วัดแสงอย่างไร มีหน่วยอะไรบ้าง? ความเข้มของแสงคืออะไร และเหตุใดจึงสำคัญ

ความเข้มของแสงวัดเมื่อจัดแสงไว้ในห้องหรือเมื่อเตรียมอุปกรณ์สำหรับการถ่ายภาพ คำว่า "ความเข้ม" ถูกใช้ในรูปแบบต่างๆ มากมาย และในบทความนี้คุณจะได้เรียนรู้ว่าอุปกรณ์และวิธีการใดที่เหมาะกับวัตถุประสงค์ของคุณ ช่างภาพมืออาชีพและช่างจัดแสงใช้เครื่องวัดแสงแบบดิจิทัล แต่คุณสามารถสร้างอุปกรณ์ง่ายๆ ที่มีเอฟเฟกต์คล้ายกันได้ นั่นก็คือ เครื่องวัดแสง Jolie ด้วยตัวคุณเอง

ขั้นตอน

วิธีวัดความเข้มของแสงในร่มและความเข้มของแสงโคมไฟ

ทำความเข้าใจโฟโตมิเตอร์ที่วัดความเข้มของแสงเป็นลักซ์และเทียนเท้าอุปกรณ์ดังกล่าวจะวัดความเข้มของแสงบนพื้นผิว กล่าวคือ แสงสว่าง. โดยปกติแล้วอุปกรณ์ดังกล่าวจะใช้ในการเตรียมตัวสำหรับการถ่ายภาพและเมื่อตรวจสอบแสงสว่างของห้อง

เรียนรู้วิธีตีความข้อมูลต่อไปนี้คือตัวอย่างการอ่านโดยทั่วไปเพื่อช่วยคุณพิจารณาว่าคุณควรเปลี่ยนแสงสว่างในห้องของคุณหรือไม่:

• สะดวกในการทำงานในสำนักงานด้วยแสงสว่าง 250-500 ลักซ์ (23-46 ฟุตเทียน)
• ซูเปอร์มาร์เก็ตและสถานที่ทำงานที่ต้องการการทำงานที่ละเอียดอ่อนใช้ 750-1000 ลักซ์ (70-93 ฟุตเทียน) ค่าบนเทียบได้กับการเปิดไฟส่องสว่าง ลานข้างนอกในวันที่แดดสดใส

1. ค้นหาว่าลูเมนคืออะไรเมื่อคำว่า "ลูเมน" ปรากฏในคำอธิบายหลอดไฟ เป็นการอธิบายว่าหลอดไฟปล่อยพลังงานออกมาในรูปของแสงที่มองเห็นได้มากเพียงใด คุณจำเป็นต้องรู้สิ่งต่อไปนี้:

   วัดความเอียงและสนามของรังสีคุณลักษณะเหล่านี้ใช้กับแหล่งกำเนิดแสงที่ควบคุมฟลักซ์การส่องสว่างด้วยลำแสงแคบไปในทิศทางที่กำหนด (เช่น ไฟฉาย) ค่าเหล่านี้สามารถวัดได้ด้วยเครื่องวัดแสงและใช้ไม้บรรทัดและไม้โปรแทรกเตอร์

   • ถือเครื่องวัดแสงไว้ตรงหน้าลำแสงที่สว่างที่สุด เลื่อนไปรอบๆ จนกว่าคุณจะพบบริเวณที่มีความเข้มของแสงสูงสุด (ความสว่าง)
   • รักษาระยะห่างจากแหล่งกำเนิดแสงเท่าเดิม ให้เลื่อนตัววัดแสงไปด้านใดด้านหนึ่งจนกว่าความเข้มของแสงจะลดลงเหลือ 50% ของระดับสูงสุด ใช้ไม้บรรทัดหรือด้ายลากเส้นจากแหล่งกำเนิดแสงมายังจุดนี้
   • ทำเช่นเดียวกันกับอีกด้านหนึ่ง ขีดเส้น.
   • ใช้ไม้โปรแทรกเตอร์วัดมุมระหว่างเส้นทั้งสอง นี่จะเป็นมุมของลำแสง - นั่นคือมุมที่แสงเบี่ยงเบนไป
   • ในการวัดสนาม ให้ทำเช่นเดียวกัน โดยทำเครื่องหมายเฉพาะจุดที่ความเข้มของแสงจะเท่ากับ 10% ของค่าสูงสุด

   วิธีวัดความสว่างสัมพัทธ์ด้วยอุปกรณ์ทำเอง

   1. ทำอุปกรณ์ด้วยตัวเองประกอบง่ายถ้าคุณมี วัสดุที่จำเป็น. สิ่งประดิษฐ์นี้เรียกว่าเครื่องวัดแสง Jolie และสามารถใช้วัดความเข้มสัมพัทธ์ของแหล่งกำเนิดแสงสองแหล่งได้ ด้วยความรู้ที่จำเป็นด้านฟิสิกส์ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง คุณจะพบว่าหลอดไฟสองดวงใดให้แสงสว่างมากกว่าและหลอดไฟใดมีประสิทธิภาพมากกว่า

      • เพราะจะได้ค่า ญาติมันจะไม่แสดงเป็นหน่วยที่แน่นอน คุณจะรู้ความสัมพันธ์ระหว่างแหล่งกำเนิดแสงทั้งสองแห่ง แต่คุณจะไม่สามารถหาจำนวนที่แน่นอนได้หากไม่ทำการทดลองอีกครั้ง

   2. ตัดแว็กซ์พาราฟินหนึ่งชิ้นออกครึ่งหนึ่งซื้อแวกซ์จากร้านฮาร์ดแวร์ หั่นเป็นชิ้นๆ หนัก 500 กรัม แล้วจึง มีดคมตัดชิ้นนี้ลงครึ่งหนึ่ง

      วางฟอยล์ไว้ระหว่างแว็กซ์สองชิ้นฉีกเป็นชิ้น อลูมิเนียมฟอยล์จากแผ่นแล้ววางลงบนชิ้นใดชิ้นหนึ่งโดยพยายามให้ครอบคลุมพื้นผิวด้านบนทั้งหมด วางแว็กซ์ชิ้นที่สองไว้ด้านบน

      หมุนโครงสร้างผลลัพธ์ในแนวตั้งเพื่อให้อุปกรณ์ทำงานได้ต้องหมุนเพื่อให้ฟอยล์อยู่ในแนวตั้ง หากแว็กซ์ทนไม่ไหว คุณสามารถปล่อยแว็กซ์ไว้ในแนวนอนได้ แต่จำไว้ว่ากล่องที่คุณจะประกอบจะต้องตั้งแว็กซ์ให้ตั้งตรง

      ตัดหน้าต่างสามบานในกล่องกระดาษแข็งหยิบกล่องที่จะใส่ขี้ผึ้ง บางทีแวกซ์แพ็คอาจจะเหมาะกับคุณ วัดหน้าต่างแล้วตัดออกด้วยกรรไกร

      • ตัดหน้าต่างสองบานที่มีขนาดเท่ากันในด้านตรงข้าม เมื่ออยู่ในกล่อง รูควรอยู่ตรงข้ามกับด้านต่างๆ ของพาราฟิน
      • ตัดหน้าต่างที่สามขนาดใดก็ได้ที่อยู่ด้านหน้ากล่อง รูควรอยู่ตรงกลางเพื่อให้คุณมองเห็นทั้งสองด้านของชิ้นขี้ผึ้ง

