Wyznaczanie charakterystyk spektralnych źródeł światła

 

.: Materiały pomocnicze do zajęć :.

 

Wybrane terminy

Wybrane terminy

Promieniowanie optyczne – promieniowanie elektromagnetyczne o długościach fal ulokowanych pomiędzy obszarem fal rentgenowskich a obszarem fal radiowych. Promieniowanie optyczne mieści się w przedziale od 1 nm do 1 mm.

Promieniowanie ultrafioletowe – promieniowanie elektromagnetyczne którego długości fal ulokowane są w przedziale 100 nm – 400 mm. Przedział promieniowania podczerwonego dzieli się na trzy zakresy: UV-A (315-400 nm), zwany bliskim nadfioletem, UV-B (280 – 315 nm) nazywany śrrednim nadfioletem oraz UV-C (100-280 nm) określany jako daleki nadfiolet.

Promieniowanie widzialne (światło) - to promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym. W praktyce przyjmuje się, że wrażenia świetlne odbierane przez oko ludzkie wywołuje promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali w zakresie 380¸780 nm. Podany przedział ma charakter umowny, w warunkach rzeczywistych jego granice mogą ulegać zmianom, w zależności od indywidualnych cech człowieka.

Promieniowanie monochromatyczne – charakteryzuje się jedną częstotliwością (jedną długością fali). W praktyce za promieniowanie monochromatyczne uważa się promieniowanie przenoszące energię w bardzo wąskim przedziale długości fali, które może być scharakteryzowane przez podanie jednaj wartości długości fali. Przykładem źródeł monochromatycznych są np. niskoprężne lampy sodowe (cała moc promieniowania skoncentrowana jest na jednej długości fali ok. 590 nm), wskaźniki laserowe

Widmo promieniowania – obraz rozłożonego na składniki monochromatyczne promieniowania elektromagnetycznego. Widmo promieniowania nie zawiera informacji na temat cech ilościowych poszczególnych długości fal, jedynie przedstawia zakres długości fal biorących udział w promieniowaniu

Temperatura barwowa najbliższa – parametr określający barwę emitowanego światła, podawany w kelwinach [K].  Jest to taka temperatura ciała czarnego, przy której wysyła ono promieniowanie o identycznej chromatyczności (barwności tj. o identycznym odcieniu i nasyceniu) co rozpatrywane źródło światła. A zatem termin ten (jak wynika to z definicji) powinien być stosowany wyłącznie w odniesieniu do źródeł światła, których punkty barwowe (współrzędne trójchromatyczne) leżą na krzywej Plancka. W przypadku lamp, których punkty chromatyczności nie leżą na krzywej promieniowania ciała czarnego należy operować pojęciem temperatury barwowej – czyli takiej temperatury ciała czarnego, którego postrzegana barwa jest najbardziej zbliżona do barwy światła analizowanego źródła. Wraz ze wzrostem wartości temperatury barwowej, barwa emitowanego światła staje się bardziej chłodna.

Wskaźnik oddawania barw – parametr określający właściwość oddawania barw przez źródła światła, wyróżnia się szczególne (Ri) jak i ogólny wskaźnik oddawania barw (Ra). Te pierwsze charakteryzują różnicę barwy 14-stu (i = 1 ÷ 14) próbek wzorcowych z atlasu Munsella, przy oświetlaniu ich źródłem badanym i odniesieniowym. Ogólny wskaźnik oddawania barw jest natomiast średnią arytmetyczną wartości ośmiu szczególnych wskaźników odpowiadających próbkom od 1 do 8. Maksymalna wartość tego wskaźnika wynosi 100.

Żarówka – źródło wykonane z przeznaczeniem do wytwarzania światła za pośrednictwem elementu rozgrzanego do stanu żarzenia wskutek przepływu prądu elektrycznego. Tym elementem zwykle jest skrętka wolframowa. Bardzo często w mowie potocznej, a także w niektórych publikacjach popularno-naukowych, wszystkie elektryczne źródła światła nazywa się żarówkami. Np. świetlówki energooszczędne funkcjonują jako żarówki energooszczędne, diody elektroluminescencyjne nazywane są żarówkami LED. Warto podkreślić, że określenie to - żarówka -  jest słuszne jedynie w odniesieniu do tych źródeł, w których elementem emitującym promieniowanie widzialne jest żarnik. W przypadku pozostałych należy już posługiwać się terminem lampa elektryczna (lub po prostu – lampa).

Ilustracja zasady działania spektrometru

 Ilustracja zasady działania spektrometru

METODA SKANUJĄCA: sekwencyjny pomiar poszczególnych długości fal

Poglądowa ilustracja zasady działania spektrometru


METODA RÓWNOLEGŁA: przetwarzanie danych odbywa się równolegle z pomiarem (brak elementu ruchomego)

Poglądowa ilustracja zasady działania spektrometru kompaktowego

Krok 1.: Mierzone promieniowanie (które "dostarczane" jest światłowodem), poprzez szczelinę kierowane jest na lustro kolimacyjne

Krok 2.: Rozbieżna wiązka po odbiciu od powierzchni lustra kolimacyjnego staje się wiązką równoległą. Trafia ona na siatkę dyfrakcyjną.

Krok 3.: Promieniowanie po odbiciu od siatki dyfrakcyjnej ulega monochromatyzacji, a następnie kierowane jest na lustro.

Krok 4.: Po odbiciu promieniowania od lustra (zwierciadła) trafia ono na detektor. Detektor pełni funkcję swego rodzaju kamery o wysokiej rozdzielczości, która rejestruje poszczególne długości fali.

 

Względne rozkłady widmowe wybranych źródeł światła 

Względne rozkłady widmowe wybranych źródeł światła

Przykładowe względne charakterystyki widmowe wybranych źródeł światła

Lampa żarowa

Lampa rtęciowo-żarowa

Wysokoprężna lampa rtęciowa

Wysokoprężna lampa metalohalogenkowa

Wysokoprężna lampa sodowa

Niskoprężna lampa sodowa

Niskoprężna lampa fluorescencyjna (świetlówka), około 3000 K

Niskoprężna lampa fluorescencyjna (świetlówka), około 4500 K

Niskoprężna lampa fluorescencyjna (świetlówka), około 6500 K

Źródło LED, około 3000 K

Źródło LED, około 4000 K

Źródło LED, około 6000 K

Ilustracja mechanizmu wytwarzania światła białego przez źródła LED

Ilustracja mechanizmu wytwarzania światła białego przez źródła LED

Metoda 1.: Dioda niebieska współpracująca z luminoforem

Względne rozkłady widmowe iluminantów (xls)

 Względne rozkłady widmowe iluminantów (xls)

Filmy

Filmy

Podstawy teoretyczne

Barwa światła

Barwa światła

Powstawanie barw

Czym jest światło?

Czym jest światło i jak działa laser?

Czyj jest światło i jak działa laser?

Światło wokół człowieka, cykl dobowy

Zagrożenia związane ze światłem niebieskim

 Światło niebieskie - tajemnica chorób i bezsenności

Czy światło niebieskie emitowane przez monitory jest groźne?

Czy światło niebieskie jest groźne?

Światło niebieskie

 Światło niebieskie

Zanieczyszczenie światłem - wpływ światła na człowieka

 Wpływ światła na człowieka

 

Sprzęt pomiarowy

Barwa światła

Pomiary spektrometrem

Przenośny spektrometr

Podstawy spektrometrii