- Trang Chủ
- Vật lý
- Giáo trình hướng dẫn ứng dụng khái niệm nguyên lý khúc xạ ánh sáng cơ bản của quang hình học p9
Xem mẫu
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
Qua kính thiên văn, góc nhìn vật tăng đến giá trị u :
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
y
w
w
o
o
c .c
.
.d o .d o
ack c u -tr a c k
c u -tr
tg u = = f '
2
Vậy số bội giác của kính thiên văn :
tgu −f '
γ = tgu = 1
f2
0
Số bội giác mang giá trị âm chứng tỏ qua kính thiên văn ảnh ngược chiều với vật. để có
giá trịĠ lớn cần có tiêu cự kính vật lớn hơn tiêu cự thị kính rất nhiều.
4. Đèn chiếu.
Ở phần trên chúng ta đã nghiên cứu một số dụng cụ dùng cho mắt. Các dụng cụ này đã
phóng đại và cho ảnh ảo. Chính quang hệ của mắt đã biến ảnh ảo thành ảnh thật trên võng
mô và việc quan sát chỉ tiến hành được từng người một.
Đèn chiếu cho ảnh thực có thể hứng được trên màn cho nhiều người quan sát cùng một
lúc. Sau đây là sơ đồ của hai loại đèn chiếu : đèn chiếu truyền xạ (hình 53) và đèn chiếu
phản xạ (hình 54)
Đèn chiếu truyền xạ :
S : nguồn sáng
G : Gương phản xạ
L : Kính tụ quang dùng tập trung ánh sáng
Ov : là vật kính
Vật kính cho ảnh thực M’N’ của vật MN lên màn quan sát. MN là vật trong suốt như
phim ảnh hay kính ảnh
Máy phóng dùng trong việc in ảnh cũng có nguyên tắc cấu tạo như đèn chiếu truyền xạ.
Đèn chiếu phản xạ:
MN là vật không trong suốt, (ảnh hoặc là hình vẽ trên giấy) ánh sáng tán xạ từ mỗi
điểm trên MN được kính vật OV hội tụ đến điểm tương ứng trên M’N’ (hình 54).
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
SS 11. CÁC ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG.
1. Công suất bức xạ – Quang thông.
Xét một chùm ánh sáng đi qua một diện tích S. Công suất bức xạ P là năng lượng mà
chùm tia sáng truyền qua diện tích S trong một đơn vị thời gian.
Công suất bức xạ P có đơn vị là Watt
Nếu dòng ánh sáng không thật đơn sắc mà gồm các bước sóng ở trong khoảngĠ vàĠ + Ť
thì công suất bức xạĠứng với khoảng bước sóng trên là :
dP = P d λ
λλ
(11.1)
Đại lượng Ġ được gọi là công suất bức xạ đơn sắc, có đơn vị là watt.m-1 . Nếu ánh sáng
gồm các bước sóng biến thên một cách liên tục từ Ġ1 tớiĠ2 thì công suất bức xạ là :
λ2
P = ∫ dP = ∫ dP λ (11.2)
λ λ
λ1
Công suất bức xạ không phải là đại lượng đặc trưng gây ra cảm giác sáng của mắt, vì
ứng với mỗi một đơn sắc, mắt chúng ta có độ nhạy khác nhau. Độ nhậy này lớn nhất với
đơn sắc có bước sóng 0,55ĵ. Vì vậy người ta đưa vào một đại lượng biểu diễn khả năng gây
ra cảm giác sáng đối với mắt, gọi là quang thông. đó là năng lượng gây ra cảm giác sáng đi
qua diện tích S trong một đơn vị thời gian (Ť). Giữa Ť và Ġcó hệ thức.
d φ = k . dP
λ λ λ (11.3)
dφ
λ ñöôïc goïi laø heä soá thò kieán. Heä soá naøy thay ñoåi theo böôùc soùng. Neáu k = 0,
kλ = λ
dP
λ
maét thöôøng không thấy cảm giác sáng dù là công suất bức xạ có trị số lớn bao nhiêu.
Để tiện dụng, người ta thường dùng hàm số thị kiếnĠđược định nghĩa như sau:
k
λ
Vλ =
k
M (11.4)
KM là hệ số thị kiến cực đại với λ= 0.555µ
vậy : dф = kM . Vλ . dPλ (11.5)
Sự biến thiên củaĠ theo bước sóngĠ có dạng như trong hình vẽ 55.
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
Ta thấy khi bước sóng ở ngoài khoảng 0,4Ġ - 0,7ĵ thìĠ= 0. Do đó mắt không thấy được
các ánh sáng ở ngoài khoảng bước sóng trên. Nếu ánh sáng tới mắt có bước sóng từĠ1
tớiĠ2 thì quang thông là :
λ2 λ2 λ2
∫ ∫ ∫ Vλ Pλ dλ
φ= dφ = V dP = k M
kM
λ λλ
λ1 λ1 λ1
Đơn vị của quang thông là lumen
Với đơn sắc có bước sóng 0,555Ġ, hệ số thị kiến cực đại, có trị số là kM = 685
lumen/watt
2. Cường độ sáng.
Xét trường hợp một nguồn sáng điểm đặt tại O và ta quang sát theo phương Ox. Gọi dф
là quang thông phát ra trong góc khối dΩ lân cận phương Ox (hình 56). Cường độ sáng của
nguồn theo phương Ox được định nghĩa là :
dφ
I=
dΩ (11.6)
Ta thấy cường độ sáng I của nguồn tùy phương quan sát.
