Что называется изображением протяженного источника света: НАЧАЛА ФИЗИКИ

Геометрическая оптика презентация, доклад

Текст слайда:

Чаще всего встречается сферическая линза, которая представляет собой однородное прозрачное тело, ограниченное двумя
сферическими поверхностями (рис. 11). Линия О1 О2, соединяющая центры сфер, ограничивающие поверхность линзы,
называется главной оптической осью линзы. Плоскость Л1 Л2, проходящая через линию пересечения сфер, ограничивающих линзу,
называется плоскостью линзы. Плоскость линзы перпендикулярна главной оптической оси линзы. Точка О пересечения плоскости
линзы и ее главной оптической оси называется центром линзы. Отрезок оптической оси, заключенный между сферами,
ограничивающими линзу, называется толщиной линзы d. Линза называется тонкой, если d где R1 и R 2– радиусы сфер, ограничивающих линзу. Эти радиусы называются радиусами кривизны поверхностей линзы.

Изучение преломления лучей, прилегающих к оптической оси, на сферических поверхностях, ограничивающих линзу,
показывает, что лучи, проходящие через тонкую линзу из стекла в воздухе, обладают рядом свойств, позволяющих построить
изображение источников света в этой линзе.
На рисунке 12 представлены простейшие профили стеклянных линз: плоско-выпуклая (рис. 12,а), двояковыпуклая (рис. 12,б),
плоско-вогнутая (рис. 12,в), и двояковогнутая (рис. 12,г). Первые две из них в воздухе являются собирающими линзами,
а вторые две – рассеивающими. Эти названия связаны с тем, что в собирающей линзе луч, преломляясь, отклоняется в сторону
оптической оси, а в рассеивающей наоборот.

Рис. 12

Лучи, идущие параллельно главной оптической оси, отклоняются за собирающей линзой (рис. 13,а) так, что собираются в точке,
называемой фокусом. В рассеивающей линзе лучи, идущие параллельно главной оптической оси, отклоняются так, что в фокусе,
находящемся со стороны падающих лучей, собираются их продолжения (рис. 13,б). Расстояние до фокусов с одной и другой
стороны тонкой линзы одинаково и не зависит от профиля правой и левой поверхностей линзы.

Рис. 13

Тест «Источники света», 7 класс

Тест Источники света. Распространение света 7 класс

1. Свет — излучение, которое

А) делает видимым различные тела Б. воспринимается глазом человека

В) нагревает освещенные предметы Г) испускает нагретое тело

2. Источники света бывают

А) только естественные Б) только искусственные В. естественные или искусственные

3. Как подразделяются источники света в зависимости от явления, вызывающего свечение тела ?

А тепловые и люминесцентные Б. тепловые и электрические В. тепловые и механические

4. Какой источник света называют точечным?

А. светящееся тело очень маленького размера Б. источник, находящийся на очень большом расстоянии от наблюдателя В) источник, размеры которого гораздо меньше расстояния до него

5. Какую линию называют световым лучом?

А) линию, которая исходит из источника света Б. линию, вдоль которой распространяется энергия от источника света В. линию, по которой свет от источника попадает в глаз человека

6. Как свет распространяется в однородной среде?

А. прямолинейно Б. криволинейно В. по дуге окружности, проходящей через источник света и глаз человека

7. Что представляет собой тень? Каким должен быть источник света, чтобы появилась четкая тень предмета?

А. область пространства, куда не проникает свет; небольшим Б, темное место за освещенным предметом; точечным В. область пространства, куда вследствие прямолинейности распространения не попадает свет; точечным

8. Что такое полутень? Каким должен быть источник света, чтобы возникла полутень?

А) место, куда попадает половина света от источника; протяженным Б. область пространства, где есть и тень, и свет; точечным В. область пространства, куда попадает свет от какой-то части источника; протяженным

9. Какие буквы (см. рис.) обозначают границы тени непрозрачного тела М на экране? S — точечный источник света.

А. АС В. ВС В. BD Г. CD 1

10. На рисунке изображены протяженный источник света SS’ и экран, между которыми находится непрозрачное тело М. Какими буквами обозначены границы тени и полутени этого тела на экране?

А. тени AD, полутени АС и DB Б. тени СВ, полутени АС и DB В. тени АD, полутени CD и АВ Г. тени СВ, полутени CD и АВ

11. В каких местах Земли может наблюдаться полное солнечное затмение?

А. Куда падает полутень Луны Б. Луна загородит Солнце В. Куда упадет тень Луны

12. На какой территории наблюдается в изображенном на рисунке частичное солнечное затмение.

А.  АБ и БВ
Б.  БВ В.  АБ и ВГ

ест Источники света. Распространение света 8 класс 1-2 2-4 3-1 4-3 5-2 6-1 7-4 8-3 9-2 10-1 11-3 12

Излучение, но только та его часть, которая воспринимается нашим глазом.

Варианты ответов

• свет

• световое излучение

• источник света

• световой поток

Вопрос 2

Тело, излучающие свет.

Вопрос 3

Укажите виды источников света:

Варианты ответов

Вопрос 4

Тела, которые становятся источниками света только после того, как на них попал свет.

Варианты ответов

• фотолюминофоры

• искусственные источники света

• различного рода грибы, рачки и рыбы

• фотолюминисценты

Вопрос 5

Любой точечный источник излучает свет 

Варианты ответов

• направленно

• по всем направлениям

• зависит от окружающей среды

• среди ответов нет правильного

Вопрос 6

… источник света — это источник света, размерами которого в данных условиях можно пренебречь.

Вопрос 7

Область пространства, в пределах которой распространяется свет. 

Вопрос 8

Укажите виды световых пучков:

Варианты ответов

• параллельный

• сходящийся

• расходящийся

• падающий

• поломанный

Вопрос 9

В однородной среде свет распространяется . …

Вопрос 10

Это линия, указывающая направление распространения

Как называется угол падения и отражения. Конспект урока «Отражение света

Большинство окружающих вас объектов: дома, деревья, ваши одноклассники и т. д. — не являются источниками света. Но вы их видите. Ответ на вопрос «Почему так?» вы найдете в этом параграфе.

Рис. 11.1. При отсутствии источника света невозможно ничего увидеть. Если есть источник света, мы видим не только сам источник, но и предметы, которые отражают свет, идущий от источника

Выясняем, почему мы видим тела, не являющиеся источниками света

Вы уже знаете, что в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.

А что происходит, если на пути пучка света находится какое-то тело? Часть света может пройти сквозь тело, если оно прозрачное, часть поглотится, а часть обязательно отразится от тела. Некоторые отраженные лучи попадут нам в глаза, и мы увидим это тело (рис. 11.1).

Устанавливаем законы отражения света

Чтобы установить законы отражения света, воспользуемся специальным прибором — оптической шайбой*. В центре шайбы закрепим зеркало и направим на него узкий пучок света так, чтобы он давал на поверхности шайбы светлую полосу. Видим, что пучок света, отраженный от зеркала, тоже дает светлую полосу на поверхности шайбы (см. рис. 11.2).

Направление падающего пучка света зададим лучом СО (рис. 11.2). Этот луч называют падающим лучом. Направление отраженного пучка света зададим лучом OK. Этот луч называют отраженным, лучом.

Из точки O падения луча проведем перпендикуляр OB к поверхности зеркала. Обратим внимание на то, что падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр лежат в одной плоскости, — в плоскости поверхности шайбы.

Угол α между падающим лучом и перпендикуляром, проведенным из точки падения, называют углом падения; угол β между отраженным лучом и данным перпендикуляром называют углом отражения.

Измерив углы α и β, можно убедиться, что они равны.

Если перемещать источник света по краю диска, угол падения светового пучка будет изменяться и соответственно будет изменяться угол отражения, причем каждый раз угол падения и угол отражения света будут равны (рис. 11.3). Итак, мы установили законы отражения света:

Рис. 11.3. С изменением угла падения света изменяется и угол отражения. Угол отражения всегда равен углу падения

Рис. 11.5. Демонстрация обратимости световых лучей: отраженный луч идет по пути падающего луча

рис. 11.6. Подходя к зеркалу, мы видим в нем своего «двойника». Конечно, никакого «двойника» там нет — мы видим в зеркале свое отражение

1. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к поверхности отражения, проведенный из точки падения луча, лежат в одной плоскости.

2. Угол отражения равен углу падения: β = α.

Законы отражения света установил древнегреческий ученый Евклид еще в III в. до н. э.

В каком направлении следует повернуть зеркало профессору, чтобы «солнечный зайчик» попал на мальчика (рис. 11.4)?

С помощью зеркала на оптической шайбе можно продемонстрировать также обратимость световых лучей: если падающий луч направить по пути отраженного, то отраженный луч пойдет по пути падающего (рис. 11.5).

Изучаем изображение в плоском зеркале

Рассмотрим, как создается изображение в плоском зеркале (рис. 11.6).

Пусть из точечного источника света S на поверхность плоского зеркала падает расходящийся пучок света. Из этого пучка выделим лучи SA, SB и SC. Используя законы отражения света, построим отраженные лучи ЛЛ Ъ BB 1 и CC 1 (рис. 11.7, а). Эти лучи пойдут расходящимся пучком. Если продлить их в противоположном направлении (за зеркало), все они пересекутся в одной точке — S 1 , расположенной за зеркалом.

Если часть отраженных от зеркала лучей попадет в ваш глаз, вам будет казаться, что отраженные лучи выходят из точки S 1 , хотя в действительности никакого источника света в точке S 1 нет. Поэтому точку S 1 называют мнимым изображением точки S. Плоское зеркало всегда дает мнимое изображение.

Выясним, как расположены предмет и его изображение относительно зеркала. Для этого обратимся к геометрии. Рассмотрим, например, луч SC, который падает на зеркало и отражается от него (рис. 11.7, б).

Из рисунка видим, что Δ SOC = Δ S 1 OC — прямоугольные треугольники, имеющие общую сторону CO и равные острые углы (так как по закону отражения света α = β). Из равенства треугольников имеем, что SO = S 1 O, то есть точка S и ее изображение S 1 симметричны относительно поверхности плоского зеркала.

То же можно сказать и об изображении протяженного предмета: предмет и его изображение симметричны относительно поверхности плоского зеркала.

Итак, нами установлены общие характеристики изображений в плоских зеркалах.

1. Плоское зеркало дает мнимое изображение предмета.

2. Изображение предмета в плоском зеркале и собственно предмет симметричны относительно поверхности зеркала, и это означает:

1) изображение предмета равно по размеру самому предмету;

2) изображение предмета расположено на том же расстоянии от поверхности зеркала, что и сам предмет;

3) отрезок, соединяющий точку на предмете и соответствующую ей точку на изображении, перпендикулярен поверхности зеркала.

Различаем зеркальное и рассеянное отражение света

Вечером, когда в комнате горит свет, мы можем видеть свое изображение в оконном стекле. Но изображение исчезает, если задернуть шторы: на ткани мы своего изображения не увидим. А почему? Ответ на этот вопрос связан по меньшей мере с двумя физическими явлениями.

Первое такое физическое явление — отражение света. Чтобы появилось изображение, свет должен отразиться от поверхности зеркально: после зеркального отражения света, идущего от точечного источника S, продолжения отраженных лучей пересекутся в одной точке S 1 , которая и будет изображением точки S (рис. 11.8, а). Такое отражение возможно только от очень гладких поверхностей. Их так и называют — зеркальные поверхности. Кроме обычного зеркала примерами зеркальных поверхностей являются стекло, полированная мебель, спокойная гладь воды и т. п. (рис. 11.8, б, в).

Если свет отражается от шероховатой поверхности, такое отражение называют рассеянным (диффузным) (рис. 11.9). В этом случае отраженные лучи распространяются в разных направлениях (именно поэтому мы видим освещенный предмет с любой стороны). Понятно, что поверхностей, рассеивающих свет, намного больше, чем зеркальных.

Посмотрите вокруг и назовите не менее десяти поверхностей, отражающих свет рассеянно.

Рис. 11.8. Зеркальное отражение света — это отражение света от гладкой поверхности

Рис. 11.9. Рассеянное (диффузное) отражение света — это отражение света от шероховатой поверхности

Второе физическое явление, влияющее на возможность видеть изображение, — это поглощение света. Ведь свет не только отражается от физических тел, но и поглощается ими. Лучшие отражатели света — зеркала: они могут отражать до 95 % падающего света. Хорошими отражателями света являются тела белого цвета, а вот черная поверхность поглощает практически весь свет, падающий на нее.

Когда осенью выпадает снег, ночи становятся намного светлее. Почему? Учимся решать задачи

Задача. На рис. 1 схематически изображены предмет ВС и зеркало NM. Найдите графически участок, из которого изображение предмета ВС видно полностью.

Анализ физической проблемы. Чтобы видеть изображение некоторой точки предмета в зеркале, необходимо, чтобы в глаз наблюдателя отразилась хотя бы часть лучей, падающих из этой точки на зеркало. Понятно, что если в глаз отразятся лучи, исходящие из крайних точек предмета, то в глаз отразятся и лучи, исходящие из всех точек предмета.

Решение, анализ результатов

1. Построим точку B 1 — изображение точки В в плоском зеркале (рис. 2, а). Область, ограниченная поверхностью зеркала и лучами, отраженными от крайних точек зеркала, и будет той областью, из которой видно изображение B 1 точки В в зеркале.

2. Аналогично построив изображение С 1 точки С, определим область ее видения в зеркале (рис. 2, б).

3. Видеть изображение всего предмета наблюдатель может только в том случае, если в его глаз попадают лучи, которые дают оба изображения — B 1 и С 1 (рис. 2, в). Значит, участок, выделенный на рис. 2, в оранжевым, и есть тот участок, из которого изображение предмета видно полностью.

Проанализируйте полученный результат, еще раз рассмотрите рис. 2 к задаче и предложите более простой способ найти область видения предмета в плоском зеркале. Проверьте свои предположения, построив область видения нескольких предметов двумя способами.

Подводим итоги

Все видимые тела отражают свет. При отражении света выполняются два закона отражения света: 1) луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к поверхности отражения, проведенный из точки падения луча, лежат в одной плоскости; 2) угол отражения равен углу падения.

Изображение предмета в плоском зеркале мнимое, равное по размеру самому предмету и расположено на том же расстоянии от зеркала, что и сам предмет.

Различают зеркальное и рассеянное отражения света. В случае зеркального отражения мы можем видеть мнимое изображение предмета в отражающей поверхности; в случае рассеянного отражения изображение не возникает.

Контрольные вопросы

1. Почему мы видим окружающие тела? 2. Какой угол называют углом падения? углом отражения? 3. Сформулируйте законы отражения света. 4. С помощью какого прибора можно удостовериться в справедливости законов отражения света? 5. В чем состоит свойство обратимости световых лучей? 6. В каком случае изображение называют мнимым? 7. Охарактеризуйте изображение предмета в плоском зеркале. 8. Чем рассеянное отражение света отличается от зеркального?

Упражнение № 11

1. Девочка стоит на расстоянии 1,5 м от плоского зеркала. На каком расстоянии от девочки находится ее отражение? Охарактеризуйте его.

2. Водитель автомобиля, глянув в зеркало заднего вида, увидел пассажира, сидящего на заднем сиденье. Может ли пассажир в этот момент, глядя в то же зеркало, увидеть водителя?

3. Перенесите рис. 1 в тетрадь, для каждого случая постройте падающий (или отраженный) луч. Обозначьте углы падения и отражения.

4. Угол между падающим и отраженным лучами равен 80°. Чему равен угол падения луча?

5. Предмет находился на расстоянии 30 см от плоского зеркала. Затем предмет переместили на 10 см от зеркала в направлении, перпендикулярном поверхности зеркала, и на 15 см — параллельно ей. Каким было расстояние между предметом и его отражением? Каким оно стало?

6. Вы движетесь к зеркальной витрине со скоростью 4 км/ч. С какой скоростью приближается к вам ваше отражение? На сколько сократится расстояние между вами и вашим отражением, когда вы пройдете 2 м?

7. Солнечный луч отражается от поверхности озера. Угол между падающим лучом и горизонтом в два раза больше, чем угол между падающим и отраженным лучами. Чему равен угол падения луча?

8. Девочка смотрит в зеркало, висящее на стене под небольшим углом (рис. 2).

1) Постройте отражение девочки в зеркале.

2) Найдите графически, какую часть своего тела видит девочка; область, из которой девочка видит себя полностью.

3) Какие изменения будут наблюдаться, если зеркало постепенно закрывать непрозрачным экраном?

9. Ночью в свете фар автомобиля лужа на асфальте кажется водителю темным пятном на более светлом фоне дороги. Почему?

10. На рис. 3 показан ход лучей в перископе — устройстве, действие которого основано на прямолинейном распространении света. Объясните, как работает это устройство. Воспользуйтесь дополнительными источниками информации и узнайте, где его применяют.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема. Исследование отражения света с помощью плоского зеркала.

Цель: экспериментально проверить законы отражения света.

оборудование: источник света (свеча или электрическая лампа на подставке), плоское зеркало, экран со щелью, несколько чистых белых листов бумаги, линейка, транспортир, карандаш.

указания к работе

подготовка к эксперименту

1. Перед выполнением работы вспомните: 1) требования безопасности при работе со стеклянными предметами; 2) законы отражения света.

2. Соберите экспериментальную установку (рис. 1). Для этого:

1) установите экран со щелью на белом листе бумаги;

2) перемещая источник света, получите на бумаге полоску света;

3) установите плоское зеркало под некоторым углом к полоске света и перпендикулярно листу бумаги так, чтобы отраженный пучок света тоже давал на бумаге хорошо заметную полоску.

Эксперимент

Строго соблюдайте инструкцию по безопасности (см. форзац учебника).

1. Хорошо заточенным карандашом начертите на бумаге линию вдоль зеркала.

2. Поставьте на листе бумаги три точки: первую — посреди падающего пучка света, вторую — посреди отраженного пучка света, третью — в месте падения светового пучка на зеркало (рис. 2).

3. Повторите описанные действия еще несколько раз (на разных листах бумаги), устанавливая зеркало под разными углами к падающему пучку света.

4. Изменив угол между зеркалом и листом бумаги, убедитесь, что в этом случае вы не увидите отраженного пучка света.

Обработка результатов эксперимента

Для каждого опыта:

1) постройте луч, падающий на зеркало, и отраженный луч;

2) через точку падения луча проведите перпендикуляр к линии, проведенной вдоль зеркала;

3) обозначьте и измерьте угол падения (α) и угол отражения (β) света. Результаты измерений занесите в таблицу.

Анализ эксперимента и его результатов

Проанализируйте эксперимент и его результаты. Сделайте вывод, в котором укажите: 1) какое соотношение между углом падения светового луча и углом его отражения вы установили; 2) оказались ли результаты опытов абсолютно точными, а если нет, то в чем причины погрешности.

творческое задание

Используя рис. 3, продумайте и запишите план проведения эксперимента по определению высоты комнаты с помощью плоского зеркала; укажите необходимое оборудование.

По возможности проведите эксперимент.

Задание «со звездочкой»

Некоторые законы физики трудно представить без использования наглядных пособий. Это не касается привычного всем света, попадающего на различные объекты. Так на границе, разделяющей две среды, происходит смена направления световых лучей в том случае, если эта граница намного превышает При света возникает, когда часть его энергии возвращается в первую среду. Если часть лучей проникает в другую среду, то происходит их преломление. В физике энергии, попадающий на границу двух различных сред, называется падающим, а тот, что от нее возвращается в первую среду, — отраженным. Именно взаимное расположение данных лучей определяет законы отражения и преломления света.

Термины

Угол между падающим лучом и перпендикулярной линией к границе раздела двух сред, восстановленной к точке падения потока световой энергии, называется Существует еще один важный показатель. Это угол отражения. Он возникает между отраженным лучом и перпендикулярной линией, восстановленной к точке его падения. Свет может распространяться прямолинейно исключительно в однородной среде. Разные среды по-разному поглощают и отражают излучение света. Коэффициентом отражения называют величину, характеризующую отражательную способность вещества. Он показывает, сколько принесенной световым излучением на поверхность среды энергии составит та, которая унесется от нее отраженным излучением. Данный коэффициент зависит от целого множества факторов, одними из самых важных являются угол падения и состав излучения. Полное отражение света происходит тогда, когда он падает на предметы или вещества с отражающей поверхностью. Так, например, это случается при попадании лучей на тонкую пленку серебра и жидкой ртути, нанесенных на стекло. Полное отражение света на практике встречается довольно часто.

Законы

Законы отражения и преломления света были сформулированы Евклидом еще в ІІІ в. до н. э. Все они были установлены экспериментально и легко подтверждаются чисто геометрическим принципом Гюйгенса. Согласно ему любая точка среды, до которой доходит возмущение, представляет собой источник вторичных волн.

Первый света: падающий и отражающий луч, а также перпендикулярная линия к границе раздела сред, восстановленная в точке падения светового луча, расположены в одной плоскости. На отражательную поверхность падает плоская волна, волновые поверхности которой являются полосками.

Другой закон гласит о том, что угол отражения света равен углу падения. Это происходит потому, что они имеют взаимно перпендикулярные стороны. Исходя из принципов равенства треугольников, следует, что угол падения равен углу отражения. Можно легко доказать, что они лежат в одной плоскости с перпендикулярной линией, восстановленной к границе раздела сред в точке падения луча. Эти важнейшие законы справедливы и для обратного хода света. Вследствие обратимости энергии луч, распространяющийся по пути отраженного, будет отражаться по пути падающего.

Свойства отражающих тел

Подавляющее большинство объектов только отражают падающее на них световое излучение. При этом они не являются источником света. Хорошо освещенные тела отлично видны с любых сторон, поскольку излучение от их поверхности отражается и рассеивается в разных направлениях. Это явление называются диффузным (рассеянным) отражением. Оно происходит при попадании света на любые шероховатые поверхности. Для определения пути отраженного от тела луча в точке его падения проводится плоскость, касающаяся поверхности. Затем по отношению к ней строят углы падения лучей и отражения.

Диффузное отражение

Только благодаря существованию рассеянного (диффузного) отражения световой энергии мы различаем предметы, не способные испускать свет. Любое тело будет абсолютно невидимым для нас, если рассеивание лучей будет равно нулю.

Диффузное отражение световой энергии не вызывает у человека неприятных ощущений в глазах. Это происходит от того, что не весь свет возвращается в первоначальную среду. Так от снега отражается около 85% излучения, от белой бумаги — 75%, ну а от велюра черного цвета — всего 0,5%. При отражении света от различных шероховатых поверхностей лучи направляются хаотично по отношению друг к другу. В зависимости от того, в какой степени поверхности отражают световые лучи, их называют матовыми или зеркальными. Но все-таки эти понятия являются относительными. Одни и те же поверхности могут быть зеркальными и матовыми при различной длине волны падающего света. Поверхность, которая равномерно рассеивает лучи в разные стороны, считается абсолютно матовой. Хотя в природе таких объектов практически нет, к ним очень близки неглазурованный фарфор, снег, чертежная бумага.

Зеркальное отражение

Зеркальное отражение лучей света отличается от других видов тем, что при падении пучков энергии на гладкую поверхность под определенным углом они отражаются в одном направлении. Это явление знакомо всем, кто когда-то пользовался зеркалом под лучами света. В этом случае оно является отражающей поверхностью. К этому разряду относятся и другие тела. К зеркальным (отражающим) поверхностям можно отнести все оптически гладкие объекты, если размеры неоднородностей и неровностей на них составляют меньше 1 мкм (не превышают величину длины волны света). Для всех таких поверхностей действительны законы отражения света.

Отражение света от разных зеркальных поверхностей

В технике нередко используются зеркала с изогнутой отражающей поверхностью (сферические зеркала). Такие объекты представляют собой тела, имеющие форму сферического сегмента. Параллельность лучей в случае отражения света от таких поверхностей сильно нарушается. При этом существует два вида таких зеркал:

Вогнутые — отражают свет от внутренней поверхности сегмента сферы, их называют собирающими, поскольку параллельные лучи света после отражения от них собираются в одной точке;

Выпуклые — отражают свет от наружной поверхности, при этом параллельные лучи рассеиваются в стороны, именно поэтому выпуклые зеркала называют рассеивающими.

Варианты отражения световых лучей

Луч, падающий практически параллельно поверхности, только немного касается ее, а далее отражается под сильно тупым углом. Затем он продолжает путь по очень низкой траектории, максимально расположенной к поверхности. Луч, падающий практически отвесно, отражается под острым углом. При этом направление уже отраженного луча будет близко к пути падающего луча, что полностью соответствует физическим законам.

Преломление света

Отражение тесно связано с иными явлениями геометрической оптики, такими как преломление и полное внутреннее отражение. Зачастую свет проходит через границу между двумя средами. Преломлением света называют изменение направления оптического излучения. Оно происходит при прохождении его из одной среды в другую. Преломление света имеет две закономерности:

Луч, прошедший через границу между средами, расположен в плоскости, которая проходит через перпендикуляр к поверхности и падающий луч;

Угол падения и преломления связаны.

Преломление всегда сопровождается отражением света. Сумма энергий отраженного и преломленного пучков лучей равна энергии падающего луча. Их относительная интенсивность зависит от в падающем пучке и угла падения. На законах преломления света основывается устройство многих оптических приборов.

Введем несколько определений. Углом падения луча назовем угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке излома луча (угол a). Углом отражения луча назовем угол между отраженным лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке излома луча (угол b).

При отражении света всегда выполняются две закономерности: Первая. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к отражающей поверхности в точке излома луча всегда лежат в одной плоскости. Вторая. Угол падения равен углу отражения. Эти два утверждения выражают суть закона отражения света.

На левом рисунке лучи и перпендикуляр к зеркалу не лежат в одной плоскости. На правом рисунке угол отражения не равен углу падения. Поэтому такое отражение лучей нельзя получить на опыте.

