Hogyan találjuk meg a fény visszaverődését. Fényvisszaverés színes felületeken. Napelnyelési együttható
Fény ütközéskor fényvisszaverő felület.
Abban rejlik, hogy és eső, és tükröződött Sugár egyetlen síkban helyezzük el a felületre merőlegest, és ez a merőleges egyenlő komponensekre osztja a jelzett sugarak közötti szöget.
Gyakrabban a következőképpen egyszerűsítik: injekció esikés szög fényvisszaverődések ugyanaz:
α = β.
A tükrözés törvénye a tulajdonságokon alapul hullámoptika... Eukleidész kísérletileg alátámasztotta a Kr.e. 3. században. A Fermat-elv használatának következményének tekinthető tükörfelület... Ez a törvény megfogalmazható a Huygens-elv következményeként is, amely szerint a környezet bármely pontja, amelyre a felháborodás elérte, forrásként hat. másodlagos hullámok.
Bármilyen környezet kifejezetten tükrözi és elnyeli fénykibocsátás... Az anyag felületének visszaverő képességét leíró paramétert a következővel jelöljük reflexiós együttható(ρ vagyR) ... Mennyiségileg a reflexiós együttható megegyezik az aránnyal sugárzási fluxus a test visszaverődik a testet érő patakról:
A fény teljesen visszaverődik az üveglapra lerakott vékony ezüst- vagy folyékony higanyrétegről.
Kioszt diffúzés tükörtükrözés.
Az áramok és feszültségek eloszlását egy hosszú vezetékben nem csak a vonal belső tulajdonságait jellemző hullámparaméterek határozzák meg, amelyek nem függnek a vonalon kívüli áramköri szakaszok tulajdonságaitól, hanem a vezeték visszaverődési együtthatója is. vonal, ami a vonalnak a terheléshez való illeszkedésének mértékétől függ.
Hosszú vonal összetett visszaverő képessége a visszavert és beeső hullámok feszültségei vagy áramai komplex effektív értékeinek aránya a vonal tetszőleges szakaszában:
Meghatározására p (x) meg kell találni az integrációs állandókat Aés A 2, amely az elején áramokkal és feszültségekkel fejezhető ki (x = 0) vagy vége (x =/) sorok. Legyen a vonal végén (lásd 8.1. ábra) a hálózati feszültség
és 2 = u (l y t) = u (x, t) x = i,és a jelenlegi i 2 = /(/, t) = i (x, t) x = [. Ezen mennyiségek komplex effektív értékeinek jelölése keresztül U 2 = 0 (1) = U (x) x = i = és 2és / 2 = / (/) = I (x) x = i = i 2és beállítás kifejezésekben (8.10), (8.11 ) x = I, kapunk
A (8.31) képleteket (8.30) összefüggésekre behelyettesítve a visszaverődési együtthatót a sorvégi áram és feszültség értékével fejezzük ki:
ahol x "= I - x - a vonal végétől mért távolság; p 2 = p (x) |, = / = 0 neg (x) / 0 pal (x) x = 1 = 02 - Zj 2) / (U 2 + Zj 2) - reflexiós együttható egy sor végén, amelynek értékét csak a terhelési ellenállás aránya határozza meg Z u = U 2 / i 2és a Z B vonal karakterisztikus impedanciája:
Mint minden komplex szám, egy egyenes reflektanciája is ábrázolható exponenciális formában:
A (8.32) kifejezést elemezve megállapítjuk, hogy a reflexiós együttható modulusa
a növekedéssel simán növekszik xés eléri a legmagasabb értéket p max (x)= |p 2 | a sor végén.
A visszaverődés kifejezése a sor elején p ^ a reflexiós együtthatón keresztül a p 2 sor végén
azt találjuk, hogy a reflexiós együttható modulusa a sor elején at e 2a1 szor kisebb, mint a végén lévő reflexiós együttható modulusa. A (8.34), (8.35) kifejezésekből az következik, hogy egy homogén, veszteség nélküli vonal reflexiós együtthatójának modulusa az egyenes minden szakaszában azonos értékű.
A (8.31), (8.33) képletekkel a vonal egy tetszőleges szakaszán a feszültség és az áramerősség kifejezhető a feszültség vagy áramerősség és a visszaverési együttható a sor végén:
A (8.36) és (8.37) kifejezések lehetővé teszik, hogy figyelembe vegyük a feszültségek és áramok eloszlását egyenletes hosszú sorban annak néhány jellemző működési módjában.
Utazó hullámok mód. Utazó hullám mód egy homogén vezeték működési módját nevezzük, amelyben csak beeső feszültség és áramhullám terjed benne, azaz. a visszavert hullám feszültségének és áramának amplitúdója a vonal minden szakaszában nulla. Nyilvánvaló, hogy a haladó hullámok rezsimjében az egyenes visszaverődési együtthatója p (xr) = 0. A (8.32) kifejezésből következik, hogy a p (r) visszaverődési együttható nulla lehet akár egy végtelen hosszúságú vonalban (at 1 = oo a beeső hullám nem érheti el a róla visszaverődő n vonal végét), vagy olyan véges hosszúságú vonalban, amelynek terhelési ellenállását úgy választjuk meg, hogy a visszaverődési együttható a vonal végén p 2 = 0. Ezen esetek közül csak a második érdekes gyakorlati szempontból, amelynek megvalósításához a (8.33) kifejezésből az következik, hogy a vezeték terhelési ellenállása megegyezik a Z lt karakterisztikus impedanciával (ilyen terhelés nak, nek hívják egyetért).
