Сәулеләк оптика. Жарықтың шағылу және сыну заңдары. Толық ішкі шағылу.

Фотометрия. – жарық ағынымен және осы ағынға байланысты шамаларды өлшейтін оптиканың бір бөлімі.

Жарық толқындары тасымалдайтын энергия жарық энергиясы немесе сәулелік энергия д/а. (W)

Dw=Ф*dt(1св=1лм*1с)

Сәулелік энергия ағынының көзге әсер етіп, көру сезімін туғызатын бөлігі жарық ағыны Ф д/а.

dФ=I*dω, ω-денелік бұрыш, Ф-люмен, I- жарық күші-канделла, ω-стердиан.

Егер нүктелік жарық көзінен шыққан көрінетін жарық барлық жаққа бірқалыпты таралып, толық денелік бұрыш (4π) қамтитын барлық жарық ағыны Ф болса, онда жарық күші I=Ф/4π- ге тең болады.Практикада кездесетін жарық көзінен шығатын жарық ағыны барлық жаққа бірдей таралмайды. Сонд берілген бір бағыттағы шын жарық үшін табу үшін осы бағыт бойынша элементтер денелік бұрыш (d Ω)алынып, сол денелік бұрышқа dФ жарық ағыны өлшенеді, яғни:

I= dФ /dΩ [лм/стер=канделла]

Егер жарық ағыны барлық жаққа бірқалыпты таралатын болса, жарық көзінен шығатын толық жарық ағыны былай анықталады: Ф=4π* I

Жарықталыну. Өздері жарық шығармайтын денелер оларға жарық түссе ғана көрінеді, өйткені ондай денелерге түскен жарық азды-көпті шағылып жан-жағына шашырайды. Дене неғұрлым күштірек жарықталса, соғұрлым одан жарық көп шашырайды. Дененің жарық бөлу дәрежесін сипаттау үшін жарықталыну деген шама қолданылады. Сонда жарықталыну (E) деп жарық түскен бетін аудан өлшеу бірлігіне келетін жарық ағыны айтылады.

Е=dФ/dS (1)

1лк=1лм/м², dФ- дененің бетіне түскен жарық ағыны. Мысалы, жарық түскен беттің нүктедей жарық көзінен қашықтығы болып, сол бетке түсірілген нормаль мен түскенн сәулелер аралығындағы бұрыш і болсын.

dФ=I* dΩ (2)

dΩ= dS*cos i/r² олай болса (2) қойсақ

dФ=I* dS*cos i/r² (3). (3)-ті (1)-ге қойсақ:

Е=(I* dS*cos i)/dS*r² = I*cos i/r² (4)

Жарықталыну заңы бойынша табылады.

Жарқырау. М/ы: жарқырауық қатты дененің белгілі өлшемдері болады. Жарық ағынының сол dS бетке қатынасы жарқырау R д/а.

R= dФ/dS [лм/м²] (5)

Жарықтылық. Жарық көзінің жарық шығаруын сипаттау үшін жарықтылық делінетін шама қолданылады.

В=I/(dS*cos α); 1нт=1кг/1м²

R=π*B; π=3.14

Жарқырау шамасы жарықтылықтан π=3.14 есе артық.

Жарықтың шағылу заңдары. Жарық жолындағы кедергіден шағылуы мүмкін. Шағылу кедергі бетінің өңделуіне тәуелді екі түрлі болады. Егер кедергінің беті бұдыр әрі бұдырларының өлшемдері жарықтың толқын ұзындығынан анағұрлым үлкен болса, онда жарық ондай беттен шашырай шағылады.Оны басқаша диффузиялық д/а. Егер жарық шағылатын кедергінің беті тегіс болса, ондай бетті айна деп атайды да жарықты айнадан шағылды дейді. Жарықтың айнадан шағылуы мынандай заңдарға бағынады:

1. Екі ортаны бөліп тұрған жазықтыққа түскен сәуле, шағылған сәуле және сол жазықтыққа сәуле түскен нүктеде жүргізілген перпендикуляр бір жазықтықта жатады.

2. Түсу бұрышы шағылу бұрышына тең α=β.

Жарықтың сыну заңдары. Жарықтың вакуумдағы жылдамдығы материалдық дене жылдамдығының ішіндегі ең үлкені болып табылады. Жарықтың өзінің де басқа ортадағы жылдамдығы оның вакуумдағы жылдамдығынан аз болады. Жарық оптикалық тығыз ортада жай тарайды да, ал тығыз емес ортада тез тарайды. Ортаның оптикалық тығыздығын сипаттайтын шама сол ортаның сыну көрсеткіші д/а. Ортаның абсолют сыну көрсеткіші жарықтың вакуумдағы жылдамдығының қарастырылып отырған ортадағы жылд-на қатынасына тең.

n=c/υ

Мұндағы υ-жарықтың берілген ортадағы жылд, с-жарықтың вакуумдағы жылд. Бір ортаның оптикалық тығыздығын екінші ортаның оптикалық тығыздығымен салыстыру үшін жарықтың сол орталардағы жылд-ң қатынасын аламыз. Екі ортаның өзара салыстырмалы сыну көрсеткіштері былай анықталады:

n₁₂=n1/n2= c/υ1: c/υ2= υ2/ υ1.

Жарық оптикалық тығыздықтары әртүрлі екі ортаны бөліп тұрған шекарада сынады. Жарықтың сынуы мына заңдарға бағынады:

1. Түскен сәуле, сынған сәуле және екі ортаны бөліп тұрған бетке жарық түскен нүктесінде тұрғызылғын перпендикуляр бір жазықтықта жатады.

2. Түсу бұрышы, сыну бұрышы және екі ортаның салыстырмалы сыну көрсеткіші өзара мына теңдеу арқылы байланысады:

sinα/sinγ=n2/n1.

Жарық оптикалық тығыздығы аз ортадан оптикалық тығыздығы көп ортаға өткенде сынған сәуле түсу нүктесінен жүргізілген нормальға жақындайды не тығыздығы көп ортадан тығыздығы аз ортаға өткенде ол нормальдан қашықтайды.

Түсу бұрышы белгілі бір шамаға теңелген кезде сыну бұрышы π/2-ге тең болады. Егер α бұрышы, яғни жарықтың түсу бұрышы, белгілі бір бұрыштан α₀ үлкен болса, онда шекаралық беттен, түскен жарық түгел шағылып, кейін серпіледі. Жарық оптикалық тығыздығы артық ортадан тығыздығы кем ортаға өткендегі осы құбылыс толық ішкі шағылу д/а., ал α₀ – толық ішкі шағылу бұрышы не шекті бұрыш д/а.

sin α₀ = 1/n.