Trong trừơng hợp đặc biệt, nếu I không thay đổi theo phương (nguồn đẳng hướng), ta có
quang thông phát ra trong toàn không gian là:
φ = IΩ = 4πI
Đơn vị đo cường độ sáng của nguồn là đơn vị trắc quang cơ bản. Người ta đo cường độ
sáng bằng cách so sánh với mẫu đơn vị cường độ sáng đặt tại viện đo lường quốc tế. – Các
đơn vị trắc quang khác được tính từ đơn vị cường độ sáng.
Đơn vị cường độ sáng được gọi là Candela (Cd) – “Candela là cường độ sáng, đo theo
phương vuông góc với một mặt nhỏ có diện tích bằng 1/600 000 m2, bức xạ như vật bức xạ
toàn phần, ở nhiệt độ đông đặc của platin (2046,60K), dưới áp suất 101.325 N/m2”
Mẫu đo cừơng độ sáng gọi là “nến quốc tế”.
Đèn điện dây tóc với công suất 40 watt có cường độ sáng khoảng 68 Cd.
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
Đơn vị quang thông được tính từ đơn vị cường độ sáng theo công thức :
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
c .c
.
.d o .d o
dφ = Id Ω
ack c u -tr a c k
c u -tr
Vậy: 1 lumen = 1 Cd x 1sr “1 lumen là độ lớn của quang thông ứng với góc khối 1sr
(Steradian) do nguồn sáng điểm có cường độ 1 Cd bức xạ đều”.
3. Độ chói.
Độ chói dùng để đặc trưng khả năng phát sáng của các nguồn sáng có diện tích. Xét diện
tích phát sáng ds với pháp tuyến ON (hình 57).
Hình 57
Ta quan sát theo phương Ox. Góc (ON, OX) = i là hình chiếm của ds trên mặt phẳng
vuông góc với phương Ox – Quang thông dф của ds bức xạ trong góc khối dΩ lân cận
phương Ox thì tỉ lệ đồng thời với dsn
d φ ≈ d Ω dsn
d φ ≈ Bx d Ω dsn (11.11)
Hệ số tỉ lệ Bx được gọi là độ chói của mặt phát sáng theo phương Ox, nhìn chung Bx là
đại lượng phụ thuộc vào phương Ox.
dφ
Bx =
d Ω .ds . cos i
Có thể biểu diễn độ chói theo cường độ sáng:
I
x
Bx =
ds . cos i (11.12)
Đơn vị đo độ chói là “nít”, từ công thức trên ta viết:
1 nít = 1 Cd
m2
Như vậy, 1 nít là độ chói của một nguồn phẳng phát sáng đều có diện tích 1 m2 và có
cường độ sáng 1 Cd theo phương vuông góc với nguồn đó.
Độ chói của mặt trời mới mọc vào cỡ 5x106 Cd/m2. độ chói của mặt trời giữa trưa vào
cỡ 1,5 – 2 x 109 Cd/m2
3. Độ trưng.
Cho một nguồn sáng có kích thước giới nội, thí dụ như một vật rắn nung nóng, lấy trên
nguồn đó một diện tích ds (hình 58). Gọi Ť là quang thông toàn phần do diện tích đó phát ra
theo mọi phương (trong phạm vi góc khối IJsr) đại lượng sau:
dφ (11.13)
R=
ds
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
Hình 58
được gọi là độ trưng của mặt phát sáng.
vò ñoä tröng = 1.lumen = lumen
1 ñôn
1 m2 m2
đơn vị của độ trưng là 1 lumen/m2, là độ trưng của một nguồn hình cầu có diện tích mặt
ngoài 1 m2 phát ra quang thông 1 lumen phân bố đều theo mọi phương.
5. Độ rọi.
Cường độ, độ chói, độ trưng đặc trưng cho khả năng phát xạ của nguồn. Độ lớn của các
đại lượng đó tỉ lệ với dòng quang thông phát ra từ nguồn.
Đối với những mặt được rọi sáng, độ rọi là tỉ số:
dφ (11.3)
E=
ds
Hình 59
dφ laø quang thoâng toaøn phaàn ñeán treân dieän tích vi caùp ds cuûa vaät. Ñôn vò ñoä roïi cuõng laø
lumen/m2. Ñeå khỏi lẫn với độ trưng, người ta gọi đơn vị rọi là lux:
1 lux = 1 lumen
m2
Dụng cụ dùng để đo độ rọi là lux kế – độ rọi dưới ánh nắng mặt trời giữa trưa khoảng
100 000 lux, trong phòng thoáng ban ngày cỡ 100 lux.Độ rọi đủ để đọc sách cỡ 30 lux.
Gọi hệ số tán xạ của mặt ds là k, nghĩa là chiếu quang thôngĠ đến, mặt ds sẽ tán xạ trở
ra một quang thông bằng ū. Độ trưng của mặt ds là :
kdφ
R= = kE (11.14)
ds
Biểu thức trên biểu thị mối liên quan giữa độ trưng và độ rọi của các vật không tự phát
sáng
Chúng ta thử vận dụng các đại lượng trắc quang vào bài toán sau:
Tính độ rọi của mặt dS đặt cách nguồn sáng điểm có cường độ I một khoảng r. Pháp
tuyến N của mặt dS làm với phương quan sát Ox góc i.
Hình 60
nguon tai.lieu . vn
