Fényforrás

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. április 1-jén felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

Fényforrás - minden olyan tárgy, amely a spektrum látható tartományában elektromágneses energiát bocsát ki [1] . Természetüknél fogva mesterségesre és természetesre osztják őket .

A Huygens-Fresnel-elv szerint a hullámterjedés mechanizmusa szerint a fényforrásokat elsődleges (mesterséges és természetes) és másodlagos (visszavert) fényforrásokra osztják.

A fizikában pontszerű és folytonos fényforrások modelljei idealizálják őket .

A fény felbukkanása

Köztudott, hogy bizonyos hőmérsékletre hevítve az anyagok elkezdenek fényt kibocsátani: legyen az elektromos izzóban lévő wolfram hajszál, vagy égitestünk , amelynek felületi hőmérséklete körülbelül hatezer Celsius-fok [2] .

A tudósok azt találták, hogy az atomok energiája diszkrét, és bizonyos ugrások változása jellemző az egyes atomokra. Az atomok energiáinak ezeket a megállapított lehetséges értékeit energia- vagy kvantumszinteknek nevezzük . Az elektronok, amelyek a magasabb energiaszintek egyikén vannak, körülbelül 10-8 másodperces időintervallum után spontán átmennek az alacsonyabbakra . Ebben az esetben a spontán átmenet alacsonyabb állapotból bármely másikba lehetetlen. Ezt a szintet alapszintnek , a többit izgatottnak nevezzük . Normál körülmények között minden atom alapvető energiaállapotában van. Egy atom gerjesztéséhez energiát kell adni neki, és minden atomhoz van egy bizonyos legkisebb energiarész, amely az alapállapotból a gerjesztett állapotba megy át (hidrogén esetében ez az érték 10,1 eV - ez a első és második energiaszintje közötti távolság).

A magasabb állapotokból az alacsonyabbakba való átmenet során az energia egy része kibocsátódik - egy foton . A Planck-képlet szerint a kibocsátott energia kiszámítása a következőképpen történik:

E=h \nu_{nm}

ahol h Planck -állandó , ν nm pedig az n szintről m szintre való átmenet fotonfrekvenciája (n>m), amely ezen szintek energiáival számítható: $\nu_{nm}=\frac{E_n-E_m}{h}$

A testhőmérséklet emelkedésével a sugárzást egyre magasabb frekvenciák egészítik ki. Így a több ezer fokra felmelegített test sugárzása folyamatos spektrumot képvisel : az infravöröstől az ultraibolya sugárzásig .

Fényintenzitás

Bármely fényforrást az intenzitása jellemez - a Poynting-vektor idő-átlagértéke :

I=\langle |{\vec {S}}|\rangle =\langle |[{\vec {E}}\times {\vec {H}}]|\rangle

Így az intenzitás arányos az elektromágneses tér rezgésének amplitúdójának négyzetével :

$I \sim E_0^2 \sim B_0^2$

Az elektromos térerősség értékén keresztül a következőképpen fejezhető ki:

I=\frac{\varepsilon_0 c \sqrt{\varepsilon \mu} E_0^2}{2}

ahol a dielektromos állandó , az elektrodinamikai állandó ( a fény sebessége vákuumban), a közeg törésmutatója , az anyag mágneses permeabilitása, az anyag dielektromos állandója . $\varepszilon_{0}$ $c=\frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}}$ $\sqrt{\varepsilon \mu}$ $\mu$ $\varepsilon$

A Poynting -vektor időátlagos értékének fogalmát használva általában érthető, hogy az átlagolást vagy végtelen időtartam alatt, vagy az elektromos térerősség változásának jellemző idejét jelentősen meghaladó intervallumon keresztül végezzük . Az intenzitás rögzítésekor azonban az átlagolási időt a fotodetektor integrációs ideje, a jelgyűjtő módban működő eszközöknél (kamera, film stb.) pedig az expozíciós idő határozza meg. Ezért az optikai tartományban lévő sugárvevők csak bizonyos időközönként reagálnak az energiaáram átlagos értékére. Vagyis a fotodetektor jele arányos:

${\frac {\mathrm {c} }{4\pi }}\langle E^{2}\rangle _{\tau }$

Mivel a legtöbb fizikai optika esetében, például a fény interferenciájával és diffrakciójával kapcsolatos problémáknál elsősorban a maximumok és minimumok térbeli helyzetét, illetve ezek relatív intenzitását vizsgálják, a térbeli koordinátáktól nem függő állandó tényezők gyakran nem. figyelembe venni. Emiatt gyakran feltételezik:

${\displaystyle \mathbf {} I=\langle E^{2}\rangle _{\tau ))$

Fényforrások szimulációja virtuális terekben

A valós idejű számítógépes grafikai alkalmazásokban, például a számítógépes játékokban , három fő típusú fényforrás létezik [3] :

Pontos fényforrások
Végtelenül távoli (irányított) fényforrások
Keresőlámpák

Csak hozzávetőlegesen írják le társaikat a fizikai világban, azonban a kiváló minőségű árnyékolási modellekkel kombinálva , mint például a Phong árnyékolás , egészen valósághű képek készítését teszik lehetővé.

Jegyzetek

↑ Fotokinotechnika, 1981 , p. 109.
↑ G.S. Landsberg. Alapfokú fizika tankönyv. 3. kötet. Rezgések és hullámok. Optika. Atom- és magfizika. - 12. kiadás - M . : Fizmatlit, 2001. - 656 p. — ISBN 5-9221-0138-2 .
↑ D. Rogers. A számítógépes grafika algoritmikus alapjai = Procedural elements for computer graphics. - per. angolból - M . : Mir, 1989. - ISBN 5-03-000476-9 , 0-07-053534-5 (angol) .

Irodalom