Источник света
Источник света — любой объект, излучающий электромагнитную энергию в видимой области спектра [1] . По своей природе подразделяются на искусственные и естественные.
Согласно принципу Гюйгенса-Френеля источники света по механизму распространения волны подразделяются на первичные (искусственные и естественные) и вторичные (отраженные).
В физике идеализированы моделями точечных и непрерывных источников света.
Виды источников света
Разобраться в особенностях источников света несложно, так как по сути есть всего два варианта. Причем один из них хорошо знаком всем, а второй не сложно классифицировать по видам и разобрать основные характеристики.
Что такое источник света
Источник света – это объект, излучающий электромагнитную энергию в той области спектра, которая воспринимается человеческим зрением. Согласно законам физики, если отдельные объекты нагреваются до определенной температуры, то начинают светиться.
По сути, источником света можно назвать любой светящийся объект – будь то солнце, жуки-светлячки или разнообразное осветительное оборудование, производимое современными заводами.
Виды и классификации источников света
Все варианты можно разделить на два основных типа – естественные и искусственные источники. Исходить из этого при рассмотрении вопроса проще всего, так как информацию легко систематизировать.
Естественные источники света
К этой группе можно отнести все явления природы и объекты, которые могут испускать свет, видимый человеком. Причем, излучение может быть как первичным, так и вторичным свойством объекта или явления. Все варианты в этом разделе возникли без вмешательства людей и деятельности других существ. Основные естественные источники:
- Солнце. Хорошо знакомый всем объект, который не только излучает свет благодаря раскаленной структуре, но и является источником жизни на Земле.
- Звезды, Луна и другие объекты из космоса. Огромное количество светящихся точек появляется на небе каждый день после захода солнца. И при этом природа свечения бывает разной. Если у Луны это отраженный свет, то другие объекты могут светиться самостоятельно. Также свечение может исходить от межгалактического газа, его также видно на некоторых участках неба.
- Полярное сияние – еще один естественный источник.
- Атмосферные электрические разряды также относятся сюда, хоть и вспыхивают на короткий промежуток времени.
- Минералы и органические продукты могут светиться при окислении, то есть при горении.
- Биолюминесценция живых организмов, яркий пример – известные всем светлячки.
Все эти варианты встречаются в естественной среде и никак не зависят от человека. Он не может регулировать их яркость и влиять на нее.
Искусственные источники света
В этом случае источником выступает любой элемент, который дает излучение в результате преобразования энергии. Практически все варианты искусственного происхождения работают от электричества. То есть, первичной энергией, которая используется для получения света, является ток.
Если исходить из физических категорий, то можно разделить все искусственные варианты на три основные разновидности. У каждой из них есть свои особенности:
- — самые распространенные на сегодня. Принцип работы в том, что определенный объект (чаще всего вольфрамовая нить накала), нагревается до температуры, когда начинает излучать не только тепло, но и видимый свет. Этот вариант широко использовался первым, но сейчас его вытесняют более прогрессивные и безопасные, ведь нагревание до высоких температур – не лучшее решение во многих ситуациях. работают за счет явления люминесценции. В этом случае энергия преобразуется в оптическое излучение. Широко используются в разных отраслях, главное достоинство в том, что они не нагреваются в процессе. Еще один плюс – низкий расход электричества. Но из-за содержания ртути их следует правильно утилизировать, а при поломке проветривать помещение.
Рекомендуем к просмотру: Видеоуроки по физике
Все выпускаемые на данный момент лампы можно разделить на несколько категорий в зависимости от принципа работы и конструктивных особенностей. Виды источников света:
- Лампы накаливания. Используются более 100 лет, главным элементом является вольфрамовая нить накала, которая при нагревании дает свет. Чтобы при сильном нагревании вольфрам не так быстро распылялся, а спираль служила как можно дольше, колба делается герметичной и наполняется инертным газом. Главное преимущество – низкая цена, но качество света не самое высокое, а срок службы самый малый среди всех вариантов. При работе колба очень сильно нагревается, поэтому плафон должен располагаться как минимум в 3 см от нее.
Кстати! Светодиодные лампы самые безопасные, они не нагреваются при работе, в изделиях нет стекла и паров вредных веществ.
Тест по дисциплине «Светотехника»
Настоящий материал опубликован пользователем Звягинцева Надежда Викторовна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Автор материала
- На сайте: 6 лет и 6 месяцев
- Подписчики: 0
- Всего просмотров: 5228
- Всего материалов: 3
40%
61 минута
Learningapps и интерактивные игры
23 минуты
Комплексы упражнений для развития физических качеств обучающихся в рамках дистанционного образования
43 минуты
Домашнее и индивидуальное обучение: плюсы и минусы, права и обязанности участников образовательного процесса
Подарочные сертификаты
- Курсы «Инфоурок»
- Онлайн-занятия с репетиторами на IU.RU
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Источники света
Источником света называют тело, излучающее энергию в световом диапазоне.
Классификацию источников света можно проводить в зависимости от различных их характеристик. Так в физике важным является деление источников света на точечные и непрерывные (модели источников света).
