Х. Фотометрия. Геометрическая оптика

Основные законы и формулы

Наименование величины или физический закон

Формулы

Световые фотометрические величины Полный световой поток от точечного источника света в люменах. сила света в канделах   Сила света . световой поток, телесный угол в стерадианах   Освещённость в люксах, - площадь облучаемой поверхности   Освещённость, создаваемая точечным источником света на расстоянии от него. угол падения световых лучей   Светимость . излучающая поверхность   Cоотношение между светимостью и яркостью для источников, удовлетворяющих закону Ламберта   Эффективные фотометрические величины для ультрафиолетовой части спектра Поток излучения ( или )   Сила излучения ( или )   Облучённость ( или )     Облучённость от точечного источника     Угловое увеличение микроскопа , а – расстояние наилучшего зрения расстояние между фокусами объектива и окуляра. и фокусные расстояния объектива и окуляра

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Сформулируйте законы отражения и преломления света. Дайте определение показателя преломления.

2. Покажите, как связаны между собой абсолютный и относительный показатели преломления на границе раздела двух сред.

3. В чём заключается явление полного внутреннего отражения? Как применяется явление в оптических приборах (например, в рефрактометре)?

4. Каков принцип действия световодов? Расскажите об их применении в ветеринарной практике.

5. Какие типы линз вам известны? Что называют оптической силой линзы, и в каких единицах она измеряется?

6. Нарисуйте оптическую схему микроскопа. Чему равно увеличение микроскопа?

7. Что называют апертурным углом? Что называют числовой апертурой?

8. Дайте определения энергетических фотометрических величин и единиц их измерения.

9. Дайте определения эффективных фотометрических величин в эритёмной и бактерицидной областях ультрафиолетовой части спектра.

10. Какова значение фотометрических измерений в ветеринарии и зоотехники? Какое влияние оказывает видимый свет на сельскохозяйственных животных и птицу?

11. С какой целью применяют ультрафиолетовое излучение в ветеринарии и зоотехнии?

 

Примеры решения задач

ЗАДАЧА № 1

 

Ультрафиолетовая лампа ЛЭ-30, применяемая в животноводстве и ветеринарии, создаёт световой поток , эритёмный поток и бактерицидный поток Определить световую, эритёмную и бактерицидную отдачу лампы, если её мощность Вычислить силу света и силу эритёмного и бактерицидного излучений лампы. Какие облучённости и освещённость создаёт эта лампа на расстоянии от неё при нормальном падении света? Считать лампу точечным источником.

 

Решение

Светоотдача определяется как отношение светового потока к мощности источника света. Аналогично определяются и остальные отдачи.

Световой поток и сила точечного источника связаны соотношением:

Отсюда

Аналогично

Освещённость, создаваемая точечным источником света:

Аналогично

 

ЗАДАЧА № 2

 

Окно в виварии имеет размеры , и на него в полдень падает световой поток Считая коэффициент отражения света от каждой поверхности оконного стекла по определить освещённость окна с наружной его стороны, а также яркость и светимость окна внутри вивария. Поглощением света внутри стекла пренебречь.

Решение

Вычислим освещённость окна:

Часть светового потока, отражённая от внешней поверхности стекла, равна Поэтому световой поток, прошедший в стекло, равен точно также можно написать, что световой поток, вышедший из стекла после отражения на внутренней поверхности,

Таким образом, светимость стекла внутри вивария создаётся тем световым потоком, который прошёл через стекло, т.е.

 

Поскольку яркость и светимость связаны между собой соотношением

то .

Произведём вычисления:

 

Контрольные задачи

181. Определить увеличение микроскопа, фокусные расстояния объектива и окуляра у которого соответственно равны и а расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра

182. Определите величину изображения среза мышечного волокна диаметром рассматриваемого под микроскопом с фокусными расстояниями окуляра и объектива соответственно равными и Расстояние между фокусами объектива и окуляром , иммерсионная жидкости - глицерин. Апертурный угол

183. Определить оптическую силу окуляра микроскопа, если фокусное расстояние объектива Расстояние между объективом и окуляром Микроскоп обладает 64-кратным увеличением.