Закон отражения является справедливым как для случая зеркального, так и для случая рассеянного отражения света. Обратимся еще раз к чертежам на предыдущей странице. Несмотря на кажущуюся беспорядочность в отражении лучей на правом чертеже, все они расположены так, что углы отражения равны углам падения. Взгляните, шероховатую поверхность правого чертежа мы «разрезали» на отдельные элементы и провели перпендикуляры в точках излома лучей.

Следует отметить, что изображение, которое мы видим по ту сторону зеркала, создано не самими лучами, а их мысленным продолжением. Такое изображение называется мнимым.
Его глазом видно, но на экране его невозможно получить, так как оно создано не лучами, а их мысленным продолжением.

При отражении также соблюдается принцип наименьшего времени распространения света. Для того, чтобы попасть после отражения в глаз наблюдателя, свет должен прийти именно тот путь, который указывает ему закон отражения. Именно распространяясь по такому пути, свет на свой путь потратит наименьшее время из всех возможных вариантов.

Закон преломления света

Как нам уже известно, свет может распространяться не только в вакууме, но и в других прозрачных средах. В этом случае свет будет испытать преломление.
При переходе из менее плотной среды в более плотную, луч света при преломлении прижимается к перпендикуляру, проведённому к точке падения, а при переходе из более плотной среды в менее плотную, он наоборот: отклоняется от перпендикуляра.

При этом имеются два закона преломления:

Падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр, проведённый к точке падения, лежат в одной плоскости.

2. Отношение синусов углов падения и преломления равно обратному отношению показателей преломления:

sin a
= n2

sin g n1

Представляет интерес прохождения луча света через трёхгранную призму. При этом, в любом случае наблюдается отклонение луча после прохождения через призму от первоначального направления:

У различных прозрачных тел показатель преломления различен. У газов он очень мало отличается от единицы. С повышением давления он возрастает, следовательно, показатель преломления газов зависит и от температуры. Вспомним, что если смотреть на отдалённые предметы сквозь горячий воздух, поднимающийся от костра, то видим, что всё, что вдали выглядит как колышащееся марево. У жидкостей показатель преломления зависит не только от самой жидкости, но и от концентрации растворённых в ней веществ. Ниже приводится небольшая таблица показателей преломления некоторых веществ.

Полное внутреннее отражение света.

Волоконная оптика

Следует отметить, что световой луч, распространяясь в пространстве, обладает свойством обратимости. Это значит, что по какому пути луч распространяется от источника в пространстве, по такому же пути он пойдёт обратно, если источник и точку наблюдения поменять местами.

Представим себе, что луч света распространяется из оптически более плотной среды в оптически менее плотную. Тогда, по закону преломления, он при преломлении должен выйти, отклонившись от перпендикуляра. Рассмотрим лучи, исходящие от точечного источника света, находящегося в оптически более плотной среде, например, в воде.

Из данного рисунка видно, что первый луч падает на поверхность раздела перпендикулярно. При этом луч от первоначального направления не отклоняется. Часто его энергии отражается от границы раздела и возвращается на источник. Остальная часть его энергии выходит наружу. Остальные лучи частично отражаются, частично выходят наружу. При увеличении угла падения растёт соответственно и угол преломления, что соответствует закону преломления. Но когда угол падения принимает такое значение, что, согласно закону преломления, угол выхода луча должен составить 90 градусов, то луч на поверхность вообще не выйдет: все 100% энергии луча отразятся от границы раздела. Все остальные лучи, падающие на поверхность раздела под углом, большим, чем этот, будут полностью отражены от поверхности раздела. Этот угол называется предельным углом
, а явление называется полным внутренним отражением.
То есть, поверхность раздела в данном случае выступает как идеальное зеркало. Значение предельного угла для границы с вакуумом или воздухом можно подсчитать по формуле:

Sin aпр = 1/n
Здесь n
– показатель преломления более плотной среды.

Явление полного внутреннего отражения широко используется в различных оптических приборах. В частности, используется в приборе для определения концентрации растворённых веществ в воде (рефрактометр). Там измеряется предельный угол полного внутреннего отражения, по которому определяется показатель преломления и потом по таблице определяют концентрацию растворённых веществ.

Особенно ярко проявляется явление полного внутреннего отражения в волоконной оптике. Ниже на рисунке изображено одно стекловолокно в разрезе:

Возьмём тонкое стеклянное волокно и в один из торцов запустим луч света. Поскольку волокно очень тонкое, то любой луч, вошедший в торец волокна, будет падать на его боковую поверхность под углом, значительно превышающий предельный угол и будет полностью отражён. Таким образом, вошедший луч будет многократно отражаться от боковой поверхности и выйдет из противоположного конца практически без потерь. Внешне это будет выглядеть так, как будто противоположный торец волокна ярко светится. К тому же совсем необязательно, чтобы стекловолокно было прямолинейным. Оно может изгибаться как угодно, причём, никакие изгибы не повлияют распространению света по волокну.

В связи с этим, учёным пришла идея: а что, если взять не одно волокно, а целый их пучок. Но при этом надо, чтобы все волокна в жгуте находились в строгом взаимном порядке и на обеих сторонах жгута торцы всех волокон находились в одной плоскости. И если при этом на один торец жгута с помощью линзы подать изображение, то каждое волокно в отдельности передаст на противоположный торец жгута одну маленькую частичку изображения. Все вместе волокна на противоположном торце жгута воспроизведут то же самое изображение, что было создано линзой. Причём, изображение будет в естественном свете. Таким образом, был создан прибор, названный позже фиброгастроскопом
. Этим прибором можно осмотреть внутреннюю поверхность желудка, не производя оперативного вмешательства. Фиброгастроскоп вводят через пищевод в желудок и осматривают внутреннюю поверхность желудка. В принципе, данным прибором можно осмотреть не только желудок, но и другие органы изнутри. Данный прибор используется не только в медицине, но и в различных областях техники для осмотра недоступных областей. И при этом сам жгут может иметь всевозможные изгибы, которые при этом никак не влияют на качество изображения. Единственный недостаток данного прибора – это растровая структура изображения: то есть изображение состоит из отдельных точек. Для того, чтобы изображение было более чётким, нужно иметь ещё большее количество стекловолокон, причём они должны быть ещё более тонкими. А это значительно увеличивает стоимость прибора. Но с дальнейшим развитием технических возможностей данная проблема вскоре будет решена.

Линза

Для начала рассмотрим линзу. Линза – это прозрачное тело, ограниченное либо двумя сферическими поверхностями, либо сферической поверхностью и плоскостью.

Рассмотрим линзы в поперечном разрезе. Линза искривляет прошедший через неё световой пучок. Если пучок, после полхождения через линзу будет собираться в точку, то такая линза называется собирающей.
Если же падающий параллельный световой пучок после прохождении через линзу будет расходиться, то такая линза называется рассеивающей.

Ниже изображены собирающие и рассеивающие линзы и их условные обозначения:

Из данного рисунка видно, что все параллельно падающие на линзу лучи сходятся в одной точке. Эта точка называется фокусом
(F
) линзы. Расстояние от фокуса до самой линзы называется фокусным расстоянием
линзы. Оно в системе СИ измеряется в метрах. Но существует ещё одна единица, характеризующая линзу. Эта величина называется оптической силой и является величиной, обратной фокусному расстоянию и называетсядиоптрией
. (Дп
). Обозначается буквой D. D = 1/F.
У собирающей линзы значение оптической силы имеет знак плюс. Если на линзу пустить свет, отражённый от какого-либо протяжённого объекта, то каждый элемент объекта отобразится в плоскости, проходящей через фокус в виде изображения. При этом изображение будет перевёрнутым. Поскольку это изображение будет создано самими лучами, то оно будет называться действительным.

Это явление используют в современных фотоаппаратах. Действительное изображение создаётся на фотоплёнке.

Рассеивающая линза действует противоположно собирающей линзе. Если на неё по нормали падает параллельный пучок света, то после прохождении через линзу, пучок света будет расходиться так, как будто все лучи выходят из некоторой мнимой точки, расположенной по другую сторону линзы. Эта точка называется мнимым фокусом и фокусное расстояние будет со знаком минус. Следовательно, оптическая сила такой линзы будет выражаться также в диоптрия, но её значение будет со знаком минус. При рассматривании окружающих предметов через рассеивающую линзу, все предметы, видимые через линзу, будут казаться уменьшенными в размерах

1.
В основе явления распространения света лежат три закона: закон прямолинейного распространения света, закон отражения света и закон преломления света.

Закон прямолинейного распространения света: в однородной среде свет распространяется прямолинейно
. Однородная среда — это среда, состоящая из одного и того же вещества, например, воздух, вода, стекло, масло и пр. Наблюдать прямолинейное распространение света можно в затемненной комнате, в которую через небольшое отверстие проникает луч света.

Следствием прямолинейного распространения света является то, что свет не проникает за экраны, ширмы и другие преграды. Однако если преграда очень мала, например, если это волос, тонкая нить и т.п., то за неё свет будет проникать, т.е. свет в определённых условиях
свет отклоняется от прямолинейного распространения.

Прямолинейное распространение света объясняет образование тени от предметов. На рисунке 97 показано распространение света от точечного источника.

Точечный источник
— это такой источник, размеры которого малы по сравнению с расстоянием от него до наблюдателя. На рисунке видно, что на экране образуется чёткая
тень предмета.

На рисунке 98 показано распространение света от протяжённого источника.

В этом случае на экране образуются область тени и область полутени. Тень
— область, в которую свет не попадает, в область полутени свет попадает от одной части источника света.

Зная, как образуется тень, можно объяснить солнечные и лунные затмения.

2.
Если среда, в которой распространяется свет неоднородная, т.е. свет падает на границу раздела двух сред, то свет изменяет направление распространения. На границе раздела двух сред происходят три явления: отражение света от границы раздела сред, преломление и поглощение веществом (рис. 99).

На рисунке 99 АО — падающий луч, ОВ — отражённый луч, ОС — преломлённый луч; угол (​\(\alpha \)
​ между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол падения луча, угол ​\(\beta \)
​ между отражённым лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол отражения, угол ​\(\gamma \)
​ между преломлённым лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол преломления.

При изменении угла падения изменяется угол отражения, но при этом отражение света подчиняется закону отражения:

• угол отражения света равен углу падения
  ​\((\beta=\alpha) \)
  ​,
• лучи падающий и отражённый, а также перпендикуляр, восставленный к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости.

Из закона отражения света следует, что падающий и отражённый лучи обратимы.

Если свет отражается от гладкой поверхности, то отражение называется зеркальным. В этом случае, если на поверхность падают параллельные лучи, то отражённые лучи тоже будут параллельными (рис. 100).

Если параллельные лучи падают на шероховатую поверхность, то отражённые лучи будут направлены в разные стороны. Это отражение называют рассеянным или диффузным.

3.
На рисунке 101 приведено построение изображения в плоском зеркале. Как показывают опыт и построение изображения предмета в плоском зеркале на основе закона отражения:

• плоское зеркало дает прямое изображение предмета;
• изображение имеет те же размеры, что и предмет;
• расстояние от предмета до зеркала равно расстоянию от зеркала до изображения.

Иными словами предмет и его изображение симметричны относительно зеркала.

Изображение предмета в плоском зеркале является мнимым. Мнимое изображение — это такое изображение, которое формируется глазом. В точке ​\(S’ \)
​ собираются не сами лучи, а их продолжение, энергия в эту точку не поступает.

4.
Изменение направления распространения света при переходе в другую среду называют преломлением света.

Эксперименты свидетельствуют о том, что при увеличении угла падения увеличивается угол преломления. Из опытов также следует, что соотношение углов падения и преломления зависит от оптической плотности среды.

Оптическая плотность среды характеризуется скоростью распространения света в ней. Чем больше скорость распространения света, тем меньше оптическая плотность среды. Так, оптическая плотность воздуха меньше, чем стекла, масла и пр., поскольку скорость света в этих средах меньше, чем в воздухе.

Явление преломления света подчиняется следующим закономерностям:

• если свет переходит из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения ​\((\gamma
• если свет переходит из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную, то угол преломления больше угла падения \((\gamma>\alpha) \)
  ;
• лучи падающий и преломлённый, а также перпендикуляр, восставленный к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости.

При переходе света из одной среды в другую его интенсивность несколько уменьшается. Это связано с тем, что свет частично поглощается средой.

Часть 1

1.
На рисунке изображены точечный источник света ​\(L \)
​, предмет ​\(K \)
​ и экран, на котором получают тень от предмета. При мере удаления предмета от источника света и приближения его к экрану (см. рисунок)

1) размеры тени будут уменьшаться
2) размеры тени будут увеличиваться
3) границы тени будут размываться
4) границы тени будут становиться более чёткими

2.
Размеры изображения предмета в плоском зеркале

1) больше размеров предмета
2) равны размерам предмета
3) меньше размеров предмета
4) больше, равны или меньше размеров предмета в зависимости от расстояния между предметом и зеркалом

3.
Луч света падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и отражённым увеличили на 30°. Угол между зеркалом и отражённым лучом

1) увеличился на 30°
2) увеличился на 15°
3) уменьшился на 30°
4) уменьшился на 15°

4.
Какое из изображений — А, Б, В или Г — соответствует предмету MN, находящемуся перед зеркалом?

1) А
2) Б
3) В
4) Г

5.
Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, приблизили к нему на 5 см. Как изменилось расстояние между предметом и его изображением?

1) увеличилось на 5 см
2) уменьшилось на 5 см
3) увеличилось на 10 см
4) уменьшилось на 10 см

6.
Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, удалили от него так, что расстояние между предметом и его изображением увеличилось в 2 раза. Во сколько раз увеличилось расстояние между предметом и зеркалом?

1) в 0,5 раза
2) в 2 раза
3) в 4 раза
4) в 8 раз

7.
Чему равен угол падения луча на границе вода — воздух, если известно, что угол преломления равен углу падения?

1) 90°
2) 60°
3) 45°
4) 0°

8.
Луч света переходит из стекла в воздух, преломляясь на границе раздела двух сред. Какое из направлений 1-4 соответствует преломлённому лучу?

1) 1
2) 2
3) 3
4) 4

9.
Свет распространяется из масла в воздух, преломляясь на границе раздела этих сред. Па каком рисунке правильно представлены падающий и преломлённый лучи?

10.
Световой луч падает на границу раздела двух сред. Скорость света во второй среде

1) равна скорости света в первой среде
2) больше скорости света в первой среде
3) меньше скорости света в первой среде
4) используя один луч, нельзя дать точный

11.
Для каждого примера из первого столбца подберите соответствующее физическое явление из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
A) изображение стоящих на берегу деревьев в «зеркале» воды
Б) видимое изменение положения камня на дне озера
B) эхо в горах

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
1) отражение света
2) преломление света
3) дисперсия света
4) отражение звуковых волн
5) преломление звуковых волн

12.
Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу

1) угол преломления равен углу падения, если оптическая плотность двух граничащих сред одинакова
2) чем больше показатель преломления среды, тем больше скорость света в ней
3) полное внутреннее отражение происходит при переходе света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную
4) угол преломления всегда меньше угла падения
5) угол преломления всегда равен углу падения

Ответы

Геометрическая оптика.

Оптическое изображение. Отражение и преломление на сферической поверхности.

		СПбГУИТМО ЕНФ
		СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКЕ
		главная >>ТЕОРИЯ    ЗАДАЧИ    ПОМОЩЬ
		>>Перейти в ЗАДАЧИ РАЗДЕЛА
		Одной из важных задач геометрической оптики является построение изображений, формируемых оптическими системами, и изучение их свойств.
		Изображение.
		Изображением назывется точка схождения лучей, прошедших оптическую систему. Система отражающих и преломляющих сферических (и плоских) поверхностей, перпендикулярных к некоторой оси, формирует изображение точечного источника лучами, падающими под малым углом к оси (параксиальное приближение). Ось системы называют оптической осью; точку схождения параллельного оси пучка лучей — фокусом системы; перпендикулярную оси плоскость, проведенную в фокусе, — фокальной плоскостью. Теоретический предел размеров изображения и разрешающей способности оптических систем определяется дифракцией света. Важное для дальнейшего свойство изображений: оптические длины всех лучей от источника до изображения одинаковы, т. е. оптическая система не изменяет разности хода лучей. Если пучок световых лучей, исходящий из точки P, в результате искривлений, преломлений и отражений в неоднородной среде, сходится в точке Р’, то говорят, что P’ называется оптическим изображением Р. Изображение P’ называется действительным, если лучи действительно пересекаются в P’ Если в P’ пересекаются продолжения лучей, проведенных в направлении, обратном распространению света, P’ называется мнимым изображением: Изображением протяженного объекта называется множество изображений его точек.Изображения объектов могут быть прямыми и перевернутыми, увеличенными и уменьшенными, а также искаженными. Одна точка может иметь много (несколько) изображений. Основные оптические инструменты и их детали относятся к центрированным оптическим системам, состоящим из преломлющих и отражающих оптически однородных сред, отделенных друг от друга сферическими поверхностями, центры кривизны которых лежат на одной оси. Эта ось называется главной оптической осью системы. Четкие изображения в центрированных оптических системах получаются, как правило, в параксиальных пучках лучей (направленных под малым углом к главной оптической оси и пересекающих преломляющие поверхности на расстояниях, малых по сравнению с радиусами кривизны поверхностей).
		Изображение точечного источника в сферическом зеркале.
		Сферическое зеркало — зеркало, отражающая часть которого имеет сферическую форму. На рисунке изображено сечение AOB вогнутого сферического зеркала радиуса R; C — центр сферы. Средняя точка имеющейся части сферической поверхности называется полюсом зеркала O. Нормаль к зеркалу, проходящая через центр зеркала и через его полюс, называется главной оптической осью зеркала. Нормали к зеркалу, проведенные в других точках его поверхности и также, конечно, проходящие через центр зеркала C, носят название побочных оптических осей. Одна из них (MC)показана на рисунке. где R — радиус кривизны зеркала (R > 0 для выпуклого зеркала, R Точка S’ есть изображение точки S. При отражении в сферическом зеркале изображением точечного источника является снова точка.
		Фокус и фокусное расстояние сферического зеркала.
		Найдем положение фокуса F сферического зеркала, т.е. точки, в которой пересекуться после отражения в подобном зеркале лучи, параллельные его главной оси. Для получения параллельного пучка лучей источник нужно удалить весьма далеко, т. е. предположить, что 1/d = 0. В этом случае a = f есть фокусное расстояние зеркала. Для величины фокусного расстояния, пользуясь предидущей формулой находим: Соединяя формулы получаем: Все вышеизложенное хорошо применяется для узких параксиальных пучков лучей. В случае вогнутого зеркала фокус расположен на середине расстояния между полюсом и центром слева от полюса: В случае выпуклого зеркала фокус расположен на расстоянии R/2 справа от полюса, т.е. является мнимым:
		Построение изображения в сферическом зеркале.
		Так как отдельные точки протяженного предмета лежат вне главной оптической оси, то поставленная задача сводиться к построению изображения таких «внеосевых» точек. При построении изобржения любой точки источника нет надобности рассматривать много лучей. Для этого достаточно построить два луча; точка их пересечения определит местоположение изображения.
		теория    задачи    помощь

Иллюстрированный самоучитель по 3D Studio Max 6 › Освещение › Визуализация сцены [страница — 334] | Самоучители по 3D-графике

Визуализация сцены

Построчная визуализация обеспечивает на выходе изображение с высоким разрешением. Используя этот метод, можно получить наиболее точную визуализацию света и теней.

1. Откройте файл PracticeScene.max.
2. Щелкнув правой кнопкой мыши, выберите режим визуализации, если хотите установить другой режим вместо ActiveShade, который включается щелчком левой кнопкой. (По щелчку правой кнопкой мыши в окне визуализации открывается контекстное меню Active-Shade.)
3. Щелкните по кнопке Quick Render (Быстрая визуализация) в главной панели инструментов. Активное окно визуализируется с высоким разрешением в отдельном окне, которое называется окно визуализированного кадра (rendered frame window) – рис. 11.10. В диалоговом окне Rendering (Визуализация) отображается индикатор хода визуализации и другая информация (рис. 11.11).

   Рис. 11.10. Визуализация в окне визуализированного кадра

   Рис. 11.11. Диалоговое окно Rendering

4. Посмотрите на изображение (см. рис. 11.12) и закройте окно визуализированного кадра.

   Рис. 11.12. Изображение с высоким разрешением

Совет
Сохранить изображение можно, щелкнув мышью по значку Save Bitmap (Сохранить изображение) в верхнем левом углу виртуального буфера кадров. Вы можете выбрать имя и тип файла.
Выпадающее меню Render Type (Тип визуализации), которое открывается щелчком по кнопке позволяет визуализировать часть сцены. Используйте эту возможность для быстрой контрольной визуализации выделенной области или объекта.
Клавиатурная комбинация для вызова команды Quick Render – SHIFT + Q.

под Южным крестом / Хабр

В

прошлый раз

я рассказал, как при помощи радиотелескопа засечь Спутник-1 и ракету-носитель, и почему этого недостаточно для астрономии. А сегодня наши главные герои придумают, как сделать телескопы на порядки мощнее, отправятся искать чистого неба и познакомятся с тонкостями астрономии в Австралии. Добро пожаловать под кат.

По большому счету, принцип работы двойных телескопов – звездных интерферометров из первой части основан на трех простых идеях:

1. В маленький телескоп звезда кажется точкой, в большой – протяженным объектом. То же самое для двух телескопов с маленьким/большим расстоянием между ними.

2. Если менять расстояние между двумя телескопами, то рано или поздно изображение звезды из точечного станет протяженным. Из этого можно определить угловой размер звезды – один из важнейших астрономических параметров.

3. Как узнать, в какой момент изображение из точечного становится протяженным? Можно по интерференции: точечный объект дает четкую интерференцию, протяженный не дает никакой:

Первый и второй пункт просты и гениальны. А вот с третьим есть проблема. Интерференция всегда образуется двумя лучами, идущими по двум разным путям, и поэтому она жуть как чувствительна к длине этих путей. Турбулентности, да и просто легкого движения воздуха достаточно, чтобы свет приходил в телескопы то чуть раньше, то чуть позже. Из-за этого интерференционные полоски будут двигаться влево-вправо и в конце концов размоют всю картину.

Интерференция: хорошая (а), не очень хорошая (b), совсем плохая (с).

Вот бы придумать что-нибудь такое, чтобы отличать точечное изображение звезды от вытянутого! Хэнбери Браун встречается со вторым героем нашего рассказа, физиком-теоретиком Ричардом Твиссом. Вместе они обращают внимание на интенсивность излучения звезды – а точнее, на шум этого излучения.

Свет от звезды не постоянен, а немножко изменяется во времени. Дело здесь не в планетах и затмениях – любой источник света немного, да шумит. Если источник точечный, то с какой стороны на него ни смотри, шум будет одинаковым (точка она и есть точка, как ее ни крути). А вот для протяженного источника это не так: скажем, шум лампочки, если смотреть на нее слева и справа, немного отличается. То же самое верно для звезды.

Если оба телескопа видят одинаковые шумы – значит, звезда кажется точкой. Если шумы разные – значит, звезда кажется протяженной. Гениально! При этом не нужно никакой интерференции или другой чувствительной связи между телескопами; проблема с турбулентностью отпадает сама собой. Это значит, что их можно разнести на сотни метров друг от друга без каких-либо проблем! Наши главные герои собирают первый телескоп новой системы – интерферометр интенсивностей (к слову, дело было аж в 1952 году – еще до телескопа Ловелла).

Как узнать, видят два телескопа один и тот же шум или разный? Самая простая идея – вычесть сигнал одного телескопа из сигнала другого. На самом деле гораздо эффективнее следить не за

разностью

сигналов с двух телескопов, а за их

произведением

. Причем, не просто произведением, а его средним значением:

Треугольные скобки – это всего лишь усреднение по времени, то есть среднее значение, скрытое за шумами. I

₁

и I

₂

– интенсивности сигнала от двух телескопов. Они зашумлены, поэтому произведение их тоже зашумлено; но среднее значение определено вполне четко.

Чтобы было удобнее, эту величину делят на средние значения I₁ и I₂. То, что получилось, называется g⁽²⁾ или корреляционной функцией второго порядка:

Если звезда протяженная, то I

₁

и I

₂

приходят из разных ее точек, они независимы, и треугольные скобки можно раскрыть. Числитель и знаменатель дроби сравняются, и она станет единицей. То есть для протяженной звезды g

⁽²⁾

= 1. Это удобно и легко запомнить.

А что для точечной звезды? С какой стороны на нее не посмотри, и интенсивность, и шум будут одинаковыми. Значит, I₁ = I₂ и поэтому

Обычно эта величина больше единицы (в идеале она равна двум). Итак, чтобы измерить размер звезды при помощи двух телескопов, нужно вычислять g

⁽²⁾

, меняя расстояние между ними:

Когда g

⁽²⁾

начнет падать от двойки к единице, расстояние между телескопами будет определять угловой размер звезды через дифракционное соотношение. Вот и вся теория. Пора переходить к практике.

Лирическое отступление: почему корреляция второго порядка

Телескоп Хэнбери Брауна-Твисса измеряет корреляцию

интенсивностей

, а интенсивность волны – это квадрат ее

амплитуды

. А звездные интерферометры из

первой части

измеряют интерференцию (спасибо, Кэп!), которая задается

амплитудой

волны.

Поэтому обычная интерференция (она же g⁽¹⁾) – это корреляция первого порядка (первая степень амплитуды), а g⁽²⁾ – корреляция второго порядка (вторая степень амплитуды = интенсивность).

Отсюда же происходят названия интерферометр амплитуд (измеряющий g⁽¹⁾) и интерферометр интенсивностей (g⁽²⁾).

