Kas yra šviesos intensyvumas ir kodėl jis svarbus. A.4.1 Radiacijos lauko charakteristikos

I(t) = \frac(1)(T)\int\limits_t^(t+T)\left|\vec S(t)\right|dt,

kur yra Poyntingo vektorius $\vec S(t)=\frac(c)(4\pi)\left[\vec E(t)\times\vec B(t)\right],$ (GHS sistemoje), $E$ yra elektrinio lauko stipris ir $B$ - magnetinė indukcija.

Monochromatinei tiesiškai poliarizuotai bangai su elektrinio lauko stiprio amplitudė $E_0$ intensyvumas lygus:

$I = \frac(\epsilon_0cE_0^2)(8\pi).$

Monochromatinei cirkuliariai poliarizuotai bangai ši vertė yra dvigubai didesnė:

$I = \frac(\epsilon_0cE_0^2)(4\pi).$

Garso intensyvumas

Garsas yra mechaninių terpės virpesių banga. Garso intensyvumas gali būti išreikštas amplitudės garso slėgio reikšmėmis p ir terpės vibracijos greitis v:

$I = \frac(pv)(2).$

Parašykite apžvalgą apie straipsnį "Intensyvumas (fizika)"

Pastabos

Intensyvumą apibūdinanti ištrauka (fizika)

„Jei visi rusai yra nors šiek tiek panašūs į tave, – pasakė jis Pierre’ui, – est un sacrilege que de faire la guerre a un peuple comme le votre [Kovoti su tokia tauta kaip jūs – šventvagystė.] Jūs, kentėję tiek daug iš prancūzų, tu net neturi prieš juos jokios piktybės.
Ir Pierre'as dabar nusipelnė aistringos italo meilės tik todėl, kad jis sužadino jame geriausias sielos puses ir jomis žavėjosi.
Paskutinį Pierre'o viešnagės Oriolyje laikotarpį pas jį atvyko senas pažįstamas laisvasis mūrininkas grafas Villarsky, tas pats, kuris 1807 m. supažindino jį su nameliu. Villarsky buvo vedęs turtingą rusę, kuri turėjo didelius dvarus Oriolio provincijoje, ir užėmė laikiną vietą mieste maisto skyriuje.
Sužinojęs, kad Bezukhovas yra Orelyje, Villarskis, nors trumpai su juo nebuvo susipažinęs, atėjo pas jį su tais draugystės ir intymumo pareiškimais, kuriuos žmonės dažniausiai išsako vienas kitam susitikdami dykumoje. Villarskiui buvo nuobodu Orelyje ir jis džiaugėsi sutikęs žmogų iš to paties rato kaip jis ir turintis tuos pačius, jo manymu, pomėgius.
Tačiau, savo nuostabai, Villarsky netrukus pastebėjo, kad Pierre'as labai atsilieka nuo tikrojo gyvenimo ir, kaip jis pats apibrėžė Pierre'ą, pateko į apatiją ir savanaudiškumą.
„Vous vous encroutez, mon cher“, - pasakė jis. Nepaisant to, Villarsky dabar buvo maloniau su Pierre'u nei anksčiau ir lankydavo jį kiekvieną dieną. Pjerui, žiūrinčiam į Villarskį ir dabar jo klausantis, buvo keista ir neįtikėtina pagalvoti, kad jis pats visai neseniai buvo toks pat.
Villarsky buvo vedęs, šeimos vyras, užsiėmęs žmonos turto reikalais, tarnyba ir šeima. Jis tikėjo, kad visa ši veikla trukdo gyvenimui ir kad visa tai yra niekinga, nes siekiama asmeninio jo ir jo šeimos gerovės. Jo dėmesį nuolat patraukė kariniai, administraciniai, politiniai ir masonų sumetimai. Ir Pierre'as, nebandydamas pakeisti savo požiūrio, neteisdamas jo, su savo dabar nuolat tyliu, džiaugsmingu pašaipu žavėjosi šiuo keistu, jam taip pažįstamu reiškiniu.
Santykiuose su Villarsky, su princese, su gydytoju, su visais žmonėmis, su kuriais dabar susitiko, Pierre'as turėjo naują bruožą, pelniusį jam visų žmonių palankumą: tai pripažino kiekvieno žmogaus gebėjimą mąstyti, jausti. ir pažvelgti į dalykus savaip; pripažinimas, kad žodžiai negali atkalbėti žmogaus. Ši teisėta kiekvieno žmogaus savybė, kuri anksčiau jaudino ir erzino Pierre'ą, dabar sudarė pagrindą jo dalyvavimui ir susidomėjimui žmonėmis. Skirtumas, kartais visiškas žmonių požiūrių prieštaravimas jų gyvenimui ir vienas kitam, džiugino Pierre'ą ir sužadino jame pašaipią ir švelnią šypseną.

Jis gali labai skirtis, o vizualiai mes negalime nustatyti apšvietimo laipsnio, nes žmogaus akis turi gebėjimą prisitaikyti prie skirtingo apšvietimo. Tuo tarpu apšvietimo intensyvumas itin svarbus įvairiose veiklos srityse. Pavyzdžiui, galite imtis filmavimo ar vaizdo filmavimo proceso, taip pat, tarkime, kambarinių augalų auginimo.

Žmogaus akis suvokia šviesą nuo 380 nm (violetinė) iki 780 nm (raudona). Geriausiai suvokiame ne augalams tinkamiausio ilgio bangas. Šiltnamyje esantiems augalams, kurie gali nesulaukti pakankamai fotosintezei svarbių bangų, gali netikti šviesus ir mūsų akiai malonus apšvietimas.

Šviesos intensyvumas matuojamas liuksais. Šviesią saulėtą popietę mūsų centrinėje zonoje jis pasiekia maždaug 100 000 liuksų, o vakare nukrenta iki 25 000 liuksų. Tankiame pavėsyje jo vertė yra dešimtoji šių verčių. Patalpose saulės šviesos intensyvumas yra daug mažesnis, nes šviesą silpnina medžiai ir langų stiklai. Ryškiausias apšvietimas (ant pietinio lango vasarą tiesiai už stiklo) geriausiu atveju 3-5 tūkst. liuksų, patalpos viduryje (2-3 metrai nuo lango) – tik 500 liuksų. Tai yra minimalus apšvietimas, reikalingas augalui išgyventi. Normaliam augimui net ir nepretenzingiems reikia mažiausiai 800 liuksų.

Negalime nustatyti šviesos intensyvumo akimis. Tam yra prietaisas, kurio pavadinimas yra liukso matuoklis. Jį perkant būtina patikslinti jo matuojamą bangų diapazoną, nes Prietaiso galimybės, nors ir platesnės už žmogaus akies galimybes, vis dar ribotos.

Šviesos intensyvumą taip pat galima išmatuoti naudojant fotoaparatą arba nuotraukos ekspozicijos matuoklį. Tiesa, gautus vienetus teks perskaičiuoti į apartamentus. Norint atlikti matavimą, matavimo vietoje reikia padėti baltą popieriaus lapą ir į jį nukreipti fotoaparatą, kurio jautrumas šviesai nustatytas 100, o diafragma – 4. Nustačius užrakto greitį, reikia jį padauginti. vardiklį 10, gauta vertė apytiksliai atitiks apšvietimą liuksais. Pavyzdžiui, kai užrakto greitis yra 1/60 sek. apšvietimas apie 600 liuksų.

Jei jus domina gėlių auginimas ir priežiūra, žinoma, žinote, kad šviesos energija yra gyvybiškai svarbi augalams normaliai fotosintezei. Šviesa turi įtakos augimo greičiui, krypčiai, gėlės vystymuisi, jos lapų dydžiui ir formai. Sumažėjus šviesos intensyvumui, proporcingai lėtėja visi procesai augaluose. Jo kiekis priklauso nuo to, kaip toli yra šviesos šaltinis, nuo horizonto pusės, į kurią nukreiptas langas, nuo gatvės medžių šešėlio laipsnio, nuo užuolaidų ar žaliuzių buvimo. Kuo šviesesnė patalpa, tuo aktyviau auga augalai ir jiems reikia daugiau vandens, šilumos ir trąšų. Jei augalai auga pavėsyje, jiems reikia mažiau priežiūros.

Fotografuojant filmą ar televizijos laidą apšvietimas yra labai svarbus. Aukštos kokybės fotografavimas galimas esant maždaug 1000 liuksų apšvietimui, kuris pasiekiamas televizijos studijoje naudojant specialias lempas. Tačiau priimtiną vaizdo kokybę galima gauti ir esant mažesniam apšvietimui.

Šviesos intensyvumas studijoje matuojamas prieš filmavimą ir filmavimo metu naudojant eksponometrus arba aukštos kokybės spalvotus monitorius, kurie yra prijungti prie vaizdo kameros. Prieš pradedant filmuoti, geriausia apeiti visą rinkinį šviesos matuokliu, kad būtų galima atpažinti patamsėjusias ar per daug apšviestas vietas, kad būtų išvengta neigiamų reiškinių žiūrint filmuotą medžiagą. Be to, teisingai sureguliavus apšvietimą, galima pasiekti papildomo filmuojamos scenos išraiškingumo ir reikalingų režisūrinių efektų.

Nustatykime ryšį tarp bangos procese dalyvaujančių terpės dalelių poslinkio x ir šių dalelių atstumo y nuo svyravimų šaltinio O bet kuriuo laiko momentu visi tolesni svarstymai

taip pat bus teisinga išilginei bangai. Tegul šaltinio virpesiai būna harmoningi (žr. § 27):

kur A yra svyravimų amplitudė, apskritimo dažnis. Tada visos terpės dalelės taip pat pateks į harmoningą vibraciją tuo pačiu dažniu ir amplitude, bet skirtingomis fazėmis. Terpėje atsiranda sinusinė banga, parodyta fig. 58.

Bangų grafikas (58 pav.) paviršutiniškai panašus į harmoninių virpesių grafiką (46 pav.), tačiau iš esmės jie skiriasi. Virpesių grafikas parodo tam tikros dalelės poslinkį kaip laiko funkciją. Bangų grafikas parodo visų terpės dalelių poslinkio priklausomybę nuo atstumo iki virpesių šaltinio tam tikru laiko momentu. Tai tarsi bangos momentinis vaizdas.

Panagrinėkime tam tikrą dalelę C, esančią y atstumu nuo virpesių šaltinio (dalelės O). Akivaizdu, kad jei dalelė O jau svyruoja, tai dalelė C vis dar svyruoja tik ten, kur yra svyravimų sklidimo nuo iki C laikas, t.y. laikas, per kurį banga nukeliavo y keliu. Tada dalelės C virpesių lygtis turėtų būti parašyta taip:

Bet kur yra bangos sklidimo greitis? Tada

Ryšys (23), leidžiantis bet kuriuo metu nustatyti bet kurio bangos taško poslinkį, vadinamas bangos lygtimi. Įvesdami bangos ilgį X į atstumą tarp dviejų artimiausių bangos taškų, kurie yra toje pačioje fazėje, pavyzdžiui, tarp dviejų gretimų bangos keterų, galime suteikti bangos lygčiai skirtingą formą. Akivaizdu, kad bangos ilgis yra lygus atstumui, per kurį svyravimai sklinda greičiu

kur yra bangos dažnis. Tada, pakeisdami į lygtį ir atsižvelgdami į tai, kad gauname kitas bangos lygties formas:

Kadangi bangoms praeina terpės dalelių virpesiai, kartu su banga erdvėje juda ir vibracijų energija. Energija, perduodama bangos per laiko vienetą per vienetinį plotą, statmeną pluoštui, vadinama bangos intensyvumu (arba energijos srauto tankiu). Gauname bangos intensyvumo išraišką

Šviesa vaidina didžiulį vaidmenį ne tik interjere, bet ir apskritai mūsų gyvenime. Juk nuo teisingo patalpos apšvietimo priklauso darbo efektyvumas, taip pat ir mūsų psichologinė būsena. Šviesa suteikia žmogui galimybę ne tik pamatyti, bet ir įvertinti aplinkinių objektų spalvas, formas.

Žinoma, natūrali šviesa žmogaus akims yra patogiausia. Su šiuo apšvietimu viskas matosi labai gerai ir be spalvų iškraipymų. Tačiau natūrali šviesa ne visada būna tamsoje, pavyzdžiui, reikia tenkintis su dirbtiniais šviesos šaltiniais.

Kad akys neįtemptų, o regėjimas nepablogėtų, būtina sukurti optimalias šviesos ir šešėlių sąlygas, sukurti kuo patogesnį apšvietimą.

Pats maloniausias akims apšvietimas yra natūralus

Apšvietimas, kaip ir daugelis kitų faktorių, vertinamas pagal kiekybinius ir kokybinius parametrus. Kiekybines charakteristikas lemia šviesos intensyvumas, o kokybines – jos spektrinė sudėtis ir pasiskirstymas erdvėje.

Kaip ir kokiais terminais matuojamas šviesos intensyvumas?

Šviesa turi daug savybių ir kiekviena turi savo matavimo vienetą:

Šviesos intensyvumas apibūdina šviesos energijos kiekį, kuris per tam tikrą laiką perduodamas bet kuria kryptimi. Jis matuojamas kandelomis (cd), 1 cd yra maždaug lygus vienos degančios žvakės skleidžiamos šviesos intensyvumui;
Ryškumas taip pat matuojamas kandelomis, be to, yra tokie matavimo vienetai kaip stilbe, apostilbe ir lambert;
Apšvietimas yra šviesos srauto, patenkančio į tam tikrą plotą, ir jo paviršiaus santykis. Jis matuojamas liuksais.

Būtent apšvietimas yra svarbus tinkamo regėjimo veikimo rodiklis. Norint nustatyti šią vertę, naudojamas specialus matavimo prietaisas. Jis vadinamas liukso matuokliu.

Liuksmetras yra apšvietimo matavimo prietaisas.

Šis prietaisas susideda iš šviesos imtuvo ir matavimo dalies, jis gali būti rodyklės tipo arba elektroninis. Šviesos imtuvas yra fotoelementas, kuris šviesos bangą paverčia elektriniu signalu ir siunčia jį į matavimo dalį. Šis prietaisas yra fotometras ir turi nurodytą spektrinį jautrumą. Juo galima matuoti ne tik matomą šviesą, bet ir infraraudonąją spinduliuotę ir kt.

Šis prietaisas naudojamas tiek pramoninėse patalpose, tiek švietimo įstaigose, tiek namuose. Kiekviena veiklos rūšis ir užsiėmimas turi savo standartus, nurodančius, koks turėtų būti šviesos intensyvumas.

Patogus apšvietimo intensyvumas

Regėjimo patogumas priklauso nuo daugelio veiksnių. Žinoma, maloniausia žmogaus akiai yra saulės šviesa. Tačiau šiuolaikinis gyvenimo ritmas diktuoja savas taisykles, ir labai dažnai tenka dirbti ar tiesiog būti dirbtinėje šviesoje.

Šviestuvų ir šviestuvų gamintojai stengiasi sukurti tokius šviesos šaltinius, kurie atitiktų žmonių vizualinio suvokimo ypatybes ir sukurtų kuo patogesnį šviesos intensyvumą.

Kaitrinės lempos šviesa tiksliausiai perteikia natūralius atspalvius

Įprastose kaitrinėse lempose kaip šviesos šaltinis naudojama karštoji spyruoklė, todėl ši šviesa labiausiai panaši į natūralią šviesą.

Lempos skirstomos į šias kategorijas, atsižvelgiant į jų skleidžiamos šviesos tipą:

šilta šviesa su rausvais atspalviais, puikiai tinka namų aplinkai;
neutrali šviesa, balta, naudojama darbo vietoms apšviesti;
šalta šviesa, melsva, skirta vietoms, kuriose atliekami didelio tikslumo darbai arba karšto klimato vietoms.

Svarbu ne tik kokio tipo šviestuvai, bet ir paties šviestuvo ar liustra konstrukcija: kiek lempučių įsukta ten, kur nukreipta šviesa, ar gaubtai uždaryti, ar atviri – į visas šias savybes reikia atsižvelgti. renkantis apšvietimo įrenginį.

Apšvietimo standartai įrašyti keliuose dokumentuose, iš kurių svarbiausi yra: SNiP (statybos kodeksai ir taisyklės) ir SanPiN (sanitarinės taisyklės ir reglamentai). Taip pat yra MGSN (Maskvos miesto statybos kodeksai), taip pat savo taisyklių rinkinys kiekvienam regionui.

Būtent pagal visus šiuos dokumentus ir sprendžiama, koks turėtų būti apšvietimo intensyvumas.

Žinoma, galvojant, kokį sietyną pakabinti svetainėje, miegamajame ar virtuvėje, niekas nematuoja apšvietimo intensyvumo liukso matuokliu. Tačiau bendrais bruožais žinoti, kuri šviesa bus patogesnė akims, yra labai naudinga.

1 lentelėje pateikti gyvenamųjų patalpų apšvietimo standartai:

1 lentelė

2 lentelėje pateikti biurų apšvietimo standartai

Namuose be specialios įrangos sunku išmatuoti patalpų apšvietimą, todėl norint suprasti, kokią lempą pasirinkti, reikėtų atkreipti dėmesį į spalvą (šaltą, neutralią ar šiltą) ir vatų skaičių. Poilsio kambariuose geriau naudoti ne per šviesius, o darbo kambariuose - su intensyvesne šviesa.

Kadangi natūrali šviesa maloniausia akims, namų aplinkoje pirmenybę reikėtų teikti šiltą šviesą skleidžiančioms lempoms. Kai grįžtame namo, mūsų akims būtinai reikia poilsio po įtemptos darbo dienos. Tinkamai parinktos šviestuvų ir šviestuvų šviestuvai padės sukurti tinkamo intensyvumo apšvietimą.