   3. วางขี้ผึ้งไว้ข้างในฟอยล์ระหว่างทั้งสองชิ้นควรอยู่ในแนวตั้ง คุณอาจต้องใช้เทปพันสายไฟ เทปพันสายไฟ กระดาษแข็งชิ้นเล็กๆ หรือทั้งสองอย่างเพื่อป้องกันไม่ให้แว็กซ์หลุดและฟอยล์เคลื่อนที่

      • หากกล่องไม่มีฝาปิด ให้ปิดด้วยกระดาษแข็งหรือวัตถุทึบแสงอื่นๆ

   4. เลือกจุดอ้างอิงตัดสินใจว่าจะใช้แหล่งกำเนิดแสงใดเป็นจุดเริ่มต้น หากคุณกำลังเปรียบเทียบแหล่งกำเนิดแสงมากกว่าสองแหล่ง คุณสามารถใช้หลอดไฟนี้ในการเปรียบเทียบแต่ละครั้งได้

      วางแหล่งกำเนิดแสงสองแหล่งเป็นเส้นตรงวางหลอดไฟขนาดเล็ก, LED หรือแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ สองดวงบนพื้นผิวเรียบเป็นเส้นตรง ระยะห่างระหว่างพวกเขาควรมากกว่าความกว้างของกล่องที่คุณเพิ่งทำ

      วางเครื่องวัดแสงไว้ระหว่างแหล่งกำเนิดแสงสองแหล่งควรมีความสูงเท่ากับหลอดไฟเพื่อให้หลอดไฟส่องขี้ผึ้งภายในกล่องได้เต็มที่ผ่านหน้าต่าง โปรดจำไว้ว่าแหล่งกำเนิดแสงจะต้องอยู่ห่างจากกันมาก

      ปิดไฟในห้อง.ปิดหน้าต่าง ปิดม่าน ลดมู่ลี่ลง เพื่อไม่ให้แสงจากภายนอกลอดเข้ามาภายในกล่อง

      ปรับหลอดไฟเพื่อให้แวกซ์ส่องสว่างเท่ากันทั้งสองด้านเลื่อนโฟโตมิเตอร์ไปด้านข้างที่มีแสงน้อย เวลาย้ายกล่องให้มองผ่านหน้าต่างด้านหน้ากล่อง หยุดเมื่อขี้ผึ้งทั้งสองชิ้นถูกไฮไลท์เท่ากัน

   5. วัดระยะห่างจากเครื่องวัดแสงถึงแหล่งกำเนิดแสงแต่ละแห่งใช้เทปวัดวัดระยะห่างจากฟอยล์ถึงหลอดไฟที่คุณเลือกเป็นจุดอ้างอิง ตั้งป้ายจุดนี้ว่า ง1. บันทึกระยะทางแล้ววัดระยะห่างจากฟอยล์ถึงแหล่งกำเนิดแสงฝั่งตรงข้าม d2.

      • ระยะทางสามารถวัดได้ในปริมาณใดก็ได้ สิ่งสำคัญคืออย่าสับสน เช่น ถ้าวัดเป็นเซนติเมตร ให้เขียนเฉพาะเซนติเมตร (ไม่ใช่เมตร)
   6. ตัวอย่างเช่น สมมติว่าระยะทาง d 1 ถึงแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้เป็นจุดอ้างอิงคือ 60 เซนติเมตร และระยะห่าง d 2 ถึงแหล่งกำเนิดแสงที่สองคือ 1.5 เมตร
   7. ผม 2 = 5 2 /2 2 = 25/4 = 6.25
   8. ความเข้มแสงของแหล่งแสงที่สองใน เพิ่มขึ้น 6.25 เท่ากว่าครั้งแรก

2. คำนวณประสิทธิภาพหากหลอดไฟมีป้ายกำกับว่าวัตต์ (เช่น 60 วัตต์) ตัวเลขเหล่านี้จะระบุปริมาณไฟฟ้าที่หลอดไฟใช้ หารความเข้มสัมพัทธ์ของหลอดไฟด้วยตัวเลขนี้ แล้วคุณจะได้ประสิทธิภาพของหลอดไฟที่สัมพันธ์กับแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ ตัวอย่างเช่น:

   • หลอดไฟ 60 วัตต์ที่มีความเข้มสัมพัทธ์ 6 มีประสิทธิภาพสัมพัทธ์ 6/60 = 0.1
   • หลอดไฟ 40 วัตต์ที่มีความเข้มสัมพัทธ์ 1 มีประสิทธิภาพสัมพัทธ์ 1/40 = 0.025
   • เนื่องจาก 0.1 / 0.025 = 4 หลอดไฟขนาด 60 วัตต์จึงมีประสิทธิภาพในการแปลงมากกว่าสี่เท่า ไฟฟ้าเข้าสู่โลก จำไว้ว่ามันจะใช้พลังงานมากกว่าหลอดไฟขนาด 40 วัตต์ ซึ่งจะทำให้คุณต้องเสียค่าใช้จ่ายมากขึ้น เงินก้อนใหญ่. ประสิทธิภาพคือเปอร์เซ็นต์ของผลประโยชน์สำหรับแต่ละหน่วยการเงินที่ใช้ไป

• หลังจากคำนวณความเข้มของแสงเปรียบเทียบแล้ว คุณสามารถวัดความเข้มของแสงได้โดยใช้เครื่องวัดแสงแบบแอนะล็อกหรือดิจิทัล มาตรวัดแสงแบบดิจิทัลรุ่นใหม่จะวัดความเข้มเป็นหน่วยลักซ์ ในขณะที่มาตรวัดแบบแอนะล็อกรุ่นเก่าจะวัดความเข้มเป็นเชิงเทียนเท้า 1 ฟุตแคนเดิล = 10.76 ลักซ์

ดังนั้นในทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต คลื่นแสงจึงถือได้ว่าเป็นลำแสงรังสี อย่างไรก็ตาม รังสีนั้นกำหนดเฉพาะทิศทางการแพร่กระจายของแสงในแต่ละจุดเท่านั้น คำถามยังคงอยู่เกี่ยวกับการกระจายความเข้มของแสงในอวกาศ

ให้เราเลือกองค์ประกอบที่เล็กที่สุดบนพื้นผิวคลื่นของลำแสงที่กำลังพิจารณา จากเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ เป็นที่ทราบกันดีว่าทุกพื้นผิวมีรัศมีหลักของความโค้งที่แต่ละจุดสองจุด โดยทั่วไปแล้ว

ให้ (รูปที่ 7) เป็นองค์ประกอบของวงกลมหลักของความโค้งที่วาดไว้ องค์ประกอบนี้พื้นผิวคลื่น จากนั้นรังสีที่ผ่านจุด a และ c จะตัดกันที่จุดศูนย์กลางความโค้งที่สอดคล้องกัน และรังสีที่ผ่านจุด b และ d จะตัดกันที่จุดศูนย์กลางความโค้งอีกจุดหนึ่ง

