Монохроматическое излучение. Большая советская энциклопедия - монохроматический свет

Любой свет представляет собой электромагнитное излучение, которое воспринимается глазом. Согласно различным теориям физики, он может считаться как волной, так и потоком фотонов - в зависимости от ситуации. Субъективной характеристикой света является цвет, который воспринимается человеческим глазом. Для монохроматического излучения он определяется частотой волны, а для сложного - спектральным составом.

Общее понятие

Монохроматический свет - это световые колебание волн, которые имеют одинаковую частоту. К нему можно отнести как часть воспринимаемого глазом спектра, так и невидимого (инфракрасный, рентгеновский, ультрафиолетовый).

Под монохроматическим понимают излучение которые имеют одинаковую длину и частоту колебания. Как видим, эти два определения тождественны. Можно сделать вывод, что монохроматический свет и монохроматическое излучение - это одно и то же.

Получение света одного тона. Монохроматоры

В естественных условиях нет источника, который бы испускал свет с одной длиной волны и одинаковой частотой колебания. Монохроматический свет получают при помощи специальных приборов, которые называют монохроматорами. Это возможно различными способами. Для первого варианта используются призматические системы. С их помощью выделяют поток с необходимой степенью монохроматичности.

Второй метод, который позволяет выделить монохроматический пучок света, основывается на свойствах дифракции и применении Третьим способом получения является производство или источников света, в которых при испускании волны происходит только один электронный переход.

Применение монохроматического света и приборов его излучения

Самым простым примером может служить лазер. Его создание стало возможным благодаря дискретным свойствам света. Использование отличается многогранностью: их применяют в медицине, рекламе, строительстве, промышленности, астрономии и многих других сферах. При этом монохроматического света, испускаемого прибором, благодаря его конструкции может быть строго постоянной. По времени это может быть как непрерывный, так и дискретный свет. Также к монохроматорам относят различного рода спектрометры, которые применяются в самых разных сферах.

Монохроматический свет и его влияние на организм человека

Основными спектральными цветами являются красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Существует направление медицины, которое изучает их влияние на организм человека. Называется оно офтальмохромотерапией.

Использование красного света помогает в избавлении от различных заболеваний верхних дыхательных путей. Оранжевый помогает улучшить кровообращение и пищеварение, ускоряет регенерацию мышечной и нервной ткани. Желтый цвет благотворно влияет на работу желудочно-кишечного тракта и оказывает очищающее воздействие на весь организм.

Зеленый способствует излечению гипертонии, неврозов, утомления, бессонницы. Голубой благодаря своим антибактериальным свойствам способен снять воспалительные процессы в горле. Также его применяют при лечении ревматизма, экземы, витилиго, гнойных высыпаний на кожных покровах. Синий монохроматический свет благотворно влияет на и гипофиз, а фиолетовый повышает тонус мышц, головного мозга, глаз, позволяет нормализовать работу органов ЖКТ и нервной системы в общем.

Как видно из вышесказанного, однотонный свет необходим не только для идеализированных экспериментов физиков, он способен приносить реальную пользу здоровью, не говоря уже о промышленности и других сферах человеческой деятельности.

Монохромное излучение , Мо́нохромати́ческое излуче́ние (от др.-греч. μόνος - один, χρῶμα - цвет) - электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале - одной частотой (длиной волны).

Монохроматическое излучение формируется в системах, в которых существует только один разрешённый электронный переход из возбуждённого в основное состояние.

На практике используют несколько способов получения монохромного излучения.

· призматические системы для выделения потока излучения с заданной степенью монохроматичности

· системы на основе дифракционной решетки

· лазеры, излучение которых не только высоко монохроматично, но и когерентно

· газоразрядные лампы и другие источники света, в которых происходит преимущественно один электронный переход (например, натриевая лампа, в излучении которой преобладает наиболее яркая линия D или Ртутная лампа). Газоразрядные лампы часто используют в сочетании со светофильтрами, выделяющими из линейчатого спектра лампы нужную линию.

Монохроматизаторы (монюроматоры).

