Х. ФОТОМЕТРИЯ. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
Основные законы и формулы
| Наименование величины или физический закон | Формулы |
Световые фотометрические величины
Полный световой поток от точечного источника света в люменах.  сила света в канделах
Сила света  .  световой поток,
 телесный угол в стерадианах
Освещённость в люксах,  - площадь облучаемой поверхности
Освещённость, создаваемая точечным источником света на расстоянии  от него.  угол падения световых лучей
Светимость  .  излучающая поверхность
Cоотношение между светимостью и яркостью  для источников, удовлетворяющих закону Ламберта
Эффективные фотометрические величины для ультрафиолетовой
части спектра
Поток излучения  (  или  )
Сила излучения (  или  )
Облучённость ( или  )
Облучённость от точечного источника
Угловое увеличение микроскопа  , а – расстояние наилучшего зрения   расстояние между фокусами объектива и окуляра.  и  фокусные расстояния объектива и окуляра
|
  
|
Вопросы для самоконтроля
1. Сформулируйте законы отражения и преломления света. Дайте определение показателя преломления.
2. Покажите, как связаны между собой абсолютный и относительный показатели преломления на границе раздела двух сред.
3. В чём заключается явление полного внутреннего отражения? Как применяется явление в оптических приборах (например, в рефрактометре)?
|
|
|
4. Каков принцип действия световодов? Расскажите об их применении в ветеринарной практике.
5. Какие типы линз вам известны? Что называют оптической силой линзы, и в каких единицах она измеряется?
6. Нарисуйте оптическую схему микроскопа. Чему равно увеличение микроскопа?
7. Что называют апертурным углом? Что называют числовой апертурой?
8. Дайте определения энергетических фотометрических величин и единиц их измерения.
9. Дайте определения эффективных фотометрических величин в эритёмной и бактерицидной областях ультрафиолетовой части спектра.
10. Какова значение фотометрических измерений в ветеринарии и зоотехники? Какое влияние оказывает видимый свет на сельскохозяйственных животных и птицу?
11. С какой целью применяют ультрафиолетовое излучение в ветеринарии и зоотехнии?
Примеры решения задач
ЗАДАЧА № 1
Ультрафиолетовая лампа ЛЭ-30, применяемая в животноводстве и ветеринарии, создаёт световой поток 
, эритёмный поток 
и бактерицидный поток 
Определить световую, эритёмную и бактерицидную отдачу лампы, если её мощность 
Вычислить силу света и силу эритёмного и бактерицидного излучений лампы. Какие облучённости и освещённость создаёт эта лампа на расстоянии 
от неё при нормальном падении света? Считать лампу точечным источником.
|
|
|
Решение
|
Световой поток и сила точечного источника связаны соотношением:
Отсюда
Аналогично
Освещённость, создаваемая точечным источником света:
Аналогично
ЗАДАЧА № 2
Окно в виварии имеет размеры 
, и на него в полдень падает световой поток 
Считая коэффициент отражения света от каждой поверхности оконного стекла по 
определить освещённость окна с наружной его стороны, а также яркость и светимость окна внутри вивария. Поглощением света внутри стекла пренебречь.
Решение
|
Часть светового потока, отражённая от внешней поверхности стекла, равна 
Поэтому световой поток, прошедший в стекло, равен 
точно также можно написать, что световой поток, вышедший из стекла после отражения на внутренней поверхности, 
Таким образом, светимость стекла внутри вивария создаётся тем световым потоком, который прошёл через стекло, т.е.
|
|
|
Поскольку яркость и светимость связаны между собой соотношением
то 
.
Произведём вычисления:
Контрольные задачи
181. Определить увеличение микроскопа, фокусные расстояния объектива и окуляра у которого соответственно равны 
и 
а расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра 
182. Определите величину изображения среза мышечного волокна диаметром 
рассматриваемого под микроскопом с фокусными расстояниями окуляра и объектива соответственно равными 
и 
Расстояние между фокусами объектива и окуляром 
, иммерсионная жидкости - глицерин. Апертурный угол 
183. Определить оптическую силу окуляра микроскопа, если фокусное расстояние объектива 
Расстояние между объективом и окуляром 
Микроскоп обладает 64-кратным увеличением.
184. Энергетическая освещённость, создаваемая Солнцем на границе земной атмосферы, равна 
(солнечная постоянная). Вычислить мощность излучения Солнца, если среднее расстояние от него до Земли равно 
185. Будет ли видно под микроскопом волокно диаметром 
если его рассматривать в зелёном свете (длина волны 
), в объектив с числовой апертурой 
и с монобромнафталином в качестве иммерсионной жидкости?
|
|
|
186. В коровнике повешен светильник из молочного стекла, имеющий форму шара диаметром 
. Сила света светильника 
Определить световой поток, светимость и яркость светильника.
187. Над операционным столом повешен светильник из молочного стекла, имеющий форму шара диаметром 
Сила света, создаваемая светильником, равна 
Определить световой поток, светимость и яркость светильника.
