Негізгі жарыҚ шамалары жӘне олардыҢ Өлшем бірліктері 1 страница

Орташа адам көзінің спектрлік сезгіштігі (немесе сәулеленудің салыстырмалы көзге көрінуі) негіз болып қабылданған тиімді шамалар жүйесі деп атайды. Бұл жүйедегі тиімді ағын жарық ағыны деп аталады және орташа адам көзіне әсер етуі бойынша бағаланатын сәулелену энергиясының қуаты ретінде анықталады. Жарық ағынының өлшем бірлігі – люмен, яғни платинаның қатаю температурасында (2042 К) ауданы 0,5305 мм² абсолют қара дене шығаратын жарық ағыны. Адам көзінің ең жоғары сезгіштігі толқын ұзындығы λ=555 нм сәул. еленуде байқалады.

Электр-магниттік тербелістер спектрінің көрінерлік бөлігі шегіндегі адам көзінің салыстырмалы сезгіштігінің қисығы 2.1, а суретте көрсетілген. Тәжірибе арқылы толқын ұзындығы λ=555 нм қуаты 1 Вт біртекті (монохромат) сәулелену 680 лм жарық ағынын жасайтындығы анықталды. 680 сан сәулелену қуатының жарық эквиваленті деп аталады. Орташа адам көзінің спектрлік сезгіштігінің максимал мәні 680 лм/Вт-қа тең болады. Сондықтан, жалпы алғанда спектрі тұтас келетін сәулеленуге жарық ағыны былай анықталалы:

(3.12)

Жарық ағынының мәлім бағыттағы кеңістіктік тығыздығы жарық күші деп аталады. Бұл шама жарық ағынының өзінің ішінде осы ағын барлық жаққа бірдей таралған денелік бұрыш мәніне қатынасымен анықталалы. Күрделі сәулеленуге:

(3.13)

Жарық күшінің өлшем бірлігі ретінде Халықаралық бірліктер жүйесінің негізгі бірліктерінін бірі – кандела (шам) алынады, яғни бір стерадиан (ср) денелік бұрыш ішінде барлық жаққа бірдей таралған 1 лм жарық ағынының кеңістіктік тығыздығы.

Жарық көздері жарық күшін барлық бағытқа бірдей таратпайды. Жарық көзінің жарық күші жан-жаққа қалай таратылатынын көрнекті көрсету үшін жарық күшінің қисығын тұрғызады.

Егер жарық көзінің кеңістікте барлық жаққа таралған жарық күшінің мәндерін өлшеп, өлшеу нәтижелерін радиус-вектор шоғы түрінде көрсетсек жіне олардың ұштары арқылы тұйық бет өткізсек, жарық көзінің фотометрлік денесі деп аталатын дене аламыз. Жарық күшін кеңістікте тарату сипаты бойынша сәулелену көздері симметриялы және симметриясыз болып бөлінеді. Симметриялы жарық көздерінің фотометрлік денесі айналу денесі болып табылады. Фотометрлік денені симметрия осі арқылы өтетін жазықтықпен қиғанда алынатын қисық. Симметриялы жарық көзі осы қисықтың жартысымен ( -тан -қа дейінгi) толық сипатталады.

Жарық күшін тарату қисықтарын әдетте полярлық координаталар жүйесінде тұрғызады. Тор 10⁰-тық аймақтардың орталарына сәйкес келетін түзу сызықтармен (тік сызықпен 5⁰, 15⁰, 25⁰, … 175⁰ жасайтын) құрастырылады. Жарық күшінің мәндері түзу сызықтардың әрқайсысына белгілі масштабта салынады, содан соң алынған нүктелер қисықпен қосылады. Қисықтарды пайдалану ыңғайлы болу үшін графикке жарық күшінің таңдап алынған масштабына сәйкес келетін центрлес шеңберлерден тұратын тор түсіріледi.

Жарық ағынының жарықталынатын бетке келетін тығыздығы жарықталыну деп аталады. Бұл шама жарықталынатын бетке біркелкі таралған жарық ағынының осы беттің ауданына қатынасымен анықталады. Жарықталыну Халықаралық бірліктер жүйесінде люкспен (лк) өлшенеді. Жарықталынатын беттің әрбір шаршы метрінде 1 лм жарыө ағыны біркелкі таралса жарықталыну 1 лк-ке тең болады:

(3.14)

