Закон излучения Кирхгофа

Вопросы для экзамена

1. Природа оптического излучения. Энергия кванта, поток излучения.

Оптическое излучение

Любое излучение связано с переносом энергии от излучающего тела к поглощающему. Энергия является общей мерой различных форм движения материи, следовательно, энергия характеризует любое движение материи с количественной стороны. Различные виды энергии, например энергия электрического тока, энергия излучения выражают качественно различные формы движения материи. Таким образом, энергия излучения, являясь одной их качественных разновидностей энергии, есть также мера движения материи.

В первой половине XX в. были установлены новые факты имеющие, непосредственное отношение к учению об оптическом излучении:

o 1. Оптическое излучение обладает волновыми и корпускулярными свойствами.

o 2. Частицы вещества, также как и оптического излучения, имеют двоякую корпускулярную и волновую природу.

o 3. частицы вещества могут превращаться в оптическое излучение, а оптическое излучение в вещество.

Энергию оптического излучения принято называть лучистой энергией. Любое тело, температура которого выше абсолютного нуля, излучает в окружающее пространство лучистую энергию. Перенос лучистой энергии в пространстве осуществляется электромагнитными волнами, частота которых определяется величиной кванта энергии, минимальной порцией энергии, излучаемой атомом при возвращении с более высокого энергетического уровня в первоначальное состояние.

,

Где E - квант энергии излучения, Дж; h - постоянная Планка, равная 6,624* 10 -20ст. Дж

Как было доказано в 1890 г. П. Н. Лебедевым, излучение представляет собой поток материальных частиц. Эти материальные частицы, названые А.Эйнштейном фотонами, обладают конечной массой и скоростью в безвоздушном пространстве, примерно равной 2,998-10 8ст. м/с.

Распространение электромагнитных волн в пространстве сопровождается переносом энергии в направлении движения волн.

Излучение характеризуется длиной волны, под которой понимается расстояние, пройденное излучением за время полного периода колебаний. Длина волны излучения и время полного периода колебаний или частоты электромагнитных колебаний связаны между собой скоростью света.

,

Где:

Л - длина волны, нм;

c - скорость света,

T - время полного периода колебаний.

Генераторами излучения являются подвижные молекулы и атомы вещества. Монохроматическое (однородное) излучение получить на практике невозможно. Принято под монохроматическим излучением понимать совокупность фотонов, что выделяются источником излучения, которые имеют практически одинаковую длину волны.

Сложное излучение представляется как совокупность монохроматического излучения. Светотехника имеет дело с оптическим излучением, то есть с электромагнитным излучением с длинами волн от 1 нм до 1мм (рис.1) .

 

Рис.1. Спектр электромагнитного излучения

 

2. Оптическое излучение как технологический фактор с. х. производства.

Оптическое излучение как фактор регулирования физиологических процессов, поведенческих реакций и продуктивности сельскохозяйственных животныхтема диссертации и автореферата по ВАК 03.00.13, доктор биологических наук Чурмаев, Александр Васильевич

Научная библиотека диссертаций и авторефератов disserCat https://www.dissercat.com/content/opticheskoe-izluchenie-kak-faktor-regulirovaniya-fiziologicheskikh-protsessov-povedencheskik#ixzz2i4XuaBhd

 

Появились данные о влиянии светового воздействия на чувство времени у животных В настоящее время все больше накапливается фактов о влиянии оптического излучения также и на физиологические процессы в организме. Показано, что в зависимости от параметров такого воздействия могут изменяться многие стороны жизнедеятельности живых организмов, в том числе и сельскохозяйственных животных. Биологическая роль света наиболее выявлена в птицеводстве, где освещенность нормируют как по продолжительности и интенсивности, так и по периодичности смены 7 темноты и света Полученные за последние годы данные о влиянии оптического излучения различных диапазонов на крупный рогатый скот, свиней и других животных также свидетельствуют о возможности его практического применения с целью изменения физиологического состояния и стимулирования Однако и здесь много нерешенных вопросов. В частности, неясна роль спектрального состава, интенсивности и продолжительности освещения при различных функциональных состояниях организма. Недостаточно изучена значимость ультрафиолетового и комбинированного облучения крупного рогатого скота при анализе его резистентности и продуктивности. Эффективное решение этой проблемы приобретает особое значение в связи с появлением новых и технически более совершенных источников освещения и облучения. Под влиянием светового фактора изменяется поведение животных, что проявляется в увеличении кормовой и двигательной активности, уменьшении времени отдыха, изменении режима поведения в течение суток. Показано, что поведенческие показатели коррелируют с изменением продуктивности животных и имеют прогностическое значение.