Итак, два радиотелескопа Хэнбери Брауна не были ничем связаны, и их можно было раздвигать не на десятки метров, а на километры. Один телескоп оставили в обсерватории, второй перевозили с одного поля на другое, подальше от первого. Опасения по поводу радиоисточников Лебедь А и Кассиопея А не оправдались – они оказались довольно крупными, и расстояния между телескопами в несколько километров было вполне достаточно, чтобы измерить их размеры.

После радиоинтерферометра Хэнбери Браун решает собрать новый двойной телескоп – на этот раз оптический. Под рукой оказываются старые военные прожекторы, идеально подходящие для этой цели. Теперь им предстоит не рассеивать свет, а собирать его, для чего лампы нужно заменить на фотоумножители:

Воодушевлённый предыдущим успехом, Хэнбери Браун задается амбициозной целью – измерить размер Сириуса, ярчайшей звезды на небе. Задача осложнялась тем, что Сириус (точнее, его яркая компонента Сириус А) – это небольшая звезда, сопоставимая по размерам с Солнцем. Но это были еще цветочки.

Совершенно внезапно

оказывается, что жизнь астронома-оптика в Британии не так уж и проста – климат не тот. А тут еще телескоп удалось собрать только осенью, поэтому измерения начали чудесной британской зимой: влажно, промозгло, ну и само собой облачно и

на Темзе

туман.

Зима в обсерватории Jodrell Bank.

К этому лишь остается добавить, что в Британии Сириус выше 20 градусов над горизонтом не поднимается в принципе! Астрономы измучились, потратили всю зиму, но каким-то чудом измерили четыре экспериментальных точки с огромными погрешностями и грубо прикинули размер звезды. Самое удивительное, что их результат отличается от современных данных меньше, чем на двадцать процентов.

Вкусив все прелести британской астрономии, Хэнбери Браун переезжает в безоблачную Австралию, где собирает новый оптический телескоп. Наверное, вас немного удивляет то, как быстро ему удавалось изготавливать новые телескопы. Дело в том, что от них не требовалось качественной картинки. Нужно просто большое зеркало, которое может собирать свет на фотоприемник; качество и аберрации этого зеркала совершенно неважны. Австралийские телескопы были очень похожи на современные спутниковые антенны: параболическая «тарелка» собиралась из 252 зеркал и фокусировала свет на фотоумножитель, закрепленный на конце длинной трубы:

За много лет некоторые зеркала пришлось убрать, но на качество это особо не влияло. Гораздо хуже обстояло дело с местной фауной. Сначала обсерваторию атаковали лягушки. Хэнбери Браун их ужасно не любил, поэтому Твисс выкидывал их из помещений щипцами для льда. После засухи лягушки пропали, но появились мыши, которые стали грызть кабеля. Но хуже всего были птицы: мелкие обожали летать навстречу своему отражению в зеркале до звонкого удара клювом; а крупные разноцветные попугаи с удовольствием висели вниз головой на кабелях, регулярно царапая и обгрызая их. Пришлось завести ястреба, который охранял телескопы от разнообразной живности.

Сами телескопы закрепили на двух железнодорожных платформах и поставили на круговые рельсы. Это позволило проводить измерения при двух перпендикулярных ориентациях телескопов и, таким образом, получать двумерную картинку. В частности, такой подход очень пригодился при изучении двойных звезд.

Посередине круга – центр управления, большое здание на переднем плане – гараж для телескопов, в нем же жил ястреб-охранник.

Телескоп в Наррабри произвел настоящий прорыв в астрономии. С его помощью удалось измерить угловые размеры десятков звезд, в том числе двойных. Это позволило дополнить диаграмму Герцшпрунга-Расселла, разобраться с эволюцией поздних звезд, увидеть звездные короны и узнать, что в них происходит… Интерферометрия интенсивностей заняла свое почетное место среди астрономических инструментов, ну а расцвет ее пришелся на новые радиотелескопы.

Можно ли разнести два телескопа еще дальше? Конечно! Да и зачем разносить, можно взять любые два радиотелескопа на Земле и заставить их работать в паре. Это называется интерферометрией со сверхдлинной базой. При этом телескопам не нужна связь в реальном времени: сигнал с них можно записать и потом обработать; главное, чтобы измерения проводились одновременно. Вместо изменения расстояния между ними изменяют задержку во времени – прямо как в звездных интерферометрах.

Принцип работы радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами.
Радиотелескопы на карте мира (далеко не все). Любая пара может образовать радиоинтерферометр.

Телескоп размером с диаметр Земли – кто бы мог подумать! Оказалось, и это не предел. Почему бы не запустить один телескоп в космос, а в пару ему поставить один из земных? Впервые это сделали на станции «Салют-6», объединив ее телескоп с гигантским РТ-70 под Евпаторией:

Из-за большого диаметра – аж 10 метров – телескоп решили закрепить на стыковочном узле, а после завершения работ просто отцепить и оттолкнуть подальше (нужно же куда-то пришвартовывать «Прогрессы»). Но телескоп решил иначе и умудрился зацепиться за корпус станции. Пришлось выходить в открытый космос. Как только космонавт Валерий Рюмин перерезал один из тросиков, которым зацепилась антенна, так она сразу же дернулась и полетела прямо на него. Пришлось уворачиваться. В общем, реальная жизнь космонавтов ни разу не уступает «Гравитации» :).

Ну а вершиной творения на сегодня является легендарный проект «Радиоастрон» с космическим телескопом «Спектр-Р». Он летит по эллиптической орбите с апогеем аж 340 тысяч километров – это значит, что эффективный диаметр телескопа примерно равен расстоянию от Земли до Луны! В качестве второго приемника выбирают один из наземных телескопов в зависимости от погоды и задач.

Успехи Радиоастрона за три года впечатляют: он сумел определил размеры множества квазаров, релятивистских джетов, пронаблюдать за поведением космических мазеров, обнаружить необычную структуру пульсаров… Про некоторые из результатов

хорошо рассказал Zelenyikot

. На сегодня Радиоастрон продолжает наблюдения, задачи для него расписаны надолго вперед, и я уверен, что он продолжить радовать нас новыми результатами.

Хэнбери Браун и Твисс совершили очередную научную революцию. Интерферометр интенсивностей – понятный, простой в наладке, невероятно эффективный – оказался мощнейшим инструментом в руках астрономов. Но в его работе оставалась пара непонятных моментов. Больше всего удивляло, почему g⁽²⁾ для сдвинутых телескопов равняется именно двум:

Считалось, что это как-то связано с шумом звезды, но как именно, было неясно. Осознавали наши герои или нет, но они стояли в одном шаге от совершенно нового мира –

квантовой оптики

.

Продолжение: часть 3.

Источники

M. Fox. Quantum optics: An Introduction – Oxford University Press, 2006.

R. Hanbury Brown. The Intensity Interferometer. Its Application to Astronomy. – London: Taylor & Francis, 1974.

R. Hanbury Brown. Boffin: A Personal Story of the Early Days of Radar, Radio Astronomy and Quantum Optics – Bristol: Adam Hilger, 1991.

Глазков Ю. Н., Колесников Ю.В. В открытом космосе. — М.: Педагогика, 1990.
2009 Workshop on Stellar Intensity Interferometry.
Obituary: Robert Hanbury Brown. Nature 416, 34 (2002).
P.G. Tuthill The Narrabri Stellar Intensity Interferometer: a 50th birthday tribute. Proc. of SPIE 91460C (2014).

Картинки: КДПВ, 1, 2, 4, 5, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14.

Волновая и геометрическая оптика

закон отражения света предположим что луч света а.б. падает под углом альфа но непрозрачную поверхность м.н. и отражается от нее под углом гамма тогда если пренебречь поглощением света поверхностью м.н. выполняется закон отражение света луч падающий луч отраженный всегда лежат в одной плоскости с перпендикуляром восстановленным в точке падения угол отражение гамма равен углу падения альфа следует помнить что угол падения альфа это угол между перпендикуляром и падающим лучом они уголки между этим лучом и поверхностью отражение света бывает двух видов зеркальное отражение если параллельный поток лучей 1234 после отражения остается параллельным лучи один штрих 2 штрих 3 штрих 4 штрих это от сражения имеет место в том случае если размер неровностей поверхности меньше длины световой волны диффузное отражение или рассеянное имеет место в случае если размеры неровностей поверхности превышает длину световой волны построение изображений в плоском зеркале пример 1 пусть точечный источник света с находится на расстоянии аж от зеркала м. н. луч один подающий перпендикулярно зеркалу отразившись от него распространяется в прямо противоположном направлении луч один штрих луч 2 подающий под некоторым углом альфа отражается под углом гамма причем альфа равно гамма-лучи 2 штрих очевидно что отраженные лучи один штрих и два штриха сами не пересекаются пересекаются их продолжение в точке с штрих следовательно с штрих мнимое изображение точки с причем расстояние h штрих от изображения до зеркала равно расстоянию аж от зеркала до источника очевидно что продолжение любого другого луча 3 штрих попадает в ту же точку с штрих таким образом если наблюдатель о видит отраженный от зеркала поток лучей 2 штрих и 3 штрих то ему кажется что изображение находится в точке с штрих пример 2 если предмет а b имеет протяженный размер d то пересечении продолжение лучей 3 штрих 4 штрих и один штрих 2 штрих дают его мнимое изображение h4 b-штрих такого же размера d штрих таким образом плоское зеркало дает мне мая прямое не перевернутое изображение в натуральную величину расположенное на таком же расстоянии за зеркалом что и сам предмет закон преломления света предположим что луч абэ падает на границу раздела двух прозрачных сред м. н. если не принимать во внимание эффект отражения то при переходе луча из первой среды во вторую произойдет преломления света то есть изменение направления преломленного луча при этом выполняется закон преломления луч падающий луч преломлений всегда лежат в одной плоскости с перпендикуляром восстановленным в точке падения отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и называется относительным показателем преломления второй среды относительно 1 эта величина имеет глубокий физический смысл относительный показатель преломления равен отношению скоростей света в данных средах предположим что внешней средой является вакуум тогда показатель преломления 1 среды относительно вакуума называется и и абсолютным показателем преломления n 1 а показатель преломления второй среды относительно вакуума соответственно называется абсолютным показателем преломления n 2 2 среды тогда относительный показатель преломления n 2 1 2 среды относительно 1 равен отношению их абсолютных показателей примечание абсолютный показатель преломления вакуума абсолютный показатель преломления воздуха то есть эти показатели приблизительно равны линзы основные понятия линза это прозрачное тело ограничено и криволинейными поверхностями простейшая линза сферическая виды линз собирающие 123 посередине толще чем по краям а условное обозначение рассеивающие 456 посередине тоньше чем по краям б условное обозначение ход лучей в собирающей линзе определим основные понятия оптический центр линзы . проходя через которую луч не изменяет своего направления . а главная оптическая ось прямая проходящие через центры сферических поверхностей ограничивающих линзу прямая u1 u2 побочная оптическая ось любая другая прямая проходящая через оптический центр например прямая m n фокус линзы . f большое точка пересечения преломленных линзой лучей лучи один штрих едва штрих падающих параллельно главной оптической оси у собирающие линзы два действительных фокуса фокальная плоскость плоскость м.н. плоскость проходящие через фокус линзы перпендикулярно главной оптической оси любые параллельные лучи лучи 3 и 4 после преломления линзой пересекаются в точке . а лежащий в фокальной плоскости ход лучей в рассеивающей линзе изобразим условно рассеивающую линзу и и главную оптическую ось u1 u2 и оптический центр о луч один прошедший оптический центр не изменяет своего направления можно считать что он не преломляется так же как и в случае с линзой собирающий лучи 2 и 3 после преломлений линзой не пересекаются но пересекаются их продолжение в точке f большое мнимом фокусе луч 1 и продолжение параллельного ему лучше а4 пересекутся в точке а лежащий в фокальной плоскости м. н. построение изображений в линзах рассмотрим несколько примеров на построение изображений собирающей линзе пример 1 построить изображение точки с лежащей на главной оптической оси проведем дополнительные построения начертим произвольный луч проходящий через оптический центр луч один проведем через данную точку с луч 2 параллельные лучи один после прохождения линзы лучи один штрих едва штрих пересекутся в точке а лежащий фокальной плоскости м.н. преломленный луч 2 штрих пересекает главную оптическую ось u1 u2 в точке с штрих которая является изображением точки с пример 2 построить изображение произвольно взятой точки с из точки с проведем луч 1 через левый фокус f большое после прохождения линзы преломлений луч один штрих пройдет параллельно главной оптической оси u1 u2 из точки с проведем луч два параллельно главной оптической оси а1 а2 после преломления в линзе преломленный луч 2 штрих пройдет через правый фокус f большое линзы пересечении преломленных лучей один штрих и два штриха дает точку с штрих которая является изображением точки с основываясь на этих принципах рассмотрим различные случаи построение изображений протяженного предмета а. б. в зависимости от его расположения относительно линзы и ее фокусов во всех дальнейших рассуждениях д расстояние от линзы до предмета f большое фокусное расстояние то есть расстояние от оптического центра линзы до точки фокуса f большое первый случай d больше 2f большое изображение а штрих b-штрих получается действительным уменьшенным перевернутым второй случай d равно 2f большое изображение а штрих b-штрих действительно я перевернутая в натуральную величину третий случай d больше f но меньше 2f изображение а штрих b-штрих действительно я перевернутая увеличенная четвертый случай d равно f большое лучи один штрих едва штрих параллельны следовательно не пересекаются а это значит что изображение отсутствует пятый случай д меньше f большое поскольку изображение а штрих b-штрих получается пересечением не самих лучей один штрих и два штриха а их продолжений то она является мнимым прямым увеличенным таким образом собирающая линза может дать изображение как действительно так и мнимая как прямое так и перевернутая как увеличенная так и уменьшенная а также в натуральную величину аналогичным образом строится изображение которое дает рассеивающая линза однако она позволяет получать только мнимые изображения рассмотрим пример изображение а штрих b-штрих мнимая прямое уменьшенное формула тонкой линзы рассмотрим один из случаев получения изображения с помощью собирающей линзы введем обозначения д расстояние от предмета до линзы f малое расстояние от линзы до изображения f большое фокусное расстояние h малая линейный размер предмета аж большое линейный размер изображения если винза тонкое то есть максимальная ее толщина значительно меньше ее радиусов кривизны то величины д-ф малая и f большое связаны формулой тонкой линзы формула записано в общем виде знаки плюс и минус выбираются исходя из следующих соображений слева знак + берется для собирающие линзы и знак минус если линза рассеивающая второе слагаемое в правой части берется со знаком плюс если изображение действительно и и со знаком минус если мнимая первое слагаемое в правой части берут со знаком плюс если предмет действительный и со знаком минус если предмет мнимой поясним последний факт пусть на линзу падает сходящийся поток лучей 1 и 2 построим дальнейший ход этих лучей для этого проведем дополнительный луч 3 параллельно лучу 1 который не преломляясь через оптический центр о пересекает фокальную плоскость м. н. в точке а следовательно луч один штрих пройдет через эту же точку и пересечет главную оптическую ось u1 u2 в точке с штрих таким образом . с штрих это действительное изображение источника света с в то время как сам источник с является мнимом поскольку получается пересечением не самих лучей 1 и 2 а их продолжений возвращаясь к первому рисунку отметим что отношение называется линейным увеличением линзы нетрудно увидеть что линейное увеличение можно найти также через отношения ф.д. интерференция света рассмотрим отражение света от тонкой пленки легкой прозрачной жидкости на поверхности воды например капля масла расплывается на воде образуя тончайшую пленку пусть из воздуха с показателем преломления n 1 на пленку с показателем преломления n 2 падает свет луч 1 с длиной волны лямбда отраженных волн будет 2 от верхней поверхности пленки луч один два штриха и от нижней поверхности пленки луч один штрих при этом если толщина пленки аж малая равна половине длины волны отраженные волны совпадают по фазе и будут усиливать друг друга дифракция света дифракцией называется явление нарушение целостности фронта волны вызванное резкими неоднородностями среды это явление свойственно всем волновым процессом случае со световыми волнами дифракция проявляется в нарушении прямолинейности распространения света и проникновение его в область геометрической тени рассмотрим пример поясняющий этот факт точечным источником с освещают плоский диск диаметром d и диск является препятствием нарушающим целостность фронта падающий на него световой волны каждая точка на периферии диска например точки a и b нравится источниками вторичных волн если размер диска d сравним с длиной волны линда то на экране будет наблюдаться устойчивая интерференционная картина представляющая собой чередование светлых и темных колец в точках максимума и минимума соответственно если источник с излучает монохроматический свет фракционная решетка для наблюдения дифракционных явлений часто используется дифракционная решетка представляющая собой совокупность большого числа щелей в непрозрачном экране имеющих одинаковую ширину а и расположенных на одинаковом расстоянии б друг от друга сум а и b называется периодом решетки и обозначается д энтин ность света за решеткой дифракционная картина образующиеся при прохождении света через решетку состоит из узких светлых полос называем их главными максимумами разделенных темными промежутками минимумами положение главных максимумов определяется формулой дифракционной решетки где fi угол дифракции к порядок максимума k равен нулю единицы два и так далее если решетка освещается белым светом тут центральный максимум k равен нулю остается белым а все остальные максимум и имеют радужную окраску и называются дифракционные спектрами при чем ближе к центральному максимуму находится фиолетовый край спектра а дальше от него красный так как длина волны фиолетового цвета меньшей длиной волны красного цвета то и углы дифракции этих цветов соотносятся также дование цветов в спектре красный оранжевый желтый зеленый голубой синий фиолетовый

Преломление и лучевая модель света

Одним из основных принципов, обсуждаемых в разделах 13 и 14 учебного курса по физике, является принцип прямой видимости:

Чтобы увидеть объект, вы должны навести его на этот объект вдоль линии; и когда вы это сделаете, свет будет попадать от этого объекта к вашему глазу по линии взгляда.

Этот принцип сочетается с правилами отражения и преломления, чтобы объяснить, как формируется изображение и каковы будут характеристики таких изображений.

Формирование плоского зеркального изображения

В Уроке с плоским зеркалом Модуля 13 было упомянуто, что изображение формируется плоским зеркалом, когда свет исходит от объекта во множестве направлений. Часть этого света достигает зеркала и отражается от зеркала по закону отражения. Каждый из этих лучей света может быть направлен назад за зеркало, где все они будут пересекаться в одной точке (точке изображения).Любой человек, который находится на линии одного из этих отраженных лучей, может увидеть вдоль линии и рассмотреть изображение — представление объекта. Таким образом, изображение , местоположение — это место в пространстве, откуда кажется, что исходит весь отраженный свет. Поскольку кажется, что свет от объекта расходится из этого места, человек, который смотрит вдоль линии в этом месте, увидит копию или подобие реального объекта. В случае плоских зеркал изображение называется виртуальным изображением .Виртуальные изображения — это изображения, которые формируются в местах, куда свет не проникает. Свет фактически не проходит через место по другую сторону плоского зеркала; это только кажется наблюдателю, как будто свет исходит с этой позиции.

Формирование криволинейного зеркального изображения

Мы также видели, как изображения создаются за счет отражения света от изогнутых зеркал. Предположим, что перед вогнутым зеркалом установлена ​​лампочка; лампочка будет излучать свет в разных направлениях, некоторые из которых будут попадать в зеркало.Каждый отдельный луч света будет отражаться по закону отражения. Отражаясь, свет сойдется в одной точке. В точке, где сходится свет от объекта, создается копия или подобие реального объекта; эта копия известна как изображение. Как только отраженные световые лучи достигают места нахождения изображения, они начинают расходиться. Точка, в которой сходятся все отраженные световые лучи, называется точкой изображения. Это не только точка, где сходятся световые лучи, но и точка, откуда наблюдателю кажется, что отраженные световые лучи исходят.Независимо от местоположения наблюдателя, он увидит луч света, проходящий через место реального изображения. Для просмотра изображения наблюдатель должен совместить свой взгляд с местом нахождения изображения, чтобы увидеть изображение через отраженный световой луч. На схеме ниже показано несколько лучей от объекта, отражающихся от зеркала и сходящихся в месте расположения изображения. Затем отраженные световые лучи начинают расходиться, и каждый из них может помочь человеку в просмотре изображения объекта.

Для плоских зеркал формируются виртуальные изображения. Свет фактически не проходит через место виртуального изображения; это только кажется наблюдателю, как будто свет исходит из местоположения виртуального изображения. Изображение, сформированное этим вогнутым зеркалом, представляет собой реальное изображение . Когда реальное изображение сформировано, наблюдателю все равно кажется, что свет расходится от места реального изображения. Только в случае реального изображения свет действительно проходит через место нахождения изображения.

Формирование изображения сходящейся линзы

Конвергентные линзы могут создавать как реальные, так и виртуальные изображения, в то время как расходящиеся линзы могут создавать только виртуальные изображения. Процесс формирования изображений для линз такой же, как и процесс формирования изображений для плоских и изогнутых зеркал. Изображения формируются в местах, где любой наблюдатель видит изображение объекта через линзу. Таким образом, если проследить путь нескольких световых лучей через линзу, каждый из этих световых лучей будет пересекаться в точке при преломлении через линзу.Каждый наблюдатель должен смотреть в направлении этой точки, чтобы увидеть изображение объекта. В то время как разные наблюдатели будут смотреть по разным линиям зрения, каждая линия обзора пересекается в месте расположения изображения. На схеме ниже показано несколько падающих лучей, исходящих от объекта — лампочки. Три из этих падающих лучей соответствуют трем нашим стратегическим и предсказуемым световым лучам. Каждый падающий луч преломляется через линзу и обнаруживается другим наблюдателем (представленным глазами).Место пересечения преломленных лучей и есть местоположение изображения.

В этом случае изображение является реальным, поскольку световые лучи фактически проходят через местоположение изображения. Каждому наблюдателю кажется, что из этого места идет свет.

Формирование изображения расходящейся линзы

Расходящиеся линзы создают виртуальные изображения, поскольку преломленные лучи на самом деле не сходятся в одну точку.В случае расходящейся линзы местоположение изображения находится на стороне объекта линзы, где преломленные лучи пересекались бы, если бы они были продлены назад. Каждый наблюдатель будет смотреть вдоль линии в направлении этого местоположения изображения, чтобы увидеть изображение объекта. Когда наблюдатель смотрит вдоль этого луча зрения, преломленный луч попадет в глаз наблюдателя. Этот преломленный луч исходит от объекта и преломляется через линзу. На схеме ниже показано несколько падающих лучей, исходящих от объекта — лампочки.Три из этих падающих лучей соответствуют трем нашим стратегическим и предсказуемым световым лучам. Каждый падающий луч преломляется через линзу и обнаруживается другим наблюдателем (представленным глазами). Место пересечения преломленных лучей и есть местоположение изображения. Поскольку преломленные световые лучи на самом деле не существуют в месте нахождения изображения, изображение называется виртуальным. Наблюдателю могло показаться, что свет идет из этого места в глаз наблюдателя.

Изображения объектов, не занимающих единой точки

Вышеупомянутое обсуждение относится к формированию изображения «точечным объектом» — в данном случае маленькой лампочкой. Те же принципы применимы к объектам, которые занимают более одной точки в пространстве. Например, человек занимает в пространстве множество точек. Когда вы смотрите на человека через линзу, свет исходит из каждой отдельной точки этого человека во всех направлениях.Часть этого света достигает линзы и преломляется. Весь свет, исходящий из одной точки на объекте, преломляется и пересекается в одной точке изображения. Это верно для всех точек на объекте; свет из каждой точки пересекается, чтобы создать изображение этой точки. В результате создается копия или подобие объекта, когда мы смотрим на объект через линзу. Эта копия или подобие является изображением этого объекта. Это показано на диаграмме ниже.

Теперь, когда мы обсудили, как формируется изображение, мы обратим наше внимание на использование лучевых диаграмм для прогнозирования местоположения и характеристик изображений, сформированных с помощью сходящихся и расходящихся линз.

Мы хотели бы предложить …

Зачем просто читать об этом и когда можно с этим взаимодействовать? Взаимодействие — это именно то, что вы делаете, когда используете одну из интерактивных функций The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного приложения Optics Bench Interactive. Вы можете найти это в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Optics Bench Interactive предоставляет учащимся интерактивную среду для изучения формирования изображений с помощью линз и зеркал.Это как если бы у вас на экране был полный набор инструментов для оптики.

Свет, тени и отражения — Практические материалы для изучения

1. ВВЕДЕНИЕ
Если мы войдем в темную комнату, присутствующие там предметы не будут видны. Однако если включить лампочку, все в комнате станет видно. Это показывает, что для зрения необходимо присутствие света.
Определение света: Это невидимая энергия, которая вызывает у нас ощущение зрения (зрения). Поскольку свет получается из тепловой энергии, то есть когда объект нагревается до температуры выше [500 0C, мы можем сказать, что свет — это своего рода энергия].
Следует иметь в виду, что световая энергия делает окружающие предметы видимыми, но сама по себе это невидимая энергия.
Пример: Если мы видим цветной плакат, значит, мы видим только плакат, а не отраженные от него цветные огни.Потому что свет невидим. Различные цвета, отраженные от плаката, возбуждают сетчатку глаза, которая, в свою очередь, посылает сигнал в мозг. Это мозг, наконец, различает цвета плаката. Таким образом, мы можем сделать вывод, что свет — это невидимая энергия, которая вызывает у нас ощущение зрения.
Источники света: Солнце — основной источник света для человечества. В дополнение к нему зажженная лампочка, люминесцентная лампа, зажженная свеча, керосиновая масляная лампа и т. Д., другие источники света.
Скорость света: Свет распространяется с очень высокой скоростью, то есть 3 × 108 м / с. Это означает, что скорость света составляет 300000000 м / с или 300000 км / с.
Светящиеся тела: Светящиеся тела называются светящимися телами. Примеры: Солнце, звезды, светящийся червь и т. Д.
Несветящиеся тела: Тела, которые сами по себе не дают световой энергии, но отражают падающую на них световую энергию, называются несветящимися телами.Примеры: луна, дерево, мебель и т. Д.