สำหรับมุมเปิดที่กำหนด รังสีที่เล็ดลอดออกมาจากความยาวของส่วนต่างๆ จะเป็นสัดส่วนกับรัศมีความโค้งที่สอดคล้องกัน (เช่น ความยาว และ) พื้นที่ขององค์ประกอบพื้นผิวเป็นสัดส่วนกับผลคูณของความยาว เช่น สัดส่วน กล่าวอีกนัยหนึ่งหากเราพิจารณาองค์ประกอบของพื้นผิวคลื่นที่ถูกจำกัดด้วยจำนวนรังสีจำนวนหนึ่งจากนั้นเมื่อเคลื่อนที่ไปตามพวกมันพื้นที่ของ ​​องค์ประกอบนี้จะเปลี่ยนไปตามสัดส่วน

ในทางกลับกัน ความเข้ม เช่น ความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงาน จะแปรผกผันกับพื้นที่ผิวที่พลังงานแสงจำนวนหนึ่งผ่านไป เราจึงได้ข้อสรุปว่าความรุนแรง

ควรเข้าใจสูตรนี้ดังนี้ ในแต่ละรังสีที่กำหนด (AB ในรูปที่ 7) จะมีจุดหนึ่ง และ ซึ่งเป็นศูนย์กลางของความโค้งของพื้นผิวคลื่นทั้งหมดที่ตัดกับรังสีนี้ ระยะทางจากจุด O ของจุดตัดของพื้นผิวคลื่นกับรังสีถึงจุดคือรัศมีความโค้งของพื้นผิวคลื่นที่จุด O ดังนั้นสูตร (54.1) จึงกำหนดความเข้มของแสงที่จุด O บนรังสีที่กำหนดเป็น ฟังก์ชันของระยะทางไปยังจุดใดจุดหนึ่งบนรังสีนี้ ขอย้ำว่าสูตรนี้ไม่เหมาะสำหรับการเปรียบเทียบความเข้ม ณ จุดต่างๆ ของพื้นผิวคลื่นเดียวกัน

เนื่องจากความเข้มถูกกำหนดโดยกำลังสองของโมดูลัสสนาม เพื่อเปลี่ยนสนามตามรังสีเราสามารถเขียนได้:

โดยที่ปัจจัยเฟส R สามารถเข้าใจได้เนื่องจากทั้งสองอย่างและปริมาณต่างกันด้วยปัจจัยคงที่ (สำหรับลำแสงที่กำหนด) เท่านั้น เนื่องจากความแตกต่าง คือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางโค้งทั้งสองมีค่าคงที่

ถ้ารัศมีความโค้งของพื้นผิวคลื่นทั้งสองตรงกัน ดังนั้น (54.1) และ (54.2) จะมีรูปแบบ

โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเสมอในกรณีที่แสงถูกปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดจุด (พื้นผิวคลื่นจึงเป็นทรงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกัน และ R คือระยะห่างจากแหล่งกำเนิดแสง)

จาก (54.1) เราจะเห็นว่าความเข้มไปที่จุดอนันต์ กล่าวคือ ที่จุดศูนย์กลางความโค้งของพื้นผิวคลื่น เมื่อนำสิ่งนี้ไปใช้กับรังสีทุกตัวในลำแสง เราพบว่าความเข้มของแสงในลำแสงที่กำหนดจะไปถึงค่าอนันต์ โดยทั่วไปแล้ว บนพื้นผิวทั้งสอง - ตำแหน่งเรขาคณิตของจุดศูนย์กลางความโค้งทั้งหมดของพื้นผิวคลื่น พื้นผิวเหล่านี้เรียกว่าสารกัดกร่อน ในกรณีเฉพาะของลำแสงที่มีพื้นผิวเป็นคลื่นทรงกลม สารกัดกร่อนทั้งสองจะรวมกันเป็นจุดเดียว (โฟกัส)

โปรดสังเกตว่า ตามคุณสมบัติของตำแหน่งของจุดศูนย์กลางความโค้งของตระกูลพื้นผิวที่รู้จักจากเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์นั้น รังสีจะสัมผัสกับสารกัดกร่อน

จะต้องระลึกไว้ว่า (สำหรับพื้นผิวคลื่นนูน) จุดศูนย์กลางของความโค้งของพื้นผิวคลื่นอาจไม่ได้วางอยู่บนรังสีโดยตรง แต่อยู่บนส่วนขยายที่เกินกว่าระบบแสงที่พวกมันเล็ดลอดออกมา ในกรณีเช่นนี้ เราพูดถึงการกัดกร่อนในจินตนาการ (หรือจุดเน้นในจินตนาการ) ในกรณีนี้ความเข้มของแสงไม่ถึงอนันต์เลย

สำหรับการเปลี่ยนความเข้มเป็นอนันต์ ในความเป็นจริง ความรุนแรงที่จุดที่กัดกร่อนนั้นมีมาก แต่ยังคงมีขอบเขตจำกัด (ดูปัญหาในมาตรา 59) การแปลงอย่างเป็นทางการเป็นอนันต์หมายความว่าการประมาณค่าออพติกเชิงเรขาคณิตจะไม่สามารถใช้ได้ในกรณีใดๆ ก็ตามใกล้กับสารกัดกร่อน กรณีเดียวกันนี้เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงเฟสตามรังสีสามารถกำหนดได้โดยสูตร (54.2) เฉพาะในส่วนของรังสีที่ไม่รวมจุดสัมผัสกับสารกัดกร่อน ด้านล่างนี้ (ในมาตรา 59) จะแสดงให้เห็นว่าในความเป็นจริง เมื่อผ่านสารกัดกร่อน เฟสของสนามจะลดลง ซึ่งหมายความว่าหากในส่วนของรังสีก่อนที่จะสัมผัสกับสารกัดกร่อนแรกสนามจะเป็นสัดส่วนกับตัวคูณ - พิกัดตามแนวรังสี) จากนั้นหลังจากผ่านสารกัดกร่อนแล้วสนามจะเป็นสัดส่วนเช่นเดียวกันจะเกิดขึ้นใกล้กับจุดของ การสัมผัสกับสารกัดกร่อนที่สอง และหลังจากจุดนี้ สนามจะเป็นสัดส่วน

ขอให้เราสร้างความสัมพันธ์ระหว่างการกระจัด x ของอนุภาคของตัวกลางที่มีส่วนร่วมในกระบวนการคลื่นกับระยะห่าง y ของอนุภาคเหล่านี้จากแหล่งกำเนิดของการแกว่ง O ในช่วงเวลาใดๆ เพื่อความชัดเจนยิ่งขึ้นให้เราพิจารณาคลื่นตามขวางแม้ว่า การพิจารณาภายหลังทั้งหมด

จะเป็นจริงสำหรับคลื่นตามยาวด้วย ปล่อยให้การสั่นของแหล่งกำเนิดเป็นแบบฮาร์โมนิค (ดูมาตรา 27):

โดยที่ A คือแอมพลิจูด ซึ่งเป็นความถี่วงกลมของการแกว่ง จากนั้นอนุภาคทั้งหมดของตัวกลางจะเข้าสู่การสั่นสะเทือนแบบฮาร์มอนิกด้วยความถี่และแอมพลิจูดเท่ากัน แต่มีเฟสต่างกัน คลื่นไซน์จะปรากฏในตัวกลาง ดังแสดงในรูปที่ 1 58.