Монохроматизаторами или монохроматорами называют устройства для получения света с заданной длиной волны. При конструировании монохроматизаторов используют разные оптические явления: поглощение света, интерференцию, дисперсию и т. д. Наибольшее распространение в практике абсорбционной спектроскопии имеют приборы, в которых в качестве монохроматизаторов применяются светофильтры (абсорбционные, интерференционные или интерференционно-поляризационные) и призмы.

Действие абсорбционных светофильтров основано на том, что при прохождении света через тонкий слой вследствие поглощения происходит изменение величины и спектрального состава проходящего светового потока. Абсорбционные светофильтры имеют небольшую прозрачность (T = 0,1) и довольно широкую полосу пропускания (D l = 30 нм и более). Характеристики интерференционных светофильтров значительно лучше. Светофильтр состоит из двух тончайших полупрозрачных слоев серебра, между которыми находится слой диэлектрика. В результате интерференции света в проходящем пучке остаются лучи с длиной волны, равной удвоенной толщине диэлектрического слоя. Прозрачность интерференционных светофильтров составляет Т = 0,3...0,8. Эффективная ширина пропускания обычно не превышает 5...10 нм. Для еще большего сужения полос пропускания иногда пользуются системой двух последовательных интерференционных светофильтров.

Наиболее универсальными монохроматизаторами являются призмы, изготовленные из кварца, стекла и некоторых других материалов. Для инфракрасной спектроскопии используют призмы из LiF, NaCI, KBr и других галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов. Эти же материалы применяют для изготовления кювет. Призмы позволяют получать свет высокой монохроматичности в широкой области длин волн.

Тела, излучающие свет, называются источниками света. Раздел оптики, изучающий методы и приемы измерения действия видимого света на глаз человека, называется фотометрией.

Световой поток – величина, равная световой энергии (оцениваемой по зрительному ощущению), проходящей через заданную поверхность за единицу времени: где W – количество световой энергии, проходящей через заданную поверхность за время t. Единицей светового потока в СИ является люмен (лм).

Часть пространства, ограниченная конической поверхностью, называется телесным углом. Этот угол называется центральным телесным углом (рис. 1), если его вершина совмещена с центром сферы.

Телесный угол измеряется отношением, где S – площадь части поверхности сферы радиусом R, на которую опирается данный угол. Единицей измерения телесного угла служит стерадиан (ср). Полный пространственный угол равен ср.

Величина, измеряемая световым потоком, приходящимся на единицу телесного угла по заданному направлению, называется

силой света источника где Ф – световой поток внутри достаточно малого телесного угла w. Сила света в СИ измеряется в канделах (кд).

Точечным источником света называется источник, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до места наблюдения и который излучает свет равномерно во всех направлениях.

Полный световой поток от точечного источника света равен.

Освещенностью поверхности называется величина, равная световому потоку, падающему на единицу площади равномерно освещаемой поверхности.

В СИ освещенность измеряется в люксах (лк).

Первый закон освещенности: освещенность поверхности точечным источником прямо пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до освещаемой поверхности:

Второй закон освещенности: освещенность поверхности прямо пропорциональна косинусу угла падения лучей:

Объединенный закон освещенности: освещенность, создаваемая точечным источником света на некоторой площадке, прямо пропорциональна силе света источника и косинусу угла падения лучей и обратно пропорциональна квадрату расстояния до площадки от источника:

Освещенность поверхности, создаваемая несколькими источниками света, равна арифметической сумме освещенностей, создаваемых каждым источником в отдельности.

Светимость определяется отношением светового потока, испускаемого поверхностью, к площади этой поверхности:

Единицей измерения светимости в СИ служит люкс. Если светимость тела обусловлена его освещенностью, то M = kE, где k – коэффициент отражения.

Яркостью светящейся поверхности в направлении наблюдения называется величина, равная отношению силы света к площади проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению:

где – угол между нормалью к поверхности и направлением наблюдения. Яркость в СИ измеряется в нитах (нт).

Приборы, служащие для определения силы света одного источника на основании сравнения с силой света источника- эталона, называются фотометрами. Фотометры, приспособленные для непосредственного измерения освещенности, называются люксметрами.