2. УСЛОВИЯ, КАСАЮЩИЕСЯ СВЕТА
1. Оптическая среда: Любой материал (или) нематериал, через который световая энергия проходит полностью (или) частично, называется оптической средой.
Примеры: Вакуум, воздух, вода, стекло и т. д.
2. Однородная среда: Оптическая среда, имеющая однородный состав во всем, называется гомогенной средой.
Примеры: Вакуум, алмаз, дистиллированная вода, чистый спирт и т. Д.
3. Гетерогенная среда: Оптическая среда, имеющая разный состав в разных точках, называется гетерогенной средой.
Примеры: Воздух, мутная вода, туман, туман, облака, дым и т. Д.
4. Прозрачная среда: Среда, через которую проходит большая часть световой энергии, называется прозрачной средой.
Примеры: Вакуум, стекло, чистый воздух, спирт, бензол и т. Д.
5. Прозрачная среда: Среда, которая частично позволяет световой энергии проходить через нее, называется полупрозрачной средой.
Примеры: промасленная бумага, папиросная бумага, матовое стекло, масляная бумага и т. Д.
6. Непрозрачные тела: Тела, которые не позволяют световой энергии проходить через них, называются непрозрачными телами.
Примеры: Кирпичи, дерево, металлы и т. Д.
7. Точечный источник света: Источник света размером с булавочную головку называется точечным источником света.
Пример: Точечное отверстие действует как точечный источник света.
8. Расширенный источник света: Любой источник света, который больше, чем точечный источник света, называется расширенным источником света.
Примеры: Лампа, трубка, горящая свеча и т. Д.
9. Луч света: Путь, по которому световая энергия движется в заданном направлении, называется лучом света.

10. Луч света: Совокупность лучей света называется лучом света.

11. Параллельный луч: Когда лучи света проходят параллельно друг другу, то совокупность таких лучей называется параллельным лучом.

12. Расходящийся луч: Когда лучи света, исходящие из точки, распространяются в различных направлениях, то совокупность таких лучей называется расходящимся лучом.

Пример: Лучи, исходящие от лампочки, горящей свечи или фары автомобиля, составляют расходящийся луч.
Примечание: Точечный источник излучает расходящийся луч света.
13. Сходящийся луч: Когда лучи света, идущие с разных направлений, встречаются в одной точке, совокупность таких лучей называется сходящимся лучом.

Пример: Если параллельный луч проходит через выпуклую линзу, то он встречается в точке.Этот вид совокупности лучей называется сходящимся лучом света.

3. ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА
Свет распространяется по прямой линии, пока он распространяется в той же среде. Мы можем наблюдать, как свет распространяется по полосатой линии, когда мы наблюдаем луч автомобильной фары в туманную ночь или луч фонаря, попадающий в задымленную комнату. Мы также можем провести эксперимент, чтобы продемонстрировать, что свет распространяется по прямой линии.
Эксперимент 1
Цель: показать, что свет распространяется по прямой линии
Вспомогательные средства: три квадратных картонных листа одинакового размера, пластилин подходящих подставок, свеча, вязальная спица, железный гвоздь.
Метод:
1. Возьмите три картонных квадрата одинакового размера. Найдите центр каждого куска картона, нарисовав диагонали.
2. С помощью гвоздя проделайте отверстие в центре каждого картона.
3. Теперь закрепите три картона на пластилине или на подставках так, чтобы они оставались вертикальными.
4. Расположите три картона A, B и C один за другим так, чтобы их центры находились на одной горизонтальной линии. Вы можете продеть вязальную спицу в отверстия, чтобы убедиться, что они находятся на прямой линии.
5. Теперь поместите горящую свечу перед доской C и посмотрите через отверстие на доске A. Пламя будет хорошо видно. Это показывает, что свет движется по прямой линии. Теперь немного сдвиньте доску B и снова посмотрите в отверстие на доске A. Вы не сможете увидеть пламя. Это показывает, что свет не движется зигзагообразно.
Вывод: свет распространяется по прямой. Это свойство света называется прямолинейным распространением света.

4.КАМЕРА С ОТВЕРСТИЕМ С ПИН-ОТВЕРСТИЕМ
1. Принцип: Он основан на принципе прямолинейного распространения света.
2. Конструкция:
(a) Он состоит из прямоугольной картонной коробки, одна сторона которой сделана из матового стеклянного экрана.
(b) На стороне, противоположной матовому стеклу, в середине имеется отверстие размером с головку булавки.
(c) Ящик затемнен изнутри, чтобы поглощать любые лучи света, прямо или косвенно падающие на его стенки.
3.Рабочий: Рассмотрим объект AB перед камерой с отверстием для булавки. Лучи света, исходящие из разных точек объекта, распространяются во всех направлениях. Луч света, исходящий из точки A и проходящий вдоль AH, проходя через отверстие для штифта, падает на экран в точке A1.

Точно так же луч света, начинающийся из точки B вдоль BH, проходя через отверстие для штифта, попадает на экран в точке B1. Таким образом, лучи света, начинающиеся между точками A и B, будут попадать на экран между точками A1 и B1, тем самым формируя небольшое уменьшенное изображение объекта AB.
4. Тип изображения, сформированного камерой с точечным отверстием:
Изображение, сформированное с ее помощью, является реальным и перевернутым изображением. Размер изображения зависит от положения объекта.

5. Факторы, влияющие на размер изображения, сформированного камерой с точечным отверстием:
(a) Размер изображения уменьшается по мере увеличения расстояния до объекта.
(b) Размер изображения увеличивается с увеличением расстояния до изображения.
6. Увеличение изображения: Соотношение между высотой изображения и высотой объекта называется увеличением.Он представляет, сколько раз изображение увеличивалось (или уменьшалось) по отношению к размеру объекта.
Увеличение = Размер изображения Размер объекта = A‘B‘AB

7. Преимущества камеры с точечным отверстием
1. Она не требует линз и, следовательно, изображение полностью лишено дефектов линз.
2. Он может делать очень резкие снимки неподвижных объектов.
3. Он дешев, прост в сборке и эксплуатации.
8. Недостатки точечной камеры
1.Время выдержки слишком велико и неопределенно. Таким образом, конечное изображение оказывается либо переэкспонированным, либо недоэкспонированным.
2. Он не может снимать движущиеся объекты.
3. Он громоздкий и сложный в эксплуатации.
4. Если отверстие для штифта становится шире, окончательное изображение становится размытым.

5. ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА
Когда луч света падает на поверхность, его часть возвращается обратно в ту же среду. Часть света, которая возвращается обратно в ту же среду, называется отраженным светом.
Оставшаяся часть света поглощается, если поверхность, на которую падает падающий свет, непрозрачна, или частично пропускается и частично поглощается, если поверхность прозрачная.
Отражение: Возвращение света в ту же среду после попадания на поверхность называется отражением.
Отражение света — это процесс, который позволяет нам видеть различные объекты вокруг нас. Светящиеся тела видны непосредственно, но несветящиеся объекты видны только потому, что они отражают падающий на них свет, который, попадая в наши глаза, делает их видимыми.

Примечание: В случае плоского зеркала возможно отражение. Плоское зеркало представляет собой плоскую стеклянную пластину, посеребренную с одной стороны. Тогда другая поверхность является отражающей поверхностью плоского зеркала.
Типы отражений
(а) Регулярное отражение
Явление, из-за которого параллельный луч света, проходящий через определенную среду, ударяясь о гладкую полированную поверхность, отражается от нее, как параллельный луч, в какой-то другой. направление называется регулярным отражением.
Регулярное отражение происходит от таких объектов, как зеркало, стоячая вода, масло, полированные металлы и т. Д.
Регулярное отражение полезно при формировании изображений, например, мы можем видеть свое лицо в зеркале только из-за регулярного отражения . Однако он вызывает очень сильное сияние в наших глазах.

(b) Неправильное отражение или диффузное отражение:
Явление, из-за которого параллельный луч света, проходя через некоторую среду, отражается в различных возможных направлениях при попадании на какую-либо шероховатую поверхность, называется нерегулярным отражением или диффузным отражением.
Отражение, происходящее от земли; стены; деревья; взвешенные частицы в воздухе; и множество других объектов, которые не очень гладкие, имеют неправильное отражение.
Неравномерное отражение помогает распространять световую энергию на обширную территорию, а также снижает ее интенсивность. Таким образом, он помогает в общем освещении мест и помогает нам видеть вещи вокруг нас.

6. ОБЩИЕ УСЛОВИЯ ОТРАЖЕНИЯ
(a) Зеркало: Гладкая полированная поверхность, от которой может происходить регулярное отражение, называется зеркалом.ММ | зеркало, как показано на рисунке.
(b) Падающий луч: Луч света, который движется к зеркалу, называется падающим лучом. AB — падающий луч на рисунке.
(c) Точка падения: Точка на зеркале, куда падает падающий луч, называется точкой падения. «B» — это точка падения на рисунке.
(d) Отраженный луч: Луч света, который отражается от поверхности зеркала, называется отраженным лучом. BC — это отраженный луч на рисунке.
(e) Нормаль: Перпендикуляр, проведенный в точке падения к поверхности зеркала, называется нормальным. BN — нормаль на рисунке.
(f) Угол падения: Угол между падающим лучом и нормалью называется углом падения. ∠ABN — угол падения на рисунке.
(g) Угол отражения: Угол между отраженным лучом и нормалью называется углом отражения. ∠CBN — угол отражения на рисунке.
(h) Угол падения взгляда: Угол, под которым падающий луч образует с зеркалом, называется углом падения взгляда. ∠MBA — угол падения взгляда на рисунке.
(i) Угол отражения взгляда: Угол, под которым отраженный луч образует с зеркалом, называется углом отражения взгляда. ∠M’BC — угол отражения взгляда на рисунке.

7. ЗАКОНЫ ОТРАЖЕНИЯ
1. Падающий луч, отраженный луч и нормаль лежат в одной плоскости в точке падения.
2. Угол падения всегда равен углу отражения.
Формула для угла отклонения из-за отражения
На рисунке угол падения = i; Угол отклонения = d

Рассмотрим прямую AOC, i + r + d = 180 °
, т.е. сумма угла падения, угла отражения и угла отклонения составляет 180 °.
⇒ d = 180 — (i + r) = 180 — (i + i) (∴i = r)
∴ d = 180 — 2i
Следовательно, для угла падения i угол отклонения равен 180 — 2i = π – 2i
Примечание: Отклонение, создаваемое n отражениями от двух плоских зеркал, наклоненных под углом θ, равно D = n (180 — θ) = 360 — 2θ, если n = 2, где n — четное .

8. ИЗОБРАЖЕНИЕ
Когда лучи света, расходящиеся от точки объекта, после отражения или преломления, либо фактически встречаются в какой-то другой точке, либо, кажется, встречаются в какой-то другой точке, тогда эта точка называется изображением этого объекта. .
Типы изображений
a) Виртуальное изображение: Когда лучи света, расходящиеся от одной точки, после отражения или преломления кажутся расходящимися от другой точки, тогда сформированное таким образом изображение называется виртуальным изображением.

На рисунке изображение «I» объекта «O» является виртуальным изображением. Луч света, расходящийся между OA и OB, после отражения далее расходится вдоль AC и BD соответственно.
Однако, когда эти расходящиеся лучи света достигают глаза, то для глаза кажется, что они расходятся от точки «I». Таким образом, я — виртуальный образ объекта «О».
Пример: Изображение нашего лица в плоском зеркале. Виртуальные образы не могут быть сформированы на экране.
Виртуальные образы всегда располагаются вертикально.w.r.t объект Путь лучей, образующих виртуальное изображение, показан пунктирными линиями.
b) Реальное изображение: Когда лучи света, расходящиеся от точки объекта, после отражения или преломления фактически сходятся в какой-то другой точке, тогда эта точка является реальным изображением этого объекта.
На рисунке луч света, расходящийся из точки A, после отражения от вогнутого зеркала фактически сходится в точке A1. Таким образом, A1 — это реальное изображение точки A.

Пример: Движущиеся и неподвижные изображения, проецируемые на экран в кинозале, являются реальными изображениями.
Реальные изображения всегда перевернуты (вверх ногами) относительно объекта. Реальные изображения и траектория образующих их лучей показаны сплошными линиями.
РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ РЕАЛЬНЫМ И ВИРТУАЛЬНЫМ ИЗОБРАЖЕНИЕМ

Характеристики изображения, сформированного плоским зеркалом
1. Изображение формируется за зеркалом и имеет тот же размер, что и объект
2. Изображение перевернуто вбок.
3.Изображение находится за зеркалом настолько далеко, насколько объект находится перед ним.
4. Образ виртуальный. Его нельзя получить на экране.
5. Изображение возведено относительно объекта

9. ТЕНИ
Мы знаем, что световые лучи движутся по прямым линиям. Таким образом, если непрозрачное тело находится на пути световых лучей, за непрозрачным телом образуется темное пятно.
Темное пятно, образующееся сзади на непрозрачном теле, когда непрозрачное тело находится на пути света, называется тенью.
Тень состоит из двух частей.
1. Умбра: Область полной темноты, образованная за непрозрачным телом, называется тенью. В эту область не проникают лучи света.
2. Полутень: Область частичной темноты, образующаяся за непрозрачным телом, называется полутенью. Некоторые лучи света всегда достигают этой области и частично освещают ее.
Условия образования тени
1. Должен быть источник света.
2. Должен быть непрозрачный объект, препятствующий прохождению света.
3. Для получения тени должен быть экран.
Характеристики тени
Когда непрозрачный объект помещается между точечным источником света и экраном, формируется тень
1. Равномерно темная
2. Резкая по краям и
3. Имеет ту же форму, что и объект .
Когда непрозрачный объект размером больше источника света помещается между источником света и экраном, образуются два пятна; тень и полутень.
Формирование тени точечным источником света
Когда непрозрачный объект помещается между точечным источником света и экраном, формируется тень
(i) равномерно темная
(ii) резкая по краям и
(iii) ) Той же формы, что и объект.

Характеристики тени
(i) Формируется только тень.
(ii) Размер тени увеличивается, если расстояние экрана от непрозрачного тела увеличивается, и наоборот.
(iii) Размер тени увеличивается, если расстояние точечного источника света от непрозрачного тела уменьшается, и наоборот.
Формирование тени расширенным источником света
Электрическая лампочка, горящая свеча и т. Д. Являются примерами светящихся тел, действующих как протяженный источник света.Расширенный источник состоит из большого количества точечных источников. В случае протяженного источника света могут быть следующие две ситуации.
(i) Когда протяженный источник света меньше по размеру, чем непрозрачное тело.
(ii) Когда протяженный источник света больше по размеру, чем непрозрачное тело.
(a) Когда расширенный источник меньше непрозрачного тела:
Когда непрозрачный объект, больший, чем источник света, помещается между источником света и экраном (позиция A), образуются два пятна

(i) Внутреннее пятно полностью темное, так как оно не светится.Этот регион называется умбра.
(ii) Внешнее пятно не совсем темное, так как оно пропускает свет. Этот более светлый участок тени называется полутенью.
Если экран отодвигается от объекта (положение B), тени и полутень увеличиваются в размере.
Характеристики тени
(i) Образуются как тень, так и полутень. Однако размер тени очень велик по сравнению с полутенью.
(ii) Если экран отодвигается от непрозрачного тела, тени и полутень увеличиваются, и наоборот.
(iii) Если источник света перемещается в сторону непрозрачного тела, тени и полутень увеличиваются, и наоборот.
(b) Когда расширенный источник больше, чем непрозрачное тело:
Когда непрозрачный объект, размер которого меньше источника света, помещается между источником света и экраном (положение A), образуются тень и полутень.

Умбра очень маленькая. Если экран отодвигается от объекта и от источника света (положение B), размер тени становится все меньше и меньше.Через некоторое время тень полностью исчезает.
Характеристики тени
(i) Образуются как тень, так и полутень. Однако размер тени меньше, чем полутени.
(ii) Если источник света перемещается в сторону непрозрачного тела, полутень увеличивается, но тень уменьшается.
(iii) Если экран отодвигается от непрозрачного тела, полутень увеличивается, а тень уменьшается, пока не наступит стадия, когда тень не образуется.
Примечание: Мы не можем видеть тень или воздушный змей птицы, летящей высоко в воздухе, потому что тень отсутствует, а полутень слишком велика и слишком тусклая, чтобы быть видимой.

Затмения
Затмения — это примеры образования теней во Вселенной. Земля и Луна — непрозрачные, несветящиеся тела, а Солнце — светящееся тело. Земля и Луна отбрасывают свои тени, что приводит к явлениям затмений. Иногда солнце, земля и луна составляют прямую линию. Объект между ними отбрасывает тень и вызывает затмение. Есть два типа затмений: лунное и солнечное.
Лунное затмение
Лунное затмение происходит, когда Солнце, Земля и Луна находятся на прямой линии, а Земля находится между Солнцем и Луной. Тень земли отбрасывается на луну. Если Луна находится в конусе тени земли, она не будет видна, потому что Луна не светится и, поскольку она не получает никакого света от Солнца, она не отражает никакого света. Это называется полным лунным затмением.

Если Луна немного отклонена от линии, она не будет полностью находиться в конусе тени Земли. Затем он получает свет от солнца, который отражается на землю и становится частично видимым. Это называется частичным лунным затмением.
Лунное затмение может произойти только в день полнолуния.
Солнечное затмение
Солнечное затмение происходит, когда Солнце, Земля и Луна находятся на прямой линии, а Луна находится между Солнцем и Землей. На землю отбрасывается тень луны. Часть Земли, полностью попадающая в область тени, имеет полное солнечное затмение. Солнце выглядит как черный круглый диск с кольцом света. Участок Земли, попадающий в область полутени, имеет частичное солнечное затмение.Солнечное затмение может произойти только в день новолуния.

изображений, сформированных плоскими зеркалами — University Physics Volume 3

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Опишите, как изображение формируется плоским зеркалом.
• Различайте реальные и виртуальные изображения.
• Найдите местоположение и охарактеризуйте ориентацию изображения, созданного плоским зеркалом.

Достаточно посмотреть до ближайшей ванной комнаты, чтобы найти образец изображения, сформированного зеркалом.Изображения в плоском зеркале имеют тот же размер, что и объект, расположены за зеркалом и ориентированы в том же направлении, что и объект (т. Е. «Вертикально»).

Чтобы понять, как это происходит, рассмотрим (рисунок). Два луча выходят из точки P , падают на зеркало и отражаются в глаз наблюдателя. Обратите внимание, что мы используем закон отражения для построения отраженных лучей. Если отраженные лучи распространяются назад за зеркалом (см. Пунктирные линии на (Рисунок)), кажется, что они исходят из точки Q .Здесь находится изображение точки P . Если мы повторим этот процесс для точки, мы получим ее изображение в точке. Используя базовую геометрию, вы должны убедить себя в том, что высота изображения (расстояние от Q до) совпадает с высотой объекта (расстояние от P до). Формируя изображения всех точек объекта, мы получаем вертикальное изображение объекта за зеркалом.

Обратите внимание, что отраженные лучи кажутся наблюдателю исходящими непосредственно от изображения за зеркалом.На самом деле эти лучи исходят из точек зеркала, где они отражаются. Изображение за зеркалом называется виртуальным изображением, потому что его нельзя спроецировать на экран — кажется, что лучи исходят только из общей точки позади зеркала. Если вы идете за зеркалом, вы не можете увидеть изображение, потому что лучи не идут туда. Однако перед зеркалом лучи ведут себя точно так же, как если бы они исходили из-за зеркала, так что именно там находится виртуальное изображение.

Позже в этой главе мы обсудим реальные изображения; реальное изображение можно проецировать на экран, потому что лучи физически проходят через изображение.Вы, безусловно, можете увидеть как реальные, так и виртуальные изображения. Разница в том, что виртуальное изображение не может быть спроецировано на экран, в то время как реальное изображение может.

Расположение изображения в плоском зеркале

Закон отражения говорит нам, что угол падения такой же, как угол отражения. Применение этого к треугольникам PAB и QAB на (Рисунок) и использование базовой геометрии показывает, что они являются конгруэнтными треугольниками. Это означает, что расстояние PB от объекта до зеркала такое же, как расстояние BQ от зеркала до изображения. Расстояние до объекта (обозначенное) — это расстояние от зеркала до объекта (или, в более общем смысле, от центра оптического элемента, который создает его изображение). Точно так же расстояние до изображения (обозначенное) — это расстояние от зеркала до изображения (или, в более общем смысле, от центра оптического элемента, который его создает). Если мы измеряем расстояния от зеркала, то объект и изображение находятся в противоположных направлениях, поэтому для плоского зеркала расстояния между объектом и изображением должны иметь противоположные знаки:

Расширенный объект, такой как контейнер на (Рис.), Можно рассматривать как набор точек, и мы можем применить описанный выше метод для определения местоположения изображения каждой точки на расширенном объекте, формируя таким образом расширенное изображение.

Несколько изображений

Если объект расположен перед двумя зеркалами, вы можете видеть изображения в обоих зеркалах. Кроме того, изображение в первом зеркале может действовать как объект для второго зеркала, поэтому второе зеркало может формировать изображение изображения. Если зеркала расположены параллельно друг другу, а объект помещен в точку, отличную от средней точки между ними, то этот процесс изображения-изображения продолжается без конца, как вы, возможно, заметили, стоя в коридоре с зеркала по бокам.Это показано на (Рисунок), где показаны три изображения, созданные синим объектом. Обратите внимание, что каждое отражение меняет местами спереди и сзади, точно так же, как если вытащить правую перчатку наизнанку, получается левая перчатка (вот почему отражение вашей правой руки — это левая рука). Таким образом, передняя и задняя часть изображений 1 и 2 инвертированы по отношению к объекту, а передняя и задняя часть изображения 3 инвертированы по отношению к изображению 2, которое является объектом для изображения 3.

Два параллельных зеркала теоретически могут создавать бесконечное количество изображений объекта, размещенного не по центру между зеркалами.Здесь показаны три из этих изображений. Лицевая и оборотная стороны каждого изображения перевернуты по отношению к его объекту. Обратите внимание, что цвета используются только для идентификации изображений. Для обычных зеркал цвет изображения практически такой же, как и цвет его объекта.

Вы могли заметить, что изображение 3 меньше объекта, тогда как изображения 1 и 2 такого же размера, как объект. Отношение высоты изображения к высоте объекта называется увеличением. Подробнее об увеличении будет сказано в следующем разделе.

Бесконечные отражения могут прекратиться. Например, два зеркала, расположенные под прямым углом, образуют три изображения, как показано в части (а) (Рисунок). Изображения 1 и 2 получаются из лучей, которые отражаются только от одного зеркала, а изображение 1,2 формируется лучами, отражающимися от обоих зеркал. Это показано на диаграмме трассировки лучей в части (b) (Рисунок). Чтобы найти изображение 1,2, вам нужно заглянуть за угол двух зеркал.

Два зеркала могут создавать несколько изображений. (а) Три изображения пластмассовой головы видны в двух зеркалах под прямым углом. (b) Один объект, отражающийся от двух зеркал под прямым углом, может дать три изображения, как показано зеленым, пурпурным и красным изображениями.

Сводка

• Плоское зеркало всегда формирует виртуальное изображение (за зеркалом).
• Изображение и объект находятся на одинаковом расстоянии от плоского зеркала, размер изображения такой же, как и размер объекта, и изображение находится в вертикальном положении.

Концептуальные вопросы

В чем разница между реальными и виртуальными образами? Как вы можете определить (глядя), является ли изображение, сформированное одной линзой или зеркалом, реальным или виртуальным?

Виртуальное изображение нельзя проецировать на экран.Вы не можете отличить реальное изображение от виртуального, просто исходя из изображения, воспринимаемого вашим глазом.

Вы можете увидеть виртуальное изображение? Объясните свой ответ.

Можно ли сфотографировать виртуальное изображение?

Да, вы можете сфотографировать виртуальное изображение. Например, если вы сфотографируете свое отражение в плоском зеркале, вы получите фотографию виртуального изображения. Камера фокусирует свет, попадающий в объектив, чтобы сформировать изображение; является ли источник света реальным объектом или отражением от зеркала (т.е., виртуальный образ) значения не имеет.

Можете ли вы спроецировать виртуальное изображение на экран?

Нужно ли проецировать реальное изображение на экран, чтобы его увидеть?

Нет, вы можете видеть реальное изображение так же, как вы видите виртуальное изображение. Сетчатка вашего глаза фактически служит экраном.

Придумайте такое расположение зеркал, чтобы вы могли видеть свой затылок. Какое минимальное количество зеркал нужно для этой задачи?

Если вы хотите видеть все свое тело в плоском зеркале (с головы до пят), какой высоты должно быть зеркало? Его размер зависит от вашего расстояния от зеркала? Предоставьте эскиз.

Зеркало должно быть вдвое меньше, а его верхний край должен находиться на уровне ваших глаз. Размер не зависит от вашего расстояния от зеркала.

Проблемы

Рассмотрим пару плоских зеркал, которые расположены так, что они образуют угол 120. На биссектрисе между зеркалами расположен объект. Постройте диаграмму лучей, как показано на рисунке, чтобы показать, сколько изображений сформировано.

Рассмотрим пару плоских зеркал, которые расположены под углом 60.На биссектрисе между зеркалами размещается объект. Постройте диаграмму лучей, как показано на рисунке, чтобы показать, сколько изображений сформировано.

Используя более одного плоского зеркала, постройте диаграмму лучей, показывающую, как создать перевернутое изображение.

Глоссарий

зеркало плоское

плоскость (плоская) отражающая поверхность

расстояние до изображения

расстояние изображения от центральной оси оптического элемента, формирующего изображение

увеличение

отношение размера изображения к размеру объекта

расстояние до объекта

расстояние объекта от центральной оси оптического элемента, формирующего его изображение

реальное изображение

изображение, которое можно проецировать на экран, потому что лучи физически проходят через изображение

виртуальный образ

изображение, которое невозможно спроецировать на экран, потому что лучи физически не проходят через изображение, они только кажутся исходящими от изображения

Измените размер тени!

