что такое точечный источник
Источники света
Источник света – это тело, которое излучает энергию в световом диапазоне.
Различные типы источников света
Классификация источников света проводится в зависимости от разных характеристик. Таким образом, в физике определяющим является разделение источников света на 2 вида:
Встречается подразделение на и на такие виды источников света как:
Искусственные источники света подразделяют в зависимости от вида энергии, переходящей в излучение, на:
Также искусственные источники света выделяются по конструктивным особенностям.
Основные характеристики источников света
Сила света
Точечный источник света – это такой световой источник, размеры которого можно не принимать во внимание, по сравнению с расстоянием от источника до места наблюдения. В оптически однородной и изотропной среде волны, излучаемые точечным источником, являются сферическими.
Источник света называется изотропным, если на его силу света не оказывает влияние направление. Для изотропного источника света запишем:
Световой поток
Освещенность
Светимость
Протяженный источник света характеризуют светимостью ( R ) его участков. Она описывает излучение (отражение) света выделенным элементом поверхности во всех направлениях.
Светимость проявляется из-за отражения поверхностью падающего на нее светового потока. Тогда под d Φ i s p понимают в выражении ( 8 ) поток, отражаемый элементарной поверхностью d S во всех направлениях.
Светимость измеряется в люксах.
Яркость
Решение
Для решения задачи используем определение яркости и из него выделим элемент светового потока:
Элементарный телесный угол в сферических координатах равняется:
Решение
Выразим элемент светового потока с помощью уравнения из условий задачи для ярости как:
где элементарный телесный угол в сферических координатах равняется:
Линейные и точечные источники света
По размеру все источники света можно условно разбить на две группы:
Точечным называют такой источник света, размеры которого настолько малы по сравнению с расстоянием до приемника излучения, что ими можно пренебречь.
На практике за точечный источник света принимается такой, максимальный размер L которого по крайней мере в 10 раз меньше расстояния г до приемника излучения (рис.1).
Рис. 1. Точечный источник света
Например, если лампа диаметром 10 см освещает поверхность на расстоянии 100 м, то эту лампу можно считать точечным источником. Но если расстояние от этой же лампы до поверхности будет 50 см, то лампу уже нельзя считать точечным источником. Типичный пример точечного источника света — звезда на небе. Размеры звезд огромны, но расстояние от них до Земли на много порядков больше.
Точечными источниками света в электрическом освещении считаются галогенные и светодиодные лампы для встраиваемых светильников. Светодиод является практически точечным источником света, так как его кристалл микроскопических размеров.
К линейным источникам излучения относят те излучатели, у которых относительные размеры по любому из направлений больше размеров точечного излучателя. По мере удаления от плоскости измерения освещенности относительные размеры такого излучателя могут достигнуть такого значения, при котором данный источник излучения превращается в точечный.
Если из точки, в которой расположен точечный источник излучения, отложить в различных направлениях в пространстве векторы силы света и через их концы провести поверхность, то получится фотометрическое тело источника излучения. Такое тело полностью характеризует распределение потока излучения в пространстве.
По характеру распределения силы света в пространстве точечные источники делятся также на две группы. Первую группу составляют источники с симметричным относительно некоей оси распределением силы света (рис. 2). Такой источник называется круглосимметричным.
Рис. 2. Модель симметричного излучателя
Если источник круглосимметричный, то его фотометрическое тело является телом вращения и может быть полностью охарактеризовано вертикальным и горизонтальным сечениями, проходящими через ось вращения (рис. 3).
Рис. 3. Продольная кривая распределения силы света симметричного источника
Вторую группу составляют источники с несимметричным распределением силы света. У несимметричного источника тело распределения силы света не имеет оси симметрии. Чтобы характеризовать такой источник, строят семейство продольных кривых силы света, соответствующих различным направлениям в пространстве, например через 30°, как на рис. 4. Обычно такие графики строят в полярных координатах.
Рис. 4. Продольные кривые распределения силы света нессиметричного источника
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источники света: какие бывают, явление тени и полутени, распространение света
В жизни вы сталкиваетесь с различными источниками света — солнцем, лампами накаливания и флуоресцентными лампами, иногда свечами и костром. Эти источники, которые вы видите — мы говорим, что они излучают свет. Как вы видите разные предметы? Люди, машины, здания? Как распространяется свет? Везде ли он проходит?
Почему мы видим?
Когда темно, мы не можем различать цвета и формы предметов. Чтобы увидеть мир красивым и красочным, нужен свет.
Чтобы мы могли что-либо увидеть, свет должен попасть в наш глаз и создать визуальное впечатление. Этот свет может исходить непосредственно от источника света. Мы также можем видеть объекты, от которых свет отразился.
Действия света.
Самое известное действие света — это освещение.
Когда мы подносим руку к лампочке, мы чувствуем ее тепло, и точно так же в прекрасный солнечный день, если мы слишком долго загораем на пляже, мы можем обгореть. Это доказывает, что свет передает энергию (это ничто иное как тепловое действие света).
Интересный факт! Тёмная поверхность лучше поглощает свет, чем светлая. Поэтому в жаркую погоду лучше носить светлую одежду [2].
Свет может производить также химическое действие, то есть вызывать химические реакции. Например, свет используется в том числе и растениями в процессе фотосинтеза.
Под действием света из вещества могут вылетать электроны, в результате чего возникает электрический ток. Это — электрическое действие света. Его используют, например, в цифровых фотоаппаратах [2].
Какие бывают источники света?
Мы говорим, что некоторые тела излучают (испускают) радиацию. Что это такое? Это может быть посланная волна или поток частиц. О природе радиации, ее свойствах и о том, вредна ли она, вы можете узнать из соответствующих статей на нашем сайте.
Свет — это определенный тип излучения, который мы можем воспринимать с помощью зрения. Все тела, являющиеся источником светового излучения, будем называть источниками света.
Помните! Источник света — это любое тело, которое испускает световое излучение.
Известные нам источники света можно разделить на две группы:
Источники естественного освещения включают:
Примеры искусственных источников света включают:
Любопытно знать.
Первичным источником света, связанным с открытием человеком способа добывания огня, было горение дерева (костер). Очень скоро наши предки научились сжигать растительные и животные жиры, благодаря чему были изобретены лампы на оливковом масле (масляные лампы).
Рис. 1. Масляная лампа (источник: wikipedia.org)
Спустя какое-то время человек научился делать свечи. Прорывом в технике искусственного освещения стала конструкция керосиновой лампы. Это сделал в 1853 году поляк Игнаций Лукасевич.
Его изобретение произвело революцию в технологии освещения. Игнатий Лукасевич руководил работой первых в мире нефтеперерабатывающих заводов, которые были созданы в Подкарпатском регионе недалеко от Кросно. Со временем керосиновую лампу начали постепенно заменять электрическим освещением. Появилась первая электрическая лампочка.
Современным источником света являются органические светодиоды (OLED), которые в настоящее время используются в производстве телевизионных матриц. В отличие от телевизоров на основе жидкокристаллической технологии (LCD), OLED-телевизоры не требуют подсветки матрицы, поскольку органические диоды сами излучают разноцветный свет. Кроме того, эти диоды очень гибкие, что, помимо прочего, позволяет скрыть выдвижной мини-экран, например, в шариковой ручке!
Что не является источником света?
Не все предметы и объекты, которые кажутся светящимися, являются источниками света.
Планета Венера часто видна на небе перед восходом или сразу после захода солнца. Это третий по яркости объект на небе (после Солнца и Луны). Свет Венеры иногда настолько силен, что освещенные ею объекты отбрасывают тень. Однако этот объект вовсе не является источником света! Венера отражает солнечный свет настолько сильно, что кажется звездой. На самом деле, каждая планета, которую мы можем наблюдать в небе, кажется, сияет своим собственным светом — но это отраженный солнечный свет. Мы не можем считать планеты источниками света, потому что они не излучают свет, а только отражают его.
То же самое можно сказать и о Луне, которая в полнолуние очень хорошо освещает окружающий ландшафт и предметы. Луна также не излучает свет, а только отражает солнечный свет.
Помните! Не все объекты, которые излучают свет, являются источниками света. Объекты такого типа светятся отраженным светом. К ним относятся Луна и планеты, которые не излучают свет, а только отражают солнечный свет.
Распространение света
Давайте теперь рассмотрим, как свет распространяется в пространстве. Свет — это излучение, которое распространяется в вакууме с максимально возможной в природе скоростью (скоростью света), которая составляет c ≈ 300 000 км/c.
Основные свойства света были известны еще в древности. Ещё Древние греки на основании своих наблюдений пришли к выводу, что при распространении света возникают явления тени и полутени — оба явления являются доказательством того, что свет в однородной среде распространяется по прямой линии (прямолинейно). Тени людей, деревьев, зданий и других предметов хорошо наблюдаются на Земле в солнечный день.
Эксперимент
Попробуйте провести эксперимент для подтверждения этого наблюдения.
Опыт. Доказательство прямолинейного распространение света.
Что вам понадобится?
Рис. 2. Распространение света в камере-обскуре
То, что мы построили, является прототипом камеры. Это устройство для проецирования трехмерного изображения на плоскую поверхность, с помощью которого можно наблюдать за миром. Если на место черной поверхности поместить фотопластинку или светочувствительную матрицу от цифровой камеры, то такое изображение можно было бы даже записать. Наш прибор, который носит латинское название «camera obscura» (камера-обскура), работает по принципу прямолинейного распространения света (см. рисунок 2 ниже).
Луч, выходящий из верхней части лампы, идет по прямой линии к отверстию в коробке. Он проходит через отверстие внутрь и попадает на экран, создавая изображение верхней части лампочки на нижней части экрана. Аналогично, луч, выходящий из нижней части лампы, направляется к отверстию в коробке, а затем в верхнюю часть экрана. Это создает перевернутое изображение лампы или других объектов.
Интересный факт! Древние египтяне использовали закон прямолинейного распространения света для установления колонн по прямой линии. Колонны располагались так, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны все остальные.
Явление тени и полутени
Там, где есть непрозрачное препятствие, световые лучи останавливаются, и создается область тени, то есть область, куда световые лучи не могут достичь. Другими словами, тень — это область, до которой не доходят лучи света.
Рис. 3. Образование тени
Посмотрите на свою тень, когда вас освещает солнечный свет. Имеет ли она резкие края, или вы видите область, где тень «слабее», а края тени размыты?
Эффект «более светлой» тени называется полутенью. Как это проявляется?
Рис. 4. Образование полутеней
Полутень создается, когда есть непрозрачный объект, освещенный протяжённым источником света (то есть источником света который относительно велик по сравнению с расстоянием между этим источником и освещаемым объектом). Другими словами, полутень — это та область, в которую попадает свет от части источника света. Тень без полутени создается только при освещении непрозрачного объекта точечным источником света.
Если непрозрачный объект освещается протяженным источником света или если объект освещается несколькими точечными источниками, то в дополнение к тени создается область полутени, которая получает свет только от части источника света.
Когда мы говорим о протяженных источниках света, мы имеем в виду источники света, размер которых относительно велик по сравнению с расстоянием до освещаемого объекта. Например, Солнце достаточно велико по сравнению с расстоянием между ним и Землей, чтобы мы могли рассматривать его как протяженный источник света.
Светящаяся электрическая лампочка является примером источника света, который, в зависимости от расстояния до освещаемого объекта, может рассматриваться как протяженный источник — если он находится близко — или как точечный источник — если расстояние, отделяющее его от освещаемого объекта, достаточно велико.
Точечный источник света — это источник, размер которого значительно меньше расстояния до освещаемого объекта. Например, звезда, удаленная от нас на тысячи световых лет, несмотря на свои огромные размеры, может рассматриваться как точечный источник света, поскольку ее диаметр по сравнению с расстоянием до Земли очень мал.
За освещенным объектом создается тень. Поскольку протяжённый источник света освещает объект под разными углами, часть лучей может освещать область позади объекта и таким образом создавать тень, которая немного светлее той, что создается непосредственно за объектом. Эта чуть более светлая тень называется полутенью. Когда мы находимся в зоне полутени, мы видим часть поверхности источника света.
Явления полного или частичного затмения
При движении вокруг Земли Луна может оказаться между Землёй и Солнцем или Земля — между Луной и Солнцем. В этих случаях наблюдаются солнечные или лунные затмения.
Это обосновывается тем фактом, что из области тени мы вообще не можем наблюдать источник света. Такая ситуация возникает, как раз, во время солнечных затмений. Если вы находитесь в конусе тени Луны, вы будете наблюдать закрытый диск Солнца. То есть, во время солнечного затмения тень от Луны падает на Землю.
Если вы находитесь в области полутеневого конуса Луны, вы увидите так называемое частичное затмение — часть диска Солнца будет заслонена диском Луны. То есть, во время лунного затмения Луна попадает в тень, отбрасываемую Землёй.
На той части Земли, там, где падает тень, будет видно полное солнечное затмение. Там, где полутень, только часть Солнца будет заслонена Луной, т.е. произойдет частичное солнечное затмение. На остальной части Земли затмения не будет.
Поскольку движения Земли и Луны неплохо изучены, затмения предсказываются на годы вперед. Исследователи используют каждое затмение для различных научных наблюдений и измерений. Полное солнечное затмение дает возможность наблюдать внешнюю часть атмосферы Солнца (солнечную корону). В обычных условиях солнечная корона невидима из-за слепящего блеска поверхности Солнца.