Сила світла й освітленість

 
 

Енергетичні та фотометричні характеристики світла. У цьому параграфі йтиметься про енергетичні характеристики світла. Енергія світла, яка передається навколишнім тілам, може перетворюватись на теплову, хімічну, електричну. Наше око також є приймачем енергії світла, яка й створює зорові відчуття. Саме тому енергетичні характеристики світла ґрунтуються на безпосередньому сприйнятті світла оком людини, тобто на зоровому відчутті.

Розрізняють енергетичні величини, що характеризують будь-яке випромінювання та відповідні їм фотометричні величини, які враховують зорові відчуття людини.

Енергетична

величина

Одиниця

величини

Фотометрична

величина

Позна

чення

Одиниця

величини

Енергія

випромінювання

Дж

Світлова енергія

W

лм-с (люмен на секунду)

Потік випромінювання (потужність випромінювання)

Вт

Світловий потік

ф

лм (люмен)

Поверхнева густина потоку випромінювання

Дж/м2

Освітленість

Е

лк (люкс)

Сила випромінювання

Вт/ср1

Сила світла

І

кд (кандела)

Енергетична

яскравість

Вт/(ср-м2)

Яскравість

L

кд/м2

Розглянемо їх детальніше.

Світловий потік. Кожне джерело світла випромінює видиме світло у навколишній простір. Щоб оцінити, яка кількість світлової енергії надходить від джерела на відповідну поверхню за певний інтервал часу, вводять поняття світлового потоку.



 

Світловий потік, Ф — це фізична величина, яка визначається кількістю світлової енергії (за зоровим відчуттям), що потрапляє на

поверхню за одиницю часу:

Одиницею світлового потоку є 1 люмен (1 лм).

Світловий потік від нічного зоряного неба, що потрапляє на зіницю ока, становить всього Ф = 0,000000001 лм, а від полуденного Сонця — Ф = 8 лм.

Світловий потік, як і потік енергії, можна вимірювати у ватах, оскільки він фактично визначає потужність випромінювання, яке потрапляє на певну поверхню. Проте чутливість нашого ока залежить від кольору світла. Так, наприклад, потік оранжевих променів потужністю 1 Вт створює зорове відчуття такої самої інтенсивності, як потік зелених променів потужністю 0,5 Вт. Експериментально встановлено, що світловому потоку хвиль зеленого кольору в 1 лм відповідає потужність 0,0016 Вт. Установити універсальну залежність між ватом і люменом не вдається.

Сила світла. Деякі джерела світла випромінюють світло рівномірно в усі боки, наприклад Сонце, а от прожектор чи ліхтарик випромінюють світло в певному напрямку. Для оцінки просторового розподілу світлового потоку, що випромінюється джерелом світла, застосовують таку фізичну величину, як сила світла.

ср — стерадіан, одиниця тілесного кута, який визначається відношенням площі AS до квадрата радіуса r сфери.

Сила світла, І — фізична величина, яка визначає величну світлового потоку в певному напрямку. Якщо джерело випромінює видиме світло

рівномірно в усі боки, то сила світла обчислюється за формулою:

Одиницею сили світла є 1 кандела (1 кд). Вона належить до основних одиниць Міжнародної системи одиниць (СІ).

У таблиці наведено значення сили світла деяких джерел.


Освітленість. Робоче місце кожної людини, особливо школяра, має бути достатньо освітленим. Усім відомо, наприклад, що читання при недостатньому освітленні швидко втомлює. Втома настає і за надмірного освітлення робочого місця. Але недостатнє й надмірне освітлення — це неточні поняття. Щоб схарактеризувати, як освітлена поверхня, використовують поняття освітленості.

Освітленість, Е — це фізична величина, яка показує, який світловий потік падає на одиницю поверхні:

Одиницею освітленості є 1 люкс (1 лк).

Наші очі пристосовуються до різної освітленості. Сонячного дня на відкритій місцевості освітленість може сягати до 100 000 лк, а вночі при повному Місяці усього 0,2 лк. Для комфортного читання книги необхідна освітленість 60 лк.

Кожен з вас певним чином змінював освітленість свого робочого місця. Що ви для цього робили? Нахиляли лампу нижче до поверхні стола, або встановлювали її під певним кутом, а може, змінювали лампу на іншу — більш потужну? У будь-якому випадку вам вдавалося змінити освітленість. З’ясуємо чому.

Нехай, наприклад, світловий потік від точкового джерела падає на екран (мал. 158).

На одиничній відстані точкове джерело освітлює одиничну поверхню.

Якщо збільшити відстань у 2 рази, то поверхня, що освітлюється, збільшиться в 4 рази.

