Các Đại Lượng Trắc Quang Là Các Đại Lượng Dùng Trong Kĩ Thuật Đo Lường Ánh Sáng.

Với nguồn đẳng hướng, quang thông toàn phần có giá trị là :

I dI d 4I

(l.23)

trong đó : d 4

Đơn vị:

chính là góc khối toàn phần.

Theo bảng đơn vị hợp pháp, đơn vị độ sáng là canđela (viết tắt là cd).

Canđela là độ sáng đo theo phương vuông góc của một diện tích nhỏ, có diện tích nhỏ 1/600.000m2 bức xạ như một vật bức xạ toàn phần, ở nhiệt độ đông đặc của platin dưới áp suất 101325N/m2.

Từ đơn vị của độ sáng có thể suy ra đơn vị của quang thông. Theo công thức (l.22), ta có:

dI.d (l.24)

Nếu I=1canđela, dΩ=1stêrađian thì:

d=1canđela.1stêrađian =1lumen.

Như vậy, lumen (viết tắt là lm) là quang thông của một nguồn sáng điểm đẳng hướng có độ sáng 1 canđela gửi đi trong góc khối 1 stêrađian.

1.3.3. Độ rọi

Quang thông và độ sáng là hai đại lượng đặc trưng cho nguồn sáng. Bây giờ, ta sẽ nghiên cứu độ rọi. Đó là một đại lượng đặc trưng cho vật được rọi sáng.

a. Định nghĩa

Xét diện tích được rọi sáng dS. Gọi quang thông toàn phần gửi tới dS là

dΦ. Độ rọi của diện tích dS là lượng :

E d

dS

(l.25)

Như vậy độ rọi E của một mặt nào đó là một đại lượng có giá trị bằng quang thông gửi tới một đơn vị diện tích của mặt đó.

b. Độ rọi gây bởi nguồn điểm

Xét diện tích dS được rọi sáng bởi nguồn điểm O có độ sáng là I (Hình l.13). Quang thông gửi tới dS là :

dIdIdScoc

r2

Vậy độ rọi của diện tích dS là :

E dI cos

Hình 1.13. Tính độ rọi gày bởi nguồn điểm

dS r2

Như vậy, khi dùng nguồn điểm, độ rọi của mắt được chiếu sáng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ mặt ấy đến nguồn.

c. Đơn vị độ rọi

Từ (1.25) ta thấy, nếu d =1lumen và dS=1m2 thì độ rọi E=1lumen/m2. Như vậy đơn vị của độ rọi là lumen/m2 và còn được gọi là lux. Vậy lux (viết tắt là lx) là độ rọi của một mặt mà cứ 1m2 của mặt đó nhận được một quang thông là 1 lumen.

Bảng dưới đây cho ta độ rọi trong một số trường hợp:

Nơi và điều kiện rọi sáng

Độ rọi (lux)
Trong phòng ban ngày	100
Trên bàn làm những việc tinh vi	100 ÷ 200 .
Đọc sách	30 ÷ 50
Từ mặt trăng ngày làm gửi tới	0,2
Từ bầu trời đêm không trăng	0,0003

Có thể bạn quan tâm!

• Các Phương Trình Của Trường Điện Từ (Hệ Phương Trình Maxwell):
• Định Luật Về Tác Dụng Độc Lập Của Các Tia Sáng
• Những Phát Biểu Tương Đương Của Định Luật Descartes
• Gương Fresnel Hình 2.10. Lưỡng Thấu Kính Bile
• Giao Thoa Gây Bởi Bản Mỏng Có Bề Dày Không Đổi. Vân Cùng Độ Nghiêng
• Hai Tia Phản Xạ Từ Cùng Một Tia Tới Tại Mặt Trên Và Mặt Dưới Của Bản Mỏng Không Khí Cho Hệ Thống Vân Tròn Newton

Xem toàn bộ 258 trang tài liệu này.

TỔNG KẾT CHƯƠNG 1

Quang hình học nghiên cứu ánh sáng xuất phát từ khái niệm về các tia sáng mà không quan tâm đến bản chất của tia sáng.

