- •Лабораторная работа №20 измерение коэффициентов светопропускания, отражения, яркости и блеска различных материалов
- •Теоретическое обоснование
- •Описание установки
- •Выполнение работы
- •Упражнение I Измерение коэффициентов пропускания образцов
- •Упражнение II Измерение коэффициентов отражения и яркости
- •Упражнение III Измерение блеска
- •Контрольные вопросы
Лабораторная работа №20 измерение коэффициентов светопропускания, отражения, яркости и блеска различных материалов
Цель работы: ознакомиться с принципом работы фотоэлектрических приборов и научиться определять коэффициенты пропускания, отражения, яркости и блеска различных материалов.
Приборы и принадлежности: фотометр ФМ-58, источник питания, набор образцов, набор приспособлений.
Теоретическое обоснование
При падении световой волны на границу раздела двух прозрачных сред часть света отражается, часть проходит во вторую среду, а часть поглощается. Явления отражения, поглощения и пропускания света характеризуются с помощью соответствующих коэффициентов.
Коэффициенты отражения , поглощения и пропускания определяются как отношения интенсивностей соответственно отраженного JR, поглощенного Jk, прошедшего Jt света к интенсивности падающего света J0, то есть
; ; (20.1)
На основании закона сохранения энергии можно записать
(20.2)
Решая совместно уравнения (20.1) и (20.2), получим
(20.3)
то есть сумма коэффициентов отражения, поглощения и пропускания равна 1.
Если поглощение мало, то k можно принять равным 0, тогда . Наоборот, если тело непрозрачно, то t=0 и тогда
Идеально белым телом называется такое тело, у которого коэффициент отражения R равен 1. Поэтому R характеризует степень белизны, а величина характеризует степень черноты тела.
Френель предложил естественную световую волну разложить на две составляющие: Р и S, у которых вектор напряженности электрического поля совершает колебания соответственно в плоскости падения волны Р, и в плоскости, перпендикулярной к плоскости падения волны S. Применяя граничные условия (равенство тангенциальных составляющих вектора для падающей, отраженной и преломленной волны) к волне, падающей на границу раздела двух прозрачных сред, он вычислил значение вектора для Р и S составляющих отраженных и преломленных волн:
(20.4)
где – угол падения, γ – угол преломления, , – амплитудное значение Р и S составляющих вектора падающей волны.
Формулы (20.4) получили название формул Френеля. Учитывая, что интенсивность света равна
(20.5)
можно, используя выражение (20.4), найти интенсивность отражённой и преломленной волн через соответствующие коэффициенты R и T.
Коэффициент отражения неразрывно связан с коэффициентом яркости В. Коэффициентом яркости поверхности называют отношение яркости светорассеивающей поверхности к яркости «идеального рассеивателя», находящегося в тех же условиях освещения.
За «идеальный рассеиватель» принимают поверхность, отражающую весь падающий на неё световой поток. В качестве такого «идеального рассеивателя» обычно берут баритовую пластинку. Близок к ней по отражению лист ватмановской бумаги.
В том случае, когда измеряемый образец и баритовая пластинка имеют одинаковые рассеивающие свойства, коэффициент отражения образца определяется из выражения
(20.6)
где R – коэффициент отражения образца, В – отношение коэффициента яркости образца к яркости баритовой пластинки, Rn – коэффициент отражения баритовой пластинки.
Блеск испытуемой поверхности характеризуется коэффициентом , который равен отношению коэффициентов яркости образца при углах и 00 , то есть
(20.7)
где – коэффициент яркости образца при наклоне на угол ; В0 – коэффициент яркости образца при угле 00; Р – поправка, учитывающая изменение яркости испытуемого образца, происходящее при углах от 00 до 450 ,
(20.8)
При работе на фотометрах отношение коэффициентов яркости образца при углах и 00 можно связать с отсчётами по правому барабану прибора при углах и 00.
Тогда формула (20.7) примет вид:
(20.9)
где 100 – отсчёт по правому барабану при угле 00; - средний отсчёт по правому барабану при угле наклона образца .