Якщо збільшити відстань у 3 рази, то освітлювана поверхня збільшиться у 9 разів.

Відповідно при збільшенні площі освітлюваної поверхні освітленість буде зменшуватися.

Освітленість змінюється й у разі, якщо світло падає на поверхню під різними кутами (мал. 159).

У випадку перпендикулярного падіння променів освітлюється певна площа поверхні. Якщо відхиляти промені від вертикального напрямку, то збільшується площа освітленої поверхні. Отже, освітленість зменшується.

Враховуючи, що

дійдемо висновку, що освітленість поверхні

точковим джерелом світла обернено пропорційна квадрату відстані від джерела до цієї поверхні й залежить від кута падіння світлового променя.

У випадку точкового джерела світла

r — відстань від джерела світла до освітленої поверхні, а — кут між

перпендикуляром до поверхні й напрямком поширення світлового променя.

Якщо поверхня розташована перпендикулярно до напрямку поширення світла на відстані r від точкового джерела, сила світла якого I, то формула набуває вигляду:

У цьому ви переконуєтеся щодня. Уранці й увечері сонячні промені падають на поверхню Землі під найбільшим кутом, тому слабо її освітлюють і нагрівають. У полудень, коли сонячні промені майже перпендикулярно падають на земну поверхню, вона отримує значно більше світла й тепла.

Унаслідок одержання різної кількості сонячної енергії змінюються пори року на Землі (мал. 160).

Закони освітленості:

1. З віддаленням джерела освітленість зменшується обернено пропорційно квадрату відстані.

2. Освітлюваність, яку створюють кілька джерел світла в деякій точці поверхні, дорівнює сумі освітленостей, створюваних кожним джерелом окремо. Переконатись у виконанні цього

закону ви також можете самостійно. Цю властивість використовують світлотехніки під час освітлення сцени (мал. 161).

Формуємо СВОЮ КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

1. Що називають світловим потоком? Силою світла? Освітленістю?

2. Як можна збільшити освітленість певної поверхні?

3. Чому на екваторі завжди тепліше, ніж у середніх широтах, де ми живемо?

4. За яких умов утворюються льодяні бурульки на дахах будинків?

Вчимося розв'язувати задачі

Задача 1. Обчисліть повний світловий потік, що його випромінює лампа розжарювання, сила світла якої дорівнює 30 кд. Яка потужність лампи?

Визначаємо значення шуканої величини: Ф = 4 • 3,14 • 30 = 376,8 лм.

Скориставшись порівняльною таблицею значень потужностей і повного світлового потоку, бачимо, що світловий потік 376,8 лм забезпечує лампа потужністю 40 Вт.

Відповідь: Ф = 376,8 лм, Р = 40 Вт.

Задача 2. Стіл освітлений лампою, розташованою на висоті 1,2 м прямо над столом. Визначте освітленість столу під лампою, якщо повний світловий потік лампи становить 750 лм. Лампу вважайте точковим джерелом.

Лампа поширює світло в усі боки, тому

Підставляючи вираз для сили світла в першу формулу, отримуємо:

Визначимо значення шуканої величини:

Відповідь: Е = 41,5 лк.

Я можу застосовувати знання й розв'язувати задачі

В права 14

1.

Сила світла точкового джерела становить 100 кд. Визначте повний світловий потік, що його випромінює джерело.

2.

Повний світловий потік електричної лампи дорівнює 1884 лм. Визначте силу світла цього джерела.

3.

У ясний полудень освітленість поверхні Землі під прямими сонячними променями становить 100 000 лк. Визначте світловий потік, що падає на ділянку площею 100 см2.

4.

На який кут треба відхилити площину, щоб її освітленість зменшилася удвічі порівняно з освітленістю площини під час перпендикулярного падіння променів?

5.

Визначте освітленість від електричної лампи потужністю 60 Вт, що розташована на відстані 2 м. Чи досить цієї освітленості для читання книги?

6.

Дві однакові електролампи, що розміщені поряд, освітлюють екран. Відстань від ламп до екрана 1 м. Одну лампу вимкнули. На яку відстань слід наблизити екран, щоб його освітленість не змінилась?

7.

Визначте освітленість поверхні Землі, що створюється перпендикулярними сонячними променями. Яскравість Сонця 1,2 ■ 109 кд/м2, відстань від Землі до Сонця 1,5 ■ 108 км, радіус Сонця 7 ■ 105 км.

8.

Перегорілу лампу на 75 кд замінили лампою на 25 кд і наблизили її до освітлюваної поверхні, зменшивши відстань утричі. Чи було досягнуто попередньої освітленості поверхні?