1. Định luật truyền thẳng của ánh sáng

Trong một môi trường trong suốt đồng tính và đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thẳng.

2. Định luật phản xạ

Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyên (n)) và góc tới bằng góc phản xạ.

il =i’1

3. Định luật khúc xạ

Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới ở phía bên kia pháp tuyến tại điểm tới, đối với mỗi cặp môi trường nhất định tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một số không đổi.

sin i1

sin i2

n12

n21 là một số không đổi phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường và được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1 .

Ứng dụng của các định luật về đường truyền của tia sáng ta có thể giải thích được các hiện tượng: Nhật thực, nguyệt thực và đặc biệt là hiện tượng phản xạ toàn phần, ứng dụng của nó trong việc chế tạo ra cáp quang để truyền sóng điện từ.

4. Quang lộ

Ánh sáng truyền trong các môi trường khác nhau có tốc độ khác nhau. Quang lộ giữa hải điểm A, B cách nhau một đoạn d là đoạn đường ánh sáng truyền được trong chân không trong khoảng thời gian t, trong đó t là khoảng thời gian mà ánh sáng đi được đoạn đường AB trong môi trường.

L nd

Nếu ánh sáng truyền qua nhiều môi trường chiết suất n1, n2, n3 .... với các quãng đường lần lượt là d1, d2,d3 ..., thì quang lộ tổng cộng là:

L1 n1d1 n2d2 n3d3... nidi

5. Nguyên lí Fermat

Giữa hai điểm AB ánh sáng sẽ truyền theo con đường nào mà quang lộ là cực trị (cực đại, cực tiểu hoặc không đổi).

6. Định lý Malus

Quang lộ của các tia sáng giữa hai mặt trục giao của một chùm sáng thì bằng nhau.

7. Các đại lượng trắc quang là các đại lượng dùng trong kĩ thuật đo lường ánh sáng.

a. Quang thông

Quang thông do một chùm sáng gửi tới diện tích dS là một đại lượng có trị số bằng phần năng lượng gây ra cảm giác sáng gửi tới dS trong một đơn vị thời gian.

b. Độ sáng

Độ sáng là đại lượng đặc trưng cho khả năng phát sáng của nguồn theo

một phương. Gọi I là độ sáng, dlà quang thông gửi đi trong góc khối dΩ:

I =d

d

Độ sáng I của nguồn thay đổi theo phương phát sáng. Nếu độ sáng I theo mọi phương đều như nhau thì nguồn gọi là nguồn đẳng hướng.

c. Độ rọi

Độ rọi E của một mặt nào đó là một đại lượng có giá trị bằng quang thông gửi tới một đơn vị diện tích của mặt đó.

Độ rọi gây bởi nguồn điểm:

E dIcoc

dS r2

CÂU HỎI LÍ THUYẾT

1. Phát biểu các định luật cơ bản của quang hình học và viết biểu thức của các định luật.

2. Định nghĩa quang lộ.

3. Phát biểu nguyên lý Fermat và định lý Maluyt.

4. Nêu định nghĩa các đại lượng trắc quang, biểu thức tính và đơn vị của các đại lượng trắc quang.

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

Bài 1.1.

4

Chiết suất tuyệt đối của nước là n1 3

và của thủy tinh là n2

 1, 52. Hãy

xác định:

a. Chiết suất tỷ đối của thủy tinh đối với rượu.

b. Khi ánh sáng truyền từ nước vào thủy tinh thì bước sóng của nó tăng hay giảm mấy lần.

Bài 1.2.

Một nguồn sáng điểm S đặt trước một gương phẳng G cho một ảnh ảo S’. Khoảng cách từ nguồn sáng S đến một điểm I trên mặt gương là SI r 10cm. Cho gương phẳng G quay một góc theo chiều kim đồng hồ quanh trục vuông góc với mặt phẳng tới tại điểm I sao cho tia phản xạ tại I quay một góc  300 . Xác định góc quay của gương phẳng.

Bài 1.3.

Một tia sáng đơn sắc truyền từ nước ra không khí với góc tới i  300 .

