Геометрическая оптика
§1. 3 Основні поняття і закони геометричної оптики і їх розвиток в курсі фізики середньої школи.
1. Випромінювання в просторі або в прозорому однорідному середовищі можна характеризувати інтенсивністю, спектральним складом і поляризацією. Кінцевою енергією можуть володіти промені, напрями яких заповнюють кінцеві тілесні кути, величина цих кутів може бути дуже малою.
У полі випромінювання знаходиться довільний малий майданчик dS. Лінійні розміри цього майданчика повинні бути великі в порівнянні з довжинами хвиль випромінювання, щоб до випромінювання можна було застосовувати поняття і закони геометричної оптики. Через майданчик dS проходять промені, що заповнюють деякий тілесний кут ?. Енергія переносима цими променями в одиницю часу, називається променистим потоком Ф, що проходить через майданчик dS в тілесний кут. Якщо тілесний кут d нескінченно малий, а майданчик dS перпендикулярний до його осі, то променистий потік можна представити у вигляді:
dФ=IdSd? (1. 10)
Величина I – променистий потік, віднесений до одиничного майданчика, перпендикулярного до випромінювання, і до одиниці тілесного кута. Вона називається інтенсивністю променистого потоку або променистим випромінюванням у напрямі осі тілесного кута d? [3].
2. Об'ємною щільністю променистої енергії називається енергія, що міститься в одиниці об'єму простору V променів з тілесним кутом d ?при вершині.
Повна щільність променистої енергії U визначається виразом:
U=4I/V (1. 11)
де V – швидкість розповсюдження випромінювання.
Мал
3. Величини Ф, I, U можна піддати спектральному розкладанню по частотах або довжинах хвиль. Кожне випромінювання, що володіє кінцевою енергією, займає кінцевий інтервал частот або довжин хвиль.
Всі приведені енергетичні характеристики випромінювання вимірюються в механічних одиницях, наприклад по довільній або тепловій дії. Так, в системі СІ променистий потік вимірюється у ватах (Вт), інтенсивність випромінювання – у ватах на стерадіан-квадратний метр (Вт/срм2), об'ємна щільність променистої енергії – в джоулях на кубічний метр (Дж/м3). Такі одиниці застосовуються в теорії теплового випромінювання, але у видимій області спектру характеризують випромінювання по зоровому або світловому відчуттю, що оцінюється по дії світла на око людини. Відповідні характеристики і їх одиниці називаються світловими, або фотометричними.
5. Силою світла джерела в заданому напрямі називають світловий потік посиланий їм в цьому напрямі і віднесений до одиниці тілесного кута.
Одиницею сили світла джерела в системі СІ служить кандела – це основна фотометрична одиниця. Кандела (кд) – це сила світла, що випромінюється у напрямі нормалі з 1/60 см2 випромінюючої поверхні вказаного світлового еталону.
Одиниця світлового потоку – люмен (лм) – це світловий потік, що посилається джерелом в 1 кд всередину тілесного кута в 1 стерадіан.
Інтенсивність світла назад пропорційна квадрату відстані до точкового джерела
I=Z/r2 (1. 12)
де Z – сила світла джерела.
6. Світловий потік, що доводиться на одиницю площі освітлюваної поверхні, називається освітленістю Е цієї поверхні.