Ha p 2 = 0-t állítunk be a (8.36), (8.37) kifejezésekben, akkor a feszültség és az áram komplex effektív értékeit a vonal tetszőleges szakaszában haladó hullám üzemmódban fejezzük ki a feszültség komplex effektív értékein keresztül. 0 2
és áram / 2 a sor végén: 
A (8.38) kifejezés segítségével megtaláljuk a feszültség és az áram komplex effektív értékeit a sor elején:
A (8.39) egyenlőséget a (8.38) összefüggésekre behelyettesítve a feszültséget és áramerősséget a vonal tetszőleges szakaszában fejezzük ki a hullámok haladási módjában a sor elején lévő feszültségen és áramerősségen keresztül:
Jelenítsük meg a feszültséget és az áramerősséget a sor elején exponenciális formában: Ui = G / 1 e; h D = Térjünk át a feszültség és áram komplex effektív értékeiről a pillanatnyi értékekre:
Ahogy a (8.41) kifejezésekből következik, a feszültség és áram amplitúdójának haladó üzemmódjában a veszteséges vezetékben(a> 0) exponenciálisan csökken x növekedésével, és veszteségmentes egyenesben(a = 0) ugyanazt az értéket tartsa a sor minden szakaszában(8.3. ábra).
Az y (/) - pg feszültség és a v | / (| - pg) kezdeti fázisai haladó hullámok üzemmódjában a vonal mentén lineáris törvény szerint változnak, a feszültség és áram közötti fáziseltolódás pedig a vonal minden szakaszában azonos értéke i | / M - y, y
A vonal bemeneti impedanciája haladó hullám üzemmódban megegyezik a vonal impedanciájával, és nem függ a hosszától:
Veszteségmentes vezetékben a karakterisztikus impedancia tisztán rezisztív. (8.28), ezért haladó hullám üzemmódban a feszültség és áram közötti fáziseltolás a vezeték minden szakaszában veszteség nélkül egyenlő nullával(y;
Egy vonalszakasz által fogyasztott pillanatnyi teljesítmény veszteségek nélkül, amely egy tetszőleges szakasztól jobbra található x(lásd 8.1. ábra), egyenlő a szakaszban lévő feszültség és áram pillanatnyi értékének szorzatával X.
Rizs. 83.
A (8.42) kifejezésből az következik, hogy a vonal tetszőleges szakaszának veszteségek nélküli pillanatnyi teljesítménye haladó hullám üzemmódban nem lehet negatív, ezért a futó akarat módban az energia a vezetékben csak egy irányban - az energiaforrástól a terhelésig - továbbítódik.
A mozgó hullám üzemmódban nincs energiacsere a forrás és a terhelés között, és a beeső hullám által továbbított összes energiát a terhelés elhasználja.
Állóhullám mód. Ha a kérdéses vezeték terhelési ellenállása nem egyenlő a karakterisztikus impedanciával, akkor a beeső hullám által a vezeték végére átadott energiának csak egy részét használja fel a terhelés. Az energia többi része visszaverődik a terhelésről, és visszavert hullám formájában visszatér a forráshoz. Ha az egyenes tükrözési együtthatójának modulusa |p (.r) | = 1, azaz a visszavert és beeső hullámok amplitúdója a vonal minden szakaszán azonos, akkor a vonalban egy meghatározott módus jön létre, ún. állóhullám mód. A (8.34) kifejezés szerint a reflexiós együttható modulusa | p (lg) | = 1 csak akkor, ha a visszaverődési együttható modulusa a sor végén |p 2 | = 1, a vonalcsillapítási együttható pedig a = 0. A (8.33) kifejezést elemezve meggyőződhetünk arról, hogy |р 2 | = 1 csak három esetben: ha a terhelési ellenállás nulla vagy végtelen, vagy tisztán reaktív jellegű.
Ennélfogva, az állóhullám üzemmód csak a vezetékben létesíthető veszteség nélkül rövidzárlat vagy üresjárat esetén a kimeneten, valamint, ha a vonali kimenet terhelési ellenállása tisztán reaktív.
Rövidzárlat esetén a vonal kimenetén a visszaverődési együttható a vonal végén p 2 = -1. Ebben az esetben a beeső és a visszavert hullámok feszültségei a vonal végén azonos amplitúdójúak, de fázisban 180 ° -kal eltolódnak, így a kimeneti feszültség pillanatnyi értéke azonos nulla. Behelyettesítve a (8.36), (8.37) kifejezésekben p 2 = - 1, y = ur, Z B = /? „, Megtaláljuk a vezeték feszültségének és áramának komplex effektív értékeit:
Feltéve, hogy az áram kezdeti fázisa /? a vonal kimenetén nulla, és a feszültségek és áramok komplex effektív értékeiről pillanatnyi értékre megy át
megállapítjuk, hogy rövidzárlat esetén a vezeték kimenetén a feszültség és az áram amplitúdója a vonal mentén a periodikus törvény szerint változik
maximális értékeket véve a vonal egyes pontjain U m ellenőrzés = V2 én m max = V2 / 2 és néhány más ponton eltűnik (8.4. ábra).
Nyilvánvaló, hogy a vonal azon pontjain, ahol a feszültség (áram) amplitúdója nulla, a feszültség (áram) pillanatnyi értékei azonosak nullával. Az ilyen pontokat ún feszültség (áram) csomópontjai.
Nevezzük azokat a karakterisztikus pontokat, ahol a feszültség (áram) amplitúdója maximális értéket vesz fel feszültség (áram) antinódusai. Amint az az ábrából nyilvánvaló. 8.4, a feszültség csomópontok az áram ellencsomópontjainak felelnek meg, és fordítva, az áramcsomópontok a feszültség ellencsomópontoknak felelnek meg.
Rizs. 8.4. A feszültség amplitúdóinak megoszlása(a) és aktuális(b) módban a vonal mentén rövidzárlat
Rizs. 8.5. A pillanatnyi feszültségértékek megoszlása (a)és aktuális (b) a vonal mentén rövidzárlatos üzemmódban
A pillanatnyi feszültség- és áramértékek eloszlása a vonal mentén (8.5. ábra) egy szinuszos vagy koszinuszos törvénynek engedelmeskedik, azonban idővel az azonos fázisú pontok koordinátái változatlanok maradnak, pl. a feszültség- és áramhullámok „megállni” látszanak. Ezért nevezték el ezt a vonali üzemmódot állóhullám mód.