11. Регулируемое оптическое излучение положительно влияет на качество мяса бычков. Установлено увеличение содержания жира в спинно-грудном отрубе на 70-90 %, белка на 7-10 %, влагоудерживающей способности мышечной ткани на 7-10 %. По данным органолептического анализа улучшаются также и вкусовые качества мяса.

12. Показано, что газоразрядные лампы высокого давления малой мощности типов ДРЛ и ДНаТ по своему воздействию на продуктивные и физиологические показатели крупного рогатого скота пригодны для практического применения в животноводческих помещениях. Применение нового типа ламп является перспективным в сравнении с применяемыми в животноводстве лампами ЛБ-40, Б-215-235-100, так как они обладают лучшими технико-эксплуатационными показателями.

13. Разработана интегральная схема реакции организма на оптическое излучение, в которой проявляются информационная, синхронизирующая и стабилизирующая роли световых потоков. В соответствии с этой схемой информационное и энергетическое воздействия оптической радиации изменяют физиологическое состояние организма. В результате возникают новые потребности, а значит и доминирующие мотивации, необходимые для реализации целенаправленного поведения. В измененных условиях среды обитания снова проявляется регулирующая роль оптических излучений.

1. Спектр излучения. Спектральная плотность излучения. Относительные спектральные характеристики.

Спектральная плотность силы излучения[ править | править исходный текст ]

Если излучение немонохроматично, то его во многих случаях характеризуют дифференциальной величиной — спектральной плотностью силы излучения. Спектральная плотность силы излучения представляет собой силу излучения, приходящуюся на малый единичный интервал спектра ^[1]. Точки спектра при этом могут задаваться длинами волн, частотами, энергиями квантов излучения, волновыми числами или любым другим подходящим способом. Если переменной, определяющей положение точек спектра, является некоторая величина , то соответствующая ей спектральная плотность силы излучения обозначается и определяется как отношение величины приходящейся на малый спектральный интервал, заключённый между и к ширине этого интервала:

Например, если для задания положений точек спектра используются длины волн, то для спектральной плотности энергии излучения будет выполняться:

а при использовании частоты —

Следует иметь в виду, что значения спектральной плотности силы излучения в одной и той же точке спектра, получаемые при использовании различных спектральных координат, в общем случае друг с другом не совпадают. То есть, например, Нетрудно показать, что с учетом

и

правильное соотношение приобретает вид:

Спектральная плотность силы излучения используется в расчётах при переходе к силе света. .

 

Рис.1. Спектр электромагнитного излучения

 

 

Более удобной характеристикой излучения является относительная величина

 

№ - 1 /1 Q4

 

которая является функцией распределения мощности данного излучения по его спектру. Если эта функция известна, то для заданного потока излучения можно рассчитать мощность, приходящуюся на часть спектра, ограниченную длинами волн и Я2:

 

ДФе(^, %2) = фе ^ ^ dX. (1.4)

 

На рис. IV.2 показано различие между непрерывным (<а), полосатым (б) и линейчатым (Ь) спектрами. Заштрихованная на графике непрерывного спектра площадка показывает ту долю полной мощности излучения, которая приходится на малый участок спектра от К до X + dK.

 

Ал

 

в)

 

Рис. IV.2

 

Кроме распределения мощности излучения по длинам волн можно интересоваться распределением мощности по различным ориентациям плоскостей коАебаний вектора Е. Допустим, что излучение распространяется в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа (рис. IV.3), так, что для читателя это- направление проецируется в точку О. Далее предположим, что имеется такой приемник излучения, который воспринимает энергию электромагнитной волны только

5. Понятие активного и эффективного потока. Методика расчета.