Зависимость между оптической плотностью и толщиной слоя, выражаемая уравнением (9), называется законом Бугера – Ламберта. Зависимость (8) можно также вывести из величины поглощения в бесконечно малом слое, интегрированием на всю толщину кюветы. Для этого, аналогично сказанному выше, рассмотрим поглощение монохроматического света телом с параллельными стенками. Бесконечно тонкий слой поглощает долю энергии входящего в него параллельного монохроматического пучка света, пропорциональную толщине слоя db. Тогда относительное уменьшение интенсивности светового потока пропорционально толщине слоя db, через который прошёл световой поток:

где k – коэффициент, характеризующий поглощение света данным телом и зависящий от свойств данного тела. Этот коэффициент в широких пределах не зависит от интенсивности светового потока, только при очень больших её значениях k перестаёт быть постоянным и наблюдается зависимость k от I, т.е. возникает нелинейность поглощения и k перестаёт быть пропорциональным I. Проинтегрировав уравнение (10), получим:

Логарифмируя уравнение (10), получим:

остоянный коэффициент k аналогичен величине lg n из уравнения (9), т.е. k=lg n.

Из рассматриваемого закона вытекает:

отношение интенсивности светового потока, прошедшего через слой раствора, к интенсивности падающего светового потока не зависит от абсолютной интенсивности падающего светового потока;

если толщина слоя раствора увеличивается в арифметической прогрессии, интенсивность светового потока, прошедшего через него, уменьшается в геометрической прогрессии.

Моно­хроматизация света может быть осуществлена при помощи:
1) светофильтров;
2) призм;
3) дифракционных решеток.
Светофильтра­ми называются среды, способные пропускать лишь определенные области спектра. Обычно в фотоколориметрах используются в качестве светофильтров стекла.

.Гравимертический фактор (фактор пересчета)-выражение и физический смысл

Гравиметрический фактор (или фактор пересчета ) – это отношение молярной массы определяемого компонента к молярной массе гравиметрической формы с учетом стехиометрических коэффициентов и обозначают буквой F.

Например,

2Al 3+ ®2Al(OH) 3 ®Al 2 O 3

Гравиметрический фактор рассчитывается по данной формуле или берется в справочнике

Результат гравиметрического анализа рассчитывают по формуле

где х – масса определяемого вещества; m – масса гравиметрической формы; М (х ) и М (г.ф.) – соответственно молярные массы определяемого вещества и гравиметрической формы (г/моль).Отношение М (х )/М(г.ф.) = F называют гравиметрическим фактором (гравиметрическим множителем) или фактором пересчета. Следовательно,

При вычислении гравиметрического фактора необходимо учитывать стехиометрические коэффициенты в химических формулах определяемого вещества и гравиметрической формы, чтобы число атомов определяемого компонента в числителе и знаменателе дроби было одинаковым:

Например, если определяемым веществом является Fe 3 O 4 , а гравиметрической формой Fe 2 O 3 , гравиметрический фактор будет равен

.

Числовые значения факторов пересчета для большинства практически важных определений рассчитаны с высокой точностью и приведены в справочниках.

.Графическая зависимость коэффициента рефракции от концентрации

Влияние температуры на показатель преломления определяется двумя факторами: изменением количества частиц жидкости в единице объема и зависимостью поляризуемости молекул от температуры. Второй фактор становится существенным лишь при очень большом изменении температуры.

Температурный коэффициент показателя преломления пропорционален температурному коэффициенту плотности. Поскольку все жидкости при нагревании расширяются, то их показатели преломления уменьшаются при повышении температуры. Температурный коэффициент зависит от величины температуры жидкости, но в небольших температурных интервалах может считаться постоянным.

Для подавляющего большинства жидкостей температурный коэффициент лежит в узких пределах от –0,0004 до –0,0006 1/град. Важным исключением является вода и разбавленные водные растворы (–0,0001), глицерин (–0,0002), гликоль (–0,00026).

Линейная экстраполяция показателя преломления допустима на небольшие разности температур (10 – 20 °C). Точное определение показателя преломления в широких температурных интервалах производится по эмпирическим формулам вида: nt=n0+at+bt2+…

Давление влияет на показатель преломления жидкостей значительно меньше, чем температура. При изменении давления на 1 атм. изменение n составляет для воды 1,48·10 −5 , для спирта 3,95·10 −5 , для бензола 4,8·10 −5 . То есть изменение температуры на 1 °C влияет на показатель преломления жидкости примерно также, как изменение давления на 10 атм.