A feszültségcsomópontok koordinátáit a sin px /, = 0 feltételből határozzuk meg, ahonnan
ahol Nak nek= 0, 1,2, ..., és a feszültség antinódusok koordinátái a cos p.r "(= 0, ahonnan
ahol P = 0, 1,2,...
A gyakorlatban célszerű a csomópontok és antinódusok koordinátáit a sor végétől a hullámhossz töredékében mérni. X. A (8.21) relációt (8.43), (8.44) kifejezésekre behelyettesítve kapjuk x "k = kX / 2, x "„ = (2 n + 1) X / 4.
Így a feszültség (áram) csomópontjai és a feszültség (áram) anticsomópontjai intervallumokkal váltakoznak X/4,és a szomszédos csomópontok (vagy antinódusok) közötti távolság az X/2.
A beeső és visszavert hullámok feszültségének és áramának kifejezéseit elemezve könnyen megbizonyosodhatunk arról, hogy a feszültség antinódusai jelennek meg a vonal azon szakaszain, amelyekben a beeső és visszavert hullámok feszültségei fázisban egybeesnek, és ezért összegeződnek. , és a csomópontok olyan szakaszokban helyezkednek el, ahol a beeső és a visszavert hullámok feszültségei ellenfázisban vannak, és ezért levonják őket. A vonal tetszőleges szakaszán felvett pillanatnyi teljesítmény a harmonikus törvénynek megfelelően időben változik
ezért a vezeték ezen szakaszán felvett aktív teljesítmény nulla.
Ily módon álló akarat módban az energia nem adható át a vonal mentén, és minden vonalszakaszon csak az elektromos és a mágneses tér között történik energiacsere.
Hasonlóképpen azt tapasztaljuk, hogy üresjáratban (p2 = 1) a feszültség (áram) amplitúdók eloszlása a vonal mentén veszteségek nélkül (8.6. ábra)
azonos jellegű az áram (feszültség) amplitúdóinak eloszlásával rövidzárlatos üzemmódban (lásd 8.4. ábra).
Vegyünk egy veszteségmentes vonalat, amelynek kimenetén a terhelési ellenállás tisztán reaktív:
Rizs. 8.6. A feszültség amplitúdóinak megoszlása (a)és aktuális (b) a vonal mentén készenléti üzemmódban
Ha behelyettesítjük a (8.45) képletet a (8.33) kifejezésbe, megkapjuk
A (8.46) kifejezésből az következik, hogy tisztán reaktív terhelés esetén a reflexiós együttható modulusa a vonali kimeneten |p 2 | = 1, és a p p2 argumentum értékei véges értékeknél x n 0 és ± l közé esik.
A (8.36), (8.37) és (8.46) kifejezések segítségével megtaláljuk a hálózati feszültség és áram komplex effektív értékeit:
ahol φ = arctan (/? B / x „). A (8.47) kifejezésből az következik, hogy a feszültség és az áram amplitúdója a vonal mentén a periodikus törvény szerint változik:
és a feszültségcsomópontok koordinátái (aktuális ellencsomópontok) x "k = (2k + 1)7/4 + 1 év ahol 1 = f7 / (2tg); k= 0, 1, 2, 3, ... és a feszültség antinódusainak koordinátái (aktuális csomópontok) X"" = PC/2 + 1, ahol P = 0, 1,2,3,...
A feszültség és az áram amplitúdóinak eloszlása tisztán reaktív terhelés mellett összességében ugyanolyan jellegű, mint üresjárati vagy rövidzárlati üzemmódokban a kimeneten (8.7. ábra), és az összes csomópont és minden anticsomópont egy bizonyos mértékben el van tolva. 1 liter hogy a vonal végén ne legyen sem áram, sem feszültség csomópontja, sem anticsomópontja.
Kapacitív terheléssel -k / A 0, tehát az első feszültségcsomópont távolsága kisebb lesz, mint hogy / A a sor végétől (8.7. ábra, a) induktív terhelésnél 0 t K / A az első csomópont 7/4-nél nagyobb, de kisebb távolságra lesz Nak nek/ 2 a sor végétől (8.7. ábra, b).
Vegyes hullám üzemmód. A haladó és az állóhullámok módusai két határeset, amelyek közül az egyikben a visszavert hullám amplitúdója a vonal minden szakaszában nulla, a másikban pedig a beeső és visszavert hullámok amplitúdója a vonal minden szakaszában. a vonal ugyanaz. az os-
Rizs. 8.7. A feszültség amplitúdóinak eloszlása a kapacitív vonal mentén(a) és induktív
Más esetekben kevert hullámrendszer van a vonalban, ami az utazó és állóhullám rezsimek szuperpozíciójának tekinthető. Vegyes hullám üzemmódban a beeső hullám által a vonal végére továbbított energiát részben elnyeli a terhelés és részben visszaverődik róla, ezért a visszavert hullám amplitúdója nagyobb, mint nulla, de kisebb, mint a beeső hullám amplitúdója. hullám.
Az állóhullámú módhoz hasonlóan a feszültség és az áram amplitúdóinak eloszlása vegyes hullámú üzemmódban is (8.8. ábra)
Rizs. 8.8. A feszültség amplitúdóinak eloszlása (a ) és a jelenlegi(b) a vonal mentén vegyes hullám üzemmódban, tisztán rezisztív terheléssel(R „> R H)
különálló csúcsai és mélypontjai vannak, amelyek ismétlődnek X/2. Az áram és a feszültség amplitúdója azonban a minimumokon nem egyenlő nullával.
Az energia kisebb része visszaverődik a terhelésről, pl. minél nagyobb a vonal illeszkedésének foka a terheléshez, annál kevésbé hangsúlyosak a feszültség és az áram maximumai és minimumai, ezért a feszültség és az áram amplitúdóinak minimális és maximális értékei közötti arány felhasználható a mérték meghatározására. a vonal és a terhelés illesztése. A feszültség vagy áram amplitúdójának minimális és maximális értékének arányával megegyező értéket nevezzük utazóhullám-együttható(KBV)
A KBV 0 és 1 között változhat, és, minél több K () Y, annál közelebb van a vonal mód a futó akarat módhoz.
