Bài 2 ĐẠI LƯỢNG VÀ ĐƠN VỊ ĐO ÁNH SÁNG I Đặc điểm của phép đo ánh sáng Bức xạ điện từ nhìn thấy được chỉ là một dãi rất hẹp từ 38 10 8 đến 76 10 8m gọi là bức xạ khả kiến, vì vậy ánh sáng liên hệ với s.
Bài 2: ĐẠI LƯỢNG VÀ ĐƠN VỊ ĐO ÁNH SÁNG I Đặc điểm phép đo ánh sáng Bức xạ điện từ nhìn thấy dãi hẹp từ 38.10-8 đến 76.10-8m gọi xạ khả kiến, ánh sáng liên hệ với thu nhận ánh sáng mắt, đại lượng quang gồm phận: Ø Trắc quang chủ quan Ø Trắc quang khách quan Trắc quang chủ quan Là phép đo đại lượng ánh sáng chủ yếu dựa tác dụng sinh lý mắt người Trong miền xạ khả kiến, xạ có bước sóng khác gây cho mắt cảm giác khác cường độ, màu sắc Cảm giác thay đổi từ mắt người Vì định nghĩa đại lượng đơn vị quang phải thiết lập với mắt trung bình (mắt nhiều người có thị giác bình thường) đồng thời thiết lập với toàn xạ khả kiến có khả kích thích thần kinh thị giác mắt trung bình 2 Trắc quang khách quan Là phép đo đại lượng ánh sáng máy thu ánh sáng giống phép đo đại lượng vật lý khác nhiệt độ lượng… hoàn toàn chứa yếu tố khách quan Giữa đại lượng đại lượng Quang có mối quan hệ tương hỗ, thường dùng đại lượng làm trung gian chuyển đổi: • Watt(W): 1W = 1Jun/s = 0,86Kcal/h • Jun (J) erg (e): 1J = 107e = 0,239 cal • Watt/m2 = 0,86 Kcal/m2.h • 1cal/cm2.phút=69,76 10-6 Watt/cm2 II Thông lượng xạ 𝛟: Là lượng xạ W (Jun/s) qua đơn vị diện tích đặt vng góc với chùm xạ đơn vị thời gian (t) VD: phơi miếng kim loại nắng sau thời gian miếng kim loại nóng lên, có nghĩa miếng kim loại hấp thu xạ mặt trời tới biến thành nhiệt Nếu diện tích miếng kim loại S m2 thời gian đặt chùm xạ t sec, lượng toàn phần mà mặt S nhận W watt lượng trung bình mà mặt S nhận đơn vị thời gian bằng: • ϕ=C ! " watt • • C: hệ số tỷ lệ, đặc trưng lượng xạ vật W: lượng xạ toàn nhìn thấy khơng nhìn (J/s) t: thời gian tác dụng, tính khả hấp thu phần, bao gồm xạ thấy, tính Watt séc Bất chùm xạ mang lượng Nếu chùm xạ đơn sắc (có bước sóng λ xác định gọi thơng lượng xạ đơn sắc 𝚽𝛌 Như thông lượng xạ đo lượng nhiệt chùm xạ truyền cho vật vật hấp thu tồn lượng nhiệt đơn vị thời gian, đơn vị 𝜙 đơn vị cơng suất Watt (J/s) Muốn biết tính chất chùm sáng phải biết cấu trúc quang phổ, phân bố tỷ lệ xạ đơn sắc cấu trúc chùm sáng Nếu chùm xạ rọi tới mặt S chùm xạ đơn sắc, ứng với bước sóng λ xác định gọi thông lượng xạ đơn sắc, ký hiệu ϕλ Thông lượng xạ miền xạ khả kiến ϕ: 𝛟 = 𝚺 𝛟𝛌 Phổ miền xạ khả kiến (ánh sáng trắng ban ngày) • • • • • • • Bức Bức Bức Bức Bức Bức Bức xạ xạ xạ xạ xạ xạ xạ màu màu màu màu màu màu màu tím: chàm: lam: lục: vàng: da cam: đỏ: λ λ λ λ λ λ λ = = = = = = = 380 450 480 510 550 585 620 ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ 450 480 510 550 585 620 760 mµ mµ mµ mµ mµ mµ mµ Muốn biết tính chất chùm sáng phải biết cấu trúc quang phổ, phân bố, tỷ lệ xạ đơn sắc cấu trúc chùm sáng Để giải vấn đề người ta đưa vào khái niệm “Cường độ quang phổ” ký hiệu φλ III Cường độ quang phổ (𝛗𝛌): Thông lượng xạ phức tạp tập hợp nhiều thơng lượng xạ đơn sắc có bước sóng khác nhau, chồng chất lên tạo thành Cường độ quang phổ 𝛗𝛌 đại lượng đặc trưng phân bố quang phổ xạ đơn sắc thơng lượng xạ tồn phần Đơn vị 𝛗𝛌 cơng suất (W)/chiều dài bước sóng 𝛌 (µ), tức Watt/µ Như cường độ quang phổ 𝛗𝛌 thông lượng xạ đơn sắc công suất đo đại lượng Watt/chiều dài bước sóng đo µ Đại lượng 𝛗𝛌 hàm số 𝛌 φ! = " #! "! Watt/µ IV Hàm số thị kiến quang thơng: • Thơng lượng xạ tồn phần 𝚽 thơng lượng xạ thành phần 𝚽𝛌 đặc trưng phương diện lượng không đặc trưng cho cảm giác cường độ sáng mà chùm xạ gây mắt người • Hai chùm xạ đơn sắc có thơng lượng xạ 𝚽𝛌 bước sóng 𝛌 khác không gây cho mắt cảm giác cường độ sáng • Mắt người có độ nhạy khác ánh sáng có màu sắc khác Bức xạ hồng ngoại hay tử ngoại dù có thơng lượng lớn mắt khơng nhận thấy • Mắt người nhạy với xạ màu vàng lục 𝛌 = 550m𝛍 • Thơng lượng xạ 𝚽𝛌 nhỏ đủ gây cho mắt cảm giác sáng gọi ngưỡng thấy • Muốn biết đặc trưng khả kích thích thần kinh thị giác chùm búc xạ phải xét độ nhạy mắt xạ đơn sắc khác • • Thực nghiệm sau: Rọi sáng vật, chùm xạ đơn sắc có bước sóng khác Khi rọi chùm xạ đơn sắc thay đổi thông lượng từ thấp tới cao, lúc thị giác nhận thấy vật bị rọi, giá trị 𝚽𝛌 đủ gây cho mắt cảm giác sáng vật bị rọi gọi ngưỡng thấy Thông lượng xạ 𝚽𝛌 lớn đủ gây cho mắt cảm giác sáng gọi ngưỡng chói Nghịch đảo giá trị 𝚽𝛌 ngưỡng thấy gọi độ nhạy 𝛝𝛌 mắt xạ đơn sắc đó: ϑλ = # $! "#ưỡ"# &'ấ) Gọi độ nhạy mắt Quy ước lấy 𝛝𝛌 = 550 = Bằng thực nghiệm, với mắt trung bình (gọi mắt chuẩn) người ta thành lập đường cong quan hệ 𝛝𝛌 𝛌 Quan hệ gọi hàm số thị kiến Với ánh sáng ban ngày, mắt chuẩn nhạy với xạ 𝛌 = 550m𝛍 (màu vàng lục) 𝛝𝛌 = 550 = 𝛝𝛌 = với xạ tử ngoại hồng ngoại Với ánh sáng hồng hơn, mắt chuẩn nhạy với xạ màu xanh thẫm 𝛌 = 510m𝛍 𝛝𝛌 = 550 = v 𝛌 = với xạ tử ngoại xạ màu da cam 𝝀 = 610m𝛍 Thông lượng xạ miền xạ khả kiến gọi quang thơng F Bức xạ đơn sắc có bước sóng 𝛌 khác nhau, giá trị 𝛟𝛌 ngưỡng thấy khác nhau, độ nhạy 𝛝𝛌 khác Thực nghiệm mắt chuẩn thị giác người nhạy với xạ đơn sắc màu vàng lục λ = 550mµ 𝛝𝛌550 = 𝟏 𝛟𝛌𝟓𝟓𝟎 = Như xạ đơn sắc khác, mắt nhạy hơn, độ nhạy ϑλ