Обычно n жидких и твердых тел рефрактометрией определяют с точностью до 0,0001 на рефрактометрах, в которых измеряют предельные углы полного внутреннего отражения. Наиболее распространены рефрактометры Аббе с призменными блоками и компенсаторами дисперсии, позволяющие определять в "белом" свете по шкале или цифровому индикатору. Максимальная точность абсолютных измерений (10·10 −10) достигается на гониометрах с помощью методов отклонения лучей призмой из исследуемого материала. Для измерения n газов наиболее удобны интерференционные методы. Интерферометры используют также для точного (до 10 ·10 −7) определения разностей n растворов. Для этой же цели служат дифференциальные рефрактометры, основанные на отклонении лучей системой двух-трех полых призм.

Автоматические рефрактометры для непрерывной регистрации n в потоках жидкостей используют на производствах при контроле технологических процессов и автоматическом управлении ими, а также в лабораториях для контроля ректификации и как универсальные детекторы жидкостных хроматографов.

Рефрактометрия, выполняющаяся с помощью рефрактометров, является одним из распространённых методов идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ.

Зависимость показателя преломления водных растворов некоторых веществ от концентрации:

рефрактометрия лекарственная форма аптека

МОНОХРОМАТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (от греч. monos - один и chroma, род. падеж chrOmatos - цвет) - эл--магн. одной определённой и строго постоянной частоты. Происхождение термина "М. и." связано с тем, что различие в частоте световых волн воспринимается человеком как различие в цвете. Однако по своей природе электромагнитные волны видимого диапазона, лежащие в интервале 0,4 - 0,7 мкм, не отличаются от эл--магн. волн др. диапазонов (ИК-, УФ-, рентгеновского и т. д.), по отношению к к-рым также используют термин "монохроматический" (одноцветный), хотя никакого ощущения цвета эти волны не дают.

Теория эл--магн. излучения, основанная на Максвелла уравнениях , описывает любое M. и. как гармония, происходящее с неизменной амплитудой и частотой в течение бесконечно долгого времени. Плоская монохроматич. волна эл--магн. излучения служит примером полностью поля (см. Когерентность ),параметры к-рого неизменны в любой точке пространства и известен закон их изменения во времени. Однако процессы излучения всегда ограничены во времени, а потому понятие M. и. является идеализацией. Реальное естеств. излучение обычно представляет собой сумму нек-рого числа монохроматич. волн со случайными амплитудами, частотами, фазами, и направлением распространения. Чем уже интервал, к-рому принадлежат частоты наблюдаемого излучения, тем оно монохроматичнее. Так, излучение, соответствующее отд. линиям спектров испускания свободных атомов (напр., атомов разреженного газа), очень близко к M. и. (см. Атомные спектры ; )каждая из таких линий соответствует переходу атома из состояния т с большей энергией в состояние n с меньшей энергией. Если бы энергии этих состояний имели строго фиксиров. значения и , атом излучал бы M. и. частоты v тп = ()/h . Однако в состояниях с большей энергией атом может находиться лишь малое время Dt (обычно 10 -8 с - т. н.

T. к. идеальным M. и. не может быть по самой своей природе, то обычно монохроматическим считается излучение с узким спектральным интервалом, к-рый можно приближённо характеризовать одной частотой (или длиной волны).

Приборы, с помощью к-рых из реального излучения выделяют узкие спектральные интервалы, наз. моно -хроматорами . Чрезвычайно высокая монохроматичность характерна для излучения нек-рых типов лазеров (ширина спектрального интервала излучения достигает величины 10 -7 нм, что значительно уже, чем ширина линий атомных спектров).

Лит.: Борн M., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., M., 1973; Калитеевский H. И., 2 изд., M., 1978. Л. H. Канарский .

MOHOXPOMATOP - спектральный оптич. прибор для выделения узких участков спектра оптич. излучения. M. состоит (рис. 1) из входной щели 1 , освещаемой источником излучения, коллиматора 2 , диспергирующего элемента 3 , фокусирующего объектива 4 и выходной щели 5 . Диспергирующий элемент пространственно разделяет лучи разных длин волн l, направляя их под разными углами f, и в фокальной плоскости объектива 4 образуется спектр - совокупность изображений входной щели в лучах всех длин волн, испускаемых источником. Нужный участок спектра совмещают с выходной щелью поворотом диспергирующего элемента; изменяя ширину щели 5 , изменяют спектральную ширину dl выделенного участка.