Nyilvánvaló, hogy a vonal azon pontjain, ahol a feszültség (áram) amplitúdója eléri a maximális értékét, a beeső és a visszavert hullámok feszültségei (áramai) fázisban egybeesnek, és ahol a feszültség (áram) amplitúdója minimális értéke van, a beeső és visszavert hullámok feszültségei (áramai) ellenfázisúak. Ennélfogva,
A (8.49) kifejezést behelyettesítve a (8.48) összefüggésbe, és figyelembe véve, hogy a visszavert hullám feszültsége amplitúdójának és a beeső hullám feszültségének amplitúdójának aránya a vonal reflexiós együtthatójának modulusa | p (xr) |, összefüggést állapítunk meg a haladó hullám és a visszaverődési együttható között:
Veszteségmentes vonalban a visszaverődési együttható modulusa a vonal bármely szakaszában megegyezik a vonal végén lévő reflexiós együttható modulusával, ezért a haladó hullám együtthatója a vonal minden szakaszában azonos érték: Ks> =
= (1-NYUO + N).
A veszteségekkel járó vonalban a reflexiós együttható modulusa az egyenes mentén változik, a legnagyobb értéket a visszaverődési pontban éri el (at x= /). Ebben a tekintetben a veszteségekkel járó sorban a haladó hullám együtthatója a vonal mentén változik, és a végén egy minimális értéket vesz fel.
A KBV-vel együtt a terheléshez való vonalillesztés mértékének felmérésére annak fordított értékét széles körben használják - állóhullám-arány(SWR):
A haladó hullám üzemmódban K c = 1, az állóhullámok üzemmódjában pedig K s-? oo.
Amikor áthaladnak a közegek közötti határfelületeken, az akusztikus hullámok nemcsak visszaverődést és fénytörést tapasztalnak, hanem az egyik típusú hullámnak a másikba való átalakulását is. Tekintsük egy hullám normál beesésének legegyszerűbb esetét két kiterjesztett közeg határán (3.1. ábra). Ebben az esetben nincs hullámtranszformáció.
Tekintsük a beeső, a visszavert és az átvitt hullámok közötti energiakapcsolatokat. Jellemzőjük a visszaverődési és törési együttható.
Amplitúdó visszaverődési együttható a visszavert és a beeső hullámok amplitúdóinak aránya:
Amplitúdó átviteli együttható az átvitt és beeső hullámok amplitúdóinak arányát:
A jelzett együtthatók a közeg akusztikai jellemzőinek ismeretében határozhatók meg. Amikor egy hullám az 1-es közegből a 2-es közegbe esik, a visszaverődési együttható a következőképpen kerül meghatározásra
, (3.3)
ahol az 1. és 2. közeg akusztikus impedanciái.
Amikor egy hullám az 1-es közegből a 2-es közegbe esik, az átviteli együtthatót a következőképpen jelöljük és definiáljuk
. (3.4)
Amikor egy hullám a 2. közegből az 1. közegbe esik, az átviteli együtthatót a következőképpen jelöljük és definiáljuk
. (3.5)
A reflexiós együttható (3.3) képletéből látható, hogy minél jobban eltérnek a közegek akusztikus impedanciái, a hanghullám energiájának nagyobb része verődik vissza a két közeg határfelületéről. Ez meghatározza az anyag folytonosságának megsértésének (az ellenőrzött anyag ellenállásától eltérő akusztikus ellenállású közeg zárványai) észlelésének lehetőségét és hatékonyságát egyaránt.
A reflexiós együtthatók értékeinek különbségei miatt a salakzárványok sokkal rosszabbul észlelhetők, mint az azonos méretű, de levegővel töltött hibák. A gázzal töltött folytonossági zavarról való visszaverődés megközelíti a 100%-ot, salakkal töltött szakadás esetén ez az együttható sokkal alacsonyabb.
Egy hullám normál beesésekor két kiterjesztett közeg határán a beeső, visszavert és átvitt hullámok amplitúdóinak aránya
. (3.6)
A beeső hullám energiája normál beesés esetén két kiterjesztett közeg határán a megmaradási törvény szerint megoszlik a visszavert és átvitt hullámok között.
A reflexiós és amplitúdó-átviteli együtthatókon kívül a reflexiós és intenzitási átviteli együtthatókat is használják.
Reflexiós intenzitás a visszavert és a beeső hullámok intenzitásának aránya. A hullám normál előfordulásakor
, (3.7)
hol van a visszaverődési együttható, amikor az 1-es értékről a közepesre 2-re esik;
A reflexiós együttható közepes 2-ről közepes 1-re esik?
Intenzitás átviteli együttható- az átvitt és a beeső hullámok intenzitásának aránya. Amikor a hullám a normál mentén esik
, (3.8)
hol van az átviteli együttható, amikor az 1. közegről a 2. közepesre esik;
- átviteli együttható közepes 2-ről közepes 1-re való eséskor.
A hullám beesési iránya nem befolyásolja a visszaverődési és az intenzitás átviteli együttható értékeit. Az energia visszaverődési és átviteli együtthatókon keresztüli megmaradásának törvénye a következőképpen van felírva
Ha egy hullám ferdén esik be a közegek közötti határfelületen, lehetséges az egyik típusú hullám átalakulása a másikba. A reflexiós és transzmissziós folyamatokat ebben az esetben több reflexiós és átviteli együttható jellemzi, a beeső, visszavert és átvitt hullámok típusától függően. A visszaverődési együttható ebben a formában a jelöléssel rendelkezik (- a beeső hullám típusát jelző index, - a visszavert hullám típusát jelző index). Esetek lehetségesek,. Az átviteli együtthatót a (- a hullóhullám típusát jelző index, - az átvitt hullám típusát jelző index jelzi). Esetek, és lehetségesek.
Transmittancia
reflexiós együttható
és abszorpciós együttható
A t, r és a együtthatók magának a testnek a tulajdonságaitól és a beeső sugárzás hullámhosszától függenek. Spektrális függés, azaz. az együtthatók hullámhossztól való függése meghatározza mind az átlátszó, mind az átlátszatlan (t = 0) testek színét.