184. Энергетическая освещённость, создаваемая Солнцем на границе земной атмосферы, равна (солнечная постоянная). Вычислить мощность излучения Солнца, если среднее расстояние от него до Земли равно

185. Будет ли видно под микроскопом волокно диаметром если его рассматривать в зелёном свете (длина волны ), в объектив с числовой апертурой и с монобромнафталином в качестве иммерсионной жидкости?

186. В коровнике повешен светильник из молочного стекла, имеющий форму шара диаметром . Сила света светильника Определить световой поток, светимость и яркость светильника.

187. Над операционным столом повешен светильник из молочного стекла, имеющий форму шара диаметром Сила света, создаваемая светильником, равна Определить световой поток, светимость и яркость светильника.

188. Для обезвреживания бактериального токсина необходимо создать бактериальную облучённость Токсин в чашке Петри помещают под УФ-источником БУВ-30, создающим поток На каком расстоянии от чашки следует поместить облучатель, считая его точечным источником?

189. Светоотдачей называется число, показывающее величину светового потока, приходящегося на мощности, затрачиваемой источником света. Светоотдача лампы мощностью равна . На поверхность стола площадью направлено светового потока лампы. Вычислить среднюю освещённость стола.

190. Солнечный свет создаёт на поверхности кожи человека освещённость Какова светимость и яркость освещённого участка кожи, если коэффициент отражения кожи

191. Фокусное расстояние объектива микроскопа окуляра Расстояние от объектива до окуляра . Какое увеличение даёт микроскоп? Определить оптические силы линз микроскопа.

192. Вертикальная поверхность клетки с животным находится на расстоянии от УФ – источника, состоящего из трёх ламп ПРК – 4. Одна из ламп вышла из строя. На сколько нужно передвинуть источник к клетке, чтобы её облучённость не изменилась?

193. На рабочих столах пункта ветеринарного обслуживания животных по санитарным нормам полагается освещённость Какую минимальную силу света должна иметь лампа, повешенная на высоте от поверхности рабочего стола? Какой световой поток будет давать эта лампа? Какова должность быть мощность лампы, если её светоотдача

194. Расстояние между фокусами объектива и окуляра внутри микроскопа Фокусное расстояние объектива С каким фокусным расстоянием следует взять окуляр, чтобы получить увеличение в Определить оптические силы линз микроскопа.

195. Толщина стекла в теплице Коэффициент поглощения света стеклом (для инфракрасной части спектра, вызывающий парниковый эффект) равна Какая доля от падающей на стекло интенсивности света достигает растений?

196. На стекло в теплице падает свет, коэффициент поглощения которого в данном стекле равен Какой толщины стекло надо взять, чтобы внутрь теплицы попало не менее световой энергии, падающей на поверхность стекла?

197. Ультрафиолетовая лампа ДРТ- 400 создаёт на расстоянии от неё при нормальном падении лучей эритёмную облучённость в Вычислить величину эритёмного потока, создаваемого лампой, и эритёмную отдачу лампы, если она потребляет мощность Считать лампу точечным источником.

198. На лист белой бумаги размером нормально к поверхности падает световой поток в . Найти освещённость бумажного листа, если коэффициент рассеивания

199. Над центром круглой клетки диаметром на высоте от пола подвешена лампа ЭУВ-30, создающая силу эритёмного облучения Определить эритёмную облучённость в центре пола клетки и на краю клетки на полу.

200. Вертикальная поверхность клетки с животным находится на расстоянии от ультрафиолетового источника света, состоящего из трёх ламп ЛЭ-15. Одна из ламп вышла из строя. На сколько нужно передвинуть источник к клетке, чтобы облучённость её не изменилась?