Ключевые концепции
Физика
Оптика
Свет
Тень

Введение
Хэллоуин почти здесь, и за каждым углом, кажется, прячется жуткая тень! К счастью, это все, что они есть на самом деле — просто тени, которые являются частью декораций, созданных, чтобы вызвать у вас острые ощущения во время трюка или угощения. Но откуда берутся эти тени и как некоторые из них могут быть такими огромными? Сделайте это задание и узнайте, как создать самую большую и самую страшную тень из всех!

Фон
Вам нужен какой-то источник света для создания тени. Это может быть солнышко, лампа или фонарик. Все источники света излучают световые волны, которые удаляются от них. В оптике, которая представляет собой особую область физики, излучаемый свет моделируется как прямая линия, называемая световым лучом, которая указывает направление, в котором распространяется свет.

Чтобы отбрасывать тень, вам нужен объект, который может блокировать световые лучи. Не каждый объект на это способен. Некоторые материалы пропускают свет, тогда как другие блокируют только его часть. Объекты, способные блокировать весь свет, называются непрозрачными и образуют тень. Вам также понадобится большая поверхность, такая как стена или экран, на которой вы можете сделать тень видимой.

Как изменить размер тени? Чем ближе объект к источнику света, тем большую тень он отбрасывает. Это связано с тем, что объект, расположенный ближе к источнику, будет блокировать большую площадь света, увеличивая размер его тени. Попробуйте сами в этом занятии!

Материалы

• Две измерительные ленты
• Лента прозрачная
• Непрозрачные предметы, блокирующие свет, например чашка, игрушечная машинка или мяч
• Фонарик
• Стол
• Светлая стена
• Затемненное рабочее место
• Бумага
• Ручка

Подготовка

• Поставьте стол рядом со светлой стеной.
• Приклейте первую рулетку к столу с нулевой отметкой прямо у стены.
• Выберите непрозрачный объект, способный полностью блокировать световые лучи от источника света. Он не должен быть слишком большим или маленьким.
• Поместите фонарик на стол так, чтобы он совпадал с рулеткой, обращенной к стене. Он должен располагаться на расстоянии 50 сантиметров (20 дюймов) от стены.
• Приглушите свет в комнате, чтобы было достаточно темно, чтобы можно было видеть четкие тени на стене.

Порядок действий

• Включите фонарик и направьте его на стену. Что вы видите на стене, когда включаете свет? Как меняется внешний вид стены при включении света?
• Выключите фонарик, но не перемещайте его. Возьмите предмет и поместите его рядом с фонариком на расстоянии 25 сантиметров (10 дюймов). Затем переместите его к стене, пока он не окажется в 20 сантиметрах (восьми дюймах) от стены. Как вы думаете, что вы увидите, когда включите свет?
• Включите свет и посмотрите на стену. Образует ли объект, помещенный на стол, тень? Вы можете объяснить, почему или почему нет?
• Переместите объект прямо между стеной и фонариком, чтобы он находился поверх рулетки. Поместите его на отметку 20 сантиметров (восемь дюймов) измерительной ленты. Как изменится тень при перемещении объекта?
• Включите свет. Что вы видите на стене на этот раз? Какую форму имеет тень? Если есть тень, возьмите вторую рулетку и измерьте высоту тени от поверхности стола до его верха и запишите ее размер на листе бумаги. Насколько велика тень?
• После измерения высоты тени переместите объект ближе к стене вдоль рулетки, пока он не достигнет отметки 10 сантиметров (четырех дюймов). Затем снова измерьте высоту тени и запишите ее размер. Как изменяется размер тени, когда вы перемещаете ее дальше от источника света? Вы замечаете какие-либо отличия помимо размера?
• Переместите объект ближе к фонарику и поместите его на отметке 40 сантиметров (16 дюймов) на рулетке. Опять же, измерьте и запишите высоту тени. Тень становится меньше или больше, когда вы помещаете объект ближе к источнику света?
• Посмотрите свои результаты на листке бумаги.Если хотите, вы можете построить график, показывающий расстояние от источника света по оси x и размер тени по оси y. Как размер тени зависит от расстояния объекта от источника света? Вы можете объяснить свои результаты?
• Экстра: Поиграйте с разными предметами. Выбирайте разные материалы или разные размеры. Или создавайте свои собственные формы! Все они образуют тень? Почему или почему нет?
• Дополнительно: Добавьте второй источник света, поместив два фонарика перед стеной. Как выглядят тени от предметов, которые вы помещаете между фонариками и стеной? Чем они отличаются от теней, использующих только один источник света?
• Дополнительно: Попробуйте направить фонарик на объект под разными углами. Как угол меняет вид тени?

Наблюдения и результаты
Удалось ли вам изменить размер тени объекта? Прежде чем вы смогли изменить размер тени, вам нужно было сначала ее сгенерировать.Вы, вероятно, не заметили тени, когда поместили объект рядом с фонариком, а не прямо на его пути света. Это связано с тем, что свет распространяется по прямой линии, и поскольку объект не находился на прямом пути света, он не мог блокировать свет от своего источника. Однако после того, как вы поместили объект прямо на путь, вы должны были увидеть тень на стене, которая имела ту же форму, что и объект. На этот раз непрозрачный объект смог заблокировать свет от источника света, создав темную тень на стене.

Вы должны были заметить, что размер тени уменьшается, когда вы перемещаете объект дальше от источника света, и увеличивается, когда вы приближаете его. Когда объект приближается, вы блокируете гораздо большую часть света от источника, что увеличивает размер тени. Теперь вы знаете, как заставить жуткие тени на Хэллоуин расти и уменьшаться!

Больше для изучения
Свет и тени, от Toppr
Свет действительно движется по прямым линиям, от Университета Лестера
Эскиз Rad Shadow, от Scientific American
Научная деятельность для всех возрастов !, от Science Buddies

Эта деятельность предоставлена ​​вам в сотрудничестве с Science Buddies

ОСНОВНЫЕ ОСВЕЩЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ОСВЕЩЕНИЯ

ОСВЕЩЕНИЕ

РУКОВОДСТВО ПО ОБНОВЛЕНИЮ ОСВЕЩЕНИЯ
Управление по воздуху и радиации Агентства по охране окружающей среды США 6202J
EPA 430-B-95-003, январь 1995 г.

U.Программа «Зеленые огни» S. EPA

СОДЕРЖАНИЕ

Базовое понимание основ освещения необходимо разработчикам и лицам, принимающим решения.
кто оценивает обновления освещения. В этом документе представлен краткий обзор конструкции.
параметры, технологии и терминология, используемые в светотехнике. Для более подробной информации
информацию о конкретных энергосберегающих технологиях освещения см. в разделе «Обновление освещения».
Документ о технологиях.

ОСВЕЩЕНИЕ

Количество освещенности

Световой поток

Наиболее распространенной мерой светоотдачи (или светового потока) является люмен. Источники света
обозначен мощностью в люменах. Например, люминесцентная лампа T12 мощностью 40 Вт может иметь
рейтинг 3050 люмен. Точно так же световая отдача светильника может быть выражена в люменах. Как лампы
светильники стареют и загрязняются, их световой поток уменьшается (т. е. происходит уменьшение просвета).
Большинство номинальных значений лампы основано на первоначальной яркости (т. Е. Когда лампа новая).

Уровень освещенности

Интенсивность света, измеренная на плоскости в определенном месте, называется освещенностью . Освещенность
измеряется в фут-канделах, люменах рабочей плоскости на квадратный фут. Вы можете измерить
освещенность с помощью люксметра, расположенного на рабочей поверхности, где выполняются задания.С использованием
простая арифметика и фотометрические данные производителя, вы можете предсказать освещенность для определенного
космос. (Люкс — это метрическая единица измерения освещенности, измеряемая в люменах на квадратный метр. Чтобы преобразовать
фут-кандел в люкс, фут-кандел умножьте на 10,76.)

Яркость

Другое измерение света — яркость , иногда называемая яркостью. Это измеряет свет
«покидая» поверхность в определенном направлении, и учитывает освещенность на поверхности и
отражательная способность поверхности.

Человеческий глаз не видит света; он видит яркость. Следовательно, количество света
доставляется в пространство, а отражательная способность поверхностей в пространстве влияет на вашу способность видеть.

Обратитесь к ГЛОССАРИЮ в конце этого документа для получения более подробных определений.

Количественные единицы

• Световой поток обычно называют световым потоком и измеряется в люменах (лм).
• Освещенность называется уровнем освещенности и измеряется в фут-канделах (fc).
• Яркость обозначается как яркость и измеряется в фут-ламбертах (fL) или
  кандел / м2 (кд / м2).

Определение целевого уровня освещенности

Общество инженеров освещения Северной Америки разработало процедуру для
определение соответствующего среднего уровня освещенности для конкретного помещения. Эта процедура (используется
разработчики и инженеры (рекомендует целевой уровень освещенности, учитывая
следующие:

• выполняемые задачи (контраст, размер и т. д.))
• возраст оккупантов
• важность скорости и точности

Затем можно выбрать подходящий тип и количество ламп и осветительных приборов на основе
следующие:

• эффективность приспособления
• световой поток лампы
• отражательная способность окружающих поверхностей
• эффекты световых потерь из-за уменьшения светового потока лампы и накопления грязи
• размер и форма комнаты
• наличие естественного света (дневного света)

При проектировании новой или модернизированной системы освещения необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать чрезмерного освещения.
космос.В прошлом помещения были рассчитаны на 200 фут-свечей в местах, где 50
свечки могут быть не только адекватными, но и превосходными. Отчасти это было из-за заблуждения
что чем больше света в помещении, тем выше качество. Мало того, что игнорирование ненужной энергии,
но это также может снизить качество освещения. См. Приложение 2 для получения информации об уровнях освещенности, рекомендованных
Общество инженеров освещения Северной Америки. В указанном диапазоне освещенности три
Факторы диктуют надлежащий уровень: возраст пассажира (ов), требования к скорости и точности, а также
фоновый контраст.

Например, для освещения помещения, в котором используются компьютеры, потолочные светильники должны обеспечивать
до 30 fc окружающего освещения. Рабочие фонари должны обеспечивать дополнительные свечки, необходимые для
достичь общей освещенности до 50 фк при чтении и письме. Для освещения
Рекомендации для конкретных визуальных задач см. в Справочнике по освещению IES, 1993 г., или в
Рекомендуемая практика № 24 IES (для освещения VDT).

Показатели качества

• Вероятность визуального комфорта (VCP) указывает на процент людей, которым комфортно
  с бликами от светильника.
• Критерии расстояния (SC) относятся к максимальному рекомендованному расстоянию между креплениями до
  обеспечить единообразие.
• Индекс цветопередачи (CRI) указывает внешний вид цвета объекта под источником как
  по сравнению с справочным источником.

Качество освещения

Улучшение качества освещения может принести большие дивиденды американским предприятиям. Прибыль в рабочем
производительность может быть достигнута за счет обеспечения скорректированного уровня освещенности с уменьшением бликов.Хотя стоимость
энергии для освещения значительна, она мала по сравнению с затратами на рабочую силу. Следовательно, эти
повышение производительности может быть даже более ценным, чем экономия энергии, связанная с новыми
светотехника. В торговых помещениях привлекательный и удобный дизайн освещения может привлечь
клиентура и увеличение продаж.

В этом разделе рассматриваются три проблемы качества.

• блики
• равномерность освещенности
• цветопередача

Блики

Пожалуй, самый важный фактор, влияющий на качество освещения, — это блики. Блики это сенсация
вызвано слишком ярким светом в поле зрения. Дискомфорт, раздражение или уменьшение
может произойти продуктивность.

Яркий объект сам по себе не обязательно вызывает блики, но яркий объект на фоне темного
фон, однако, обычно вызывает блики. Контраст — соотношение между
яркость объекта и его фона. Хотя визуальная задача в целом становится проще
при повышенном контрасте слишком большой контраст вызывает блики и усложняет визуальную задачу
трудный.

Вы можете уменьшить яркость или блики, не превышая рекомендуемых уровней освещенности и используя
осветительное оборудование, предназначенное для уменьшения бликов. Жалюзи или линзы обычно используются для блокировки прямого
просмотр источника света. Непрямое освещение или верхнее освещение может создать среду с низким уровнем бликов за счет
равномерное освещение потолка. Кроме того, правильное размещение светильника может уменьшить отраженных бликов на
рабочие поверхности или экраны компьютеров. Стандартные данные теперь предоставляются вместе со спецификациями светильников
включают таблицы с оценками вероятности визуального комфорта (VCP ) для комнат различной геометрии.Индекс VCP показывает процент людей в данном пространстве, которые
считают, что блики от приспособления приемлемы. Рекомендуется минимум 70 VCP для
коммерческие интерьеры, в то время как светильники с VCP более 80 рекомендуются в компьютерных
области.

Равномерность освещенности по задачам

Равномерность освещенности — это проблема качества, которая решает, насколько равномерно свет распространяется по
область задач. Хотя средняя освещенность комнаты может быть подходящей, два фактора могут
компромисс единообразия.

• неправильное размещение светильников на основании критериев расстояния между светильниками (отношение максимума
  рекомендуемое расстояние между приспособлениями и установочной высотой над рабочей высотой)
• Светильники, оснащенные отражателями, сужающими светораспределение

Неравномерная освещенность вызывает несколько проблем:

• недостаточный уровень освещенности в некоторых областях
• зрительный дискомфорт, когда задачи требуют частого переключения поля зрения с недостаточно освещенных участков на затемненные
• яркие пятна и блики на полу и стенах, отвлекающие внимание и создающие некачественный внешний вид

Цветопередача

Способность правильно видеть цвета — еще один аспект качества освещения. Источники света различаются по своему
способность точно отражать истинный цвет людей и предметов. Индекс цветопередачи
Шкала (CRI) используется для сравнения влияния источника света на внешний вид его цвета.
окружение.

Шкала от 0 до 100 определяет CRI. Более высокий индекс цветопередачи означает лучшую цветопередачу или меньший цвет
сдвиг. CRI в диапазоне 75–100 считаются отличными, а 65–75 — хорошими. Диапазон
55-65 — удовлетворительно, а 0-55 — плохо.При использовании источников с более высоким индексом цветопередачи цвета поверхности кажутся ярче,
улучшение эстетики пространства. Иногда источники с более высоким индексом цветопередачи создают иллюзию
более высокие уровни освещенности.

Значения CRI для выбранных источников света сведены в таблицу с другими данными о лампах в Приложении 3.

Вернуться к содержанию

ИСТОЧНИКИ СВЕТА

В коммерческих, промышленных и торговых объектах используется несколько различных источников света. Каждый тип лампы
имеет особые преимущества; выбор подходящего источника зависит от требований к установке,
стоимость жизненного цикла, качество цвета, возможность регулирования яркости и желаемый эффект. Три типа ламп
обычно используются:

• лампа накаливания
• люминесцентный
• разряд высокой интенсивности
• пары ртути
• галогенид металла
• натрий высокого давления
• натрий низкого давления

Перед описанием каждого из этих типов ламп в следующих разделах описаны характеристики, которые
являются общими для всех них.

Характеристики источников света

Источники электрического света имеют три характеристики: эффективность, цветовую температуру и цвет.
индекс рендеринга (CRI). Таблица 4 суммирует эти характеристики.

КПД

Некоторые типы ламп более эффективны в преобразовании энергии в видимый свет, чем другие. В
Эффективность лампы относится к количеству люменов, выходящих из лампы, по сравнению с количеством
ватт, необходимый для лампы (и балласта). Выражается в люменах на ватт. Источники с более высоким
Эффективность требует меньше электроэнергии для освещения помещения.

Цветовая температура

Еще одна характеристика источника света — это цветовая температура. Это измерение
«тепло» или «прохлада» лампы. Люди обычно предпочитают более теплый источник в более низких
области освещения, такие как обеденные зоны и гостиные, а также более прохладный источник в более высоких
освещенные области, такие как продуктовые магазины.

Цветовая температура относится к цвету излучателя черного тела при заданной абсолютной температуре,
выражается в Кельвинах. Радиатор черного тела меняет цвет при повышении температуры (сначала до
красный, затем оранжевый, желтый и, наконец, голубовато-белый при самой высокой температуре. А «теплый» цвет
Источник света на самом деле имеет более низкую цветовую температуру . Например, холодно-белый люминесцентный
лампа имеет голубоватый цвет с цветовой температурой около 4100 К. Более теплый флуоресцентный
лампа выглядит более желтоватой с цветовой температурой около 3000 К. См. Приложение 5 для
цветовые температуры различных источников света.

Индекс цветопередачи

CRI — это относительная шкала (от 0 до 100). указывает, насколько воспринимаемые цвета соответствуют фактическим
цвета. Он измеряет степень восприятия цветов объектов, освещенных заданным светом.
источник, соответствовать цветам тех же объектов, когда они освещены эталонным стандартом
источник света.Чем выше индекс цветопередачи, тем меньше цветовой сдвиг или искажение.

Число CRI не указывает, какие цвета и на сколько сместятся; это скорее
индикация среднего сдвига восьми стандартных цветов. Два разных источника света могут иметь
одинаковые значения CRI, но цвета в этих двух источниках могут сильно отличаться.

Лампы накаливания

Стандартная лампа накаливания

Лампы накаливания — одна из старейших доступных технологий электрического освещения. С эффективностью
от 6 до 24 люмен на ватт, лампы накаливания являются наименее энергоэффективными электрическими
источник света и имеют относительно небольшой срок службы (750-2500 часов).

Свет образуется при пропускании тока через вольфрамовую нить, в результате чего она нагревается и нагревается.
светиться. При использовании вольфрам медленно испаряется, что в конечном итоге приводит к разрыву нити.

Эти лампы доступны во многих формах и отделках. Два самых распространенных типа фигур
это обычные лампы «A-type » и лампы в форме рефлектора .

Вольфрамово-галогенные лампы

Вольфрамовая галогенная лампа — еще один тип лампы накаливания. В галогенной лампе небольшой
кварцевая капсула содержит нить накала и газообразный галоген. Небольшой размер капсулы позволяет
нить накала для работы при более высокой температуре, что дает свет с большей эффективностью, чем
стандартные лампы накаливания. Газообразный галоген соединяется с испаренным вольфрамом, переосаждая его.
на нити. Этот процесс продлевает срок службы нити накала и предохраняет стенку лампы от
почернение и уменьшение светоотдачи.

Поскольку нить накала относительно небольшая, этот источник часто используется там, где направлен сильно сфокусированный луч.
желанный. Компактные галогенные лампы популярны в розничной торговле для демонстрации и акцента.
освещение. Кроме того, вольфрамово-галогенные лампы обычно производят более белый свет, чем другие лампы.
лампы накаливания более эффективны, служат дольше и имеют улучшенный износ светового потока.

Лампа накаливания

Доступны более эффективные галогенные лампы.В этих источниках используется инфракрасное покрытие кварцевого стекла.
лампа или усовершенствованная конструкция отражателя для перенаправления инфракрасного света обратно на нить накала. Нить
затем светится сильнее, и эффективность источника увеличивается.

Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы — наиболее часто используемые коммерческие источники света в Северной Америке. В
Фактически, люминесцентные лампы освещают 71% коммерческих помещений в Соединенных Штатах. Их
популярность объясняется их относительно высокой эффективностью, рассеянным светораспределением.
характеристики и долгий срок службы.

• Конструкция люминесцентной лампы состоит из стеклянной трубки со следующими характеристиками:
• наполнен аргоном или аргон-криптоном и небольшим количеством ртути
• покрытый изнутри люминофором
• с электродом на обоих концах

Люминесцентные лампы излучают свет за счет следующего процесса:

• Электрический разряд (ток) поддерживается между электродами через
  пары ртути и инертный газ.
• Этот ток возбуждает атомы ртути, заставляя их излучать невидимое излучение ультрафиолет (УФ)
  радиация.
• Это УФ-излучение преобразуется в видимый свет люминофором, покрывающим трубку.

Для разрядных ламп (например, люминесцентных) требуется балласт для обеспечения правильного пускового напряжения и
отрегулируйте рабочий ток после включения лампы.

Полноразмерные люминесцентные лампы

Полноразмерные люминесцентные лампы доступны в нескольких формах, включая прямые, U-образные и
круговые конфигурации. Диаметр лампы составляет от 1 дюйма до 2,5 дюйма. Самый распространенный тип лампы —
четырехфутовая (F40), прямая люминесцентная лампа диаметром 1,5 дюйма (T12). Более эффективная люминесцентная лампа.
Теперь доступны лампы меньшего диаметра, включая T10 (1,25 дюйма) и T8 (1 дюйм).

Люминесцентные лампы доступны в диапазоне цветовых температур от теплого (2700 (K)
цвета от «ламп накаливания» до очень холодных (6500 (K) «дневных» цветов).«Холодный белый» (4100 (K) —
наиболее распространенная цветная люминесцентная лампа. Нейтральный белый цвет (3500 (K) становится популярным для офиса.
и розничное использование.

Улучшения в люминесцентном покрытии люминесцентных ламп улучшили цветопередачу и
сделали некоторые люминесцентные лампы приемлемыми для многих приложений, в которых ранее преобладали
лампы накаливания.

Рекомендации по производительности

Производительность любой осветительной системы зависит от того, насколько хорошо ее компоненты работают вместе.В системах с люминесцентными лампами и балластом светоотдача, потребляемая мощность и эффективность зависят от
изменения температуры окружающей среды. Когда температура окружающей среды вокруг лампы ниже
значительно выше или ниже 25 ° C (77F) производительность системы может измениться. Приложение 6
показывает это соотношение для двух распространенных систем балласта лампы: лампы F40T12 с магнитным
балласт и лампа F32T8 с электронным балластом.

Как видите, оптимальная рабочая температура для системы ПРА F32T8 выше.
чем для системы F40T12.Таким образом, когда температура окружающей среды выше 25 ° C (77 ° F),
производительность системы F32T8 может быть выше, чем производительность в соответствии с ANSI
условия. Лампы меньшего диаметра (например, двухтрубные лампы Т-5) достигают максимума даже при большем диаметре.
температура окружающей среды.

Компактные люминесцентные лампы

Достижения в области люминофорных покрытий и уменьшение диаметра трубок облегчили
разработка компактных люминесцентных ламп.

Производимые с начала 1980-х годов, они являются долговечной и энергоэффективной заменой
лампа накаливания.

Доступны различные мощности, цветовые температуры и размеры. Мощность компактного
люминесцентные лампы мощностью от 5 до 40 (замена ламп накаливания мощностью от 25 до 150 Вт (
и обеспечить экономию энергии от 60 до 75 процентов. При производстве света, похожего по цвету на
лампы накаливания, продолжительность жизни компактных люминесцентных ламп примерно в 10 раз больше, чем у ламп накаливания.
стандартная лампа накаливания. Однако учтите, что использование компактных люминесцентных ламп весьма затруднительно.
ограничено в приложениях затемнения.

Компактная люминесцентная лампа с цоколем Эдисона позволяет легко обновить
лампа накаливания. Ввинчиваемые компактные люминесцентные лампы доступны двух типов:

• Интегральные блоки. Они состоят из компактной люминесцентной лампы и пускорегулирующего устройства в автономном
  единицы. Некоторые встроенные блоки также включают в себя рефлектор и / или стеклянный кожух.
• Модульные блоки. Модернизированная компактная люминесцентная лампа модульного типа аналогична модернизированной.
  интегральные блоки, за исключением того, что лампа сменная.

Отчет спецификаций , в котором сравниваются характеристики компактных люминесцентных ламп различных торговых марок.
лампы теперь доступны в Национальной информационной программе по осветительной продукции («Винт-цоколь
Компактные люминесцентные лампы, «Отчеты спецификаций, том 1, выпуск 6, апрель 1993 г.»

Газоразрядные лампы высокой интенсивности

Лампы с разрядом высокой интенсивности (HID) похожи на люминесцентные в том, что генерируется дуга.
между двумя электродами. Дуга в источнике HID короче, но излучает гораздо больше света,
тепло и давление внутри дуговой трубки.

Изначально разработанные для наружного и промышленного применения, HID-лампы также используются в офисах,
розничная торговля и другие внутренние помещения. Улучшены их характеристики цветопередачи.
и более низкие мощности недавно стали доступны (всего 18 Вт.

Источники HID обладают рядом преимуществ:

• относительно долгий срок службы (от 5000 до 24000+ часов)
• относительно высокий световой поток на ватт
• относительно небольшой по физическому размеру

Однако следует также учитывать следующие эксплуатационные ограничения.Во-первых, лампы HID требуют
время для разминки. Он варьируется от лампы к лампе, но среднее время прогрева составляет от 2 до 6 минут.
Во-вторых, лампы HID имеют время «повторного зажигания», что означает кратковременное прерывание тока или
падение напряжения слишком низкое для поддержания дуги погаснет лампу. В этот момент газы внутри
лампа слишком горячая для ионизации, и нужно время, чтобы газы остыли и давление упало
прежде, чем дуга снова загорится. Этот процесс перезапуска занимает от 5 до 15 минут,
в зависимости от того, какой источник HID используется.Следовательно, хорошее применение HID-ламп — это
места, где лампы не включаются и не выключаются периодически.

Следующие источники HID перечислены в порядке возрастания эффективности:

• пары ртути
• галогенид металла
• натрий высокого давления
• натрий низкого давления

Пары ртути

Прозрачные ртутные лампы, излучающие сине-зеленый свет, состоят из дуги, состоящей из паров ртути.
трубка с вольфрамовыми электродами на обоих концах.Эти лампы имеют самую низкую эффективность среди HID.
семья, быстрое обесценивание просвета и низкий индекс цветопередачи. Из-за этих
характеристики, другие источники HID заменили ртутные лампы во многих приложениях.
Тем не менее, ртутные лампы по-прежнему остаются популярными источниками освещения ландшафта из-за
их срок службы лампы 24 000 часов и яркое изображение зеленых ландшафтов.