Рис. 1. Общая схема монохроматора: 1 - входная щель, освещаемая источником излучения; 2 - входной коллиматор; 3 - испергирующий элемент; 4 - фокусирующий объектив выходного коллиматора; 5 - выходная щель .

Диспергирующими элементами M. служат дисперсионные призмы и . решётки. Их угл. дисперсия D = Df/Dl вместе с фокусным расстоянием f объектива 4 определяют линейную дисперсию Dl /Df = Df (Df - угл. разность направлений лучей, длины волн к-рых отличаются на Dl; Dl - расстояние в плоскости выходной щели, разделяющее эти лучи). Призмы дешевле решёток в изготовлении и обладают большой дисперсией в УФ-области. Однако их дисперсия существенно уменьшается с ростом l и для разных областей спектра нужны призмы из разных материалов. Решётки свободны от этих недостатков, имеют постоянную высокую дисперсию во всём оптич. диапазоне и при заданном пределе разрешения позволяют построить M. с существенно большим выходящим , чем призменный M.

Осн. характеристиками M., определяющими выбор параметров его оптич. системы, являются: лучистый поток Ф" l , проходящий через выходную щель; предел разрешения dl*, т. е. наим. разность длин волн, ещё различимая в выходном излучении M., либо его разрешающая способность r , определяемая, как и для любого др. , отношением l/dl*, а также относительное отверстие объектива коллиматора А 0 . Разрешающая способность r , ширина выделяемого спектрального интервала dl и спектральное распределение энергии излучения, прошедшего через выходную щель, определяются аппаратной функцией M., к-рую можно представить как распределение потока лучистой энергии по ширине изображения входной щели (в плоскости выходной щели), если та освещается монохроматическим излучением .

Световой поток, выходящий из M., F" l = т l F l = т l В l S Wdl , где т l - коэф. пропускания M.; F l - световой поток, попадающий в M.; В l - спектральная яркость входной щели; S - площадь выходной щели; W - телесный угол лучей фокусирующего объектива, сходящихся на выходной щели. Произведение S W = S 0 W 0 (индексы 0 относятся к входной щели) при прохождении светового потока через прибор остаётся постоянным (если световые пучки не срезаются к--л. диафрагмами) и наз. геом. фактором прибора. T. к. W = pd 2 /4f 2 = pA 2 /4, где f , d и А - фокусное расстояние, диаметр и действующее относительное отверстие фокусирующего объектива, a S = hb (h - высота, b - ширина выходной щели), то При определении оптим. условий работы M. существен характер спектра источника света - линейчатый или сплошной, - к-рым освещается входная щель. В первом случае выходящий поток пропорционален ширине выходной щели, во втором случае - квадрату ширины щели b 2 , а также квадрату пропускаемого спектрального диапазона (dl) 2 ; при заданном dl выходящий поток пропорционален линейной дисперсии M.

Объективы M. (коллиматорный и фокусирующий) могут быть линзовыми или зеркальными. Зеркальные объективы пригодны в более широком спектральном диапазоне, чем линзовые, и, в отличие от последних, не требуют перефокусировки при переходе от одного выделяемого участка спектра к другому, что особенно удобно для ИК- и УФ-областей спектра.

Рис. 2. Автоколлимационная схема: 1 - зеркало, вра щением которого осуществляется сканирование спектра .

Рис. 3. z-образная симметричная схема: 1 - дифракционная решётка; 2 - сферическое зеркало .