Возможно деление на естественные и искусственные источники света. К естественным источникам относят: Солнце, звезды, атмосферные электрические разряды и т.д. Искусственными источниками света считают: пламя, разного рода лампы, светодиоды, лазеры. Искусственные источники света делят в зависимости от вида энергии, которая переходит в излучение.
Источники света подразделяют на:
- тепловые источники (свет в которых появляется в результате их нагрева до высоких температур);
- люминесцентные источники (световое излучение в которых, возникает за счет превращения различных видов энергии, отличной от тепловой).
Также искусственные источники света могут делить в зависимости от их конструктивных особенностей.
Характеристики источников света. Сила света
Точечным называют источник света, размерами которого можно пренебречь, в сравнении с расстоянием от источника до места наблюдения. В оптически однородной и изотропной среде волны, которые излучает точечный источник, являются сферическими.
Для того чтобы охарактеризовать точечный источник применяют такое понятие как сила света ($I$), которую определяют как:
где $dФ$ — световой поток, который излучается источником в пределах телесного угла $d\Omega $ . Если рассматривать сферическую систему координат, то можно сказать, что в общем случае сила света зависит от полярного ($\vartheta$) и азимутального ($\varphi $) углов ($I=I(\vartheta,\varphi )$).
Готовые работы на аналогичную тему
Источник света носит название изотропного, если его сила света не зависит от направления. Для изотропного источника света можно записать, что:
где Ф — суммарный световой поток, который излучает источник по всем направлениям. Величину силы источника, которая определяется как (2) еще называют средней сферической силой света источника.
Если источник света нельзя считать точечным (протяженный источник), то используют понятие силы света элемента его поверхности ($dS$). В таком случае в формуле (1) под величиной $dФ$ понимают световой поток, который излучает элемент поверхности источника ($dS$) в пределах телесного угла ($d\Omega $).
Основной единицей измерения силы света в $СИ$ является кандела ($кд$) ( старое — свеча ($св$)). $1 кд$ излучает световой эталон в виде абсолютно черного тела при температуре $T=2046,6 K$ (температура затвердевания чистой платины) и давлении $101325 Па$.
Световой поток
Световой поток, который посылается точечным источником в телесный угол $d\Omega ,$ определяется выражением:
Соответственно, полный световой поток, который исходит от источника, равен интегралу по полному телесному углу $4\pi $:
Основная единица измерения светового потока — люмен ($лм$), который равен световому потоку, который испускает источник в $1 кд$ внутрь телесного угла $1 стерадиан$.
Освещенность
Величина ($E$) равная:
называется освещенностью. В выражении (5) $dФ_
при равномерном распределении потока по поверхности.
Освещенность, которую создает точечный источник можно вычислить как:
где r- расстояние от источника до поверхности, $\alpha $ — угол между нормалью к поверхности и направлением на источник.
Светимость
Протяженный источник света характеризуют светимостью ($R$) его участков. Она характеризует излучение (отражение) света выделенным элементом поверхности по всем направлениям. Определяется она как:
где $
Светимость способна появляться из-за отражения поверхностью падающего на нее света. В таком случае под $
Светимость измеряется в $люксах$.
Яркость
Яркость ($B$) используют для характеристики излучения (отражения) света в выделенном направлении. Направление при этом задается полярным углом ($\vartheta$), который откладывается от внешней нормали ($\overrightarrow
где $dS$ — элементарная светящаяся площадка. В общем случае $B=B(\vartheta,\varphi )$.
Источники света, яркость которых не изменяется в зависимости от направления, называют ламбертовскими (или косинусными, подчиняющимися закону Ламберта). Для ламбертовских светильников $dI$ элементарной площадки пропорциональна $cos \vartheta.$
Светимость и яркость связаны соотношением:
Единица яркости $кандела$ на квадратный метр ($\frac<кд><м^2>$).
Задание: Найдите световой поток, который излучает элементарная поверхность $dS$ внутрь конуса, ось которого перпендикулярна выделенному элементу. Угол конуса равен $\vartheta_0$. Считать, что светящаяся поверхность подчиняется закону Ламберта и ее яркость равна $В$.
Решение:
За основу решения задачи примем определение яркости и из него выразим элемент светового потока:
Элементарный телесный угол в сферических координатах равен:
\[d\Omega =sin\vartheta d\vartheta d\varphi \left(1.2\right).\]
Подставим выражение для телесного угла в выражение (1.1), получим:
\[dФ=Bsin\vartheta d\vartheta d\varphi dScos\vartheta \left(1.3\right).\]
Найдем полный световой поток интегрированием выражения (1.3):
Ответ: $Ф=\pi ВdSsin^2\vartheta_0.$
Задание: Яркость однородного светящегося диска радиуса $r$ изменяется в соответствии с законом $B=B_0cos\vartheta,$ где $B_0=const, \vartheta\ —\ $угол с нормалью к поверхности. Каков световой поток (Ф), который испускает диск?
Решение:
Элемент светового потока, используя уравнение из условий задачи для ярости выразим как
\[dФ=Bd\Omega dScos\vartheta =B_0
где элементарный телесный угол в сферических координатах равен:
\[d\Omega =sin\vartheta d\vartheta d\varphi \left(2.2\right).\]
Световой поток найдем как интеграл от выражения (2.1) при использовании (2.2):