Дуга содержится во внутренней колбе, называемой дуговой трубкой. Дуговая трубка заполнена высокой чистотой.
ртуть и газ аргон.Дуговая трубка заключена во внешнюю колбу, которая заполнена
азот.

Ртутные лампы с улучшенным цветом используют люминофорное покрытие на внутренней стенке колбы для улучшения
индекс цветопередачи, что приводит к небольшому снижению эффективности.

Металлогалогенный

Эти лампы похожи на ртутные лампы, но в дуговой трубке используются добавки галогенидов металлов.
вместе с ртутью и аргоном. Эти добавки позволяют лампе производить больше видимого света.
на ватт с улучшенной цветопередачей.

Диапазон мощности от 32 до 2000, что позволяет использовать их в самых разных помещениях и на улице. В
эффективность металлогалогенных ламп колеблется от 50 до 115 люмен на ватт (обычно примерно в два раза больше).
пара ртути. Одним словом, металлогалогенные лампы обладают рядом преимуществ.

• высокая эффективность
• хорошая цветопередача
• широкий диапазон мощности

Однако у них также есть некоторые эксплуатационные ограничения:

• Номинальный срок службы металлогалогенных ламп меньше, чем у других источников HID; маломощный
  лампы служат менее 7500 часов, в то время как лампы высокой мощности служат в среднем от 15000 до
  20000 часов.
• Цвет может отличаться от лампы к лампе и может меняться в течение срока службы лампы и во время
  затемнение.

Благодаря хорошей цветопередаче и большому световому потоку эти лампы подходят для занятий спортом.
арены и стадионы. Внутреннее использование включает большие аудитории и конференц-залы. Эти лампы
иногда используются для общего наружного освещения, например, парковок, но высокого давления
натриевая система обычно является лучшим выбором.

Натрий высокого давления

Натриевая лампа высокого давления (HPS) широко используется для наружного и промышленного применения.
Его более высокая эффективность делает его лучшим выбором, чем галогенид металла для этих применений, особенно
когда хорошая цветопередача не является приоритетом. Лампы HPS отличаются от ртутных и металлогалогенных.
лампы тем, что они не содержат пусковых электродов; в цепь балласта включен высоковольтный
электронный стартер. Дуговая трубка изготовлена ​​из керамического материала, выдерживающего высокие температуры.
до 2372F.Он заполнен ксеноном для зажигания дуги, а также натриево-ртутным газом.
смесь.

Эффективность лампы очень высока (целых 140 люмен на ватт. Например, 400-ваттный
Натриевая лампа высокого давления дает световой поток 50 000 люмен. Металлогалогенная лампа такой же мощности
дает 40000 начальных люменов, а ртутная лампа мощностью 400 Вт дает только 21000 люмен.
изначально.

Натрий, основной используемый элемент, дает «золотой» цвет, характерный для ламп HPS.Хотя лампы HPS обычно не рекомендуются для применений, где требуется цветопередача.
критично, улучшаются свойства цветопередачи HPS. Некоторые лампы HPS уже доступны
в цветах «люкс» и «белый», обеспечивающих более высокую цветовую температуру и улучшенный цвет
исполнение. «Белые» лампы HPS малой мощности по эффективности ниже, чем у металлогалогенных.
лампы (люмен на ватт маломощного металлогалогенида составляет 75-85, а белого HPS — 50-60 LPW).

Натрий низкого давления

Хотя натриевые лампы низкого давления (LPS) похожи на люминесцентные системы (потому что они
системы низкого давления), они обычно входят в семейство HID. Лампы LPS — самые
эффективные источники света, но они производят свет худшего качества из всех типов ламп. Быть
монохроматический источник света, все цвета кажутся черными, белыми или оттенками серого под LPS
источник. Лампы LPS доступны в диапазоне мощностей от 18 до 180.

Лампы LPS обычно используются на открытом воздухе, например, в безопасности или на улице.
освещение и внутри помещений с низким энергопотреблением, где качество цвета не имеет значения (например,г.
лестничные клетки). Однако из-за плохой цветопередачи многие муниципалитеты не разрешают
их для освещения проезжей части.

Поскольку лампы LPS являются «удлиненными» (например, люминесцентными), они менее эффективны в управлении и
управление световым лучом по сравнению с «точечными источниками», такими как натрий и металл высокого давления
галогенид. Следовательно, меньшая высота установки обеспечит лучшие результаты с лампами LPS. К
сравните установку LPS с другими альтернативами, рассчитайте эффективность установки как
среднее количество обслуживаемых фут-кандел, деленное на потребляемую мощность в ваттах на квадратный фут освещенной площади. Входная мощность системы LPS увеличивается с течением времени, чтобы поддерживать постоянный световой поток в течение
срок службы лампы.

Натриевая лампа низкого давления может взорваться при контакте натрия с водой. Утилизировать
этих ламп в соответствии с инструкциями производителя.

Вернуться к содержанию

БАЛЛАСТЫ

Все газоразрядные лампы (люминесцентные и HID) требуют вспомогательного оборудования, называемого
балласт.Балласты выполняют три основные функции:

• обеспечивают правильное пусковое напряжение , потому что лампам для запуска требуется более высокое напряжение, чем для
  работать
• соответствие сетевого напряжения рабочему напряжению лампы
• ограничить ток лампы , чтобы предотвратить немедленное разрушение, потому что после зажигания дуги
  сопротивление лампы уменьшается

Поскольку балласты являются неотъемлемым компонентом системы освещения, они оказывают прямое влияние на
световой поток. Балластный коэффициент — это соотношение светоотдачи лампы с использованием стандартного эталона.
балласт по сравнению с номинальной светоотдачей лампы на стандартном лабораторном балласте. Общий
балласты целевого назначения имеют балластный коэффициент меньше единицы; специальные балласты могут иметь балласт
множитель больше единицы.

ПРА люминесцентные

Двумя основными типами люминесцентных балластов являются магнитные и электронные балласты:

Магнитные балласты

Магнитные балласты (также называемые электромагнитными балластами) относятся к одному из следующих
категории:

• стандартный сердечник-катушка (больше не продается в США для большинства приложений)
• высокоэффективный сердечник-катушка
• катодный вырез или гибридный

Стандартные магнитные балласты типа сердечник-катушка — это, по сути, трансформаторы сердечник-катушка, которые относительно
неэффективны в эксплуатации люминесцентных ламп. Высокоэффективный балласт заменяет алюминиевый
проводка и сталь стандартного ПРА низкокачественная с медной проводкой и усиленной
ферромагнитные материалы. Результатом этих обновлений материалов является 10-процентная эффективность системы.
улучшение. Однако учтите, что эти «высокоэффективные» балласты являются наименее эффективными магнитными.
балласты, доступные для работы с полноразмерными люминесцентными лампами. Более эффективные балласты
описано ниже.

«Катодный вырез» (или «гибрид «) балласты — это высокоэффективные балласты с сердечником и катушкой, которые включают
электронные компоненты, отключающие питание катодов (нитей) ламп после зажигания ламп,
что дает дополнительную экономию 2 Вт на стандартную лампу.Кроме того, многие T12 с частичным выходом
гибридные балласты обеспечивают до 10% меньше светового потока и потребляют на 17% меньше энергии, чем
энергоэффективные магнитные балласты. Гибридные балласты T8 с полной выходной мощностью почти так же эффективны, как
быстрозажимные двухламповые электронные балласты Т8.

Электронные балласты

Практически в каждом полноразмерном люминесцентном освещении можно использовать электронные балласты.
обычных магнитных балластов типа «сердечник-катушка». Электронные балласты улучшают люминесцентный
эффективность системы за счет преобразования стандартной входной частоты 60 Гц в более высокую частоту, обычно
От 25000 до 40000 Гц.Лампы, работающие на этих более высоких частотах, производят примерно такое же
количество света, в то время как потребляет на 12-25 процентов меньше энергии . Другие преимущества электронного
балласты имеют меньший слышимый шум, меньший вес, практически полное отсутствие мерцания лампы и затемнение
возможности (с конкретными моделями балласта).

Доступны три исполнения ЭПРА:

.

Стандартные электронные балласты T12 (430 мА)

Эти балласты предназначены для использования с обычными (T12 или T10) системами люминесцентного освещения.Некоторые электронные балласты, предназначенные для использования с 4-дюймовыми лампами, могут работать с четырьмя лампами одновременно.
время. Параллельная проводка — еще одна доступная функция, которая позволяет всем сопутствующим лампам в
цепь балласта для продолжения работы в случае отказа лампы. Электронные балласты также
доступны для 8-дюймовых стандартных и мощных ламп T12.

T8 Электронные балласты (265 мА)

Электронный балласт T8, специально разработанный для использования с лампами T8 (диаметром 1 дюйм), обеспечивает
самый высокий КПД среди люминесцентных систем освещения.Некоторые электронные балласты T8
предназначены для запуска ламп в обычном режиме быстрого запуска, а другие работают в
режим мгновенного запуска. Использование электронных пускорегулирующих аппаратов T8 с мгновенным запуском может дать до 25 процентов
сокращение срока службы лампы (на 3 часа за запуск), но дает небольшое повышение эффективности и света
вывод. (Примечание: срок службы лампы для мгновенного запуска и быстрого запуска одинаков для 12 или более
часов за пуск.)

Диммируемые электронные балласты

Эти балласты позволяют регулировать световой поток ламп на основе данных, вводимых вручную.
регуляторы яркости или от устройств, которые определяют дневной свет или присутствие людей.

Типы люминесцентных схем

Существует три основных типа люминесцентных схем:

• быстрый старт
• мгновенный запуск
• предварительный нагрев

Конкретный используемый флуоресцентный контур можно определить по этикетке на балласте.

Схема быстрого старта является наиболее часто используемой системой на сегодняшний день. Балласты быстрого пуска обеспечивают непрерывное
нагрев нити накала лампы во время работы лампы (кроме случаев, когда используется балласт с катодным вырезом или
фонарь).Пользователи замечают очень короткую задержку после «щелчка переключателя» перед включением лампы.

Система мгновенного пуска мгновенно зажигает дугу в лампе. Этот балласт обеспечивает более высокую
пусковое напряжение, что исключает необходимость в отдельной пусковой цепи. Это более высокое начало
напряжение вызывает больший износ нити накала, что приводит к сокращению срока службы лампы по сравнению с быстрым
начиная.

Схема предварительного нагрева использовалась, когда впервые стали доступны люминесцентные лампы.Эта технология
используется очень мало сегодня, за исключением приложений с магнитным балластом малой мощности, таких как компактные
флуоресцентные. Отдельный пусковой выключатель, называемый стартером, помогает в образовании дуги. В
нити накала требуется некоторое время для достижения нужной температуры, поэтому лампа не зажигается в течение нескольких
секунд.

HID балласты

Как и люминесцентные лампы, HID-лампы требуют для запуска и работы пускорегулирующего устройства. Цели
балласт аналогичен: для обеспечения пускового напряжения, для ограничения тока и для согласования с линейным напряжением
напряжению дуги.

При использовании балластов HID основное внимание уделяется регулированию мощности лампы, когда линия
напряжение меняется. В лампах HPS балласт должен компенсировать изменения напряжения лампы по мере того, как
а также при изменении линейных напряжений.

Установка неправильного балласта HID может вызвать множество проблем:

• потеря энергии и увеличение эксплуатационных расходов
• значительно сокращает срок службы лампы
• значительно увеличивает затраты на обслуживание системы
• обеспечивает уровень освещенности ниже желаемого
• увеличение затрат на электромонтаж и установку выключателя
• вызывает срабатывание лампы при падении напряжения

Емкостное переключение доступно в новых светильниках HID со специальными балластами HID.Большинство
обычное применение HID-емкостной коммутации — это двухуровневое освещение с отслеживанием присутствия людей.
контроль. При обнаружении движения датчик присутствия отправит сигнал на двухуровневый HID.
система, которая быстро доводит уровень освещенности от пониженного уровня ожидания примерно до 80%
полной мощности, с последующим нормальным временем прогрева от 80% до 100% полной светоотдачи.
В зависимости от типа лампы и мощности световой поток в режиме ожидания составляет примерно 15-40% от полной мощности.
а потребляемая мощность составляет 30-60% от полной мощности.Следовательно, в периоды, когда пространство
незанятости и затемненной системы достигается экономия 40-70%.

Электронные балласты для некоторых типов ламп HID начинают поступать в продажу.
Эти балласты обладают такими преимуществами, как уменьшенный размер и вес, а также лучший контроль цвета;
однако электронные балласты HID предлагают минимальный выигрыш в эффективности по сравнению с балластами магнитных HID.

Вернуться к содержанию

СВЕТИЛЬНИКИ

Светильник, или осветительный прибор, представляет собой блок, состоящий из следующих компонентов:

• лампы
• патрон лампы
• балласты
• светоотражающий материал
• линзы, рефракторы или жалюзи
• корпус

Светильник

Основная функция светильника — направлять свет с помощью отражающих и экранирующих материалов. Многие проекты модернизации освещения состоят из замены одного или нескольких из этих компонентов для улучшения
эффективность приспособления. В качестве альтернативы пользователи могут рассмотреть возможность замены всего светильника на тот, который
Я разработал, чтобы эффективно обеспечить необходимое количество и качество освещения.

Есть несколько разных типов светильников. Ниже приводится список некоторых наиболее распространенных
типы светильников:

• светильники общего освещения, такие как люминесцентные лампы 2х4, 2х2 и 1х4
• потолочные светильники
• непрямое освещение (свет отражается от потолка / стен)
• точечное или акцентное освещение
• рабочее освещение
• внешнее и прожекторное освещение

КПД светильника

Эффективность светильника — это процент светового потока лампы, который фактически выходит из
приспособление.Использование жалюзи может улучшить визуальный комфорт, но поскольку они уменьшают просвет
выход приспособления, КПД снижается. Как правило, наиболее эффективные светильники имеют
худший визуальный комфорт (например, промышленное оборудование без покрытия). И наоборот, приспособление, обеспечивающее
самый высокий уровень визуального комфорта наименее эффективен. Таким образом, художник по свету должен определить
лучший компромисс между эффективностью и VCP при выборе светильников. В последнее время некоторые
производители начали предлагать светильники с отличным VCP и эффективностью.Эти так называемые
«супер-приспособления » сочетают в себе ультрасовременный дизайн линз или жалюзи, чтобы обеспечить лучшее из обоих
миры.

Ухудшение поверхности и скопившаяся грязь в старых, плохо обслуживаемых приборах также могут вызвать
снижение эффективности светильников. См. Раздел «Техническое обслуживание освещения» для получения дополнительной информации.

Направляющий свет

Каждый из вышеперечисленных типов светильников состоит из ряда компонентов, которые предназначены для работы.
вместе производить и направлять свет.Поскольку тема производства света была освещена
В предыдущем разделе текст ниже посвящен компонентам, используемым для направления производимого света.
лампами.

Отражатели

Отражатели предназначены для перенаправления света, излучаемого лампой, для достижения желаемого
распределение силы света вне светильника.

В большинстве точечных и прожекторных ламп накаливания обычно используются сильно зеркальные (зеркальные) отражатели.
встроены в светильники.

Одним из энергоэффективных вариантов модернизации является установка отражателя специальной конструкции для усиления света.
контроль и эффективность приспособления, которое может позволить частичное снятие демпфирования. Отражатели дооснащения
полезен для повышения эффективности старых, изношенных поверхностей светильников. Разнообразие
Доступны отражающие материалы: белая краска с высокой отражающей способностью, ламинат с серебряной пленкой и два
марки анодированного алюминиевого листа (стандартная или повышенная отражательная способность). Серебряный пленочный ламинат
Обычно считается, что он имеет самый высокий коэффициент отражения, но считается менее прочным.

Правильная конструкция и установка отражателей могут иметь большее влияние на производительность, чем
отражающие материалы. Однако в сочетании с демпфированием использование отражателей может привести к
снижение светоотдачи и может перераспределить свет, что может быть приемлемым или неприемлемым для
конкретное пространство или приложение. Чтобы обеспечить приемлемую производительность от отражателей, позаботьтесь о
пробная установка и измерение уровней освещенности «до» и «после», используя процедуры, изложенные в
Оценка освещения.Для получения конкретных данных об эффективности бренда см. Отчеты спецификатора,
«Зеркальные отражатели», том 1, выпуск 3, Национальная информационная программа по осветительной продукции.

Линзы и жалюзи

В большинстве комнатных коммерческих люминесцентных светильников используются либо линзы, либо жалюзи для предотвращения прямого попадания света.
просмотр ламп. Свет, излучаемый в так называемой «зоне ослепления» (углы более 45
градусов от вертикальной оси приспособления) может вызвать зрительный дискомфорт и отражения, которые уменьшают
контраст на рабочих поверхностях или экранах компьютеров.Линзы и жалюзи пытаются контролировать эти
проблемы.

Линзы. Линзы из прозрачного акрилового пластика, устойчивого к ультрафиолетовому излучению, обеспечивают максимальное освещение
производительность и однородность всех средств защиты. Однако они обеспечивают меньший контроль бликов, чем
решетчатые светильники. Типы прозрачных линз включают призматические, крылья летучей мыши, линейные крылья летучей мыши и поляризованные.
линзы. Линзы обычно намного дешевле, чем жалюзи. Белые полупрозрачные диффузоры
намного менее эффективны, чем прозрачные линзы, и они приводят к относительно низкой вероятности визуального комфорта.Новые материалы линз с низким уровнем бликов доступны для модернизации и обеспечивают высокий визуальный комфорт (VCP> 80)
и высокая эффективность.

Жалюзи. Жалюзи обеспечивают превосходный контроль бликов и высокий визуальный комфорт по сравнению с
линзово-диффузорные системы. Чаще всего жалюзи используются для устранения бликов на арматуре.
отражается на экранах компьютеров. Так называемые параболические жалюзи с «глубокими ячейками» (с отверстиями для ячеек 5-7 дюймов)
и глубиной 2–4 дюйма (обеспечивают хороший баланс между визуальным комфортом и эффективностью светильника.Хотя параболические жалюзи с мелкими ячейками обеспечивают высочайший уровень визуального комфорта, они уменьшают
КПД светильника около 35-45 процентов. Для модернизации приложений, как с глубокими ячейками, так и с
жалюзи с мелкими ячейками доступны для использования с существующей арматурой. Обратите внимание, что жалюзи с глубокими ячейками
дооснащение увеличивает общую глубину трансмиссии на 2–4 дюйма; убедитесь, что имеется достаточная глубина камеры статического давления.
перед указанием модернизации с глубокими ячейками.

Распределение

Одна из основных функций светильника — направлять свет туда, где он нужен. Свет
Распространение светильников охарактеризовано Обществом инженеров освещения как
следующим образом:

• Прямой (от 90 до 100 процентов света направляется вниз для максимального использования.
• Непрямое (от 90 до 100 процентов света направляется на потолки и верхние стены и
  отражается во всех частях комнаты.
• Semi-Direct (от 60 до 90 процентов света направлено вниз, а остальная часть света направлена ​​вниз).
  направлен вверх.
• General Diffuse или Direct-Indirect (равные части света направлены вверх и
  вниз.
• Подсветка (дальность проецирования луча и фокусирующая способность характеризуют это
  светильник.

Распределение освещения, характерное для данного светильника, описывается с помощью канделы.
Распространение предоставляется производителем светильника (см. диаграмму на следующей странице). Кандела
распределение представлено кривой на полярном графике, показывающей относительную силу света
360 вокруг приспособления (если смотреть на поперечное сечение приспособления. Эта информация полезна
потому что он показывает, сколько света излучается в каждом направлении и относительные пропорции
downlighting и uplighting. Угол среза — это угол, измеренный прямо вниз,
где приспособление начинает экранировать источник света, и прямой свет от источника не виден.
Угол экранирования — это угол, отсчитываемый от горизонтали, через который приспособление обеспечивает
экранирование от прямого просмотра источника света.Углы экранирования и отсечения складываются.
до 90 градусов.

Продукты для модернизации освещения, упомянутые в этом документе, более подробно описаны в
Технологии модернизации освещения.

Вернуться к содержанию

Отдельные объявления

Advanced Lighting Guidelines: 1993, Исследовательский институт электроэнергии (EPRI) / Калифорния
Энергетическая комиссия (CEC) / Министерство энергетики США (DOE), май 1993 г.

EPRI, CEC и DOE совместно разработали обновленную версию Advanced 1993 года.
Руководство по освещению (первоначально опубликовано ЦИК в 1990 году). Рекомендации включают четыре
новые главы, посвященные управлению освещением. Эта серия руководств содержит исчерпывающие
и объективную информацию о текущем осветительном оборудовании и средствах управления.

Рекомендации касаются следующих областей:

• практика проектирования освещения
• компьютерное проектирование освещения
• светильники и системы освещения
• балласт люминесцентный энергоэффективный
• полноразмерные люминесцентные лампы
• компактные люминесцентные лампы
• Лампы вольфрам-галогенные
• металлогалогенные лампы и лампы HPS
• дневное освещение и поддержание светового потока
• Датчики присутствия
• системы расписания
• модернизация систем управления

Помимо обзоров технологий и приложений, каждая глава завершается рекомендациями.
спецификации для точного определения компонентов модернизации освещения.Руководящие принципы также
свести в таблицу репрезентативные данные о производительности, которые может быть очень сложно найти в продукте
литература.

Чтобы получить копию Advanced Lighting Guidelines (1993), обратитесь в местное коммунальное предприятие (если вы
Утилита является членом EPRI). В противном случае позвоните в ЦИК по телефону (916) 654-5200.

Ассоциация инженеров-энергетиков использует этот текст для подготовки кандидатов к сдаче Сертифицированных
Экзамен по эффективности освещения (CLEP).Эта 480-страничная книга особенно полезна
для изучения расчетов освещенности, основных соображений по проектированию и эксплуатации
характеристики каждого семейства источников света. Он также содержит инструкции по применению для промышленных,
офисное, торговое и внешнее освещение.

Вы можете заказать этот учебник в Ассоциации инженеров-энергетиков по телефону (404).
925-9558.

Стандарт ASHRAE / IES 90.1-1989, Американское общество отопления, охлаждения и
Инженеры по кондиционированию воздуха (ASHRAE) и Общество инженеров освещения (IES), 1989.

ASHRAE / IES 90.1-1989, широко известный как «Стандарт 90.1», является стандартом эффективности, который
Участники Green Lights соглашаются следовать им при проектировании новых систем освещения. Стандарт 90.1 — это
в настоящее время является национальным стандартом добровольного консенсуса. Однако этот стандарт становится законом в
многие государства. Закон об энергетической политике 1992 г. требует, чтобы все штаты подтвердили к октябрю 1994 г., что
их положения коммерческого энергетического кодекса соответствуют или превышают требования Стандарта 90.1.

Участникам Green Lights нужно только соответствовать части стандарта, касающейся системы освещения.
Стандарт 90.1 устанавливает максимальную плотность мощности (W / SF) для систем освещения в зависимости от типа
здание или ожидаемое использование в каждом пространстве. Осветительная часть стандарта 90.1 не
применяются к следующему: наружные производственные или технологические объекты, театральное освещение,
специальное освещение, аварийное освещение, вывески, витрины и жилые помещения
освещение.Управление дневным светом и освещением заслуживает внимания и одобрения, а также минимум
стандарты эффективности указаны для балластов люминесцентных ламп на базе балласта Federal
Стандарты.

Вы можете приобрести Standard 90.1, связавшись с ASHRAE по телефону (404) 636-8400 или IES по телефону (212)
248-5000.

Справочник по управлению освещением, Крейг Дилуи, 1993.

Этот 300-страничный нетехнический справочник дает четкий обзор управления освещением.
принципы.Особое внимание уделяется важности эффективного обслуживания и
преимущества хорошо спланированной и выполненной программы управления освещением. Содержание
организована следующим образом:

• Основы и технологии
• Обследование зданий
• Эффективное освещение (для людей)
• Экономика модернизации
• Техническое обслуживание
• Финансирование модернизации
• Зеленая инженерия (воздействие на окружающую среду)
• Получение помощи
• Истории успеха

Кроме того, приложения к книге включают общую техническую информацию, рабочие листы и информацию о продукте.
гиды.Чтобы приобрести эту ссылку, позвоните в Ассоциацию инженеров-энергетиков по телефону (404) 925-9558.

Освещение: Учебное пособие для старших специалистов по свету, международный
Ассоциация компаний по управлению освещением (NALMCO), первое издание, 1993 г.

Освещение — это 74-страничное учебное пособие для начинающих светотехников.
(Обозначение NALMCO) для повышения статуса до старшего светотехника. В
Рабочая тетрадь состоит из семи глав, в каждой из которых есть тест для самопроверки.Ответы даны в
оборотная сторона книги.

• Основы обслуживания (например, электричество, приборы, вопросы утилизации и т. Д.)

• Работа лампы (например, конструкция и работа лампы (все типы, цветовые эффекты)

• Работа с балластом (например, люминесцентные и HID компоненты балласта, типы, мощность, балласт
  коэффициент, гармоники, начальная температура, КПД, замена)

• Поиск и устранение неисправностей (например,g. , визуальные симптомы, возможные причины, объяснения и / или способы устранения)
• Органы управления (например, фотоэлементы, часы, датчики присутствия, диммеры, EMS)

• Устройства и технологии для модернизации освещения (например, отражатели, компактные люминесцентные лампы,
  модернизация балласта, исправление чрезмерно освещенных ситуаций, линзы и жалюзи, преобразования HID,
  измерение энергоэффективности)

• Аварийное освещение (например, знаки выхода, типы приспособлений, приложения, батареи, техническое обслуживание)

Подсветка четкая и понятная.Самая сильная сторона публикации — обширная
иллюстрации и фотографии, которые помогают прояснить обсуждаемые идеи. Учебник для подмастерьев
Также доступны специалисты по освещению (под названием «Осветите» (рекомендуется для
новички в области освещения.

