом, нагретым до температуры перехода платины из жидкого в твердое состояние.
Световой поток (F) — это сила света в некотором телесном угле. И, следовательно, единица светового потока получается делением силы света на 4p радиан (в сфере 4p = 12.56 стерадиан) и измеряется в люменах (лм). Один люмен — это световой поток, испускаемый источником с силой света в 1 кд внутри единичного телесного угла (угла в 1 стерадиан).
Поскольку ощущение яркости зависит от чувствительности человеческого глаза, то световой поток зависит также и от длины волны. Например, свет мощностью в 1 ватт на 555 нм (зеленый цвет) дает световой поток приблизительно равный 680 лм, а все другие длины волн с такой же силой света дают меньший световой поток. Поэтому бессмысленно выражать энергию света в ваттах, несмотря на то, что теоретически световая энергия, как и любой другой вид энергии, может быть выражена в ваттах.
Освещенность (Е) — это наиболее часто используемый в CCTV термин, особенно при описании характеристик минимальной освещенности камер. Освещенность очень похожа на яркость, за исключением того, что в этом случае имеются в виду объекты, являющиеся вторичными источниками света.
Итак, освещенность поверхности — это величина светового потока, приходящегося на единицу площади.
Если световой поток в 1 люмен падает на поверхность площадью в 1 м 2 (квадратный метр), он измеряется в люменах на квадратный метр или метр-свечах, более известных под названием люкс (лк).
Это означает, что если у нас есть сфера радиусом 1 метр и источник света с силой света в 1 канделу, расположенный внутри сферы, то освещенность на внутренней поверхности сферы будет равна 1лк. Математически это соотношение может быть записано следующим образом:
E = Flux / Area = F/A. [лк] (1.1)
Поток F по определению равен силе света, умноженной на телесный угол, то есть:
F = I · w. [лм](1.2)
Предполагая, что источник света является точечным, и, опираясь на формулы сферической тригонометрии, мы можем выразить w через освещаемую площадь А и расстояние до источника d:
w = A / d 2 . [рад] (1.3)
Подставив (2) и (3) в (1), получаем:
E = I / d 2 . [лк] (1.4)
Это означает, что освещенность перпендикулярной площадки обратно пропорциональна
квадрату расстояния до источника. Если же площадка расположена под некоторым углом к падающему свету, то мы можем оценить действительную поверхность, сделав проекцию на угол q, как на схеме на рис.1.8. В этом случае формула (4) принимает вид:
E = I · cos q/ d 2 . [лк] (1.5)
Типичные уровни освещенности приведены на рис.1.6.
Очень редко, в малых областях пространства и при очень сильных источниках света могут обеспечиваться уровни освещенности выше 100 000 лк (например, вблизи сильной импульсной лампы). Для описания таких освещенностей иногда используются другие, более крупные единицы — футы. Один фут равен 10 000 лк.
Рис.1.6. Некоторые типичные уровни освещенности
В американской терминологии, где все еще широко используется квадратный фут вместо единиц СИ, освещенность выражается в канделах на квадратный фут, или фут-свечах. Поскольку соотношение между квадратным метром и квадратным футом равно примерно 10 (или точнее 9.29), то довольно просто перевести люксы в фут-свечи и наоборот. Если освещенность задана в фут-свечах, достаточно разделить эту величину на 10, и вы получите приблизительное значение в люксах, а если значение задано в люксах, то, чтобы перевести его в фут-свечи, умножьте его на 10.
Термин Яркость (В) характеризует свечение поверхности первичного или вторичного источника света. Поскольку свечение имеет субъективный подтекст, то в качестве объективного, научного термина используется понятие «яркость».
Яркость зависит от силы света самой поверхности и от угла наблюдения, поэтому рассчитывается на единицу перпендикулярной направлению взгляда площадки. Существует всего несколько единиц яркости. Предпочитаемая в мире метрическая единица яркости — это нит. Один нит равен одной канделе на квадратный метр спроецированной площадки (I /A).
Если для измерения светового потока источника вместо кандел использовать люмены, то яркость будет выражена в апостильбах (асб). Все становится несколько более сложным, если мы имеем дело с поверхностью, на которую световой поток падает под углом q к нормали (или отражается); в этом случае световой поток прямо пропорционален cos q.
Тогда со всех направлений будет казаться, что поверхность имеет одинаковую яркость, потому что и отраженный свет, и спроецированная поверхность подчиняются одним и тем же тригонометрическим законам. Такой тип поверхности называется ламбертовским радиатором или рефлектором (в зависимости от того, является ли поверхность первичным или вторичным источником света) и обычно описывается как равномерно рассеивающая поверхность. Для измерения яркости в этом случае в метрическую систему была введена еще одна единица — ламберт. Эквивалентная американская единица — фут-ламберт.
То, какова будет освещенность, воспринимаемая камерой, на самом деле зависит от силы света самого источника и от отражательной способности освещаемого объекта. Объект может быть черным или белым и, понятно, что это не одно и то же. Если объекты белые, то, естественно, при одном и том же количестве света мы сможем видеть больше. Поэтому, говоря об освещенности, необходимо ввести еще один фактор: коэффициент отражения, выраженный в процентах. Определение коэффициента отражения можно задать следующим простым соотношением:
r =отраж. от пов-ти. свет/пад. на поверхность свет = E/В [%]. (1.6)
На деле эта величина меняется от очень низкого значения в 1% для черного вельвета, 32% для средней поверхности почвы до 93% для чистого снега в поле зрения. Кожа человека европеоидной расы имеет коэффициент отражения от 19% до 35%.
Этот фактор очень важен при определении минимальной освещенности камеры, так как при одинаковом уровне освещенности, но различных коэффициентах отражения, объекты будут иметь различную яркость, косвенно влияя на производительность камеры.
В таблице 1.1. приведены основные светотехнические единицы.
Таблица 1.1. Основные световые единицы, их взаимная связь и единицы измерений.
| Термин | Обозначение | Определение | Связь с другими величинами | Единицы измерения |
| Световая энергия | W | Энергия, переносимая светом | W = | лм · с (люмен-секунда) |
| Световой поток | Ф | Лучистый поток, оцениваемый по световому восприятию человеческим глазом | Ф = | лм (люмен) |
| Сила света | I | Световой поток, приходящийся на единицу телесного угла | I = | кд (кандела) |
| Яркость | B | Световой поток, излучаемый в определенном направлении с единицы светящейся поверхности, перпендикулярной этому направлению | В= | кд/м 2 |
| Освещенность | E | Световой поток, падающий на единицу поверхности | E = | лк (люкс) |
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru