Fakulteta za elektrotehniko Univerze v Ljubljani Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Izbirni predmet - 10142 Svetlobna tehnika Fizikalne osnove svetlobe predavatelj prof. dr. Grega Bizjak, u.d.i.e. Svetloba Svetloba - skrivnostna in fascinantna spremljevalka človekove zgodovine Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 2 Kako deluje vid? Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 3 Stari Grki 4 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe “Tipalna teorija” Evklid in Ptolomej 5 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe “Sevalna” teorija Aristotel in Galen Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 6 Arabski svet Ob prelomu prvega tisočletja je največ znanja nakopičenega v Egiptu, ki je takrat že arabski. 7 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Vid je povezan s svetlobo Alhazen (Abu-'Ali Al-Hasan ibn Al-Hasan ibn Al-Haytham) arabsko: أﺑﻮ ﻋﻠﻲ اﻟﺤﺴﻦ ﺑﻦ اﻟﺤﺴﻦ ﺑﻦ اﻟﻬﻴﺜﻢ (Kitab al-Manazir, De Aspectibus, 1021) 8 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Zahodni svet 17. stoletja V 17. stoletju se ne sprašujejo več “Kako vidimo?” temveč že “Kaj je svetloba?” Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 9 Teorija delcev Sir Isaac Newton na podlagi Gassendijevega dela 1637 postavi teorijo delcev. 10 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Valovna teorija Christiaan Huygens 1690 objavi valovno teorijo. Pred njim je svetlobo kot valovanje opisal že Hooke 1660. Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 11 Valovanje ali tok delcev Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 12 Če bi svetloba bila valovanje... ...bi se morala širiti tudi za oviro (uklon). 13 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Če bi svetloba bila tok delcev... …bi morala dva curka svetlobe, ki se križata, medsebojno delovati drug na drugega, tako kot dva curka vode. 14 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Kdo ima prav? Kdo je imel prav, še danes ne vemo čisto natančno. Je pa res, da je imela teorija delcev predvsem zaradi slavnejšega “očeta” v 17. stoletju precej več privržencev kot teorija valovanja, ki je do leta 1800 skoraj niso omenjali. Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 15 Elektromagnetno valovanje James Maxwell; 1862: Elektromagnetno valovanje Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 16 Svetloba kot del EM valovanja Teorija elektromagnetnega valovanja pojasni skoraj vse lastnosti svetlobe. Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 17 Svetloba kot del EM valovanja Heinrich Hertz: Fotoelektrični učinek? Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 18 Kvantna teorija svetlobe Max Planck: Kvantna teorija. 19 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Končno! Albert Einstein razloži fotoelektrični efekt (foton). Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 20 Kvantna elektrodinamika Dualnosti delcev -vsak delec tudi določene valovne lastnosti. Kvantna elektrodinamika. Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 21 Svetloba kot del EM spektra 22 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Svetloba kot del EM spektra 23 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Svetloba kot del EM spektra 1.000.000 nm IB-C 3.000 nm 1.400 nm IR-B IR-A sevanje 360-400 nm UV-A žarki 315 nm UV-B 280 nm UV-C 100 nm Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 760-830 nm Vidna svetloba 24 Svetloba kot del EM spektra Vidna svetloba zajema področje od približno 380 do približno 780 nm. 25 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Pojavi ob širjenju svetlobe lom, zrcalni in totalni odboj, razklon, vpijanje, razprševanje, odsevanje, presevanje, interferenca, uklon in polarizacija. 26 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Hitrost svetlobe Hitrost svetlobe v vakuumu je 299.792.458 m/s ogledalo rotirajoče ogledalo vir svetlobe premik zaradi rotacije ogledala Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 27 Hitrost svetlobe Razmerje med hitrostjo svetlobe v vakuumu in mediju podaja lomni količnik. 28 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Lomni količnik c n= v c … hitrost svetlobe v vakuumu v … hitrost svetlobe v mediju Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Zrak Voda Glicerin Olje Steklo Kremen Cirkonijev silikat Diamant Svinčev sulfid 1,0003 1,33 1,47 1,515 1,52 1,66 1,92 2,42 3,91 29 Lom svetlobe Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 30 Lom svetlobe n1 ⋅ sin θ1 = n2 ⋅ sin θ 2 n…lomni količnik n1<n2 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe n1>n2 31 Zrcalni odboj svetlobe Vpadni in odbojni kot sta enaka. Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 32 Totalni odboj svetlobe Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 33 Totalni odboj 34 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Totalni odboj ELDACON tehnologija (Siteco) Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 35 Razklon svetlobe Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 36 Vpijanje svetlobe Med prehajanjem svetlobe skozi snov, se del energije svetlobe “izgubi”. Snov svetlobo vpije. Ta energija se se lahko pretvori v: •toploto •sevanje z drugo valovno dolžino •električno energijo •kemično energijo 37 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Razprševanje svetlobe 38 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Vpijanje svetlobe i = i0 ⋅ e −α ⋅d i0 … začetna jakost α … vpojni faktor (f(λ)) d … dolžina poti Možno je, da ima α negativno vrednost. Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 39 Razpršeno presevanje svetlobe Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 40 Razpršeno presevanje svetlobe voda laser čista voda voda in 1/600 mleka voda in 1/150 mleka voda in 1/60 mleka Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe voda in 1/30 mleka čisto mleko 41 Razpršeno odsevanje svetlobe Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 42 Interferenca svetlobe Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 43 Interferenca svetlobe Konstruktivna interferenca - seštevanje Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Destruktivna interferenca - odštevanje 44 Uklon svetlobe Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 45 Polarizacija svetlobe Polarizirana svetloba niha samo v eni smeri. Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 46 Polarizacija svetlobe Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 47 Merjenje svetlobe RADIOMETRIJA. Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 48 Energija in moč, ki jo oddaja vir Sevalni tok ali fluksu (radiant flux), predstavlja energijo, ki jo vir izseva v enoti časa. Φe sevalni tok (W) 49 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Jakost sevanja Jakosti sevanja (radiant intensity). Sevalni tok v enoti prostorskega kota. φ e Ie jakost sevanja (W/sr) I e = ω Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 50 Prostorski kot ω= A r2 Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe Razmerje med površino krogelnega izseka in polmerom krogle. Enota je steradian (sr). 51 Obsevanost Obsevanost (irradiance) Merilo za ploskovno gostoto sevalnega toka. φe Ee = A Ee obsevanost (W/m2) Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 52 Sevalnost Sevalnost (radiance) Jakost sevanja določene ploskve pod določenim kotom. I Le = e A ⋅ cosθ Le sevalnost (W/sr m2) Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 53 Za konec • Svetloba se obnaša včasih kot valovanje včasih pa kot tok delcev. • Svetloba je elektromagnetno valovanje z lastnostmi valovanja in toka delcev. • Vidna svetloba zajema valovne dolžine od približno 340 nm do približno 830 nm (odvisno od posameznika). • S fizikalnim merjenjem svetlobe se ukvarja radiometrija. Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 54 … in še: Vprašanja? Svetlobna tehnika: Fizikalne osnove svetlobe 55
© Copyright 2024