Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет»	Методические указания

Кафедра физики

ЕН.Ф.03 ФИЗИКА

ЕН.Ф.03 ФИЗИКА И БИОФИЗИКА

Лабораторная работа №7

Фотометрические характеристики и определение освещенности поверхности с помощью люксметра

ОПТИКА

Уфа 2011

Лабораторная работа №7

Фотометрические характеристики и определение освещенности поверхности с помощью люксметра

Цель и задачи работы: Познакомиться с фотометрическими величинами, понять фотобиологическое действие; провести практические измерения освещенности в лаборатории люксметром; рассчитать силу света, световой поток.

1 Общие сведения

Любой источник света излучает в окружающее его пространство электромагнитные волны различной длины. Волны видимого, ультрафиолетового и инфракрасного участков электромагнитной шкалы относятся к оптическому диапазону.

Естественное (солнечное) освещение и световое облучение создают необходимые условия жизнедеятельности человека, животных и птиц, а также растений. Искусственное световое облучение имеет большое значение в связи с развитием теплично-парниковых хозяйств, промышленного животноводства и птицеводства.

Свет материален и несет с собой энергию, которая может быть измерена при ее превращении в другие формы - электрическую, химическую, тепловую. Оптические излучения в зависимости от энергии и от спектрального состава, вызывают в разных телах различные физические (нагрев, фотоэффект) и биологические действия (зрительное ощущение, гибель микробов).

Зрительное восприятие человека ограничено узким диапазоном электромагнитной шкалы (380 – 760 нм), а излучения инфракрасного и ультрафиолетового диапазона не воспринимаются, но оказывают воздействие на организмы животных и растений. В связи с этим в фотометрии вводятся двойные единицы измерения – энергетические (по объективным энергетическим характеристикам) и визуальные (по воздействию на глаз).

1. Энергетические световые величины

Видимый свет, как и вообще электромагнитные излучения, характеризуется рядом объективных энергетических величин:

1) Энергия излучения W, Дж ; и ее объемная плотность

w = W/V, Дж/м.

2) Поток излучения Ф_е = W / t, Вт, и его плотность

φ =Ф /S , Вт / м².

3) Энергетическая сила света, равная отношению потока излучения к телесному углу I_е = Ф_е /ω , Вт/с.

4) Энергетическая яркость (лучистость) – отношение энергетической силы света к площади поверхности источника В_е = I_e / S, Вт/м² ср.

5) Энергетическая светимость (излучательность) - отношение потока излучения к площади поверхности источника света R_e = Ф_е/ S, Вт / м .

6) Энергетическая освещенность (облученность) - отношение потока излучения к площади освещаемой поверхности Е_е = Ф_е / S, Вт / м.

Обе последние величины имеют размерность плотности потока энергии.

2. Фотобиологический процесс – зрение

Восприятие света глазом является фотобиологическим процессом. Фотобиологическими называют процессы, которые начинаются с поглощения квантов света биологически функциональными молекулами, а заканчиваются соответствующей физиологической релаксацией в организме или тканях (рисунок 1).

Рисунок 1 Схема человеческого глаза:

1 - защитная белковая оболочка, 2 - сосудистая оболочка,

3 – сетчатая оболочка (сетчатка), 4 – зрительный нерв,

5 – роговая оболочка ( роговица ), 6 – радужная оболочка, имеющая посредине отверстие – зрачок, 7 – хрусталик в форме

двояковыпуклой линзы

Глаз представляет собой устройство, в котором световая энергия, получаемая светочувствительными элементами (фоторецепторными клетками), преобразуется в энергию электрических импульсов, распространяющихся по зрительному нерву от органов зрения к центральной нервной системе (ЦНС).

Свет, попадающий в глаз, фокусируется оптической системой глаза на сетчатке, покрывающей внутреннюю полусферу глазного яблока. Поглощение света и образование нервных импульсов, формирующих в ЦНС ощущение света, происходит в сетчатке, представляющей собой многослойную клеточную систему, светочувствительные элементы которой - палочки и колбочки – получили название в связи с их специфической формой. Палочки находятся на всей поверхности сетчатки и служат рецепторами черно-белого зрения, а колбочки, сконцентрированные в центральной части сетчатки, отвечают за цветное зрение.

Помимо человека, цветным зрением обладают и другие позвоночные, однако спектральные характеристики глаз животных и человека, как правило, не совпадают. Так, лошади, овцы и свиньи различают лишь красный и зеленый цвета, Животные, ведущие сумеречный и ночной образ жизни – волки, кошки – не нуждаются в аппарате цветного зрения, в их глазах колбочки отсутствуют.

Глаза пчел весьма чувствительны к ультрафиолетовому свету, но совершенно не воспринимают красного. Именно поэтому пчелы не посещают и не опыляют красных цветов (за исключением цветов красного мака, которые хорошо отражают ультрафиолетовые лучи солнца и поэтому кажутся пчелам ультрафиолетовыми). Большинство красных цветов посещается и опыляется мелкими птицами благодаря тому, что глаза почти всех птиц обладают особенно высокой чувствительностью к красному свету.

У многих насекомых, в том числе вредителей, максимум чувствительности зрения лежит в ультрафиолетовой части спектра. В связи с этим разработан и применяется на практике (в сельском и лесном хозяйстве) новый способ борьбы с вредными насекомыми – ультрафиолетовая ловушка, где приманкой служит ультрафиолетовый свет ртутно- кварцевой лампы.

Восприятие человеком света разной длины волны при одинаковых энергетических характеристиках вызывает не только различное цветовое ощущение, но и ощущение различной интенсивности света. На рисунке 2 приведена кривая функции видности (чувствительности глаза) в зависимости от длины волны света.

Рисунок 2 Графическая зависимость функции видности от длины волны света

На рисунке 2 видно, что наибольшее воздействие оказывает свет в зеленой области на длине волны 555 нм. В связи с этим обстоятельством зеленый свет был принят в качестве разрешающего сигнала светофора и семафора. Восприятие света, как и звука, субъективно и у людей различно. Поэтому исходят из средней чувствительности глаза, установленной путем обследования большого числа людей с нормальным зрением.