Жарықтандыратын қондырғыларды есептеуде жарықталыну деңгейін сәулелену көзінің жарық күшінің белгілі мәні бойынша анықтау қажет болады. Осы шамалар аралығындағы тәуелділікті анықтайық. Нүктелік А жарық көзі q бетіндегі dS элементар алаңды жарықтандырады (3.3 сурет). Жарық көзінің жарықталынатын алаңға түсу бағытындағы жарық күші - . Жарықталынатын бет элементіне жүргізілген нормаль мен жарық күшінің түсу бағытының арасындағы бұрыш - β. dS алаңына түсетін жарық ағыны өзінің ішінде өтетін элементар dω денелік бұрыштың мәнін мына геометриялық қатынас арқылы анықтауға болады:

Сонда алаңына түсетін жарық ағыны:

dS аланының жарықталынуын мына өрнек бойынша анықтаймыз:

(3.15)

3.3 сурет – Жарық күші мен жарықталынудың ара қатысын алуға.

Сөйтіп, жарықталынатын беттің мәлім нүктедегі жарықталынуы жарық күшіне және жарық күші векторы мен жарықталынатын бетке жүргізілген нормал арасындағы бұрыштың косинусына тура пропорционал және жарықкөзінен жарық түсетін нүктеге дейінгі қашықтықтың квадратына кері пропорционал болады.

Жарқырау – беттің қаралған кіші телімінен шығатын жарық ағыны - ның осы телім ауданына қатынасы, яғни бір шаршы метрден шығатын жарық ағыны (лм/м²):

Жарықтылық – сәулелену көздерін сипаттайтын негізгі шамалардың бірі. Дене бетінің жарықтылығы (көрінуi) белгілі бір бағыттағы жарық күшінің жарқырауық (сәулеленетін) бет ауданының сол бағытқа перпендикуляр жазықтықтағы проекциясына қатынасы арқылы анықталады:

(3.16)

Жарықтылық Халықаралық бірліктер жүйесінде нитпен (кд/м²) өлшенедi.

Жарықтылықпен тек жарық көздері ғана емес, сондай-ақ жарықталынған беттер де сипатталады. Адам көзі бақылау объектісінің жарықтылығын тікелей сезінеді. Жарықталынған беттің әрбір элементі көз бағытына қарай не ғұрлым көп жарық күшін сәулелендірсе сол ғұрлым дененің көрінуі (жарықтылығы) жақсырақ болады. Қарапайым жағдайда, жазық бетті оған перпендикуляр бағытта қарағанымызда, оның көрiнуi жарық күшiнiң жарқырауық беттің ауданына қатынасымен анықталады. Егер сол жарқырауық бетке перпендикулярға α₀ бұрышпен қарасақ оның толық ауданы емес, тек оның қарау бағытына перпендикуляр жазықтықтағы проекциясын көреміз, яғни dS۰cosα.

3.4 УЛЬТРАКҮЛГІН СӘУЛЕЛЕНУДІҢ НЕГІЗГІ ШАМАЛАРЫ ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ӨЛШЕМ БІРЛІКТЕРІ

Спектрдің үльтракүлгін бөлімінде сәулелену энергиясын сипаттау үшін бактерицидтік және эритемдік тиімді шамалар жүйелері пайдаланылады. Бактерицидтік шамалар жүйесіне сәулелену энергиясын эталонды қабылдағыш ретінде толқындар ұзындықтары әртүрлі сәулеленулерге салыстырмалы спектрлік сезімділігі белгілі болатын бактериялар қабылданылды. Бактериялардың максимал сезімділігі толқын ұзындығы 254 нм біртектісәулеленуде байқалады, яғни толқын ұзындығы 254 нм монохромат сәулелену бактерияларды көп өлтiредi. Бактерицидтік шамалар жүйесінде бактерицидтік ағын негізгі шама болады. Бұл шама өзінің бактерицидтік әсері бойынша бағаланған сәулелену ағыны ретінде анықталады, яғни бактерияларды өлтіру нәтижелігі бойынша:

(3.17)

Бактерицидтік ағынның өлшем бірлігі ретінде бакт (б) саналады. Ол сан жағынан толқын ұзындығы λ=254 нм қуаты 1 ватт сәулеленуге тең болады. 1۰ 10^-6 б-қа тең микробакт (мкб) кең пайдаланылады.