Из большого кол-ва существующих оптич. схем M. можно выделить, помимо традиционных (рис. 1), автоколлимационные (рис. 2), z -образные (рис. 3), схемы с расположением щелей одна над другой либо просто с одной щелью, у к-рой верх. часть служит входной, а нижняя - выходной щелью, и пр. В тех случаях, когда особенно важно избежать попадания в выходную щель M. рассеянного света с длинами волн, далёкими от выделяемого участка спектра (напр., в спектрофото-метрии) , применяют т. н. двойные M., представляющие собой два M., расположенных так, что свет, выходящий из первого M., попадает во второй и выходная щель первого служит входной щелью второго (рис. 4). В зависимости от взаимного расположения диспергирующих элементов в каждом из этих M. различают двойные M. со сложением и с вычитанием дисперсий. Приборы со сложением дисперсий позволяют не только во много раз снизить уровень рассеянного света на выходе, но и увеличить разрешающую способность M., а при заданном разрешении - повысить выходящий световой поток (т. е. расширить щели). Двойные M. с вычитанием дисперсий позволяют снизить уровень рассеянного света без увеличения разрешающей способности. В них на выходную щель приходит свет такого же спектрального состава, с каким он вышел из ср. щели. Такие M. менее светосильны, чем M. со сложением дисперсий, однако они позволяют проводить сканирование спектра перемещением ср. щели в плоскости дисперсии прибора, что очень удобно конструктивно для , особенно скоростных. В ряде случаев, когда необходимо одновременное выделение неск. недалёких узких спектральных интервалов, применяют простые M. с несколькими выходными щелями, т. н. полихроматоры.

Рис. 4. Двойной монохроматор: 1 - средняя щель; 2 и 3 -дифракционные решётки, вращающиеся на общем основании; 4 -9 - зеркала .

Лит.: Лабораторные оптические приборы, под ред. Л. А. Новицкого, 2 изд., M., 1979; Тарасов К. И., Спектральные приборы, 2 изд., Л., 1977; Пейсахсон И. В., Оптика спектральных приборов, 2 изд., Л., 1975. А. П. Гагарин .

Преломление

Явление, при котором меняется направление распространения луча света, когда он переходит из одной среды в другую, как например, из вакуума или воздуха в такую другую среду, как стекло или вода или наоборот.

Показатель преломления
Численное значение, указывающее на степень преломления среды и выраженное формулой n=sin i/sin r. "n" это константа, не связанная с углом падения светового луча указывающая на показатель преломления преломляющей среды по сравнению со средой, из которой исходит луч.
Для обычного оптического стекла "n" , как правило, обозначает показатель преломления стекла по отношению к воздуху.

Дисперсия

Явление, при котором оптические характеристики среды меняются в зависимости от длинны волны светового луча, проходящего через среду. Когда свет поступает в линзу или призму, характеристики дисперсии линзы или призмы вызывают изменения показателя преломления в зависимости от длинны волны, в результате чего свет рассеивается. Иногда это явление называют также цветовой дисперсией.

Необычная частичная дисперсия
Человеческий глаз в состоянии чувствовать монохроматические световые волны в диапазоне от 400 нм (фиолетофые) до 750 нм (красные). В этом диапазоне разница в показателе преломления между двумя различными длинами волн называется частичной дисперсией. Большинство обычных оптических материалов обладают аналогичными характеристиками частичной дисперсии. Однако характеристики частичной дисперсии различны у некоторых стеклянных материалов, таких, как стекло, у которого бывает более значительная частичная дисперсия при коротких волнах, как стекло FK, у которого небольшой индекс преломления и низкие характеристики дисперсии, флюорит и стекло, у которого более значительная частичная дисперсия при длинных волнах. Эти типы стекла характеризуются как обладающие необычной частичной дисперсией. Стекло, обладающее такими характеристиками, используется в апохроматах, чтобы компенсировать хроматическую аберрацию.

Дисперсия света в призме

Отражение

Отражение отличается от преломления тем, что представляет собой явление, ведущее к тому, что часть света, падающего на стекло или на другую среду, отделяется и идет в совершенно новом направлении. Направление движения одинаково, независимо от длинны волны. Когда свет попадает в линзу, не имеющую противоотражательного покрытия, и выходит из нее, то приблизительно 5% света отражается на границу между стеклом и воздухом. Количество отраженного света зависит от показателя преломления стеклянного материала.

