radiometrija i fotometrija
DESCRIPTION
Fotometrija je dio optike koja se bavi svojstvima i mjerenjem izvora svjetlosti, svjetlosnog toka i rasvjete površine. Tj. u fotometriji se razmatraju – komponente procesa stvaranja (izvor svjetlosti), prijenosa (svjetlosni tok) i dolaska (osvijetljena površina) svjetlosti. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
1
Fotometrija je dio optike koja se bavi svojstvima i mjerenjem izvora svjetlosti, svjetlosnog toka i rasvjete površine.
Tj. u fotometriji se razmatraju – komponente procesa stvaranja (izvor svjetlosti), prijenosa (svjetlosni tok) i dolaska (osvijetljena površina) svjetlosti.
2
• Radiometrija je mjerenje elektromagnetskog zračenja u frekventnom opsegu od 3 × 1011 do 3 × 1016 Hz.,što odgovara valnim duljinama između 0,01 i 1000 mikrometara (μm), odnosno između10 i 10exp6 nm. Taj interval uključuje područja koja se obično nazivaju ultraljubičasto, vidljivo i infracrveno.
• Radiometrijska mjerenja se objektivno izvode elektronskim instrumentima koji reagiraju i na vidljiva i na nevidljiva zračenja.
• Fotometrija je mjerenje svjetla, koje je definirano kao elektromagnetsko zračenje koje detektira ljudsko oko. Ograničeno je na valne duljine od oko 380 do 770 nanometara (1000 nm = 1 μm).
• Oko ragira samo na vidljiva zračenja. Fotometrijska mjerenja koriste ljudsko oko kao standardni receptor za svjetlost.
Radiometrija i fotometrija
3
• Između snage zračenja i
svjetlosnog toka koji ulazi u naše oko postoji veza → krivulja osjetljivosti oka standardnog promatrača (Standard Observer Curve )
• krivulja osjetljivosti oka predstavlja karakteristike prosječnog ljudskog vida, a služi za pretvaranje radiometrijskih u fotometrijske jedinice.
Krivulja osjetljivosti oka za tzv. dnevno gledanje (maks. osjetljivosti na 550nm) i za tzv. noćno gledanje (maks. osjetljivosti na 507nm)
Fotometrijske veličine za točkasti izvor svjetlosti:
• Jakost svjetlosti (intenzitet) I; kandela (cd)• Svjetlosni tok Φ; lumen (lm)• Osvijetljenost površine E; lux (lx)
• Fotometrijske veličine za plošni izvor svjetlosti:
• Luminancija (sjaj) L (cd/m2)• Egzitancija M (lm/m2)
4
5
Veličina Radiometrija Fotometrijasnaga watt (W) lumen (lm)snaga po jedinici površine W/m2 lm/m2 = lux (lx)
snaga u jedinični prostorni kut W/sr lm/sr = candela
(cd)snaga po jedinici površine u jedinični prostorni kut
W/m2sr lm/m2sr = cd/m2
6
Kutovi i prostorni kutovi• Plošni, ravninski kut• l:duljina luka
• Prostorni kut
lr
2
Ar
Krug ima 2π radijana=360→rad=53,7stupnjeva
Kugla ima 4π steradijana1steradijan=65,5stupnjeva
A
r
Prostorni kut predstavlja omjer dijela površine kugle (A) i kvadrata njenog polumjera (R).
7
Jakost svjetlosti (Intenzitet zračenja) • Jakost svjetlosti (intenzitet zračenja) I nije vlastito
svojstvo izvora, već ovisi o smjeru promatranja; pa se definira kao svjetlosni tok po jedinici prostornog kuta koji izlazi iz točkastog izvora.
• 1W/sr=683 cd• 1W=683lm
• Kandela je svjetlosna jakost, u danom smjeru, izvora koji emitira monokromatsko zračenje frekvencije 540 × 1012 Hz (550 nm ) i kojemu je intenzitet zračenja u tom smjeru 1 / 683 vata po steradijanu (W/sr).
• 1 od 6 osnovnih SI jedinica
( ) dId
W lm cd candelasr sr
8
Veličina toka svjetlosti ovisi o jakosti I izvora svjetlosti u promatranom smjeru, o širini snopa svjetlosti koji stiže u naše oko (mjerimo ga prostornim kutom d), pa je svjetlosni tok d definiran preko relacije:
Budući da prostorni kut d na udaljenosti r od izvora određuje površinu dS, koja je jednaka dS=r2 d , možemo napisati:
Znači, ako se s receptorom stalne širine dS (npr. zjenica oka) odmičemo od točkastog izvora svjetlosti, uhvaćeni tok svjetlosti se smanjuje s kvadratom udaljenosti.
2rdSId
r
d Id
Svjetlosni tok (lumen)
9
Osvijetljenost površine (lux)• Kada tok svjetlosti iz izvora dođe do površine, onda govorimo o
osvijetljenosti ili iluminaciji površine E. Tu fotometrijsku veličinu definiramo kao omjer toka svjetlosti i površine:
• lux = lumen/m2
( ) id
E xdA
2 2
W lm luxm m
2
2
rIE
ArIA
AI
AE
2rIE
Osvijetljenost površine (lux)• Osvijetljenosti površina su obrnuto razmjerne
njihovim udaljenostima od točkastog izvora svjetlosti
10
21
22
2
12
22
21
1
4
4
rr
EE
rE
rE
2rIE
Osvijetljenost površine pod nekim kutomPrvi Lambertov kosinusni zakon (za točkasti izvor svjetlosti):
• Osvjetljenje neke površine usmjerenom svjetlošću razmjerno je kosinusu kuta pod kojim svjetlosni snop upada na površinu , a koef. razmjernosti je gustoća svjetlosnog toka.
• Za točkasti izvor svjetlosti vrijedi:
• Ulična rasvjeta daje • tipičnu iluminaciju od oko 8lx.
11
cos0dS
dEilidSdE
Prvi kosinusni Lambertov zakon
cos
4
4
2
2
rIE
rdS
Id
Lambertov kosinusni zakon
12
13
Lambertov kosinusov zakon
2
cosd dAr
I d E dA
dd I d Id
Osvijetljenost plohe
3
2 2
cos cosI IEr h
r
d
dA
cosh r
cos/ cos
EA A
14
Za slučaj plošnih izvora uvodimo tzv. sjaj ili luminaciju L izvora, koja je definirana kao gustoća jakosti svjetlosti u određenom smjeru:
Ploha dS svijetli u poluprostor razmjerno s kosinusom kuta. To je drugi Lambertov kosinusni zakon.Možemo definirati svijetljenje ili egzitanciju plošnog svjetlosnog izvora M kao:
cos
coscos
0
2
2
2
dSLdddI
mcd
dSdd
dSdIL
2m
lmLdSdM
2 2 2
W cd lmnit
sr m m sr m
15
Lambertov drugi kosinusni zakon
• Idealni difuzni reflektori reflektiraju svjetlo prema drugom Lambertovom kosinusnom zakonu:
• reflektirana energija s male površine u određenom je smjeru proporcionalna kosinusu kuta između tog smjera i normale na površinu.
16
Svjetlosna efikasnost• Svjetlosna efikasnost se definira kao:
• Obična žarulja pri naponu od 220 V snage 60 W ima svjetlosnu efikasnost jednaku 10.3, a fluorescentna cijev snage 40 W ima efikasnost 75.
Puk