188. Для обезвреживания бактериального токсина необходимо создать бактериальную облучённость 
Токсин в чашке Петри помещают под УФ-источником БУВ-30, создающим поток 
На каком расстоянии от чашки следует поместить облучатель, считая его точечным источником?
189. Светоотдачей называется число, показывающее величину светового потока, приходящегося на 
мощности, затрачиваемой источником света. Светоотдача лампы мощностью 
равна 
. На поверхность стола площадью 
направлено 
светового потока лампы. Вычислить среднюю освещённость стола.
190. Солнечный свет создаёт на поверхности кожи человека освещённость 
Какова светимость и яркость освещённого участка кожи, если коэффициент отражения кожи 
191. Фокусное расстояние объектива микроскопа 
окуляра 
Расстояние от объектива до окуляра 
. Какое увеличение даёт микроскоп? Определить оптические силы линз микроскопа.
192. Вертикальная поверхность клетки с животным находится на расстоянии 
от УФ – источника, состоящего из трёх ламп ПРК – 4. Одна из ламп вышла из строя. На сколько нужно передвинуть источник к клетке, чтобы её облучённость не изменилась?
193. На рабочих столах пункта ветеринарного обслуживания животных по санитарным нормам полагается освещённость 
Какую минимальную силу света должна иметь лампа, повешенная на высоте 
от поверхности рабочего стола? Какой световой поток будет давать эта лампа? Какова должность быть мощность лампы, если её светоотдача 
194. Расстояние между фокусами объектива и окуляра внутри микроскопа 
Фокусное расстояние объектива 
С каким фокусным расстоянием следует взять окуляр, чтобы получить увеличение в 
Определить оптические силы линз микроскопа.
195. Толщина стекла в теплице 
Коэффициент поглощения света стеклом (для инфракрасной части спектра, вызывающий парниковый эффект) равна 
Какая доля от падающей на стекло интенсивности света достигает растений?
196. На стекло в теплице падает свет, коэффициент поглощения которого в данном стекле равен 
Какой толщины стекло надо взять, чтобы внутрь теплицы попало не менее 
световой энергии, падающей на поверхность стекла?
197. Ультрафиолетовая лампа ДРТ- 400 создаёт на расстоянии 
от неё при нормальном падении лучей эритёмную облучённость в 
Вычислить величину эритёмного потока, создаваемого лампой, и эритёмную отдачу лампы, если она потребляет мощность 
Считать лампу точечным источником.
198. На лист белой бумаги размером 
нормально к поверхности падает световой поток в 
. Найти освещённость бумажного листа, если коэффициент рассеивания 
199. Над центром круглой клетки диаметром 
на высоте от пола подвешена лампа ЭУВ-30, создающая силу эритёмного облучения 
Определить эритёмную облучённость в центре пола клетки и на краю клетки на полу.
200. Вертикальная поверхность клетки с животным находится на расстоянии 
от ультрафиолетового источника света, состоящего из трёх ламп ЛЭ-15. Одна из ламп вышла из строя. На сколько нужно передвинуть источник к клетке, чтобы облучённость её не изменилась?
Х I. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Основные законы и формулы
| Наименование величины или физический закон | Формулы |
Предел разрешения микроскопа 
 длина волны света,
 апертурный угол,
 показатель преломления среды между предметным стеклом и объективом
Предельный угол  при полном внутреннем отражении
Угол максимальной поляризации света при отражении  (закон Брюстера)
Угол поворота плоскости поляризации света.  концентрация раствора,
длина пути света в растворе (закон Био)
 удельное вращение
Энергетическая светимость тела (закон Стефана-Больцмана)
Длина волны  на которую приходится максимум теплового излучения (закон Вина)
|
|
Вопросы для самоконтроля
1. Что представляет собой явление интерференции волн? Каковы условия, при которых возникает явление интерференции?
2. Каковы методы наблюдения интерференции света? Почему не наблюдается интерференция при одновременном включении двух лампочек?
3. Что представляет собой явление дифракции? При каких условиях наблюдается дифракция?
4. Что называют разрешающей способностью оптического прибора? Какими причинами она вызывается? Дайте определение предела разрешения.
5. Каковы свойства ультрафиолетового и инфракрасного излучений? Каковы методы наблюдения этих излучений?
6. Как применяют ультрафиолетовое излучение в ветеринарии и зоотехнии? Расскажите о бактерицидном и эритемном действии ультрафиолетового излучения?
7. Расскажите о явлении поляризации света. Каковы методы наблюдения поляризации света?
8. Сформулируйте законы Малюса и Брюстера.
9. Расскажите о явлении двойного лучепреломления и о применении этого явления при исследовании микроструктур в поляризованном свете.
10. Расскажите о явлении вращения плоскости поляризации оптически активными веществами.
11. Расскажите об устройстве поляриметров и сахариметров. Каково их применение в ветеринарии?
12. Что называют лучеиспускательной и лучепоглощательной способностью тела?
13. Что называют абсолютно чёрным телом? Каковы модели абсолютно чёрного тела?
14. Сформулируйте законы Стефана-Больцмана, Кирхгофа и Вина.