Для заказа позвоните в НАЛМКО по телефону (609) 799-5501.

Научно-исследовательский институт электроэнергетики (EPRI)

Справочник по эффективности коммерческого освещения, EPRI, CU-7427, сентябрь 1991 г.

Справочник по эффективности коммерческого освещения содержит обзор эффективных
коммерческие осветительные технологии и программы, доступные конечному пользователю. Помимо предоставления
обзор возможностей сохранения освещения, этот 144-страничный документ предоставляет ценные
информация об образовании в области освещения и информация в следующих областях:

• справочник групп по энергетике и окружающей среде обширный справочник по освещению с аннотациями
  библиографии
• справочник светотехнических демонстрационных центров
• свод правил и норм, касающихся освещения
• справочник светотехнических учебных заведений, курсов и семинаров
• списки журналов и журналов по освещению

Справочник

• и описания светотехнических научно-исследовательских организаций
• справочник профессиональных групп и торговых ассоциаций в области освещения

Чтобы получить копию EPRI Lighting Publications, обратитесь в местное коммунальное предприятие (если оно
член EPRI) или обратитесь в Центр распространения публикаций EPRI по телефону (510)
934-4212.

Следующие публикации по освещению доступны в EPRI. Каждая публикация содержит
подробное описание технологий, их преимуществ, областей применения и тематических исследований.

• Газоразрядный светильник высокой интенсивности (10 страниц), BR-101739
• Электронные балласты (6 страниц), BR-101886
• Датчики присутствия (6 страниц), BR-100323
• Компактные люминесцентные лампы (6 страниц), CU.2042R.4.93
• Зеркальные модифицированные отражатели (6 страниц), CU.2046Р.6.92
• Модернизация осветительных технологий (10 страниц), CU.3040R.7.91

Кроме того, EPRI предлагает серию 2-страничных информационных бюллетеней, охватывающих такие темы, как
обслуживание освещения, качество освещения, освещение VDT и срок службы лампы.

Чтобы получить копию EPRI Lighting Publications, обратитесь в местное коммунальное предприятие (если оно
член EPRI). В противном случае обратитесь в Центр распространения публикаций EPRI по телефону (510).
934-4212.

Справочник по основам освещения, Научно-исследовательский институт электроэнергии, TR-101710, март
1993.

В этом справочнике представлена ​​основная информация о принципах освещения, осветительном оборудовании и др.
соображения, связанные с дизайном освещения. Он не предназначен для использования в качестве актуальной ссылки на
текущая светотехническая продукция и оборудование. Справочник состоит из трех основных разделов:

• Физика света (например, свет, зрение, оптика, фотометрия)

• Осветительное оборудование и технологии (e.г., лампы, светильники, регуляторы освещения)

• Решения по дизайну освещения (например, цели освещения, качество, экономика, нормы, мощность
  качество, фотобиология и удаление отходов)

Чтобы получить копию EPRI Lighting Publications, обратитесь в местное коммунальное предприятие (если оно
член EPRI) или обратитесь в Центр распространения публикаций EPRI по телефону (510)
934-4212.

Общество светотехники (IES)

ED-100 Начальное освещение

Эта образовательная программа, состоящая примерно из 300 страниц в папке, представляет собой обновленную версию.
учебных материалов по основам 1985 года.Этот набор из 10 уроков предназначен для тех, кто
хотите тщательный обзор поля освещения.

• Свет и цвет
• Свет, зрение и восприятие
• Источники света
• Светильники и их фотометрические данные
• Расчет освещенности
• Световые приложения для визуального представления
• Освещение для визуального воздействия
• Наружное освещение
• Энергоменеджмент / Экономика освещения
• Дневной свет

ED-150 Промежуточное освещение

Этот курс — «следующий шаг» для тех, кто уже прошел ED-100.
фундаментальной программы или желающих расширить свои знания, полученные с помощью практических
опыт.Экзамен технических знаний IES основан на уровне ED-150.
знание. Папка длиной 2 дюйма содержит тринадцать уроков.

• Видение
• Цвет
• Источники света и балласты
• Оптический контроль
• Расчет освещенности
• Психологические аспекты освещения
• Концепции дизайна
• Компьютеры в дизайне и анализе освещения
• Экономика освещения
• Расчет дневного света
• Электрические параметры / распределение
• Электроуправление
• Математика освещения

Справочник по освещению IES, 8-е издание, IES of North America, 1993.

Этот 1000-страничный технический справочник представляет собой комбинацию двух более ранних томов, которые по отдельности
адресная справочная информация и приложения. Считается «библией» озарения.
Инженерное дело, Справочник обеспечивает широкий охват всех этапов светотехнических дисциплин. 34
главы разделены на пять общих частей.

• Наука об освещении (например, оптика, измерения, зрение, цвет, фотобиология)
• Светотехника (например, источники, светильники, дневное освещение, расчеты)
• Элементы дизайна (e. g., процесс, выбор освещенности, экономика, нормы и стандарты)
• Lighting Applications, в которой обсуждаются 15 уникальных тематических исследований
• Специальные темы (например, энергоменеджмент, контроль, техническое обслуживание, экологические вопросы)

Кроме того, Справочник содержит обширный ГЛОССАРИЙ и указатель, а также множество
иллюстрации, графики, диаграммы, уравнения, фотографии и ссылки.

Справочник является важным справочником для практикующего светотехника.Вы можете приобрести
руководство из отдела публикаций IES по телефону (212) 248-5000. Члены IES получают цену
скидка на Справочник.

IES Lighting Ready Reference, IES, 1989.

Эта книга представляет собой сборник информации по освещению, в том числе: терминологию,
коэффициенты преобразования, таблицы источников света, рекомендации по освещенности, расчетные данные, энергия
соображения управления, методы анализа затрат и процедуры обследования освещения. Готов
Справочник включает наиболее часто используемые материалы из Справочника по освещению IES.

Вы можете приобрести 168-страничный справочник в отделе публикаций IES по телефону (212)
248-5000. членов IES получают Ready Reference при вступлении в общество.

Освещение VDT: Рекомендуемая практика IES для офисов освещения
Содержит компьютерные терминалы визуального отображения. ОЭС Севера
Америка, 1990. IES RP-24-1989.

Это руководство по освещению содержит рекомендации по освещению офисов, где компьютер
Используются ВДТ.Он также предлагает рекомендации относительно требований к освещению для визуального комфорта и
хорошая видимость, с анализом влияния общего освещения на визуальные задачи ВДТ.

Чтобы приобрести копию RP-24, обратитесь в IES по телефону (212) 248-5000.

Национальное бюро освещения (NLB)

NLB — это информационная служба, созданная Национальными производителями электрооборудования.
Ассоциация (NEMA). Его цель — повысить осведомленность о преимуществах
хорошее освещение.NLB продвигает все аспекты управления энергопотреблением освещения, начиная от
производительность к световому потоку. Ежегодно НББ публикует статьи в различных периодических изданиях и
путеводители, написанные для непрофессионала. В этих статьях обсуждаются конкретные конструкции систем освещения,
методы эксплуатации, технического обслуживания и системные компоненты.

Следующие публикации представляют собой основные ссылки, которые предоставляют обзор предмета и
включают приложения для освещения.

• Офисное освещение и производительность
• Прибыль от модернизации освещения
• Получите максимальную отдачу от освещения Dollar
• Решение загадки проблем просмотра VDT
• Руководство NLB по промышленному освещению
• Руководство NLB по управлению освещением в розничной торговле
• Руководство NLB по энергоэффективным системам освещения
• Освещение для безопасности
• Проведение аудита системы освещения
• Освещение и возможности человека

Чтобы запросить каталог или заказать публикации, позвоните в NLB по телефону (202) 457-8437.

Руководство NEMA по средствам управления освещением, национальные производители электрооборудования
Ассоциация, 1992.

В этом руководстве представлен обзор следующих стратегий управления освещением: включение / выключение, занятость.
распознавание, планирование, настройка, сбор дневного света, компенсация износа просвета и
контроль спроса. Кроме того, в нем обсуждаются варианты оборудования и приложения для каждого элемента управления.
стратегия.

Для заказа звоните в NLB по телефону (202) 457-8437.

Национальная информационная программа по осветительной продукции (NLPIP)

Эта программа публикует объективную информацию о продуктах для модернизации освещения и является
спонсируется четырьмя организациями: Green Lights EPA, Исследовательским центром освещения, New
Управление энергетических исследований и разработок штата Йорк и Энергетическая компания северных штатов.
Доступны два типа публикаций (Specifier Reports и Lighting Answers.

).

Чтобы приобрести эти публикации, отправьте запрос по факсу в Исследовательский центр освещения,
Политехнический институт Ренсселера: (518) 276-2999 (факс).

Отчеты спецификатора

В каждом отчете спецификатора рассматривается конкретная технология обновления освещения. Отчеты спецификатора
предоставить справочную информацию о технологии и результаты независимых тестов производительности
брендовых продуктов для модернизации освещения. По состоянию на июль опубликованы отчеты NineSpecifier.
1994.

• Электронные балласты, декабрь 1991 г.
• Редукторы мощности, март 1992 г.
• Зеркальные отражатели, июль 1992 г.
• Датчики присутствия, октябрь 1992 г.
• Светильники для парковок, январь 1993 г.
• Компактные люминесцентные лампы с винтовыми цоколями, апрель 1993 г.
• Катодно-разъединяющий балласт, июнь 1993 г.
• Exit Sign Technologies, январь 1994 г.
• Электронные балласты, май 1994 г.

Отчеты-спецификаторы, которые будут опубликованы в 1994 г., будут касаться пяти тем: знаки выхода, электронные
балласты, элементы управления дневным светом, компактные люминесцентные лампы и запасные части для
лампы накаливания с отражателем.HID-системы для освещения торговых дисплеев также будут исследованы в
1994.

Световые ответы

Ответы на освещение содержат информативный текст об эксплуатационных характеристиках конкретных
технологии освещения, но не включают результаты сравнительных испытаний производительности. Освещение
Ответы, опубликованные в 1993 году, касались флуоресцентных систем T8 и поляризационных панелей для
люминесцентные светильники. Дополнительные ответы на вопросы освещения, запланированные к публикации в 1994 году, будут охватывать
рабочее освещение и HID затемнение.Другие обсуждаемые темы — электронный балласт.
электромагнитные помехи (EMI) и системы освещения 2’x4 ‘.

Периодические издания

Energy User News, Chilton Publications, публикуется ежемесячно.

В этом ежемесячном издании рассматриваются многие аспекты энергетической отрасли. Каждое издание содержит
раздел, посвященный освещению, обычно содержащий тематическое исследование и как минимум одну статью, посвященную
осветительный продукт или проблема. Некоторые выпуски Energy User News содержат руководства по продуктам, которые
таблицы для конкретных технологий, в которых перечислены участвующие производители (с номерами телефонов) и
атрибуты своей продукции.В сентябрьском выпуске 1993 года в центре внимания было освещение, а
содержала следующую информацию.

• несколько статей по освещению и анонсы продуктов
• специальный отчет о планировании модернизации освещения и качестве электроэнергии
• Технологический отчет по вольфрамово-галогеновым лампам
• комментарий к успешной модернизации датчика присутствия
• справочники по КЛЛ, галогенам, HID, отражателям, электронным балластам

Чтобы заказать старые выпуски, звоните (215) 964-4028.

Управление освещением и техническое обслуживание, НАЛМКО, публикуется ежемесячно .

В этой ежемесячной публикации рассматриваются проблемы и технологии, непосредственно связанные с обновлением и
обслуживание систем коммерческого и промышленного освещения. Ниже приведены некоторые темы
рассматриваются в Управление освещением и техническое обслуживание: светотехническая промышленность, законодательство, новые
продуктов и приложений, утилизации отходов, геодезии и управления освещением.

Чтобы заказать подписку, позвоните в NALMCO по телефону (609) 799-5501.

Другие публикации EPA Green Lights

Помимо Руководства по обновлению освещения, EPA публикует другие документы, которые доступны бесплатно.
оплаты в Центре обслуживания клиентов Green Lights. Кроме того, новая факсимильная линия EPA
система позволяет пользователям запрашивать и получать маркетинговую и техническую информацию Green Lights
в течение нескольких минут по телефону (202) 233-9659.

Обновление зеленого света

Этот ежемесячный информационный бюллетень является основным средством информирования участников Green Lights (и
другие заинтересованные стороны) о последних нововведениях в программе. Информационный бюллетень каждого месяца
обращается к осветительным технологиям, приложениям, тематическим исследованиям и специальным мероприятиям. Каждый выпуск
содержит последний график семинаров по модернизации освещения и копию формы отчетности
используется участниками для отчета о завершенных проектах для EPA.

Чтобы получить бесплатную подписку на Обновление, обратитесь в службу поддержки Green Lights по адресу
(202) 775-6650 или факс (202) 775-6680.

Страницы питания

Power Pages — это короткие публикации, посвященные технологиям освещения, приложениям и конкретным
вопросы или проблемы по программе Green Lights. Анонсы Power Pages ищите в
информационный бюллетень обновления.

Эти документы доступны через факсимильную линию Green Lights. Для запроса доставки факса звоните
по факсу (202) 233-9659. Периодически звоните по факсу, чтобы получить последнюю
информация от Green Lights. Если у вас нет факсимильного аппарата, обратитесь в Green Lights.
Служба поддержки клиентов по телефону (202) 775-6650.

Легкие трусы

EPA публикует 2-страничные краткие обзоры по различным вопросам реализации. Эти публикации
предназначен для ознакомления с техническими и финансовыми проблемами, влияющими на решения по обновлению.Четыре Light Briefs фокусируются на технологиях: датчики присутствия, электронные балласты, зеркальные отражения.
отражатели и эффективные люминесцентные лампы. Другие выпуски охватывают скользящие стратегии финансирования,
варианты финансирования, измерение рентабельности модернизации освещения и удаление отходов. Текущие копии
были разосланы всем участникам Green Lights.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь со службой поддержки клиентов Green Lights по телефону (202).
775-6650 или по факсу (202) 775-6680.

Брошюра Green Lights

EPA выпустило четырехцветную брошюру для продвижения программы Green Lights. В нем излагаются
цели и обязательства программы, описывая при этом то, что делают некоторые из участников.
Этот документ является важным инструментом для любой маркетинговой презентации Green Lights.

Чтобы заказать копии брошюры, свяжитесь со службой поддержки клиентов Green Lights по телефону (202).
775-6650 или факс (202) 775-6680

Вернуться к содержанию

A, B, C, D, E, F, G, H, I, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, Z

AMPERE : стандартная единица измерения электрического тока, равная одному кулону
в секунду.Он определяет количество электронов, проходящих мимо заданной точки в цепи во время
конкретный период. Amp — это аббревиатура.

ANSI : Аббревиатура американского национального института стандартов.

ARC TUBE : Трубка, заключенная во внешнюю стеклянную оболочку HID лампы и сделанная из прозрачного
кварцевый или керамический, содержащий поток дуги.

ASHRAE : Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха

ПЕРЕГОРОДКА : одиночный непрозрачный или полупрозрачный элемент, используемый для управления распределением света при определенных
углы.

БАЛЛАСТ: Устройство для управления люминесцентными и HID лампами. Балласт обеспечивает
необходимое пусковое напряжение, при этом ограничивая и регулируя ток лампы во время работы.

BALLAST CYCLING : Нежелательное состояние, при котором балласт включает и выключает лампы.
(циклы) из-за перегрева термовыключателя внутри балласта. Это может быть связано с
неправильные лампы, неподходящее напряжение, высокая температура окружающей среды вокруг светильника,
или ранняя стадия выхода балласта из строя.

КОЭФФИЦИЕНТ БАЛЛАСТНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ : Фактор балластной эффективности (BEF) — это балластный коэффициент.
(см. ниже) деленное на входную мощность балласта. Чем выше BEF (в пределах того же
лампово-балластного типа (тем эффективнее балласт.

BALLAST FACTOR : Балластный коэффициент (BF) для конкретной комбинации лампы и балласта.
представляет собой процент от номинального люменов лампы, который будет произведен комбинацией.

CANDELA: Единица силы света, описывающая интенсивность источника света в определенном
направление.

CANDELA DISTRIBUTION : Кривая, часто в полярных координатах, иллюстрирующая изменение
сила света лампы или светильника в плоскости, проходящей через световой центр.

CANDLEPOWER: Мера силы света источника света в определенном направлении,
измеряется в канделах (см. выше).

CBM : Сокращенное обозначение ассоциации сертифицированных производителей балласта.

CEC : Аббревиатура от California Energy Commission.

КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ : Отношение люменов от светильника, получаемого на
рабочая плоскость к люменам, создаваемым только лампами. (Также называется «CU»)

ИНДЕКС ЦВЕТООТРАЖЕНИЯ (CRI): Шкала влияния источника света на цвет
внешний вид объекта по сравнению с его цветным внешним видом под эталонным источником света.
Выражается по шкале от 1 до 100, где 100 означает отсутствие изменения цвета. Низкий рейтинг CRI предполагает
что цвета объектов будут казаться неестественными под определенным источником света.

ЦВЕТОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА : Цветовая температура является характеристикой внешнего вида цвета
источник света, связывающий цвет с эталонным источником, нагретым до определенной температуры,
измеряется термической единицей Кельвина. Измерение также можно описать как «тепло» или
«прохлада» источника света. Обычно источники ниже 3200K считаются «теплыми»; пока
те, что выше 4000К, считаются «крутыми» источниками.

КОМПАКТНЫЙ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ : Маленькая люминесцентная лампа, которая часто используется в качестве альтернативы
лампы накаливания.Срок службы лампы примерно в 10 раз больше, чем у ламп накаливания, и составляет 3-4 часа.
в раз эффективнее. Также называются лампами PL, Twin-Tube, CFL или BIAX.

БАЛЛАСТ ПОСТОЯННОЙ МОЩНОСТИ (CW) : Премиальный тип СКРЫТЫЙ балласта, в котором
первичная и вторичная обмотки изолированы. Считается высокоэффективным балластом с высокими потерями.
с отличной регулировкой мощности.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОНСТАНТА (CWA) БАЛЛАСТ : популярный тип
HID балласт, в котором первичная и вторичная катушки электрически соединены.Считается
соответствующий баланс между стоимостью и производительностью.

КОНТРАСТ: Отношение между яркостью объекта и его фоном.

CRI: (СМ. ИНДЕКС ЦВЕТА)

УГОЛ ОБРЕЗКИ : Угол от вертикальной оси приспособления, под которым отражатель, жалюзи или
другое экранирующее устройство закрывает прямую видимость лампы. Это дополнительный угол
угол экранирования.

КОМПЕНСАЦИЯ ДНЕВНОГО СВЕТА : Система затемнения, управляемая фотоэлементом, который уменьшает
мощность ламп при дневном свете. По мере увеличения дневного света интенсивность лампы
уменьшается. Энергосберегающая технология, используемая в районах со значительным дневным освещением.

DIFFUSE : термин, описывающий распределение рассеянного света. Относится к рассеянию или размягчению
светлый.

РАССЕИВАТЕЛЬ: Полупрозрачный кусок стекла или пластика, который экранирует источник света в
приспособление.Свет, проходящий через диффузор, будет перенаправлен и рассеян.

ПРЯМОЙ СБЛИК : Слепящий свет, возникающий при прямом взгляде на источники света. Часто результат
недостаточно экранированные источники света. (См. ОБЗОР)

DOWNLIGHT : Тип потолочного светильника, обычно полностью встраиваемый, в который попадает большая часть света.
направлен вниз. Может иметь открытый отражатель и / или экранирующее устройство.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ : показатель, используемый для сравнения светоотдачи с потреблением энергии.Эффективность
измеряется в люменах на ватт. Эффективность аналогична эффективности, но выражается в разных
единицы. Например, если источник мощностью 100 Вт дает 9000 люмен, то эффективность составляет 90 люмен.
на ватт.

ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТ: Технология источника света, используемая в знаках выхода, которая обеспечивает
равномерная яркость, длительный срок службы лампы (примерно восемь лет) при очень низком потреблении
энергия (менее одного ватта на лампу).

ЭЛЕКТРОННЫЙ БАЛЛАСТ : ПРА, в котором используются полупроводниковые компоненты для увеличения
частота работы люминесцентной лампы (обычно в диапазоне 20-40 кГц.Меньший индуктивный
Компоненты обеспечивают контроль тока лампы. Эффективность люминесцентной системы повышается за счет
работа лампы высокой частоты.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ДИММИНИРУЮЩИЙ БАЛЛАСТ : Электронный люминесцентный балласт с регулируемой мощностью.

EMI: Сокращенное обозначение электромагнитных помех. Высокочастотные помехи (электрические
шум), вызванный электронными компонентами или люминесцентными лампами, который мешает работе
электрическое оборудование.EMI измеряется в микровольтах и ​​может контролироваться фильтрами. Так как
EMI может создавать помехи для устройств связи, Федеральная комиссия по связи (FCC)
установил лимиты для EMI.

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ БАЛЛАСТ : Тип магнитного балласта, сконструированный таким образом, что компоненты
работают эффективнее, холоднее и дольше, чем «стандартный магнитный» балласт. По законам США,
стандартные магнитные балласты больше не производятся.

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ЛАМПА : Лампа с меньшей мощностью, обычно дает меньше люмен.

FC: (СМОТРЕТЬ ПОДВЕСКУ)

ФЛУОРЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА : Источник света, состоящий из трубки, заполненной аргоном, вместе с
криптон или другой инертный газ. При подаче электрического тока возникающая дуга излучает ультрафиолетовое излучение.
излучение, которое возбуждает люминофор внутри стенки лампы, заставляя их излучать видимый свет.

FOOTCANDLE (FC): Английская единица измерения освещенности (или уровня освещенности) на
поверхность.Одна фут-свеча равна одному люмену на квадратный фут.

FOOTLAMBERT : английская единица яркости. Один футламберт равен 1 / p кандел на
квадратный фут.

ЯРКОСТЬ: Влияние яркости или различий в яркости в пределах поля зрения в достаточной степени
высокий, чтобы вызвать раздражение, дискомфорт или потерю зрения.

ГАЛОГЕН: (СМ. ГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА Вольфрама)

ГАРМОНИЧЕСКОЕ ИСКАЖЕНИЕ : Гармоника — это синусоидальная составляющая периодической волны.
имеющий частоту, кратную основной частоте.Гармонические искажения от
осветительное оборудование может создавать помехи другим приборам и работе электроэнергии
сети. Общее гармоническое искажение (THD) обычно выражается в процентах от
ток основной линии. THD для 4-футовых люминесцентных балластов обычно составляет от 20% до 40%.
Для компактных люминесцентных балластов уровни THD более 50% не являются редкостью.

HID: Сокращенное обозначение разряда высокой интенсивности. Общий термин, описывающий пары ртути, металл
галогенидные, натриевые источники высокого давления и (неофициально) натриевые источники света и светильники низкого давления.

HIGH-BAY: Относится к типу освещения в промышленных помещениях, где потолок составляет 20 градусов.
футов или выше. Также описывает само приложение.

ВЫСОКАЯ МОЩНОСТЬ (HO): Лампа или балласт, предназначенный для работы при более высоких токах (800 мА) и
производить больше света.

HIGH POWER FACTOR : ПРА с номинальным коэффициентом мощности 0,9 или выше, который достигается
с помощью конденсатора.

НАТРИЕВАЯ ЛАМПА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ : Газоразрядная лампа высокой интенсивности (HID), свет которой
производится излучением паров натрия (и ртути).

HOT RESTART или HOT RESTRIKE : Явление повторного зажигания дуги при СКРЫТОМ свете
источник после кратковременного отключения питания. Горячий перезапуск происходит, когда дуговая трубка остыла.
достаточное количество.

IESNA: Аббревиатура для Общества инженеров освещения Северной Америки.

ОСВЕЩЕНИЕ : фотометрический термин, который определяет количество света, падающего на поверхность или плоскость.
Освещенность обычно называют уровнем освещенности. Выражается в люменах на квадратный фут.
(фут-кандел) или люмен на квадратный метр (люкс).

НЕПРЯМОЙ СБЛИК : Слепящий свет от отражающей поверхности.

МГНОВЕННЫЙ ЗАПУСК : Люминесцентная схема, которая мгновенно зажигает лампу с очень высокой
пусковое напряжение от балласта.Лампы мгновенного пуска имеют одноштырьковые цоколи.

КРЕСТ-КОЭФФИЦИЕНТ ТОКА ЛАМПЫ (LCCF): Пиковое значение тока лампы, деленное на среднеквадратичное значение.
(средний) ток лампы. Производители ламп требуют <1,7 для максимального срока службы лампы. LCCF 1,414 идеальная синусоида.

КОЭФФИЦИЕНТ СТАРЕНИЯ ЛАМПЫ (LLD): Коэффициент, представляющий уменьшение
светового потока с течением времени. Коэффициент обычно используется как множитель начального просвета.
рейтинг в расчетах освещенности, который компенсирует снижение светового потока.LLD
коэффициент — безразмерное значение от 0 до 1.

LAY-IN-TROFFER: Люминесцентный светильник; обычно приспособление размером 2 х 4 фута, которое устанавливается или «кладется» в
специфическая потолочная сетка.

LED: Сокращенное обозначение светодиода. Технология освещения, используемая для знаков выхода.
Потребляет небольшую мощность и имеет номинальный срок службы более 80 лет.

ЛИНЗА : Прозрачный или полупрозрачный материал, изменяющий характеристики направления света.
проходя через это.Обычно из стекла или акрила.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОТЕРЯ СВЕТА (LLF): Факторы, которые позволяют системе освещения работать с меньшими затратами.
чем начальные условия. Эти коэффициенты используются для расчета поддерживаемого уровня освещенности. LLF
разделены на две категории: восстанавливаемые и невозмещаемые. Примеры: люмен лампы.
износ и износ поверхности светильников.