Az energiamegmaradás törvénye szerint
F neg + F abszorbeál + F pr =. (nyolc)
Az egyenlőség mindkét oldalát elosztva a következőt kapjuk:
r + a + t = 1. (9)
Olyan testet hívunk, amelyre r = 0, t = 0, a = 1 teljesen fekete .
Egy teljesen fekete test bármilyen hőmérsékleten teljesen elnyeli a ráeső bármilyen hullámhosszú sugárzás összes energiáját. Nem minden valódi test teljesen fekete. Néhányuk azonban bizonyos hullámhossz-intervallumokban tulajdonságaiban közel áll az abszolút fekete testhez. Például a látható fény hullámhosszainak tartományában a korom, a platinafekete és a fekete bársony abszorpciós együtthatói alig térnek el az egységtől. A fekete test legtökéletesebb modellje egy kis lyuk lehet egy zárt üregben. Nyilvánvaló, hogy ez a modell minél közelebb áll a jellemzőiben a fekete testhez, annál nagyobb az üreg felületének és a lyuk területének aránya (1. ábra).
Az elektromágneses hullámok test általi elnyelésének spektrális jellemzője az spektrális abszorpciós együttható a l az az érték, amelyet a test által elnyelt sugárzási fluxus aránya határoz meg egy kis spektrális intervallumban (l-től l-ig + d l) ugyanabban a spektrumtartományban a beeső sugárzás fluxusára:
.
(10)
Az átlátszatlan test emissziós és abszorpciós képessége egymással összefügg. Egy test egyensúlyi sugárzása energiafényességének spektrális sűrűségének és spektrális abszorpciós együtthatójának aránya nem függ a test természetétől; minden test esetében a hullámhossz és a hőmérséklet univerzális függvénye ( Kirchhoff törvénye ):
. (11)
Abszolút fekete test esetén a l = 1. Ezért Kirchhoff törvényéből következik, hogy Nekem, l = , azaz az univerzális Kirchhoff-függvény egy fekete test sugárzó fényességének spektrális sűrűsége.
Így Kirchhoff törvénye szerint minden testre a sugárzási fény spektrális sűrűségének és a spektrális abszorpciós együtthatónak az aránya megegyezik egy abszolút fekete test sugárzási fénysűrűségének spektrális sűrűségével azonos értékek mellett. Tés én.
Kirchhoff törvényéből következik, hogy bármely test sugárzó fényességének spektrális sűrűsége a spektrum bármely tartományában mindig kisebb, mint egy abszolút fekete test sugárzó fényességének spektrális sűrűsége (azonos hullámhosszon és hőmérsékleten). Ezen túlmenően ebből a törvényből következik, hogy ha a test egy bizonyos hőmérsékleten nem nyeli el az elektromágneses hullámokat az l és l közötti intervallumban d l, akkor adott hőmérsékleten nem bocsátja ki őket ebben a hossztartományban.
Fekete test funkciójának analitikai képe
Planck hozta létre a sugárzás természetére vonatkozó kvantumfogalmak alapján:
(12)
Az abszolút fekete test emissziós spektrumának van egy karakterisztikus maximuma (2. ábra), amely a hőmérséklet emelkedésével a rövid hullámhosszú rész felé tolódik el (3. ábra). A sugárzási fénysűrűség maximális spektrális sűrűségének helyzete a szokásos módon meghatározható a (12) kifejezésből, az első derivált nullával egyenlővé téve:
. (13)
Jelölve a következőket kapjuk:
x – 5 ( – 1) = 0. (14)
Rizs. 2. ábra 3
Ennek a transzcendentális egyenletnek a numerikus megoldása adja
x = 4, 965.
Ennélfogva,
, (15)
= = b 1 = 2,898 m K, (16)
Így a függvény a fekete test termodinamikai hőmérsékletével fordítottan arányos hullámhosszon ér el maximumot ( A bor első törvénye ).
A bécsi törvényből következik, hogy alacsony hőmérsékleten túlnyomórészt hosszú (infravörös) elektromágneses hullámok bocsátanak ki. A hőmérséklet emelkedésével nő a sugárzás aránya a spektrum látható tartományában, és a test izzani kezd. A hőmérséklet további emelkedésével a fénye növekszik, és a szín megváltozik. Ezért a sugárzás színe a sugárzási hőmérséklet jellemzőjeként szolgálhat. Egy test izzási színének hozzávetőleges függését a hőmérséklettől a táblázat tartalmazza. egy.
Asztal 1
A bor első törvényének is nevezik eltolási törvény , ezzel is hangsúlyozva, hogy a hőmérséklet növekedésével a sugárzási fény spektrális sűrűségének maximuma rövidebb hullámhosszok felé tolódik el.
A (17) képletet (12) behelyettesítve könnyen kimutatható, hogy a függvény maximális értéke arányos a test termodinamikai hőmérsékletének ötödik hatványával ( A bor második törvénye ):
Egy abszolút fekete test energiafényessége a (12) kifejezésből a hullámhosszon keresztüli egyszerű integrációval meghatározható.
(18)
hol van a redukált Planck-állandó,
A fekete test energetikai fényereje arányos termodinamikai hőmérsékletének negyedik hatványával. Ezt a rendelkezést ún Stephen-Boltzmann törvény , és az arányossági együttható s = 5,67 × 10 -8 – Stefan - Boltzmann állandó.
A fekete test a valódi testek idealizálása. A valódi testek olyan sugárzást bocsátanak ki, amelynek spektrumát a Planck-képlet nem írja le. Energetikai fényességük a hőmérsékleten kívül a test természetétől és felületének állapotától is függ. Ezeket a tényezőket figyelembe lehet venni, ha a (19) képletbe beiktatunk egy együtthatót, amely megmutatja, hogy egy abszolút fekete test energiafényessége adott hőmérsékleten hányszor nagyobb, mint egy valódi test energiafényessége ugyanazon a hőmérsékleten.
honnan vagy (21)
Minden valódi testre<1 и зависит как от природы тела и состояния его поверхности, так и от температуры. В частности, для вольфрамовых нитей электроламп накаливания зависимость от Tábrán látható formája van. 4.