Примеры решения задач
ЗАДАЧА № 1
Раствор глюкозы с концентрацией 
налитый в стеклянную трубку длиной 
поворачивает плоскость поляризации света на 
. Определить, удельное вращение глюкозы.
Решение
|
Отсюда
|
ЗАДАЧА № 2
Какое количество теплоты излучает 
поверхности тела лошади за час, если температура воздуха в конюшне, 
а температура кожи лошади принять в среднем 
Приведённый коэффициент излучения кожи равен 
Решение
|
температурами (например, между телом животного и окружающим воздухом), заключается в том, что тело с более высокой температурой (тело 1) излучает сильнее и передаёт телу с более низкой температурой (телу 2) больше энергии в единицу времени, чем само оно получает от тела 2. Таким образом, от тела 1 к телу 2 передаётся тепловой поток:
где 
приведённый коэффициент излучения, зависящий от природы тела, от его температуры и в значительной степени от состояния его поверхности. Проверим размерность.
Подставим в это выражение числовые значения заданных величин
Контрольные задачи
201. Можно ли рассмотреть эритроцит диаметром 
в микроскопе с апертурным углом 
с красным светофильтром, пропускающим свет с длиной волны 
202. В ультрафиолетовом микроскопе используют лучи с длиной волны 
Можно ли обнаружить этим микроскопом рибосомы внутри клетки, если их диаметр 
Апертурный угол объектива микроскопа 
203. Объект наблюдают в микроскоп с красным светофильтром, пропускающим длину волны 
а затем с зелёным светофильтром при длине волны 
Во втором случае была использована иммерсионная жидкость – монобромнафталин с показателем преломления 
Апертурный угол объектива микроскопа Вычислить в обоих случаях предел разрешения микроскопа.
204. Предельный угол полного внутреннего отражения для роговицы глаз равен 
Вычислить для роговицы угол полной поляризации (угол Брюстера).
205. Угол полной поляризации (угол Брюстера) для сыворотки крови здорового человека равен 
Вычислить для сыворотки предельный угол полного внутреннего отражения.
206. Определить концентрацию сахара в моче человека, больного диабетом, если в трубке сахариметра длиной плоскость поляризации света повернулась на 
удельное вращение сахара равно 
207. Определить удельное вращение мятного масла, плотность которого 
В трубке поляриметра длиной угол поворота плоскости поляризации оказался равным 
208. Считая Солнце абсолютно чёрным телом, определить температуру его поверхности. Радиус Солнца 
расстояние от Земли до Солнца 
Солнечная постоянная (энергетическая освещённость, создаваемая Солнцем на границе земной атмосферы) равна 
209. Во сколько раз теплоотдача (т.е.количество теплоты, излучаемой с поверхности тела в секунду) лошади меньше, чем теплоотдача тела птицы при температуре окружающего воздуха 
Средние температуры кожи лошади и птицы соответственно принять равными 
и 
На какие длины волн приходятся максимумы излучения тел лошади и птицы?
210. Во сколько раз изменится теплоотдача с поверхности тела коровы при понижении температуры воздуха в коровнике от 
до 
? Среднюю температуру кожи коровы принять равной 
На какую длину волны приходится максимум излучения тело коровы?
211. Инфракрасные лучи длинноволнового диапазона вызывают ощущение резкой боли при падении на кожу при интенсивности 
На каком расстоянии создаёт ощущение резкой боли лампа мощностью 
если её световой 
составляет 
, а остальная часть энергии расходуется на создание 
излучения?
212. Вычислить угол максимальной поляризации при отражении света от роговицы глаза. Под каким углом свет при этом проходит в глаз? 
213. Вычислить угол максимальной поляризации при отражении света от сыворотки крови. Под каким углом свет при этом проходит в сыворотку? 
214. Вычислить угол поворота плоскости поляризации раффинозы, если концентрация её 
длина трубки поляриметра 
и удельное вращение раффинозы 
215. Раствор глюкозы с концентрацией налитый в стеклянную трубку длиной поворачивает плоскость поляризации света на 
. Определить удельное вращение глюкозы.
216. При прохождении света через трубку длиной сахарным раствором плоскость поляризации света поворачивается на угол 
. Удельное вращение сахара 
Определить концентрацию сахара в процентах.
217. Определить концентрацию раствора глюкозы, если при прохождении света через трубку длиной плоскость поляризации поворачивается на угол 
. Удельное вращение глюкозы 
218. При прохождении света через слой десяти процентного сахарного раствора толщиной 
плоскость поляризации поворачивается на угол 
. В другом растворе в слое толщиной 
плоскость поляризации повернулась на 
. Найти концентрацию второго раствора сахара.
219. Определить энергетическую светимость тела лошади при температуре тела 
считая, что оно излучает как серое тело с коэффициентом 
На какую длину волны приходится максимум излучения тела лошади.
220. Опыт показывает, что облучение куриных яиц в инкубаторе наиболее эффективно при длине волны 
К какой области спектра относится эта длина волны? Какая должна бытъ температура проволочной спирали нагревательной лампы? Какое количество энергии излучает в секунду спираль лампы, если её поверхность равна 
?
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 40; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!