4

Biết chiết suất tuyệt đối của nước là n1 3

và của không khí là n2

 1. Hãy

xác định:

a. Góc khúc xạ.

b. Góc tới giới hạn igh để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

Bài 1.4.

Một sóng ánh sáng đơn sắc truyền trong bản thủy tinh chiết suất n 1, 5 trong khoảng thời gian t . Hỏi trong khoảng thời gian này, sóng ánh sáng trên sẽ truyền được một đoạn đường bằng bao nhiêu nếu:

a. Sóng ánh sáng truyền trong môi trường chân không.

b. Sóng truyền trong nước. Chiết suất tuyệt đối của nước là n1

4 .

3

Chương 2.GIAO THOA ÁNH SÁNG

2.1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG

2.1.1. Một số khái niệm cơ bản về sóng

Sóng là quá trình truyền pha của dao đ ộng. Dưa

vào cách truyền sóng ,

người ta chia sóng thành hai loại: sóng ngang và sóng doc̣ .

Sóng ngang là sóng mà phương dao đ ộng của các phần tử vuông góc với phương truyền sóng.

Sóng doc

truyền sóng.

là sóng mà phương dao động của các phần tử trùng với phương

Không gian có sóng truyền qua đươc

goi

là trường sóng . Mặt sóng là

quỹ tích những điểm dao đ ộng cùng pha trong trường sóng . Giới han giữa

phần môi trường mà sóng đã truyền qua và chưa truyền tới goi

là mặt đầu

sóng. Nếu sóng có mặt đầu sóng là m ặt cầu thì đươc

goi

là sóng cầu và nếu

mặt đầu sóng là mặt phẳng thì đươc

goi

là sóng phẳng.

Đối với môi trường đồng chất và đẳng hướng , nguồn sóng nằm ở tâm của mặt sóng cầu, tia sóng (phương truyền sóng) vuông góc với mặt đầu sóng (Hình 2.1).

Nếu nguồn sóng ở rất xa phần môi trường mà ta khảo sát thì m ặt sóng là những m ặt phẳng song song , các tia sóng là những đường thẳng song song với nhau và vuông góc với các mặt sóng (Hình 2.2).

Hình 2.1. Sóng cầu

Hình 2.2. Sóng phẳng

2.1.2. Thuyết điện từ về ánh sáng củ a Maxwell

Ánh sáng là sóng điện từ , nghĩa là trường đi ện từ biến thiên theo thời gian truyền đi trong không gian . Sóng ánh sáng là sóng ngang , bởi vì trong sóng đi ện từ vectơ cường đ ộ điện trường E và vectơ cảm ứng từ B luôn dao động vuông góc với phương truyền sóng . Khi ánh sáng

truyền đến mắt , vectơ cường đ ộ điện

trường tác dụng lên vòng mạc gây nên cảm

Hình 2.3. Thuyết điện từ về ánh sáng của Maxwell

giác sáng. Do đó vectơ cường độ điện trường trong sóng ánh sáng gọi là vectơ sáng.

Người ta biểu diễn sóng ánh sáng bằng dao đ ộng của vectơ sáng E

vuông góc với phương truyền sóng.

Mỗi sóng ánh sáng có bước sóng 0 xác điṇ h gây nên cảm giác sáng về

một màu sắc xác điṇ h và goi

là ánh sáng đơn sắc . Tập hơp

các ánh sáng đơn

sắc có bước sóng 0 nằm trong khoảng từ 0,4μm đến 0,76μm tạo thành ánh sáng trắng.

2.1.3. Hàm sóng ánh sáng

Xét sóng ánh sáng phẳng đơn sắc truyền theo ph ương y với v ận tốc v

trong môi trường chiết suất n.

Giả sử tại O phương trình của dao động sáng là:

x(O) Acost (2.1)

thì taị điểm M cách O một đoan d, phương trình dao động sáng là:

x(M ) A cos(t ) A cos(t L ) A cos(t 2L )

c T c

trong đó: d L

x(M ) A cos(t 2L) (2.2)



là thời gian ánh sáng truyền từ O đến M,

v c