Az elektromos kemence sugárzási energiájának és hőmérsékletének mérése azon alapul Seebeck hatás, elektromotoros erő fellépéséből áll egy több különböző vezetőből álló elektromos áramkörben, amelyek érintkezőinek hőmérséklete eltérő.
Két eltérő vezető keletkezik hőelem , a sorba kapcsolt hőelemek pedig egy termooszlop. Ha a vezetők érintkezői (általában csomópontjai) eltérő hőmérsékletűek, akkor zárt körben, beleértve a hőelemeket is, termoEMF keletkezik, melynek értékét egyedileg meghatározza a meleg és hideg érintkezők közötti hőmérsékletkülönbség, a bekötött hőelemek száma. sorozat és a vezető anyagok jellege.
A hőoszlop találkozási pontjára beeső sugárzás energiája miatt az áramkörben fellépő termoEMF nagyságát a mérőkészülék előlapján elhelyezett millivoltméter méri. Ennek az eszköznek a skálája millivoltban van megadva.
A fekete test (kemence) hőmérsékletét egy termoelemből álló termoelektromos hőmérővel mérik. EMF-jét millivoltméterrel mérik, amely szintén a mérőeszköz előlapján található, és ° C-ban van kalibrálva.
Jegyzet. A millivoltmérő rögzíti a hőelem hideg és meleg csatlakozása közötti hőmérsékletkülönbséget, ezért a kemence hőmérsékletének meghatározásához szükséges a szobahőmérséklet értékét hozzáadni a készülék leolvasásához.
Ebben a munkában a hőcső hőteljesítményét mérik, amelynek értéke arányos az oszlop egyes hőelemei egyik érintkezőjének fűtésére fordított energiával, és ezért a sugárzási fényerővel (a mérések közötti egyenlő időközökkel). és egy állandó kibocsátó terület):
ahol b- arányossági együttható.
A (19) és (22) egyenlőség jobb oldalát egyenlővé téve a következőket kapjuk:
s × T 4 =b× e,
ahol Val vel- állandó érték.
A hőoszlop termoEMF-jének mérésével egyidejűleg a hőmérséklet-különbség Δ t elektromos kemencébe helyezett hőelem hideg-meleg csatlakozását, és meghatározza a kemence hőmérsékletét.
Az abszolút fekete test (kemence) hőmérsékletének kísérletileg kapott értékeit és a hőoszlop termoEMF megfelelő értékeit felhasználva az arányossági együttható értéke
sti Val vel, aminek minden kísérletben azonosnak kell lennie. Ezután készítse el a függőség grafikonját c = f (T), amelynek a hőmérsékleti tengellyel párhuzamos egyenesnek kell kinéznie.
Így a laboratóriumi munkában egy abszolút fekete test energiafényessége hőmérsékletétől való függésének jellegét állapítják meg, i. a Stefan – Boltzmann törvény igazolva van.
GOST R 56709-2015
AZ OROSZ FÖDERÁCIÓ NEMZETI SZABVÁNYA
ÉPÜLETEK ÉS ÉPÍTÉSEK
Módszerek a helyiségek és homlokzatok felületeinek fényvisszaverő képességének mérésére
Épületek és építmények. Módszerek helyiségek és homlokzati felületek reflexiójának mérésére
Bemutató dátuma 2016-05-01
Előszó
1 A Szövetségi Állami Költségvetési Intézmény "Az Orosz Építészeti és Építéstudományi Akadémia Építésfizikai Kutatóintézete" ("NIISF RAASN") FEJLESZTÉSE a "CERERA-EXPERT" Korlátolt Felelősségű Társaság ("CERERA-EXPERT" LLC) részvételével )
2 BEVEZETE a Szabványügyi Műszaki Bizottság TC 465 "Építés"
3 A Szövetségi Műszaki Szabályozási és Mérésügyi Ügynökség 2015. november 13-i rendeletével, N 1793-st.
4 ELŐSZÖR BEMUTATVA
A jelen szabvány alkalmazására vonatkozó szabályokat a GOST R 1.0-2012 (8. szakasz). A jelen szabvány változásaira vonatkozó információkat az éves (a tárgyév január 1-jétől érvényes) „Nemzeti Szabványok” információs indexben, a változtatások és módosítások hivatalos szövegét pedig a „Nemzeti szabványok” havi információs indexben teszik közzé. E szabvány felülvizsgálata (lecserélése) vagy törlése esetén a megfelelő értesítést a „Nemzeti Szabványok” havi információs index következő számában teszik közzé. A vonatkozó információk, értesítések és szövegek a nyilvános információs rendszerben is megjelennek - a Szövetségi Műszaki Szabályozási és Metrológiai Ügynökség hivatalos honlapján (www.gost.ru)
1 felhasználási terület
1 felhasználási terület
Ez a nemzetközi szabvány meghatározza a fény integrált, szórt és tükröződő visszaverődési együtthatóinak mérési eljárásait az épületek és építmények helyiségeinek és homlokzatainak befejezéséhez használt anyagokkal.
Az épületek és építmények természetes és mesterséges megvilágításának tervezésénél a visszavert komponens kiszámításakor a fényvisszaverési együtthatókat használják (SP 52.13330.2011 és).