กราฟคลื่น (รูปที่ 58) มีลักษณะคล้ายกับกราฟ การสั่นสะเทือนฮาร์มอนิก(รูปที่ 46) แต่โดยพื้นฐานแล้วมีความแตกต่างกัน กราฟการแกว่งแสดงถึงการกระจัดของอนุภาคที่กำหนดตามฟังก์ชันของเวลา กราฟคลื่นแสดงถึงการพึ่งพาการกระจัดของอนุภาคทั้งหมดของตัวกลางที่ระยะห่างจากแหล่งกำเนิดของการแกว่งใน ช่วงเวลานี้เวลา. มันเหมือนกับภาพถ่ายของคลื่น

ให้เราพิจารณาอนุภาค C บางตัวซึ่งอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดของการสั่น (อนุภาค O) y เห็นได้ชัดว่าถ้าอนุภาค O มีการสั่นอยู่แล้ว อนุภาค C จะยังคงสั่นอยู่เฉพาะเมื่อเป็นเวลาของการแพร่กระจายของการสั่นจาก C ไปยัง C นั่นคือเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ในเส้นทาง y จากนั้นสมการการสั่นสะเทือนของอนุภาค C ควรเขียนได้ดังนี้:

แต่ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นอยู่ที่ไหน? แล้ว

ความสัมพันธ์ (23) ซึ่งช่วยให้เราสามารถระบุการกระจัดของจุดใดๆ บนคลื่นได้ตลอดเวลา เรียกว่าสมการคลื่น ด้วยการนำความยาวคลื่น X มาพิจารณาเป็นระยะทางระหว่างจุดที่ใกล้ที่สุดสองจุดของคลื่นซึ่งอยู่ในเฟสเดียวกัน เช่น ระหว่างยอดคลื่นสองยอดที่อยู่ติดกัน เราสามารถให้สมการคลื่นมีรูปแบบที่แตกต่างกันได้ แน่นอนว่าความยาวคลื่นเท่ากับระยะทางที่การสั่นแพร่กระจายในช่วงเวลาหนึ่งด้วยความเร็ว

ความถี่ของคลื่นอยู่ที่ไหน จากนั้นจึงแทนลงในสมการและคำนึงว่าเราได้สมการคลื่นรูปแบบอื่น:

เนื่องจากการเคลื่อนที่ของคลื่นมาพร้อมกับการสั่นสะเทือนของอนุภาคของตัวกลาง พลังงานของการสั่นสะเทือนจึงเคลื่อนที่ไปในอวกาศพร้อมกับคลื่น พลังงานที่ถ่ายโอนโดยคลื่นต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นที่หน่วยที่ตั้งฉากกับลำแสงเรียกว่าความเข้มของคลื่น (หรือความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงาน) เราได้รับนิพจน์สำหรับความเข้มของคลื่น

บุคคลต้องการแสงสว่างไม่เพียงแต่เพื่อการปฐมนิเทศและการกระทำใด ๆ ในความมืดเท่านั้น แต่ยังเพื่อรักษาสุขภาพจิตและความสบายใจด้วย นอกจากนี้แสงประดิษฐ์ยังช่วยให้คนงานสามารถปฏิบัติหน้าที่ต่อไปได้ในตอนเย็นและตอนกลางคืน อย่างไรก็ตาม คุณควรเลือกโคมไฟและหลอดไฟตามคุณลักษณะ ซึ่งที่สำคัญที่สุดคือประสิทธิภาพการส่องสว่างซึ่งมีหน่วยเป็นลูเมนต่อวัตต์ (lm/W) ในห้องนั้นจำเป็นต้องควบคุมระดับการส่องสว่างและเมื่อคำนึงถึงสิ่งนี้ให้เลือกแหล่งที่มา

ประเภทของแสง

แน่นอนว่าแสงที่มีประโยชน์และปลอดภัยที่สุดคือแสงธรรมชาติ มีโทนสีอบอุ่นและไม่เป็นอันตรายต่อดวงตา

บันทึก!ในแง่ของพารามิเตอร์โคมไฟประเภทนี้ที่ใกล้เคียงที่สุดคือหลอดไส้ซึ่งมีลักษณะเป็นแสงสีแดง ไม่ก่อให้เกิดการระคายเคืองต่อดวงตาและมีสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาเกือบจะเหมือนกัน แสงธรรมชาติจากแสงแดดที่เข้ามาในห้องผ่านทางหน้าต่าง

การพัฒนาเทคโนโลยีทำให้เกิดตัวเลือกมากมายสำหรับอุปกรณ์ให้แสงสว่าง ดังนั้นเมื่อซื้อคุณควรใส่ใจกับคุณสมบัติที่ระบุไว้บนบรรจุภัณฑ์ของหลอดไฟ

ข้อมูลเพิ่มเติม.ดังนั้นจึงแนะนำให้วางแสงโทนอุ่นในอพาร์ตเมนต์หรือ อาคารที่อยู่อาศัย, เป็นกลาง – สำหรับสำนักงานแสงสว่างและ การประชุมเชิงปฏิบัติการการผลิต. เย็น - ใช้อย่างมีประสิทธิภาพในห้องที่ทำงานกับชิ้นส่วนขนาดเล็ก นอกจากนี้ยังมักใช้ในสภาพอากาศกึ่งเขตร้อน ซึ่งเฉดสีนี้สร้างความรู้สึกเย็นสบาย

ดังนั้นการเลือกหลอดไฟไม่เพียงส่งผลต่อการส่องสว่างของพื้นที่เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อสภาพทางศีลธรรมและจิตใจของพนักงานในที่ทำงานหรือบุคคลในอพาร์ตเมนต์ด้วย

ลักษณะฟลักซ์ส่องสว่าง

เมื่อซื้อหลอดไฟผู้ซื้อมักไม่ทราบหรือไม่ได้คิดถึงคำตอบสำหรับคำถามว่าวัดแสงอย่างไร แต่ยังมีตัวบ่งชี้ดังกล่าวค่อนข้างมาก:

• กำลังส่องสว่าง;
• พลังแห่งแสง
• ความเข้ม;
• ความสว่าง.

ทั้งหมดนี้ คุณสมบัติทางกายภาพควรคำนึงถึงฟลักซ์ส่องสว่างซึ่งสามารถวัดได้ด้วยเครื่องมือพิเศษ บังคับในการวางแผนแสงสว่างภายในห้อง (คำนวณจำนวนอุปกรณ์แสงสว่างที่ต้องการในแต่ละห้องหรือสำนักงาน) เนื่องจากส่งผลต่อสุขภาพดวงตาและระบบประสาท

เอาต์พุตส่องสว่าง

กำลังส่องสว่างเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุด โดยสะท้อนอัตราส่วนของฟลักซ์ส่องสว่างที่ปล่อยออกมาจากหลอดไฟหรืออุปกรณ์อื่นๆ ต่อพลังงานที่ใช้ ดังนั้น หน่วยวัดคือ ลูเมนต่อวัตต์ (lm/W) พารามิเตอร์นี้ช่วยให้คุณสามารถประเมินได้ ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจวิธีการส่องสว่าง

ยิ่งประสิทธิภาพการส่องสว่างสูงขึ้นเท่าใด พลังงานก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าต้นทุนด้านสาธารณูปโภคได้รับการปรับให้เหมาะสม ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งในสภาวะต่างๆ การเติบโตอย่างต่อเนื่องภาษีศุลกากร ด้วยเหตุนี้ หลอดประหยัดไฟซึ่งมีอัตราส่วนลูเมนต่อวัตต์สูงที่สุดจึงเป็นที่นิยมอย่างมาก