Отражение света

Дифракция

Явление, при котором световые волны отклоняются от прямолинейного распространения вблизи границ непрозрачных тел. Светящиеся точка излучает свет во все стороны, образуя неограниченный пучок лучей. Если на пути этого пучка расположить диафрагму, то за ней свет будет распространяться в виде ограниченного пучка. Однако при каком-то минимальном отверстии лучи теряют свою прямолинейность и огибают край диафрагмы - наступает момент дифракции света. Дифракционное изображение святящийся точки представляет собой святящееся пятно. окруженное концентрическими кольцами. Дифракция вызывает уменьшение контрастности и разрешающей способности изображения, в результате чего получается неконтрастное изображение. Хотя дифракция имеет тенденцию появляться тогда, когда диаметр диафрагмы меньше определенного размера, на самом деле она зависит не только от диаметра диафрагмы, но и от различных факторов, таких, как длинна волны света, фокусное расстояние и светосила объектива.

Интерференция

оптическое явление, возникающие при взаимодействии (наложении в пространстве) двух или более световых волн, состоящие во взаимном их усилении или ослаблении. Интерференция возникает, если разность фаз складываемых световых колебаний постоянна во времени. колебания световой волны, удовлетворяющие этим условиям, называют когерентными.

Интерференция в фотографии: просветленная оптика, цветные светофильтры, дихроичные зеркала.

2) монохроматическое и сложное видимое излучение

Монохромное излучение , Мо́нохромати́ческое излуче́ние (от др.-греч. μόνος - один, χρῶμα - цвет) - электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале - одной частотой (длиной волны).

Монохроматическое излучение формируется в системах, в которых существует только один разрешённый электронный переход из возбуждённого в основное состояние.

Источники монохромного излучения

На практике используют несколько способов получения монохромного излучения.

• призматические системы для выделения потока излучения с заданной степенью монохроматичности
• системы на основе дифракционной решетки
• лазеры, излучение которых не только высоко монохроматично, но и когерентно
• газоразрядные лампы и другие источники света, в которых происходит преимущественно один электронный переход (например, натриевая лампа, в излучении которой преобладает наиболее яркая линия D или Ртутная лампа). Газоразрядные лампы часто используют в сочетании со светофильтрами, выделяющими из линейчатого спектра лампы нужную линию.

Монохроматор на базе дифракционной решётки

Видимое излучение (свет) - излучение, которое, по­падая на сетчатую оболочку глаза, может вызвать зри­тельное ощущение (ощущение - превращение энергии внешнего раздражителя в факт сознания). Видимое из­лучение имеет длины волн монохроматических состав­ляющих в пределах 380-780 нм.

Инфракрасное излучение имеет длины волн моно­хроматических составляющих, большие длин волн види­мого излучения (но не более 1 мм). МКО предлагает следующее деление ИК области излучений: ИК-А от 780 до 1400 нм; ИК-В от 1400 до 3000 нм; ИК-С от 3000 до 10е нм (от 3 мкм до 1 мм).

Спектр излучения - совокупность монохроматиче­ских излучений, входящих в состав сложного излуче­ния. Спектр излучения может описываться графической, аналитической илн табличной зависимостью. Источники излучения могут иметь сплошной, полосатый, линейча­тый спектр или спектр, имеющий сплошную и линейча­тую составляющие.

3) границы цветных полос видимого излучения λ

Излучение (радиация) является одной из форм существования материи в виде электромагнитного поля. Ха­рактерной особенностью излучения является корпуску­лярно-волновой дуализм.

Фотон - элементарная частица излучения, энергия которой (квант) є равна Им, где И = 6,626 10-34 Дж-с - постоянная Планка: v - частота ихпучепия, Гц.

В вакууме фотоны движутся со скоростью сQ = = 2,9979 10х м/с (скорость света).

Корпускулярные свойства фотона определяются его массой тф =с/Cq, и импульсом P§=hv/с. Фотон дви­жется со скоростью cq - максимальной скоростью, с которой может двигаться элементарная частица мате­рии: тф = то /- (ьс)2 . Скорость движения фотона

) = і1, очевидно, что фотон находится всегда в движении и массой покоя то не обладает.

Волновые свойства фотона описываются частотой и. ишной волны. Длина волны фотона в вакууме

Генераторами излучения являются движущиеся мо­лекулы и атомы вещества. Монохроматическое (одно­родное) излучение получить на практике нельзя. При­нято под монохроматическим излучением понимать сово­купность выделяемых источником излучения фотонов, обладающих практически одинаковой длиной волны.