Сәулелендірілетiн дене бетiндегі бактерицидтік ағынның тығыздығы бактерицидтік сәулелендірілу деп аталады (б۰ м^-2 немесе мкб۰м^-2):

, (3.18)

Бактерицидтік сәулелену күші – бактерицидтік ағынның кеңістік тығыздығы (б۰ср^-1). Бұл шама денелік бұрыштың ішінде барлық жаққа бірдей таралған бактерицидтік ағынының осы денелік бұрыш мәніне қатынасына тең болады:

(3.19)

Бактерицидтік сәулелендіру мөлшері маңызды есептік шама болып саналады. Бұл шама сәулелендіру уақыты ішінде сәулелендірілетін беттің бірлігіне түсетін бактерицидтік сәулелену энергиясының мөлшерімен анықталады (б۰c۰м^-2):

(3.20)

Аз мөлшерде адам, мал және құс организміне пайдалы әсер ететін үльтракүлгін сәулелену эритемдік (тіршілікке қажетті немесе тіршіліктік) үльтракүлгін сәулелену деп аталады. Бұл сәулеленудің әсерінен адам терісі қызарады.

Адам және жануарлар организміне толқын ұзындығы l=297 нм монохромат сәулелену максимал пайдалы әсер етеді. Бұл сәулеленудің әсер ету спектрі l=297…320 нм.

Эритемдік шамалар жүйесінде эритемдік ағын (эр, вит) негізгі шама болып табылады. Бұл шама өзінің эритемдік әсері бойынша бағаланған сәулелену ағыны ретінде анықталады:

(3.21)

мұндағы k(l)_э – сәулеленудің салыстырмалы эритемдік тиімділігі.

Сан жағынан толқын ұзындығы λ=297 нм қуаты 1 Вт сәулеленуге тең эр (вит) эритемдік ағынның өлшем бірлігі болады.

Сәулелендірілетiн дене бетiндегі эритемдік ағынның тығыздығы эритемдік сәулелендіріліну (эр۰м^-2, вит۰м^-2) деп аталады:

, (3.22)

Эритемдік ағынның кеңістіктік тығыздығы эритемдік сәулеленудің күшi (эр۰ср^-1, вит۰ср^-1) деп аталады. Ол денелік бұрыштың ішінде барлық жаққа бірдей таралған эритемдік ағынының осы денелік бұрыш мәніне қатынасымен анықталады:

(3.23)

Сәулелендіру уақыты ішінде сәулелендірілетін беттің бірлігіне түсетін эритемдік сәулелену энергиясының мөлшері эритемдік сәулелендірудің мөлшерi (эр۰м^-2۰сағ, вит۰м^-2۰сағ) деп аталады:

(3.24)

3.5 ӨСІМДІК ШАРУАШЫЛЫҒЫНДА ПАЙДАЛАНАТЫН ОПТИКАЛЫҚ СӘУЛЕЛЕНУДІҢ НЕГІЗГІ ШАМАЛАРЫ ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ӨЛШЕМ БІРЛІКТЕРІ

Біздің елде және шет елдерде сәулелену спектрінің әр түрлі телімдерінің өсімдіктердің өсіп-өну процестерінде маңызы туралы түрлі-түрлі пікірлер бар және бұл мәселе жөнінде көпшілік мақұлдаған көзқарас жоқ.

Қазіргі ауқытта өсімдіктерге сәйкес эталондық тәуелділік ретінде өсімдік ”орташа” жапырағының спектрлік сезгіштігінің қисығы қабылданылап отыр. Бұл қисық есептеу нәтижесінде алынды.

Өсімдік шаруашылығында сәулеленудің тиімді ағыны фит ағын деп аталады. Ол мына өрнек бойынша анықталады:

(3.25)

мұндағы - оптикалық сәулеленудің максимал спектрлік фотосинтездік тиімділігі, 0,95.

Бұл ағын күрделі сәулеленудің құрамында өсімдіктерге фотосинтез өтуге пайдалануға болатын энергия мөлшерін сипаттайды. Фит ағынның өлшем бірлігі ретінде фит қабылданылды. Ол сан жағынан толқын ұзындығы λ=680 нм қуаты 1 Вт монохромат ағынға тең болады.

Өсімдіктерді сәулелендіруге арналған қондырғыларды есептеуде фит ағынынан туынды мына шамалар пайдаланылады:

1) фит ағынның кеңістіктік тығыздығы (фит ۰ср^-1) денелік бұрыштың ішінде барлық жаққа бірдей таралған фит ағынының осы денелік бұрыш мәніне қатынасымен анықталады:

(3.26)

2) фит ағынның сәулелендірілетiн беттiң ауданына қатынасы фит сәулелендіріліну (фит۰м^-2) деп аталады:

, (3.27)

3) фит сәулелендірудің мөлшері (фит۰м^-2۰с) - сәулелендіру уақыты ішінде сәулелендірілетін бетке дейін жеткен сәулеленудің фотосинтездік активті энергиясының мәні:

(3.28)

Өсімдіктерді жасанды сәулелендіруге арналған қондырғыларды есептеуде және жобалауда сәулелену көздерінің мына негізгі қасиеттері еске алынады:

а) сәулеленуінің спектрлік құрамы (сәулеленудің спектрлік тығыздығы) жарық көзін алға қойыоған мақсатқа пайдалануға болатындығы туралы пікір айтуға мүмкіншілік береді;

б) сәулелену ағынының фит бергіштігi (фит۰Вт^-1) - фит ағынының сәулелену көзінің толық сәулелену ағынына қатынасы:

, (3.29)

в) сәулелену көзінің фит бергiштiгi (фит۰Вт^-1):

(3.30)

мұндағы Р_к – сәулелену көзінің қосылу қуаты (жүргізу-реттеу құрылғыларының қуатын есепке алғанда, егер олар болса), Вт.[kgl]

[gl]ОПТИКАЛЫҚ СӘУЛЕЛЕНУДІ ӨЛШЕУ[:]

4.1 ДЕНЕЛЕРДІҢ ОПТИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ

Жарықтандыруға, сәулелендіруге және оптикалық сәулеленуді өлшеуге арналған қондырғылар мен құралдарда әр түрлі мөлдір емес материал пайдаланылады. Жарықтандыратын және сәулелендіретін қондырғыларды жобалауда және пайдалануда материалдың негізгі оптикалық (жарық-техникалық) қасиеттерін білу қажет болады.

Денеге түсетін сәулелену ағыны жарым-жартылай шағылысады, жарым-жартылай жұтылады және жарым-жартылай одан өтіп кетеді. Энергия сақталу заңына сәйкес жалпы алғанда:

Ф=Ф_r+Ф_a+Ф_τ,

мұндағы Ф_r - шағылысқан ағын; Ф_a - жұтылған ағын; Ф_τ - өтіп кеткен ағын.

Шағылысуды, жұтуды және өткізуді сандық бағалау үшін осы құбылыстарға сәйкес коэффициенттер пайдаланылады.

Денеден шағылысқан сәулелену ағынының Ф_r осы денеге түскен сәулелену ағынына Ф қатынасы шағылысу коэффициенті ρ деп аталады:

ρ=Ф_ρ/Ф

Жұту коэффициенті a - денеде жұтылған сәулелену ағынының Ф_a денеге түскен сәулелену ағынына қатынасы:

a= Ф_a/Ф

Өткізу коэффициенті τ денеден өтіп кеткен сәулелену ағынының Ф_τ денеге түскен ағынына Ф қатынасына тең:

τ =Ф_τ /Ф

Энергия сақталу заңына сәйкес денеге түсетін ағынға:

r + a + τ = 1

Материалдардың көпшілігі сәулеленуді іріктеп шағыстырады және жұтады, яғни олардың толқындар ұзындықтары әр түрлі сәулеленуге шағылысу және жұту коэффициенттері бірдей болмайды. Сондықтан шағылысу r_l, жұту a_l және өткiзу τ_l спектрлік коэффициенттері енгізіледі.

Олар мына өрнектер бойынша анықталады:

r_l=Ф_lr/Ф_l; a_l=Ф_la /Ф_l; τ_l=Ф_lτ /Ф_l,

мұндағы Ф_l, Ф_lr, Ф_la, Ф_lτ - түскен, шағылысқан, жұтылған және өтіп кеткен бірікті сәулелену ағындары.

Егер түскен сәулеленудің спектрлік құрамы және спектрлік коэффициенттердің толқын ұзындығына тәуелділігі белгілі болса, жұту және өткізу интегралды коэффициенттерін мына формулалар бойынша есептеуге болады:

; ; (4.1)

Дене бетінің қасиетіне және оның ішкі құрылымына байланысты денеден шағылысқан және өтіп кеткен сәулелену ағыны кеңістікте әр түрлі таралуы мүмкін. Шағылысудың және өткізудің үш түрін ажыратады: 1)бағытталған, 2)шашыраңқы (диффузды) және 3)бағытталған - шашыраңқы (4.1сурет). Бағытталған шағылысу айналы деп те аталады. Тегіс беттен (айна шынысы, жылтыратылған металл) сәулелер бағытталып шағылысыды. Бағытталған шағылысуда сәуленің шағылысу бұрышы оның түсу бұрышына тең, ал шағылысқан сәуле түскен сәулемен және шағылыстыратын бетке сәуленің түсетін нүктесінде жүргізілген перпендикулярмен бір жазықтықта болады. Идеал айналардың жарықтылығы тек шағылысқан сәуле бағытында ғана болады, ал басқа барлық бағыттарда олардың жарықтылығы нөлге тең.