9.

Ліхтар для освітлення вулиці, сила світла якого 500 кд, висить на стовпі на висоті 3 м від поверхні землі. Визначте освітленість поверхні землі на відстані 4 м від основи стовпа.

10.

За інформацією поданою у таблиці складіть і розв’яжіть задачі.

Перевірте себе

Рівень А (початковий)

1. Укажіть рядок, у якому наведено лише теплові джерела світла.

А екран дисплея, електрична лампа розжарювання Б світлячок, світлодіод

В зорі, Місяць Г електрокамін, Сонце

2. Розкладання білого світла на сім спектральних кольорів скляною тригранною призмою називається...

А фокусом В діоптрією

Б дисперсією Г акомодацією

3. Оптичний центр лінзи — це точка...

А у якій перетинаються всі промені

Б через яку будь-який промінь проходить без заломлення В у якій перетинаються промені, що йшли паралельно головній оптичній осі

Г у якій фокусується зображення

4. Промінь світла падає з повітря на поверхню скла. Укажіть малюнок, на якому правильно відображені явища, що відбуваються зі світлом на межі цих середовищ.

5. Укажіть рядок із характеристиками зображення предмета, що розміщений між фокусом та подвійним фокусом збиральної лінзи.

А уявне, збільшене, пряме Б дійсне, зменшене, перевернуте В дійсне, збільшене, перевернуте Г уявне, зменшене, пряме

6. Укажіть значення оптичної сили лінзи, фокусна відстань якої становить 40 см.

А 0,025 дптр

Б 2,5 дптр В 4 дптр Г 40 дптр

Рівень В (середній)

1. Швидкість світла при переході з більш оптично густого середовища в менш оптично густе...

А зменшується Б збільшується В не змінюється

Г спочатку збільшується, а потім зменшується

2. Установіть відповідність між кольором предмета та причиною, що його зумовлює. А білий папір Б чорний портфель

В зелене листя

Г жовта скляна пластинка

1 пропускає промінь жовтого кольору

2 відбиває промінь зеленого кольору, інші поглинає

3 відбиває світлові промені всіх кольорів

4 поглинає світлові промені всіх кольорів

5 поглинає промінь жовтого кольору

3. На малюнку показана головна оптична вісь MN лінзи, її оптичний центр О і хід променя, що падає на лінзу паралельно головній оптичній осі.

Розмір сторони клітинки — 10 см. Оберіть правильне твердження.

А лінза є розсіювальною Б оптична сила лінзи — 6 дптр В якщо предмет розташувати на відстані 10 см від лінзи, то вона дасть дійсне зображення цього предмета Г промінь перетинає головну оптичну вісь у фокусі лінзи

4. На якій висоті над столом потрібно повісити лампу на 100 кд, щоб освітленість зошита під нею становила 25 лк?

А2 м Б3 м В 4 м Г5 м


Рівень С (достатній)

1. Промінь падає на поверхню поділу двох прозорих середовищ під кутом 35° і заломлюється під кутом 25°. Яким буде кут заломлення, якщо промінь буде падати під кутом 50°?

2. На відстані 48 см від лінзи розташований предмет. Яка фокусна відстань цієї лінзи, якщо дійсне зображення предмета утворилось на відстані 96 см від лінзи?

3. Освітленість поверхні класної дошки згідно із нормами має становити 150 лк. Визначте світловий потік, який має падати для цього на дошку, площа поверхні якої становить 1,92 м2.

Рівень D (високий)

1. На горизонтальному дні водойми, глибина якої 1,2 м, лежить плоске дзеркало. Промінь світла падає на поверхню води під кутом 30°.

На якій відстані від місця падіння цей промінь вийде з води після відбивання від дзеркала? Показник заломлення води — 1,33.

2. Промінь SN падає на прямокутну скляну призму перпендикулярно до грані АВ (мал. 162). Заломиться промінь на грані АС чи зазнає повного відбиття, якщо Z ВАС = 30°?

«Ми дивимось не очима, а мозком», — говорять фізіологи. Дійсно, зорові сприйняття керуються мозком. І так звані «оптичні ілюзії» — це не омани зору, а хибні розмірковування. Оптичні ілюзії бувають настільки правдоподібними, що буквально «не віриш власним очам»! Важко повірити, наприклад, що центральні кружечки на малюнку однакового радіуса й що горизонтальні лінії — паралельні!

Про ці та інші цікаві й незвичайні факти, що пов’язані зі сприйняттям зображень, ви дізнайтесь, виконуючи навчальний проект

«оптичні ілюзії»

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Фізики за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.