พลังแห่งแสง

ลักษณะของรังสีไม่ได้เป็นเพียงแสงที่ส่องออกมาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแรงที่พลังงานของมันเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งในอวกาศไปยังอีกจุดหนึ่งในช่วงเวลาหนึ่งด้วย ต้องคำนึงว่าความเข้มของแสงสามารถเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ได้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่กำหนดโดยอุปกรณ์ที่สร้างการไหล

พารามิเตอร์นี้สามารถวัดได้ในเชิงเทียน

สำคัญ!เมื่อเลือกหลอดไฟคุณควรคำนึงถึงพารามิเตอร์ที่อธิบายไว้ด้วย เพียงแต่ความสัมพันธ์จะไม่ตรงเท่าในกรณีของประสิทธิภาพการส่องสว่าง ควรเลือกระดับความแรงตามค่ามาตรฐานที่หน่วยความสว่างของพื้นผิวส่องสว่างควรมี ตัวบ่งชี้นี้สามารถพบได้ในมาตรฐานต่างๆตลอดจนรหัสอาคาร ซึ่งจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของห้อง การกำหนดค่า และอื่นๆ

ความเข้มของแสง

ลักษณะนี้มักเรียกว่าการส่องสว่างหรือความอิ่มตัว มันแสดงถึงอัตราส่วนของฟลักซ์การส่องสว่างต่อพื้นที่ของวัตถุที่ตกอยู่ หน่วยความสว่างของพื้นผิวที่ส่องสว่างนี้วัดเป็นหน่วยลักซ์

ความสว่าง

ความเข้มของการส่องสว่างหารด้วยพื้นที่หน่วยเรียกว่าความส่องสว่าง มีหน่วยวัดเป็นแคนเดลาต่อตารางเมตร แหล่งกำเนิดจะกระจายรังสีที่ส่องสว่างบริเวณหนึ่ง ยิ่งพื้นที่สูง ความสว่างของแสงก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย พารามิเตอร์นี้ยังแสดงถึงประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสงและจำเป็นต้องคำนวณการวัด จำนวนที่ต้องการอุปกรณ์แสงสว่างในห้องและออกแบบตำแหน่งและสายไฟตามความเหมาะสม

ดังนั้นฟลักซ์ส่องสว่างจึงมีพารามิเตอร์หลายตัวและไม่ชัดเจนเสมอไปว่าควรคำนึงถึงตัวใดเมื่อซื้ออุปกรณ์ให้แสงสว่าง เป็นเรื่องยากสำหรับผู้บริโภคทั่วไปที่จะเข้าใจว่าประสิทธิภาพการส่องสว่างคืออะไร ความอิ่มตัวของสีแตกต่างจากความสว่างอย่างไร และอื่นๆ นอกจากนี้หน่วยการวัดที่ระบุบนกล่องก็ไม่ให้ข้อมูลสำหรับผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัดเช่นกัน: lm/W, cd, cd/sq.m ทั้งหมดนี้ดูเหมือนอักษรอียิปต์โบราณซึ่งไม่ชัดเจนว่ามีหลอดไฟกี่ดวงและมี คุณต้องซื้อลักษณะใด ดังนั้นในการคำนวณจำนวนอุปกรณ์ให้แสงสว่างขอแนะนำให้ใช้บริการของมืออาชีพหรือเครื่องคิดเลขพิเศษที่สามารถพบได้บนอินเทอร์เน็ต

วีดีโอ

1. การเพิ่มคลื่นแสงจากแหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติ

2. แหล่งข้อมูลที่สอดคล้องกัน การรบกวนของแสง

3. การได้รับแหล่งแสงธรรมชาติสองแหล่งจากแหล่งแสงธรรมชาติจุดเดียว

4. อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์, กล้องจุลทรรศน์รบกวน

5. การรบกวนในฟิล์มบาง เลนส์ให้ความกระจ่าง

6. แนวคิดและสูตรพื้นฐาน

7. งาน

แสงมีแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติ และการแพร่กระจายของแสงก็คือการแพร่กระจาย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า. เอฟเฟกต์แสงทั้งหมดที่สังเกตได้ระหว่างการแพร่กระจายของแสงสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงการสั่นของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้า E ซึ่งเรียกว่า เวกเตอร์แสงสำหรับแต่ละจุดในอวกาศ ความเข้มของแสง I จะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความกว้างของเวกเตอร์แสงของคลื่นที่มาถึงจุดนี้: I ~ E m 2

20.1. การเพิ่มคลื่นแสงจากแหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติ

เรามาดูกันว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อพวกเขามาถึงจุดนี้ สองคลื่นแสงที่มีความถี่เท่ากันและมีเวกเตอร์แสงขนานกัน:

ในกรณีนี้จะได้นิพจน์สำหรับความเข้มของแสง

เมื่อได้รับสูตร (20.1) และ (20.2) เราไม่ได้พิจารณาคำถามเกี่ยวกับลักษณะทางกายภาพของแหล่งกำเนิดแสงที่สร้างความสั่นไหว E 1 และ E 2 ตามแนวคิดสมัยใหม่ แต่ละโมเลกุลเป็นแหล่งกำเนิดแสงเบื้องต้น การเปล่งแสงจากโมเลกุลเกิดขึ้นเมื่อแสงเปลี่ยนจากระดับพลังงานหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง ระยะเวลาของการแผ่รังสีดังกล่าวสั้นมาก (~10 -8 วินาที) และโมเมนต์ของการแผ่รังสีเป็นเหตุการณ์สุ่ม ในกรณีนี้จะเกิดพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบจำกัดเวลาซึ่งมีความยาวประมาณ 3 เมตร ชีพจรดังกล่าวเรียกว่า ในรถไฟ

แหล่งกำเนิดแสงตามธรรมชาติคือวัตถุที่ได้รับความร้อนถึงอุณหภูมิสูง แสงจากแหล่งกำเนิดดังกล่าวคือกลุ่มของรถไฟจำนวนมากที่ปล่อยออกมาจากโมเลกุลที่แตกต่างกันในเวลาที่ต่างกัน ดังนั้นค่าเฉลี่ยของcosΔφในสูตร (20.1) และ (20.2) จึงกลายเป็นศูนย์และสูตรเหล่านี้อยู่ในรูปแบบต่อไปนี้:

ความเข้มของแหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติในแต่ละจุดในอวกาศจะถูกรวมเข้าด้วยกัน

ลักษณะคลื่นแสงเข้า ในกรณีนี้ไม่ปรากฏ

20.2. แหล่งที่มาที่สอดคล้องกัน การรบกวนของแสง

ผลลัพธ์ของการเพิ่มคลื่นแสงจะแตกต่างกันหากความต่างเฟสของรถไฟทั้งหมดที่มาถึงจุดที่กำหนดคือ ค่าคงที่ในการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงที่สอดคล้องกัน

สอดคล้องกันเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่มีความถี่เท่ากันซึ่งรับประกันความต่างเฟสคงที่สำหรับคลื่นที่มาถึงจุดที่กำหนดในอวกาศ

คลื่นแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดที่สอดคล้องกันก็เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า คลื่นที่สอดคล้องกัน