2 Normatív hivatkozások
Ebben a szabványban a következő szabványokra történik hivatkozás:
GOST 8.023-2014 Állami rendszer a mérések egységességének biztosítására. Állami ellenőrzési rendszer a folyamatos és impulzusos sugárzás fénymennyiségének mérőműszereihez
GOST 8.332-2013 Állami rendszer a mérések egységességének biztosítására. Fénymérések. A monokromatikus sugárzás relatív spektrális fényhatékonyságának értékei nappali látáshoz. Általános rendelkezések
GOST 26824-2010 Épületek és építmények. Fényerő mérési módszerek
SP 52.13330.2011 SNiP 23-05-95 * "Természetes és mesterséges világítás"
Megjegyzés - Ennek a szabványnak a használatakor tanácsos ellenőrizni a referenciaszabványok működését a nyilvános információs rendszerben - a Szövetségi Műszaki Szabályozási és Mérésügyi Ügynökség hivatalos honlapján az interneten vagy a "Nemzeti szabványok" éves információs indexe szerint. , amely a tárgyév január 1-jétől jelent meg, valamint a „Nemzeti Szabványok” havi információs index tárgyévre vonatkozó kiadásaiban. Ha a hivatkozott szabványt, amelyre a dátum nélküli hivatkozás szerepel, lecserélték, ajánlott a szabvány jelenlegi verzióját használni, az ezen a verzión végrehajtott változtatások függvényében. Ha a hivatkozott szabványt, amelyre a keltezett hivatkozás szerepel, lecserélik, akkor javasolt a szabványnak a fenti jóváhagyási (elfogadási) évszámú változatát használni. Ha a jelen szabvány jóváhagyását követően a hivatkozott szabványban, amelyre a dátumozott hivatkozás szerepel, olyan módosítás történik, amely érinti azt a rendelkezést, amelyre a hivatkozás történik, akkor ezt a rendelkezést a változás figyelembevétele nélkül javasolt alkalmazni. Ha a referenciaszabványt csere nélkül törlik, akkor a hivatkozást nem érintő részben javasolt alkalmazni azt a rendelkezést, amelyben a hivatkozás szerepel.
Ennek a szabványnak a használatakor tanácsos ellenőrizni a hivatkozott szabályrendszer érvényességét a Műszaki Szabályok és Szabványok Szövetségi Információs Alapjában.
3 Kifejezések és meghatározások
Ebben a szabványban a GOST 26824 szerinti kifejezéseket használják, valamint a következő kifejezéseket a megfelelő definíciókkal, figyelembe véve a meglévő nemzetközi gyakorlatot *:
________________
* Lásd a Bibliográfia című részt. - Megjegyzés az adatbázis gyártójától.
3.1 fényvisszaverődés: Olyan folyamat, amelynek során látható sugárzás kerül vissza egy felületre vagy közegbe anélkül, hogy a monokromatikus összetevőinek frekvenciája megváltozna.
3.2 integrált fényvisszaverő képesség , %:
A visszavert fényáram és a beeső fényáram aránya, a képlet alapján számítva
ahol a minta felületéről visszavert teljes fényáram;
- a minta felületére eső fényáram;
S- szabványos fényforrás beeső sugárzásának relatív spektrális teljesítményeloszlása;
a minta felületének teljes spektrális reflexiója;
V- monokromatikus sugárzás relatív spektrális fényhatékonysága V hullámhosszal.
3.3 szórt fényvisszaverő képesség , %:
A minta felületéről a fényáram diffúz visszaverődésének aránya, a képlettel számítva
hol van a fényáram diffúz visszaverődése.
3.4 irányított (spekuláris) fényvisszaverési együttható , %:
Visszaverődés a diffúzió nélküli tükörvisszaverődés törvényeinek megfelelően, a visszavert fényáram egy részének szabályos visszaverődésének a beeső fényáramhoz viszonyított arányában kifejezve, a képlettel kiszámítva
hol van a tükör visszavert fényáram.
4 Mérőműszerekre vonatkozó követelmények
4.1 A fényáram mérésére olyan sugárzásátalakítókat kell használni, amelyek megengedett relatív hibahatára nem haladja meg a 10%-ot, figyelembe véve a spektrális korrekciós hibát, amelyet a sugárzásmérő átalakító relatív spektrális érzékenységének eltéréseként határoznak meg. monokromatikus sugárzás relatív spektrális fényhatékonysága nappali látáshoz V a GOST 8.332 szerint az abszolút érzékenység kalibrálásának hibája és a fénykarakterisztika nemlinearitása által okozott hiba.
4.2 Fényforrásként a mérések során, a típusú A.
A lámpa tápfeszültségét 1/1000-en belül stabilizálni kell.
4.3 A fotométernek, amelynek kialakítása meg kell feleljen a 6-8. pontokban megadott mérési sémáknak, az alábbi követelményeknek kell megfelelnie:
4.3.1 Az optikai rendszernek biztosítania kell a fénysugár párhuzamosságát, a divergencia (konvergencia) szöge legfeljebb 1 °.
4.3.2 Az anyagmintáról való visszaverődés után a fényáram áthaladása után a fénysugaraknak az adott iránytól legfeljebb 2°-os eltéréssel kell a fotodetektorra esniük.
4.3.3 Az irányított fényvisszaverődési együttható meghatározásakor a fénysugár beesési szöge megegyezik a visszaverődés szögével, ± 1° abszolút hibával.
4.3.4 A fénysugár beesési szögének a fotodetektor fényérzékeny felületére állandónak kell lennie a mérés minden szakaszában, kivéve, ha integráló gömböt (Taylor-golyót) használnak.
4.3.5 A minták vizsgálatakor megengedett olyan egyéb eszközök alkalmazása, amelyek adott hibával hitelesített referencia minták fényvisszaverődésének mérési eredményeit adják.
Ha mérőműszerként monokromátort vagy spektrofotométert használnak, a visszaverődési együtthatót az (1), (2) vagy (3) képlet alapján kell meghatározni.
5 Mintakövetelmények
5.1 A vizsgálatokat a felhasznált anyagok mintáin végzik. A minták méreteit a használt mérőműszer használati utasításának megfelelően állítjuk be.
5.2 A minták felületének síknak kell lennie.
5.3 A mintavételi eljárást és a minták számát az adott terméktípusra vonatkozó szabályozási dokumentumok határozzák meg.
6 Az integrált fényvisszaverő képesség mérése
Az integrált fényvisszaverő képesség mérését integráló gömb segítségével végezzük, amely egy üreges gömb, amelynek belső felülete nagy diffúz reflexiós tulajdonságú bevonattal rendelkezik. A gömbön lyukak vannak.
A *-nak megfelelő integrált és szórt fényreflexió mérésének sematikus diagramja az 1. ábrán látható.