Bangų procesas yra susijęs su energijos sklidimu (E) kosmose. Šio proceso kiekybinė energija yra energijos srautas(F) -bangos perduodamos per tam tikrą paviršių energijos ir laiko santykis (t),kuriam šis pervedimas atliekamas. Jei energijos perdavimas vyksta tolygiai, tada: Ф = E/t, o bendruoju atveju srautas reiškia energijos išvestinę laiko atžvilgiu - Ф = d E / d t. Energijos srauto vienetas yra toks pat kaip galios vienetas J/s = W.

Bangos intensyvumas (arba energijos srauto tankis) (I) -srauto santykisenergijos paviršiaus plotui (S), esančiam statmenai bangos sklidimo krypčiai. Norėdami tolygiai paskirstyti energiją paviršiuje, per kurį praeina banga: aš =F/S o bendru atveju - I = dФ / dS. Intensyvumas matuojamas W/m2.

Atkreipkite dėmesį, kad intensyvumas yra fizinis parametras, kuris pirminiame lygmenyje nustato fiziologinio pojūčio, atsirandančio veikiant bangų procesui (pavyzdžiui, garso ar šviesos), laipsnį.

Įsivaizduokime jį kaip ilgio gretasienį l terpės, kurioje sklinda banga, plotas. Lygiagretainio paviršiaus plotas, statmenas bangos greičio krypčiai v , žymi S(žr. 9 pav.) . Supažindinkime vibracinio judėjimo tūrinis energijos tankis w , reiškia energijos kiekį tūrio vienete: w = E /V . Per t per platformą S energija praeis lygi tūrio sandaugai V = l S =v t S apie tūrinį energijos tankį:

E =w v t S .(25)

Padalinę kairę ir dešinę (25) formulės puses iš laiko ir ploto, gauname išraišką, susijusią su bangos intensyvumu ir jos sklidimo greičiu. Vektorius, kurio modulis lygus bangos intensyvumui, o kryptis sutampa su jos sklidimo kryptimi, vadinamas Umov vektorius:

. (26)

Formulė (26) gali būti pateikta šiek tiek kitokia forma. Atsižvelgiant į tai, kad harmoninių virpesių energija (žr. (7) formulę)
ir išreiškiant masę m per materijos tankį  ir apimtis V , tūriniam energijos tankiui gauname: w =
. Tada (26) formulė įgauna tokią formą:

. (27)

Taigi tampriosios bangos intensyvumas, nustatomas Umov vektoriumi, yra tiesiogiai proporcingas jos sklidimo greičiui, dalelių virpesių amplitudės kvadratui ir virpesių dažnio kvadratui.

8. Doplerio efektas

Doplerio efektas susideda iš kurio nors imtuvo (stebėtojo) suvokiamų bangų dažnio pasikeitimo, priklausomai nuo bangos šaltinio ir stebėtojo santykinio greičio.

Kai šaltinis ir imtuvas nejuda (10.a pav.), tada natūralu, kad kurio nors imtuvo registruojamų bangų dažnis sutampa su šaltinio skleidžiamų bangų dažniu:  ist =  ir tt . Jeigu šaltinis prie stacionaraus imtuvo artėja tam tikru greičiu v ist, tada jos judėjimas sukelia bangos "suspaudimą" - mažėja atstumas tarp bangų keterų - mažėja periodas ir bangos ilgis  ir tt, užregistravo gavėjas. Padidėja juntamo bangos proceso dažnis:  ir tt > ist(žr. 10.b pav.).

Šiuo atveju kiekybinis ryšys tarp skleidžiamų bangų dažnio, šaltinio greičio ir stacionaraus priėmimo įtaiso užfiksuoto dažnio gali būti nustatytas remiantis toliau pateiktais svarstymais.

Imtuvo suvokiamas bangos ilgis:

 ir tt = (v V - v ist ) T ist , (28)

Kur v V - bangos sklidimo greitis nejudančio šaltinio atžvilgiu, T ist- šių bangų laikotarpis. Taigi šaltinio, artėjančio prie imtuvo, bangos ilgis sutrumpėja. Pastebimas dažnio padidėjimas:

 ir tt =
arba  ir tt =
 ist . (29)

Perkeliant šaltinį toliau nuo imtuvo (10.c pav.):

 ir tt =
 ist . (30)

Bendram atvejui, kai šaltinis ir imtuvas juda:

 ir tt =
 ist (31)

Pliuso ženklas formulės (30) skaitiklyje ir minuso ženklas jo vardiklyje atitinka šaltinio ir imtuvo konvergenciją, o priešingi ženklai – jų tarpusavio atstumą.