	Бағыт- талған	Шашы- ранқы	Бағытталған- шашыранқы
шағылысу
өткізу

4.1 сурет – Оптикалық сәулелену ағының шағылыстырудың және өткізудің түрлері

Бағытталған өткізуде өзінің ішінде өткен ағын таратылатын денелік бұрыштың мәні де өзгермейді.

Сәуле жазық беттен шашыраңқы немесе диффузды шағылысқанда және өткенде өзінің ішінде денеден шағылысқан немесе өткен ағын таратылатын денелік бұрыштың мәні 2π тең болады. Бұл жағдайда шағылысқан сәулелену жартылай сферада барлық жаққа бірдей таралады. Мұндай беттің жарықтылығы барлық жақта да бірдей болады.

Шашыранқы шағылыстыратын беттердің (гипс, бор, жабысқақ бояу) тегіс еместігінің мөлшері оларға түсетін сәулеленудің толкын ұзындығынан айтарлықтай үлкен болады.

Сүт түсті шыны сәулеленуді диффузды өткізеді. Сәулеленудің көлемдік шашыраңқы таралуы олардың құрамында сәуле сыну көрсеткіштері әр түрлі келетін заттар бөлшектерінің болуына байланысты.

Табиғатта идеал айналы, идеал диффузды шағылыстыру немесе өткізу қасиетті материалдар жоқ. Материалдарда шағылысудың немесе өткізудің екі түрі де бірге болады. Жарықтандыратын және сәулелендіретін құралдарда негізінде бағытталған - шашыраңқы шағылысу және өткізу қасиетті материалдар пайдаланылады.

4.1 кесте - Кейбір материалдардың оптикалық сипаттамалары

материал	энергияның мөлшері, %
шағылысқан	жұтылған	өткен
Мөлдір түссіз шыны
Күнгірт шыны	12... 15	2...16	75...83
Сүт түсті шыны	40...50	4...6	45...55
Көк жапырақ
Жұқа ақ қағаз
Мақта матасы
Қаpa бархат	0,2	99,8	-
Ақ крепдешин
Бор	85...90	15...10	-

4.2 ОПТИКАЛЫҚ СӘУЛЕЛЕНУДІ ӨЛШЕУ ӘДІСТЕРІ

Сәулелерді өлшеуді қарастыруға арналған ғылым саласы фотометрия деп аталады. Фотометрияның мақсаты - сәулелену ағынының мөлшерін анықтау, яғни оны өлшеу және тиісті өлшем бірлігі аркылы білдіру.

Оптикалық сәулеленуді тікелей өлшеуге болмайды. Дегенмен
сәулеленуге өлшеуіш қабылдағыштардың реакциясы бойынша оны
сандық және сапалық бағалауға болады. Қабылдағыштар оптикалық
сәулеленуді жұтып оны жеткілікті дәлдікпен өлшеуге болатын энергияның басқа түріне (жылулық, электр, химиялық және т.б.) түрлендіреді.

Жарықты өлшеудің екі әдісі бар:

1)субъективтік (көзбен шалу, көзбен қарау) әдісте қабылдағыш ретінде адам көзі болады;

2)объективтік (физикалық) әдісте физикалық сәулелерді қабылдағыштар (фотоэлемент, фоторезистор және т.б.) қолданылады.

Субъективтік әдіс адам көзінің екі шектес беттердің жарықтылықтарының теңдігін анықтау қабілетіне негізделінеді.

Субъективтік өлшеуге фотометрлер пайдаланылады. Олардың құрылысында көзбен бақылау арқылы жарықтылықтары салыстырылатын шектес екі бет болады. Өлшеу кезінде беттердің жарықтылықтары теңдестіріледі.

Салыстырылатын беттердің біреуінің жарықтылығын азайту немесе түстілігін өзгерту үшін жарық сүзгілері пайдаланылады.

Өзінің бетіне түсетін жарық ағынын іріктеп немесе бейтарап өткізетін немесе азайтатын пластинка жарық сүзгісі деп аталады.

Жарық сүзгілері интегралды өткізу коэффициенттерімен τ, спектрлік өткізу коэффициенттерімен τ_λ және еселікпен β сипатталады.

Еселік β - жарық сүзгісінің өзінен өткен жарық ағынын неше рет азайтатынын көрсететін сан:

Дата добавления: 2015-12-01