ข้าว. 20.1.การเพิ่มคลื่นที่สอดคล้องกัน

ลองพิจารณาการเพิ่มคลื่นที่สอดคล้องกันสองคลื่นที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิด S 1 และ S 2 (รูปที่ 20.1) ให้จุดที่พิจารณาการเพิ่มคลื่นเหล่านี้ออกจากแหล่งกำเนิดในระยะไกล ส 1และ ส 2ดังนั้นสื่อที่คลื่นแพร่กระจายจึงมีดัชนีการหักเหของแสง n 1 และ n 2 ที่แตกต่างกัน

ผลคูณของความยาวเส้นทางที่คลื่นเดินทางและดัชนีการหักเหของตัวกลาง (s*n) เรียกว่า ความยาวเส้นทางแสงค่าสัมบูรณ์ของความแตกต่างในความยาวแสงเรียกว่า ความแตกต่างของเส้นทางแสง:

เราจะเห็นว่าเมื่อมีการเพิ่มคลื่นต่อเนื่องกัน ขนาดของความต่างเฟสที่จุดที่กำหนดในอวกาศจะยังคงคงที่ และถูกกำหนดโดยความแตกต่างของเส้นทางแสงและความยาวคลื่น ณ จุดนั้นที่สภาพเป็นที่พอใจ

cosΔφ = 1 และสูตร (20.2) สำหรับความเข้มของคลื่นที่เกิดขึ้นจะอยู่ในรูปแบบ

ในกรณีนี้ ความเข้มจะใช้ค่าสูงสุดที่เป็นไปได้

สำหรับจุดที่เป็นไปตามเงื่อนไข

ดังนั้น เมื่อเพิ่มคลื่นที่สอดคล้องกัน การกระจายพลังงานเชิงพื้นที่จะเกิดขึ้น - ในบางจุดพลังงานคลื่นจะเพิ่มขึ้น และในบางจุดพลังงานจะลดลง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การรบกวน.

การรบกวนของแสง -การเพิ่มคลื่นแสงที่สอดคล้องกันซึ่งเป็นผลมาจากการกระจายพลังงานเชิงพื้นที่เกิดขึ้นซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของรูปแบบการขยายหรือลดลงที่มั่นคง

ความเท่าเทียมกัน (20.6) และ (20.7) เป็นเงื่อนไขสำหรับการรบกวนสูงสุดและต่ำสุด จะสะดวกกว่าถ้าเขียนผ่านความแตกต่างของเส้นทาง

ความเข้มสูงสุดการรบกวนจะเกิดขึ้นเมื่อความแตกต่างของเส้นทางแสงเท่ากับจำนวนความยาวคลื่นจำนวนเต็ม (สม่ำเสมอจำนวนครึ่งคลื่น)

จำนวนเต็ม k เรียกว่าลำดับของการรบกวนสูงสุด

ได้รับเงื่อนไขขั้นต่ำในทำนองเดียวกัน:

ความเข้มขั้นต่ำในระหว่างการรบกวนจะสังเกตได้เมื่อความแตกต่างของเส้นทางแสงเท่ากับ แปลกจำนวนครึ่งคลื่น

การรบกวนของคลื่นจะปรากฏขึ้นอย่างชัดเจนโดยเฉพาะเมื่อมีความเข้มของคลื่นใกล้เคียงกัน ในกรณีนี้ ในพื้นที่สูงสุด ความเข้มจะสูงกว่าความเข้มของแต่ละคลื่นสี่เท่า และในพื้นที่ขั้นต่ำ ความเข้มจะเป็นศูนย์ในทางปฏิบัติ ผลลัพธ์ที่ได้คือรูปแบบการรบกวนของแถบแสงสว่างที่คั่นด้วยช่องว่างที่มืด

20.3. สร้างแหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติสองแหล่งจากแหล่งแสงธรรมชาติจุดเดียว

ก่อนการประดิษฐ์เลเซอร์ แหล่งกำเนิดแสงที่สอดคล้องกันถูกสร้างขึ้นโดยการแยกคลื่นแสงออกเป็นสองลำที่รบกวนซึ่งกันและกัน ลองดูสองวิธีดังกล่าว

วิธีการของหนุ่ม(รูปที่ 20.2) สิ่งกีดขวางทึบแสงที่มีรูเล็ก ๆ สองรูติดตั้งอยู่ในเส้นทางของคลื่นที่มาจากแหล่งกำเนิดจุดที่ S รูเหล่านี้เป็นแหล่งที่เชื่อมโยงกัน S1 และ S2 เนื่องจากคลื่นทุติยภูมิที่เล็ดลอดออกมาจาก S 1 และ S 2 เป็นคลื่นหน้าเดียวกัน พวกมันจึงมีความสอดคล้องกัน ในบริเวณที่ลำแสงเหล่านี้ทับซ้อนกันจะสังเกตเห็นการรบกวน

ข้าว. 20.2.การรับคลื่นที่สอดคล้องกันโดยวิธีของยัง

โดยทั่วไปแล้ว รูในสิ่งกีดขวางทึบแสงจะทำในรูปแบบของรอยกรีดแคบๆ สองอันขนานกัน จากนั้นรูปแบบการรบกวนบนหน้าจอจะเป็นระบบแถบแสงที่คั่นด้วยช่องว่างที่มืด (รูปที่ 20.3) แถบแสงที่สอดคล้องกัน

ข้าว. 20.3.รูปแบบการรบกวนที่สอดคล้องกับวิธีของยัง ลำดับสเปกตรัม k

ลำดับสูงสุดเป็นศูนย์ จะอยู่ที่กึ่งกลางของหน้าจอในลักษณะที่ระยะห่างถึงกรีดเท่ากัน ทางด้านขวาและซ้ายของมันคือจุดสูงสุดอันดับหนึ่ง ฯลฯ เมื่อให้แสงสว่างแก่รอยแตกร้าวด้วยแสงสีเดียว แถบแสงจะมีสีที่สอดคล้องกัน เมื่อใช้แสงสีขาวสูงสุด ลำดับศูนย์มันมี สีขาว,และจุดสูงสุดที่เหลือมี รุ้งสี เนื่องจากค่าสูงสุดในลำดับเดียวกันสำหรับความยาวคลื่นที่ต่างกันจะก่อตัวขึ้นในที่ที่ต่างกัน

กระจกของลอยด์(รูปที่ 20.4) แหล่งกำเนิดจุด S ตั้งอยู่ในระยะห่างเล็กน้อยจากพื้นผิวของกระจกแบน M โดยรังสีตรงและรังสีสะท้อนจะเข้ามารบกวน แหล่งที่มาที่เชื่อมโยงกันคือแหล่งที่มาหลัก S และภาพเสมือนในกระจกเงา S 1 ในบริเวณที่ลำแสงตรงและลำแสงสะท้อนซ้อนทับกัน จะสังเกตเห็นการรบกวน

ข้าว. 20.4.การสร้างคลื่นที่สอดคล้องกันโดยใช้กระจกลอยด์

20.4. อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ การรบกวน

กล้องจุลทรรศน์

การดำเนินการจะขึ้นอยู่กับการใช้แสงรบกวน อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางโปร่งใส เพื่อควบคุมรูปร่าง ไมโครรีลีฟ และการเสียรูปของพื้นผิวของชิ้นส่วนออปติก เพื่อตรวจจับสิ่งเจือปนในก๊าซ (ใช้ในการปฏิบัติด้านสุขอนามัยเพื่อควบคุมความบริสุทธิ์ของอากาศในห้องและเหมือง) รูปที่ 20.5 แสดงแผนภาพแบบง่ายของอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ Jamin ซึ่งออกแบบมาเพื่อวัดดัชนีการหักเหของก๊าซและของเหลว ตลอดจนเพื่อกำหนดความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในอากาศ

ลำแสงสีขาวส่องผ่านสองรู (วิธีของยัง) จากนั้นผ่านคิวเวตที่เหมือนกันสองอัน K 1 และ K 2 ที่เต็มไปด้วยสารที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่างกัน ซึ่งหนึ่งในนั้นเป็นที่รู้จัก ถ้าดัชนีการหักเหของแสงเท่ากันแล้ว สีขาวค่าสูงสุดของการรบกวนแบบศูนย์จะอยู่ที่กึ่งกลางของหน้าจอ ความแตกต่างของดัชนีการหักเหของแสงทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างเส้นทางแสงเมื่อผ่านคิวเวตต์ เป็นผลให้ค่าสูงสุดของลำดับเป็นศูนย์ (เรียกว่าไม่มีสี) จะถูกเลื่อนโดยสัมพันธ์กับกึ่งกลางของหน้าจอ ดัชนีการหักเหของแสงที่สอง (ไม่ทราบ) ถูกกำหนดโดยขนาดของการกระจัด เรานำเสนอสูตรในการกำหนดความแตกต่างระหว่างดัชนีการหักเหของแสงโดยไม่ได้รับมา:

โดยที่ k คือจำนวนแถบที่ค่าสูงสุดไม่มีสีเลื่อนไป ล- ความยาวคิวเวตต์

ข้าว. 20.5.เส้นทางของรังสีในอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์:

S - แหล่งกำเนิด ช่องแคบที่ส่องสว่างด้วยแสงสีเดียว L - เลนส์ซึ่งโฟกัสคือแหล่งกำเนิด K - คิวเวตที่มีความยาวเท่ากัน ล; D - ไดอะแฟรมที่มีสองช่อง; หน้าจออิเล็กทรอนิกส์

เมื่อใช้อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ Jamin จึงสามารถระบุความแตกต่างของดัชนีการหักเหของแสงได้อย่างแม่นยำถึงทศนิยมตำแหน่งที่ 6 ความแม่นยำสูงดังกล่าวทำให้สามารถตรวจจับมลพิษทางอากาศได้แม้เพียงเล็กน้อย

กล้องจุลทรรศน์รบกวนคือการรวมกันของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ (รูปที่ 20.6)

ข้าว. 20.6.เส้นทางของรังสีในกล้องจุลทรรศน์รบกวน:

M - วัตถุโปร่งใส D - ไดอะแฟรม; O - ช่องมองภาพกล้องจุลทรรศน์สำหรับ

การสังเกตรังสีรบกวน d - ความหนาของวัตถุ

เนื่องจากความแตกต่างในดัชนีการหักเหของวัตถุ M และตัวกลาง รังสีจึงมีความแตกต่างของเส้นทาง เป็นผลให้เกิดความเปรียบต่างของแสงระหว่างวัตถุกับสิ่งแวดล้อม (ด้วยแสงสีเดียว) หรือวัตถุจะกลายเป็นสี (ด้วยแสงสีขาว)

อุปกรณ์นี้ใช้ในการวัดความเข้มข้นของวัตถุแห้งและขนาดของวัตถุขนาดเล็กที่โปร่งใสและไม่ทาสีซึ่งไม่มีความเปรียบต่างในแสงที่ส่องผ่าน

ความแตกต่างของระยะชักถูกกำหนดโดยความหนาของ d ของวัตถุ ความแตกต่างของเส้นทางแสงสามารถวัดได้ด้วยความแม่นยำหนึ่งในร้อยของความยาวคลื่น ซึ่งทำให้สามารถศึกษาโครงสร้างของเซลล์ที่มีชีวิตในเชิงปริมาณได้

20.5. การรบกวนของฟิล์มบาง การเคลือบเลนส์

เป็นที่ทราบกันดีว่าคราบน้ำมันเบนซินบนผิวน้ำหรือฟองสบู่มีสีรุ้ง ปีกโปร่งใสของแมลงปอก็มีสีรุ้งเช่นกัน ลักษณะของสีอธิบายได้จากการรบกวนของรังสีแสงที่สะท้อน

ข้าว. 20.7.การสะท้อนของรังสีในแผ่นฟิล์มบางๆ

จากด้านหน้าและด้านหลังของฟิล์มบาง ลองพิจารณาปรากฏการณ์นี้โดยละเอียด (รูปที่ 20.7)

ปล่อยให้ลำแสง 1 ของแสงเอกรงค์เดียวตกจากอากาศมาสู่พื้นผิวด้านหน้าของฟิล์มสบู่ที่มุม α ณ จุดที่กระทบจะสังเกตปรากฏการณ์การสะท้อนและการหักเหของแสง ลำแสงสะท้อน 2 กลับคืนสู่อากาศ ลำแสงหักเหจะสะท้อนจากพื้นผิวด้านหลังของฟิล์มและเมื่อหักเหบนพื้นผิวด้านหน้าแล้วจะออกไปในอากาศ (ลำแสง 3) ขนานกับลำแสง 2

เมื่อผ่านระบบการมองเห็นของดวงตาแล้ว รังสี 2 และ 3 จะตัดกันที่เรตินาซึ่งเกิดการรบกวน การคำนวณแสดงให้เห็นว่าสำหรับฟิล์มสบู่ในอากาศ ความต่างของเส้นทางระหว่างคาน 2 และ 3 คำนวณโดยสูตร

ความแตกต่างเกิดจากการที่แสงสะท้อนจากแสง หนาแน่นมากขึ้นตัวกลาง เฟสจะเปลี่ยนโดย π ซึ่งเทียบเท่ากับการเปลี่ยนแปลงความยาวเส้นทางแสงของลำแสง 2 ด้วย γ/2 เมื่อสะท้อนจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า เฟสจะไม่เปลี่ยนแปลง ฟิล์มน้ำมันเบนซินบนผิวน้ำสะท้อนจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากขึ้น สองครั้ง.ดังนั้นการบวก แล/2 จะปรากฏขึ้นสำหรับคานที่รบกวนทั้งสองคาน เมื่อพบความแตกต่างเส้นทางก็ถูกทำลาย

ขีดสุดจะได้รูปแบบการรบกวนสำหรับมุมมอง (α) ที่ตรงตามเงื่อนไข

หากเราดูภาพยนตร์ที่ส่องสว่างด้วยแสงเอกรงค์เดียว เราจะเห็นแถบสีที่สอดคล้องกันหลายแถบคั่นด้วยช่องว่างที่มืด เมื่อฟิล์มส่องสว่างด้วยแสงสีขาว เราจะมองเห็นการรบกวนสูงสุด สีต่างๆ. ในขณะเดียวกันภาพยนตร์เรื่องนี้ก็ได้รับสีรุ้ง

ปรากฏการณ์การรบกวนในฟิล์มบางใช้ในอุปกรณ์ออพติคอลที่ลดสัดส่วนของพลังงานแสงที่สะท้อน ระบบแสงและเพิ่มขึ้น (เนื่องจากกฎการอนุรักษ์พลังงาน) ดังนั้นพลังงานที่จ่ายให้กับระบบบันทึก - แผ่นถ่ายภาพ, ดวงตา