СТОИМОСТЬ ЖИЗНИ : Общие затраты, связанные с покупкой, эксплуатацией и обслуживанием
система в течение жизни этой системы.

LOUVER: Сетчатый оптический узел, используемый для управления распределением света от осветительного прибора. Может
варьируются от пластика с мелкими ячейками до решеток из анодированного алюминия с большими ячейками, используемых в параболических
люминесцентные светильники.

КОЭФФИЦИЕНТ НИЗКОЙ МОЩНОСТИ : Фактически нескорректированный коэффициент мощности балласта менее 0,9
(СМ. НПФ)

НАТРИЙ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ : Газоразрядная лампа низкого давления, в которой свет излучается
излучение паров натрия.Считается монохроматическим источником света (большинство цветов
отображается как серый).

ЛАМПА НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ : Лампа (обычно компактная галогенная (обеспечивающая обе яркости)
и хорошая цветопередача. Лампа работает от 12 В и требует использования трансформатора. Популярный
лампы MR11, MR16 и PAR36.

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ : Реле (переключатель с магнитным приводом), которое позволяет
дистанционное управление освещением, включая централизованные часы или компьютерное управление.

LUMEN: Единица светового потока или светового потока. Световой поток лампы — это мера светового потока.
общий световой поток лампы.

LUMINAIRE : Полный осветительный прибор, состоящий из лампы или ламп, а также их частей.
предназначен для распределения света, удержания ламп и подключения ламп к источнику питания. Также
называется приспособление.

LUMINAIRE EFFICIENCY : Отношение общей световой отдачи светильника к световому потоку.
мощность ламп, выраженная в процентах.Например, если в двух светильниках используется один и тот же
лампы, больше света будет испускаться из светильника с более высокой эффективностью.

ЯРКОСТЬ: Фотометрический термин, который количественно определяет яркость источника света или
освещенная поверхность, отражающая свет. Выражается в футламбертах (английских единицах) или канделах.
за квадратный метр (метрические единицы).

ЛЮКС (LX): Метрическая единица измерения освещенности поверхности.Один люкс равен одному
люмен на квадратный метр. Один люкс равен 0,093 фут-канделы.

ПОДДЕРЖИВАЕМАЯ ОСВЕЩЕННОСТЬ : Относится к уровням освещенности помещения, отличным от начального или номинального.
условия. Эти термины учитывают факторы световых потерь, такие как износ лампы, светильник.
износ грязи и износ поверхности комнаты.

MERCURY VAPOR LAMP : Тип газоразрядной лампы высокой интенсивности (HID), в которой большая часть
свет создается за счет излучения паров ртути.Излучает сине-зеленый свет.
Доступны в прозрачных лампах и лампах с люминофорным покрытием.

METAL HALIDE : Тип разрядной лампы высокой интенсивности (HID), в которой большая часть света
образуются за счет излучения паров галогенидов металлов и ртути в дуговой трубке. Доступен в прозрачном и
лампы с люминофорным покрытием.

MR-16: Низковольтная кварцевая лампа с рефлектором, всего 2 дюйма в диаметре. Обычно лампа и
отражатели представляют собой единое целое, которое направляет резкий и точный луч света.

NADIR : Опорное направление непосредственно под светильником или «прямо вниз» (угол 0 градусов).

NEMA: Сокращенное обозначение Национальной ассоциации производителей электрооборудования.

NIST: Сокращенное обозначение Национального института стандартов и технологий.

NPF (НОРМАЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ) : Комбинация пускорегулирующего устройства / лампы, в которой нет компонентов
(например, конденсаторы) были добавлены, чтобы скорректировать коэффициент мощности, сделав его нормальным (существенно низким,
обычно 0.5 или 50%).

ДАТЧИК ПОМЕЩЕНИЯ : Устройство управления, которое выключает свет после того, как пространство становится
незанятые. Может быть ультразвукового, инфракрасного или другого типа.

ОПТИКА: Термин, относящийся к компонентам осветительной арматуры (например, отражателям, рефракторам и т. Д.).
линзы, жалюзи) или светоизлучающие или светорегулирующие характеристики прибора.

PAR LAMP : Лампа с параболическим алюминированным рефлектором.Лампа накаливания, галогенид металла или компактный
Люминесцентная лампа используется для перенаправления света от источника с помощью параболического отражателя. Светильники бывают
доступны с раздачей наводнением или спотом.

PAR 36: Лампа PAR диаметром 36 1/8 дюйма параболической формы.
отражатель (СМ. ПАР. ЛАМПУ).

ПАРАБОЛИЧЕСКИЙ СВЕТИЛЬНИК : популярный тип люминесцентных светильников с жалюзи
алюминиевых перегородок изогнутой параболической формы.Результирующее светораспределение, производимое
эта форма обеспечивает меньшее количество бликов, лучший контроль света и считается более эстетичной.
обращаться.

PARACUBE : Пластиковая решетка с металлическим покрытием, состоящая из небольших квадратов. Часто используется для замены
линза в установленном troffer для улучшения ее внешнего вида. Паракуб визуально комфортный,
но КПД светильника снижается. Также используется в помещениях с компьютерными экранами из-за
их способность уменьшать блики.

ФОТОЭЛЕМЕНТ: Светочувствительное устройство, используемое для управления светильниками и диммерами в ответ на
обнаруженные уровни освещенности.

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ : Фотометрический отчет — это набор печатных данных, описывающих свет
распределение, эффективность и зональный световой поток светильника. Этот отчет создан из
лабораторные испытания.

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ : Отношение напряжения переменного тока x ампер через устройство к мощности переменного тока
устройство.Такое устройство, как балласт, которое измеряет 120 вольт, 1 ампер и 60 ватт, имеет мощность
коэффициент 50% (вольт x ампер = 120 ВА, следовательно, 60 Вт / 120 ВА = 0,5). Некоторые коммунальные услуги взимают
заказчики систем с низким коэффициентом мощности.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАГРЕВ : Тип схемы балласта / лампы, в которой используется отдельный стартер для нагрева люминесцентной лампы.
лампа до того, как будет подано высокое напряжение для запуска лампы.

QUAD-TUBE LAMP : Компактная люминесцентная лампа с двойной двойной трубкой.

РАДИОЧАСТОТНЫЕ ПОМЕХИ (RFI): Помехи в радиодиапазоне
вызвано другим высокочастотным оборудованием или устройствами в непосредственной близости. Флуоресцентное освещение
системы генерируют RFI.

RAPID START (RS): Самая популярная комбинация люминесцентных ламп и пускорегулирующих устройств, используемая сегодня. Этот
балласт быстро и эффективно предварительно нагревает катоды лампы для запуска лампы. Использует «двухштырьковый» цоколь.

ROOM CAVITY RATIO (RCR): Соотношение размеров комнаты, используемое для количественной оценки того, как свет будет
взаимодействуют с поверхностями комнаты.Коэффициент, используемый при расчетах освещенности.

ОТРАЖЕНИЕ: Отношение света, отраженного от поверхности, к свету, падающему на
поверхность. Коэффициент отражения часто используется для расчета освещения. Коэффициент отражения темного ковра составляет
около 20%, а чистая белая стена — примерно от 50% до 60%.

ОТРАЖАТЕЛЬ: Часть светильника, которая закрывает лампы и перенаправляет свет.
испускается лампой.

РЕФРАКТОР: Устройство, используемое для перенаправления светового потока от источника, в основном путем изгиба.
волны света.

ИСПОЛЬЗУЕТСЯ: Термин, используемый для описания дверной коробки трансформера, в которой находится линза или жалюзи.
над поверхностью потолка.

ПОЛОЖЕНИЕ : Способность балласта поддерживать постоянную (или почти постоянную) выходную мощность в ваттах.
(светоотдача) при колебаниях напряжения питания балласта. Обычно указывается как +/-
процентное изменение выпуска по сравнению с +/- процентным изменением ввода.

РЕЛЕ: Устройство, которое включает или выключает электрическую нагрузку при небольших изменениях тока или
Напряжение.Примеры: реле низкого напряжения и твердотельное реле.

ПЕРЕОБОРУДОВАНИЕ : Означает модернизацию приспособления, комнаты или здания путем установки новых деталей или
оборудование.

САМОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ ЗНАК ДЛЯ ВЫХОДА : Технология освещения с использованием стекла с люминесцентным покрытием
трубки, заполненные радиоактивным газом тритием. Знак выхода не использует электричество и, следовательно, не требует
быть зашитым.

SEMI-SPECULAR: Термин, описывающий характеристики светоотражения материала.Немного
свет отражается направленно с некоторым рассеянием.

УГОЛ ЭКРАНА : Угол, измеряемый от плоскости потолка до линии обзора, где
становится видна оголенная лампа в светильнике. Более высокие углы экранирования уменьшают прямые блики. это
дополнительный угол угла отсечки. (См. УГОЛ ОБРЕЗКИ).

КРИТЕРИЙ РАСПОЛОЖЕНИЯ : Максимальное расстояние, на котором могут быть размещены внутренние приспособления, на которые
обеспечивает равномерное освещение рабочей плоскости. Высота светильника над рабочей плоскостью
умноженное на критерий расстояния, равняется расстоянию между светильником.

SPECULAR: Зеркальная или полированная поверхность. Угол отражения равен углу
заболеваемость. Это слово описывает отделку материала, из которого изготовлены некоторые жалюзи и отражатели.

СТАРТЕР: Устройство, используемое с балластом для запуска предварительного нагрева люминесцентных ламп.

СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ : Состояние, при котором вращающееся оборудование или другое быстро движущееся
объекты кажутся стоящими из-за переменного тока, подаваемого к источникам света.Иногда его называют «стробоскопическим эффектом».

T12 LAMP : Промышленный стандарт для люминесцентных ламп толщиной 12 1/8 дюйма (1 дюйм)
диаметр. Другие размеры — лампы T10 (1 дюйм) и T8 (1 дюйм).

ТАНДЕМНАЯ ПРОВОДКА : Вариант подключения, при котором пускорегулирующие устройства используются совместно двумя или более светильниками.
Это снижает затраты на рабочую силу, материалы и энергию. Также называется проводкой «ведущий-ведомый».

ТЕПЛОВОЙ КОЭФФИЦИЕНТ : коэффициент, используемый в расчетах освещения, который компенсирует изменение
светоотдачи люминесцентной лампы из-за изменения температуры стенки колбы.Применяется при
рассматриваемая комбинация лампы и балласта отличается от используемой в фотометрической
тесты.

TRIGGER START : Тип балласта, обычно используемый с прямой мощностью 15 и 20 Вт.
флюоресцентные лампы.

TROFFER: Термин, используемый для обозначения встраиваемого люминесцентного светильника (комбинация
корыто и сундук).

Вольфрамовая галогенная лампа : Газонаполненная лампа накаливания с вольфрамовой нитью и
колба лампы из кварца, выдерживающая высокие температуры.Эта лампа содержит некоторые
галогены (а именно йод, хлор, бром и фтор), которые замедляют испарение
вольфрам. Также обычно называют кварцевыми лампами.

ДВУХТРУБНЫЙ: (СМ. КОМПАКТНАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА)

УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ (УФ): Невидимое излучение с более короткой длиной волны и более высокой
частоты, чем видимый фиолетовый свет (буквально за пределами фиолетового света).

ЛАБОРАТОРИИ БАЗОВЫХ РАБОТНИКОВ (UL): Независимая организация, чья
в обязанности входит тщательное тестирование электротехнической продукции.Когда продукты проходят эти испытания,
они могут быть помечены (и объявлены) как «внесенные в список UL». Испытания UL только на безопасность продукта.

ВАНДАЛОЗАЩИТНЫЙ: Светильники с прочным корпусом, защитой от взлома и
винты с защитой от взлома.

VCP: Сокращенное обозначение вероятности визуального комфорта. Рейтинговая система оценки прямых
дискомфортные блики. Этот метод представляет собой субъективную оценку визуального комфорта, выраженную как
процент жителей помещения, которых не смущает прямой свет.VCP позволяет несколько
Факторы: яркость светильника под разными углами обзора, размер светильника, размер помещения, светильник
монтажная высота, освещенность и отражательная способность поверхности комнаты. Таблицы VCP часто представлены как
часть фотометрических отчетов.

ОЧЕНЬ ВЫСОКАЯ МОЩНОСТЬ (VHO): Люминесцентная лампа, работающая при «очень высоком» токе.
(1500 мА), обеспечивая большую светоотдачу, чем у лампы с «высокой мощностью» (800 мА) или стандартной мощности.
лампа (430 мА).

VOLT: Стандартная единица измерения электрического потенциала.Он определяет «силу» или
«давление» электричества.

НАПРЯЖЕНИЕ: Разница в электрических потенциалах между двумя точками электрической цепи.

WALLWASHER: Описывает светильники, освещающие вертикальные поверхности.

ВАТТ (Вт) : Единица измерения электрической мощности. Он определяет уровень потребления энергии.
электрическим устройством во время его работы. Стоимость энергии при эксплуатации электрического устройства
рассчитывается как его мощность, умноженная на часы использования.В однофазных цепях это связано с вольтами.
и амперы по формуле: Вольт x Ампер x PF = Ватт. (Примечание: для цепей переменного тока коэффициент мощности должен быть
включены.)

ПЛОСКОСТЬ РАБОТЫ: Уровень, на котором выполняется работа, и на которой указывается освещенность и
измеряется. Для офисных помещений это обычно горизонтальная плоскость на высоте 30 дюймов над полом.
(высота стола).

ZENITH: Направление прямо над светильником (180 (угол).

Основы освещения является одним из серии документов, известных под общим названием
Руководство по обновлению освещения . Щелкните ниже, чтобы перейти к другим документам этой серии.

Планировка

Технический

Приложения

ЗЕЛЕНЫЙ ФОНАРЬ: яркое вложение в окружающую среду

Для получения дополнительной информации или для заказа других документов или приложений из этой серии обращайтесь в офис программы Green Lights по телефону:
Программа «Зеленый свет»
Агентство по охране окружающей среды США
401 M Street, SW (6202J)
Вашингтон, округ Колумбия 20460

или позвоните по горячей линии информации о зеленых огнях по телефону (202) 775-6650, факсу (202) 775-6680. Анонсы новых публикаций можно найти в ежемесячном информационном бюллетене Green Lights и Energy Star Update .

Факс-система Energy Star

телефон: 2202-233-9659

Щелкните ЗДЕСЬ, чтобы вернуться на страницу руководства по обновлению освещения.

Как дифракция делает тень от дерева размытой?

Категория: Науки о Земле Опубликовано: 2 июля 2014 г.

Дифракция — это не то, что делает тень от дерева размытой.Тени от деревьев, зданий и других внешних объектов становятся размытыми из-за того, что солнце является протяженным источником света. Хотя дифракция может сделать тени размытыми, для объектов размером с человека при видимых длинах волн света дифракция света мала.

Посмотрите внимательно на тень от дерева, отброшенную на траву, на вашу руку, брошенную на тротуар, или на забор, брошенный на дальнюю стену. Каждая тень имеет общую форму объекта, отбрасывающего тень, но края теней нечеткие. Скорее края тени размытые или нечеткие. Чем дальше тень от объекта, создающего тень, тем более размытой становится тень. Например, уберите руку от тени на тротуаре, и тень станет больше похожей на каплю. Если бы свет распространялся только по идеально прямым линиям и , то были бы только точечные источники света, все тени были бы совершенно четкими, потому что свет достигал бы точки, а затем не достигал бы точки прямо рядом с ней. Следовательно, есть два эффекта, которые размывают тени: 1) свет не распространяется только по прямым линиям, но может огибать углы («дифракция»), и 2) свет исходит не только от точечных источников.

Солнце не является точечным источником света. Скорее, солнце имеет вытянутую форму с конечной шириной. Свет, создаваемый солнцем, исходит из разных точек в космосе, расположенных вдоль поверхности Солнца. Эту концепцию можно лучше понять, посмотрев на диаграмму ниже. Свет с одной стороны солнца может достигать участков, затененных светом с другой стороны солнца. Точно так же свет с другой стороны солнца может достигать участков, затененных другими световыми лучами.Свет от протяженного объекта может проникать в область тени, потому что свет исходит из разных точек вдоль солнца. Если затененный объект находится достаточно близко к поверхности, на которую отбрасывается тень (например, к земле), существует область тени, куда не может попасть солнечный свет. Эта внутренняя, более темная область тени называется «умбра». (Слово «умбра» происходит от латинского и означает «тень». Это также корень слова «зонтик», который защищает вас от солнечного света или дождя. Эта связь между двумя словами может помочь вам вспомнить, что означает «умбра». .) Внешняя, более светлая область тени — это область, куда может попасть часть солнечного света, что делает тень светлее. Эта более светлая часть тени называется «полутенью». (Слово «полутень» происходит от латинских корней, которые означают «почти тень», аналогично тому, как слово «полуостров» происходит от корней, которые означают «почти остров». ) По мере того, как вы приближаетесь к внешним областям полутени, все больше и больше свет солнца может достигать земли, и тень становится все светлее и светлее. Каждый объект, освещенный солнцем, может отбрасывать тень с помощью тени и полутени, как и астрономические объекты.

Размытые края повседневных теней вызваны тем, что источники света являются протяженными объектами. Свет из разных частей источника может перемещаться в область тени, потому что он исходит из разных точек в пространстве. Более темная внутренняя часть тени, куда не проникает свет, называется «умбра». Более светлая, внешняя часть тени, куда может проникать свет, называется «полутенью». Части, до которых может доходить весь свет, не затемняются. Обычные предметы, освещенные солнечным светом, такие как деревья и заборы, могут отбрасывать тени, состоящие из тени и полутени, точно так же, как астрономические объекты.Обратите внимание, что это изображение представляет собой только схематическую диаграмму и ничего не масштабируется. Public Domain Image, источник: Кристофер С. Бэрд.

Интересно, что если источник света более вытянут в одном направлении, чем в другом, то тени, связанные с этим источником света, будут более размытыми в одном направлении, чем в другом. Например, внимательно посмотрите на тень своей руки в комнате ночью, когда включена только одна длинная люминесцентная лампочка. Держа руку в одном направлении, кончики пальцев в тени будут резкими, а стороны — размытыми.Теперь поверните руку на девяносто градусов, кончики пальцев станут размытыми, а стороны — острыми. Точно так же солнце может вызвать этот эффект. Прямо перед закатом солнечный свет превращается в сплюснутый диск за счет атмосферной рефракции. Таким образом, свет от солнца вблизи заката действует так, как будто он исходит от источника света, который более вытянут в горизонтальном направлении, чем в вертикальном. Присмотревшись к тени от вашей руки перед закатом, вы увидите, что она более размыта в горизонтальном направлении, чем в вертикальном, что доказывает, что размытая природа повседневных теней вызвана тем, что солнце является протяженным источником.

Дифракция также может приводить к размытости теней, но в повседневной жизни этот эффект встречается реже (более точно: дифракция сама по себе является обычным явлением в повседневной жизни, но дифракция, вызывающая размытость краев тени, встречается реже). Дифракция — это волновой эффект, при котором волны могут огибать углы препятствий. Прежде всего, дифракция — это слабый эффект, который зависит от длины волны света. Длина волны видимого света порядка сотен нанометров.В результате простая краевая дифракция, например, размытие теневых краев, происходит в очень маленьком масштабе. Эффекты дифракции могут быть усилены, если используются очень маленькие структуры, такие как дифракционные решетки или капли тумана. Но в этот момент вы больше не создаете тени, а создаете сложные дифракционные картины. Что касается теней, дифракционные эффекты обычных предметов на видимом свете в основном слишком слабы, чтобы их можно было заметить. Во-вторых, дифракция — это когерентный эффект, который обычно требует почти монохроматического луча, такого как лазерный луч, чтобы стать значимым. Солнечный свет содержит много цветов, которые по-разному дифрагируют, так что конечный эффект, касающийся теней, заключается в том, что эффекты дифракции размывают друг друга.

Темы:
дифракция, расширенный источник света, расширенный источник, нечеткость, свет, источник света, тень, солнце, солнечный свет, дерево

Светосбор и пропускная способность оптической системы

Числовая апертура — более ценная концепция для оптических систем с большими углами конуса.

F-количество зеркал

Вогнутые сферические зеркала также используются для сбора и фокусировки света. Мы используем их в наших волоконных осветителях. Фокусное расстояние линзы может изменяться в зависимости от длины волны из-за хроматической аберрации, в то время как системы зеркал действительно широкополосны в применении. Понятия F / # и числовой апертуры также применимы к зеркалам. Когда используются эллиптические отражатели, как в наших кожухах для ламп PhotoMax ™, F / # используется для описания отношения апертуры рефлектора к расстоянию между этой апертурой и фокусом вне эллипса.

F-номер некруглой оптики

В некоторых наших продуктах мы используем квадратные и прямоугольные зеркала. Число F (F / #), которое мы цитируем, основано на диаметре круга с площадью, равной площади зеркала. Этот F / # более значим, чем F / #, основанный на диагонали, когда учитывается эффективность сбора света.

Собранный свет и полезный свет

Поскольку светосбор изменяется как 1 / (F / #) 2, уменьшение F / # — простой способ максимизировать сбор света.Однако обратите внимание, что существует разница между общим собранным лучистым потоком и полезным собираемым лучистым потоком. Объективы с низким F / # собирают больше потока, но аберрации объектива определяют качество коллимированного изображения. Эти аберрации быстро увеличиваются с уменьшением F / #. Хотя линза с очень низким F / # собирает больше света, получаемый луч неидеален. Даже для точечного источника он будет включать лучи под разными углами, далекие от коллимированного идеала. Никакая оптическая система не может сфокусировать луч плохого качества на хорошее изображение источника.Таким образом, хотя синглетный объектив с низким F / # (≤F / 4) может быть эффективным коллектором, вы получите такой плохой выходной луч, что вы не сможете эффективно его перефокусировать. Наши Aspherabs ™ решают эту проблему, и мы используем дуплетные линзы для уменьшения аберраций в наших конденсаторах F / 1. В приложениях, где важно качество изображения или размер пятна, конденсор с более высоким F / # может дать лучшие результаты.

Важно понимать эту фундаментальную концепцию, поскольку, хотя собирать свет относительно легко, качество создаваемого луча и ваше приложение определяют, можете ли вы использовать собранный свет.Наши системы PhotoMax ™ — эффективные коллекторы, но у выходных лучей есть свои ограничения.

Фокусировка: F-число и минимальный размер пятна

При фокусировке луча линзой, чем меньше F-число, тем меньше сфокусированное пятно от коллимированного входного луча, заполняющего линзу. (Аберрации вызывают некоторые существенные исключения из этого простого правила.)

Минимальное практическое F-число для линз

Практический предел F / # для синглетных сферических линз зависит от области применения.Для высокопроизводительной визуализации предел составляет около F / 4. F / 2 — F / 1,5 приемлемо для использования в качестве конденсатора с дуговыми лампами. Линза должна иметь правильную форму и правильная сторона повернута к источнику (наши плоско-выпуклые конденсаторы F / 1.5 имеют гораздо более низкие характеристики аберрации, если их перевернуть).

Количество элементов должно увеличиваться для адекватной работы при более низком F / #. Объективы камеры F / 1 состоят из пяти или шести компонентов. Наши F / 0,7 Aspherabs® используют четыре штуки. Объектив микроскопа приближается к пределу F / 0.5 с десятью или более элементами, и они имеют хорошую производительность только на очень маленьких полях.

Источники реального и конденсаторы

Вот некоторые из основных соображений при выборе и использовании конденсатора:

Коэффициент пропускания

Материал любой конденсирующей линзы имеет ограниченный диапазон спектрального пропускания. Иногда эти ограничения полезны, например, для блокировки опасного ультрафиолета (УФ). Другой пример работы в ИК-диапазоне — использование германиевой линзы с источником видимого ИК-диапазона, например лампой QTH.Линза действует как длинный фильтр и поглощает видимое.

Ультрафиолетовое пропускание конденсаторов и других оптических элементов важно при попытке сохранить ограниченные ультрафиолетовые компоненты из наших источников. Ультрафиолетовое пропускание * «кварца» или «плавленого кварца» очень зависит от происхождения материала и от совокупного воздействия коротковолнового излучения (соляризация). Наши конденсаторы изготовлены из отборного синтетического кремнезема для ультрафиолетового излучения, обеспечивающего наилучшее пропускание ультрафиолета.

* Кварц — это оригинальный природный кристаллический материал. Прозрачный плавленый кварц — это более точное описание синтетического оптического материала.

Проблемы с перегревом

Хотя показатель преломления и, следовательно, фокусное расстояние зависят от температуры, наиболее серьезной тепловой проблемой в источниках большой мощности является поломка линзы. Самая внутренняя линза конденсатора с низким F / # находится очень близко к источнику излучения. Этот объектив поглощает инфракрасное и ультрафиолетовое излучение.Возникающие в результате термическое напряжение и тепловой удар при запуске могут повредить линзу. В наших корпусах для ламп высокой мощности с конденсаторами F / 0,7 используются специально установленные элементы рядом с источником. Элементы охлаждаются вентилятором корпуса лампы, а ближайший к источнику элемент всегда изготовлен из плавленого кварца. Даже термоэлемент из боросиликатной коронки, используемый в этом положении, быстро ломается при улавливании излучения от лампы мощностью 1000 или 1600 Вт.

Коллимация

Все реальные источники имеют ограниченный объем.На рис. 2 некоторые геометрические фигуры при сборе и построении изображения источника преувеличены. Типичные источники имеют размеры несколько миллиметров. Наша кварцевая вольфрамогалогенная лампа мощностью 1 кВт имеет цилиндрическую нить накала диаметром 6 мм и длиной 16 мм.