Сложное излучение представляют состоящим из со­вокупности монохроматических излучений. Светотех­ника имеет дело с оптическим излучением, т. е. с элек­тромагнитным излучением с длинами волн примерно от 1 нм до 1 мм, лежащими в област и между рентгенов­скими лучами и радиоихпученисм.

Оптическая область спектра делится па ультрафио­летовую, видимую и инфракрасную.

Ультрафиолетовое излучение - ОИ. длины волн мо­нохроматических составляющих которого лежат в пре­делах от 1 до 380 нм. МКО предлагает следующее деле­ние УФ-излучений с длинами волн от 100 до 400 нм: УФ-А - от 315 ло 400 нм; УФ-В - от 280 до 315 нм; УФ-С - от 100 до 280 нм.

Видимое изучение (свет) - излучение, которое, по­падая на сетчагую оболочку глаза, может вызвать зрительное ощущение (ощущение - превращение энергии внешнего раздражителя в факт сознания). Видимое из­лучение имеет длины волн монохроматических состав­ляющих в пределах 380-780 нм.

Инфракрасное изучение имеет длины воли монохро­матических составляющих, большие длин волн види­мого излучения. МКО предлагает следующее деление ИК области ихпучепий: ИК-А - от 780 до 1400 нм; ИК-В - от 1400 до 3000 нм; ИК-С - от 3000 до 106 им (от 3 мкм до 1 мм).

Спектр излучения - совокупность монохроматических излучений, входящих в состав сложно излучения. Спектр излучения может описываться графической, аналитической или табличной зависимостями. Источ­ники излучения моїут иметь сплошной, полосатый, ли­нейчатый спектр или спектр, имеющий сплошную и линейчатую составляющие.

Сплошной спектр - спектр, у которого монохрома­тические составляющие заполняют без разрывов ин­тервал длин волн, в пределах которого происходит из­лучение.

Полосатый спектр - спектр, монохроматические составляющие которого образуют дискретные группы (полосы), состоящие из множества тесно расположен­ных монохроматических излучений.

Линейчатый спектр - спектр, состоящий из отдель­ных, пе примыкающих друг к друїу монохроматиче­ских излучений.

Поток излучения Ф(> - мощность излучения, т. е.

ФР(^., dk)=Qe(X, <1К) / dt, (1.1)

где Qe, Qe(X, cfk) - энергии сложного и монохромати­ческого излучений, испускаемые за время dt Фг,

Согласно термину 845-01-03 Международного светотехнического словаря 1261, за нижчий предел видимого излучения при­нимается диапазон 360- 400 нм, а за верхний предел - 760-830 нм.

Фе(А, dk) - потоки сложного и монохроматического излучений. Вт.

Монохроматический поток излучения иногда изме­ряется также числом квантов в единицу времени.

Для описания распределения потока излучения по спектру пользуются спектральной плотностью потока излучения

ФеХ=Фе(, dk)/dk. (1.2)

Во многих случаях размеры источника излучения намного меньше расстояния от него до облучаемого объекта, поэтому правомочно рассматривать условный точечный источник излучения, т. е. такой, размеры кото­рого настолько малы по сравнена с расстоянием до приемника, что ими можно пренебречь при расчетах. Если принять за точечный источник излучения равно­мерно излучающий круг диаметром d, то поіреппюсть при расчетах в зависимости от расстояния I от круга до приемпика составляет около 9% при I/d = 3 и около 4% при I / d = 5.

Излучение источника распространяется в некото­ром телесном угле.

Телесный угол £2 - часть пространства, ограничен­ная незамкнутой поверхностью. Часто используются телесные углы, ограниченные разными коническими поверхностями (рис. 1.1). Мерой телесного угла с вер­шиной в центре сферы является отношение площади сферической поверхности dA, на которую он опирает­ся, к квадрату радиуса сферы г. За единицу телесного угла - стерадиан (ср) - принят центральный телесный угол, вырезающий участок сферы, площадь которого

равна квадрату ее радиуса. Элементарный зональный телесный угол dQ. ограничен двумя соосными кониче­скими поверхностями, образующие которых сметены на угол da: dSi = dA / г2 = 2л sin a da.

Зо! Шьный телесный угол Дй, для которого «2 - ct| = а2