________________
* Lásd a Bibliográfia című részt a továbbiakban. - Megjegyzés az adatbázis gyártójától.
1 - minta; 2 - szabványos kalibrációs port; 3 - bejövő fény portja; 4 - fotométer; 5 - képernyő; d a mért minta elhelyezésére szolgáló furat átmérője (0,1 D); d- a kalibráló furat átmérője ( d= d); d- a lyuk átmérője a bejövő fényáram számára (0,1 D); d- a tükröződően visszavert nyaláb kilépésére szolgáló furat átmérője ( d= 0,02D); D- a gömb belső átmérője; - a bejövő sugár beesési szöge (10°)
1. ábra - Az integrált és szórt fényvisszaverés mérésének sematikus diagramja
Az integrál reflexiós tényező mérésekor a tükörképesen visszavert sugár kilépésére szolgáló furat átmérőjű d hiányzik vagy dugóval fedték le.
7 Fény diffúz visszaverődésének mérése
A szórt fény visszaverődésének mérése az 1. ábrán látható séma szerint történik.
Ebben az esetben a gömbnek egy lyukkal kell rendelkeznie egy átmérőjű, tükröződően visszavert sugár kilépéséhez. d.
A kimeneti nyílás szabványos mérete 0,02 legyen D.
8 Irányított (spekuláris) fényvisszaverődés mérése
Egy felület irányított (spekuláris) fényvisszaverő képességét úgy mérjük, hogy a felületet párhuzamos vagy kollimált fénysugárral világítjuk meg, amely a megvilágított felületre szögben esik. Az ennek megfelelő tükörreflexiós együttható mérésének sematikus diagramja a 2. ábrán látható.
9 Mérési módszerek
9.1 Abszolút módszer
9.1.1 A módszer lényege, hogy meghatározzuk a fotodetektor áramának értékét, amikor a vizsgált mintáról visszaverődő fényáram eléri, és a fényáramnak a fotodetektort érő áram értékéhez viszonyított arányát.
9.1.2 Vizsgálati eljárás
9.1.2.1. A fényforrás fénysugara a fotodetektorra irányul.
1 - kollimáló lencse; 2 - kollektorlencse, amelynek membránja ferdén helyezkedik el; 3 - Fényforrás; 4 - a fotodetektor kollektorának nyílása; 5 - a mért minta felülete; 6 - fotodetektor; - a fényáram beesési szöge; - a nyílások szöge
2. ábra - A tükörreflexiós együttható mérésének sematikus diagramja
9.1.2.2 Mérje meg a fotodetektor áramát én.
9.1.2.3 Állítsa be a mérési síkot.
9.1.2.4 A berendezés elhelyezése a mért értéktől függően az 1. vagy 2. ábrán látható optikai séma szerint történik.
9.1.2.5 Helyezze a próbadarabot a mérési síkra.
9.1.2.6 Mérje meg a fotodetektor áramát én.
9.1.3 Az eredmények feldolgozása.
9.1.3.1 A fényvisszaverő képességet a képlet határozza meg
ahol a fotodetektor áramerőssége a vizsgált mintával, A.
a fotodetektor áramerőssége minta nélkül, A.
9.1.3.2 A relatív mérési hibát a képlet határozza meg
- abszolút hiba a fotodetektor áramerősségének mérésénél (a fotométer abszolút hibája) minta nélkül.
9.2 Relatív módszer
9.2.1 A módszer lényege, hogy meghatározzuk a fotodetektor áramának arányát, amikor a vizsgált mintáról visszaverődő fényáram eléri, és a fotodetektor áramának arányát, amikor az a hitelesített értékű mintáról visszaverődő fényáramot érinti. a fényvisszaverő képességet, figyelembe véve ezt az együtthatót ...
9.2.2 Vizsgálati eljárás
9.2.2.1 Adja meg a mérési síkot.
9.2.2.2 A berendezés elhelyezése a mért értéktől függően az 1. vagy 2. ábrán látható optikai séma szerint történik.
9.2.2.3 Helyezze a hitelesített fényvisszaverő képességű mintát (referenciaminta) a mérési síkra.
9.2.2.4 Mérje meg a fotodetektor áramát én.
9.2.2.5 Helyezze a próbadarabot a mérési síkra.
9.2.2.6 Mérje meg a fotodetektor áramát én.
9.2.3 Az eredmények kifejezése
9.2.3.1 A fényvisszaverő képességet a képlet határozza meg
hol van a referenciaminta hitelesített fényvisszaverő képessége;
- a fotodetektor áramerőssége a vizsgálati mintával, A;
a fotodetektor áramerőssége a referenciamintával, A.
9.2.3.2 A relatív mérési hibát a képlet határozza meg
ahol az abszolút hiba a fényvisszaverő képesség meghatározásában;
- abszolút hiba a fotodetektor áramerősségének mérésében (a fotométer abszolút hibája) a vizsgálati mintával;
- abszolút hiba a fotodetektor áramerősségének mérésében (a fotométer abszolút hibája) referenciamintával;
a referenciaminta hitelesített fényvisszaverő képességének abszolút hibája.
Megjegyzés - A relatív mérési hibához (9.1.3.2 és 9.2.3.2) megengedett a fotométer megadott hibája.
Bibliográfia
Tervezési és kivitelezési gyakorlati szabályzat „Lakó- és középületek természetes világítása”. |
||
EN 12665: 2011* | Fény és világítás. A világítási követelmények meghatározásának alapvető feltételei és kritériumai |
|
________________ |
||
A lámpatestek fényvisszaverő felületeinek tulajdonságai. Meghatározási módszerek (EN 16268: 2013 Világítótestek visszaverő felületeinek teljesítménye) |
||
UDC 721: 535.241.46: 006.354 | OKS 91.040 | |
Kulcsszavak: reflexió, megvilágítás, természetes világítás, mesterséges világítás |
||
A dokumentum elektronikus szövege
a JSC "Kodeks" készítette és ellenőrizte:
hivatalos kiadvány
M .: Standartinform, 2016