เลนส์ให้ความกระจ่างปรากฏการณ์การรบกวนของแสงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีสมัยใหม่ การใช้งานอย่างหนึ่งคือ "การเคลือบ" ของเลนส์ ระบบออพติคอลสมัยใหม่ใช้เลนส์หลายเลนส์ที่มีพื้นผิวสะท้อนแสงจำนวนมาก การสูญเสียแสงเนื่องจากการสะท้อนสามารถสูงถึง 25% ในเลนส์กล้องและ 50% ในกล้องจุลทรรศน์ นอกจากนี้ การสะท้อนหลายครั้งจะทำให้คุณภาพของภาพลดลง เช่น พื้นหลังปรากฏขึ้นซึ่งจะลดคอนทราสต์ลง

เพื่อลดความเข้มของแสงสะท้อน เลนส์จึงถูกปกคลุมด้วยฟิล์มใสซึ่งมีความหนาเท่ากับ 1/4 ของความยาวคลื่นของแสงในนั้น:

โดยที่ λ П คือความยาวคลื่นของแสงในภาพยนตร์ แลมบ์ คือ ความยาวคลื่นของแสงในสุญญากาศ n คือดัชนีการหักเหของสารฟิล์ม

โดยปกติแล้วจะเน้นไปที่ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับกึ่งกลางของสเปกตรัมของแสงที่ใช้ วัสดุฟิล์มถูกเลือกเพื่อให้ดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่ากระจกเลนส์ ในกรณีนี้ จะใช้สูตร (20.11) เพื่อคำนวณความแตกต่างของเส้นทาง

แสงส่วนใหญ่ตกกระทบเลนส์ในมุมต่ำ ดังนั้นเราจึงสามารถกำหนดบาป 2 α µ 0 ได้ จากนั้นสูตร (20.11) อยู่ในรูปแบบต่อไปนี้:

ดังนั้นรังสีที่สะท้อนจากพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลังของฟิล์มจึงมี ในแอนติเฟสและระหว่างการแทรกแซงพวกเขาก็แทบจะหักล้างกันโดยสิ้นเชิง สิ่งนี้เกิดขึ้นที่ส่วนกลางของสเปกตรัม สำหรับความยาวคลื่นอื่นๆ ความเข้มของลำแสงสะท้อนจะลดลงเช่นกัน แม้ว่าจะน้อยกว่าก็ตาม

20.6. แนวคิดและสูตรพื้นฐาน

ท้ายตาราง

20.7. งาน

1. ขอบเขตเชิงพื้นที่ L ของขบวนคลื่นที่เกิดขึ้นในช่วงเวลา t ของการส่องสว่างของอะตอมเป็นเท่าใด

สารละลาย

L = c*t = 3x10 8 ม./cx10 ​​​​-8 วิ = 3 ม. คำตอบ: 3ม.

2. ความแตกต่างในเส้นทางคลื่นจากแหล่งกำเนิดแสงสองแหล่งที่เชื่อมโยงกันคือ 0.2 แลมบ์ ค้นหา: ก) อะไรคือความแตกต่างของเฟส b) ผลลัพธ์ของการรบกวนคืออะไร

3. ความแตกต่างในเส้นทางคลื่นจากแหล่งกำเนิดแสงสองแหล่งที่สอดคล้องกันที่จุดใดจุดหนึ่งบนหน้าจอคือ δ = 4.36 μm ผลของการรบกวนจะเป็นอย่างไรหากความยาวคลื่น γ คือ: a) 670; ข) 438; ค) 536 นาโนเมตร?

คำตอบ:ก) ขั้นต่ำ; ข) สูงสุด; c) จุดกึ่งกลางระหว่างสูงสุดและต่ำสุด

4. ตกบนแผ่นฟิล์มสบู่ (n = 1.36) แสงสีขาวที่มุม 45° ความหนาฟิล์มขั้นต่ำจะได้โทนสีเหลืองหรือไม่? (λ = 600 นาโนเมตร) เมื่อมองในแสงสะท้อน?

5. ฟิล์มสบู่ที่มีความหนา h = 0.3 μm ถูกส่องสว่างด้วยแสงสีขาวตกกระทบที่ตั้งฉากกับพื้นผิว (α = 0) ภาพยนตร์เรื่องนี้รับชมด้วยแสงสะท้อน ดัชนีการหักเหของสารละลายสบู่คือ n = 1.33 หนังจะเป็นสีอะไร?

6. อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ส่องสว่างด้วยแสงสีเดียว λ = 589 นาโนเมตร ความยาวคิวเวทท์ ล= 10 ซม. เมื่ออากาศในเซลล์หนึ่งถูกแทนที่ด้วยแอมโมเนีย ค่าสูงสุดที่ไม่มีสีจะเปลี่ยนเป็น k = 17 แบนด์ ดัชนีการหักเหของอากาศ n 1 = 1.000277 กำหนดดัชนีการหักเหของแอมโมเนีย n 1

n 2 = n 1 + kแล/ ล = 1,000277 + 17*589*10 -7 /10 = 1,000377.

คำตอบ: n 1 = 1.000377

7. ฟิล์มบางใช้ในการล้างเลนส์ ฟิล์มควรมีความหนาเท่าใดในการส่งแสงที่มีความยาวคลื่น แลมบ์ดา = 550 นาโนเมตร โดยไม่มีการสะท้อนแสง ดัชนีการหักเหของแสงของฟิล์มคือ n = 1.22

คำตอบ:ชั่วโมง = แลมบ์ดา/4n = 113 นาโนเมตร

8. มันมีอะไรอยู่ใน รูปร่างแยกแยะเลนส์เคลือบ? คำตอบ:เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะดับแสงทุกความยาวพร้อมกันได้

คลื่นแล้วพวกมันก็บรรลุการสูญพันธุ์ของแสงที่สอดคล้องกับกึ่งกลางของสเปกตรัม เลนส์มีสีม่วง

9. การเคลือบที่มีความหนาเชิงแสง แล/4 มีบทบาทอย่างไรกับการเล่นของแก้ว หากดัชนีการหักเหของสารเคลือบเท่ากับ มากกว่าดัชนีการหักเหของกระจก?

สารละลาย

ในกรณีนี้ การสูญเสียครึ่งคลื่นจะเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างฟิล์มกับอากาศเท่านั้น ดังนั้น ผลต่างของเส้นทางจึงเท่ากับ แล แทนที่จะเป็น แล/2 ขณะเดียวกันก็มีคลื่นสะท้อนกลับ เสริมสร้างความเข้มแข็งแทนที่จะดับไฟซึ่งกันและกัน

คำตอบ:การเคลือบสะท้อนแสง

10. รังสีของแสงที่ตกบนแผ่นใสบางๆ ที่มุม α = 45° จะทำให้เกิดสีเมื่อสะท้อนเข้ามา สีเขียว. สีของจานจะเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อมุมตกกระทบของรังสีเปลี่ยนไป?

ที่ α = 45° สภาวะการรบกวนจะสอดคล้องกับค่าสูงสุดสำหรับรังสีสีเขียว เมื่อมุมเพิ่มขึ้น ด้านซ้ายจะลดลง ดังนั้นทางด้านขวาควรลดลงด้วย ซึ่งสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของ แล

เมื่อมุมลดลง แลจะลดลง

คำตอบ:เมื่อมุมเพิ่มขึ้น สีของจานจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นสีแดง เมื่อมุมลดลง สีของจานจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นสีม่วง