Эффективный поток — это поток излучения, поглощенный приемником и преобразованный в нем в полезную мощность другого вида энергии. Определяя эффективный поток по уровню реакции образцового приемника, можно построить систему эффективных величин и единиц их измерения, облегчающую количественную оценку процесса преобразования энергии излучения и упрощающую расчеты, связанные с ее использованием. В зависимости от действия оптического излучения приемника различают следующие системы эффективных величин: световую, витальную (эритемную), бактерицидную и фотосинтетическую.

В системе световых величин эффективным потоком является световой поток. За единицу измерения светового потока принят люмен (лм). Установлено, что при воздействии монохроматическим излучением с длиной волны 555 нм и мощностью 1 Вт на глаз стандартного наблюдателя создается световой поток 683 лм.В бактерицидной системе величин эффективным потоком, определяемым по бактерицидному действию коротковолнового ультрафиолетового излучения на различные виды бактерий, является бактерицидный поток Ф6. Наибольшим бактерицидным действием, т. е. способностью вызывать гибель бактерий, обладает ультрафиолетовое излучение с диной волны 254 нм. Поэтому за единицу измерения бактерицидного потока принят бакт (бк), который соответствует разрушающему действию на бактерии монохроматического излучения с длиной волны 254 нм и мощностью 1 Вт. Остальные величины и единицы этой системы образованы аналогично приведенным выше системам (световой и витальной).

1. Приемники оптического излучения. Спектральная чувствительность.

ПРИЕМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ - устройства, предназначенные для обнаружения или измерения оптического излучения и основанные на преобразовании энергии излучения в др. виды энергии (тепловую, механическую, электрическую и т. д.), более удобные для непосредств. измерения. Они реагируют на интенсивность излучения, усреднённую по мн. периодам колебаний светового поля, т. к. время релаксации приёмника, независимо от того, на каком принципе он основан, определяется процессами переноса и релаксации, к-рые происходят за время, много большее периода колебания светового поля.

Спектральная чувствительность характеризует реакцию приёмника при действии на него монохроматич. (с длиной волны l) потока излучения. Область спектральной чувствительности охватывает такой диапазон длин волн около данной конкретной l, в к-ром чувствительность П. о. и. составляет не менее 10% своего макс. значения. Относит. спектральная чувствительность - зависимость отношения монохроматич. спектральной чувствительности к спектральной чувствительности в максимуме кривой спектральной чувствительности.

 

П. о. и. обладают и частотной характеристикой - зависимостью чувствительности приёмника от частоты модуляции падающего на него излучения. Вид этой характеристики определяется постоянной времени и видом модуляции.
Яркость и единицы ее измерения.

• 1. Яркость и единицы ее измерения.

 

Я́ркость источника света^[1] — это световой поток, посылаемый в данном направлении, деленный на малый (элементарный) телесный угол вблизи этого направления и на проекцию площади источника^[2] на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения. Иначе говоря - это отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади еёпроекции на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения.

В определении, данном выше, подразумевается, если рассматривать его как общее, что источник имеет малый размер, точнее малый угловой размер. В случае, когда речь идет о существенно протяженной светящейся поверхности, каждый ее элемент рассматривается как отдельный источник. В общем случае, таким образом, яркость разных точек поверхности может быть разной. И тогда, если говорят о яркости источника в целом, подразумевается вообще говоря усредненная величина. Источник может не иметь определенной излучающей поверхности (светящийся газ, область рассеивающей свет среды, источник сложной структуры - например туманность в астрономии, когда нас интересует его яркость в целом), тогда под поверхностью источника можно иметь в виду условно выбранную ограничивающую его поверхность или просто убрать слово "поверхность" из определения.

В Международной системе единиц (СИ) измеряется в канделах на м². Ранее эта единица измерения имела нит (1нт=1кд/1м²), но в настоящее время стандартами на единицы СИ применение этого наименования не предусмотрено.

1. Сила и плотность излучения. Единицы измерения.

• Сила и плотность излучения. Единицы измерения.

 

Си́ла излуче́ния (также энергетическая сила света) — одна из энергетических фотометрических величин, характеризующая мощность, переносимую излучением в некотором направлении. Равна отношению потока излучения, распространяющегося от источника излучения внутри малого телесного угла, к этому телесному углу^[1]:

Cила излучения — угловая плотность потока излучения.

Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является Вт/ср, в системе СГС — эрг/(с·ср).

Эквивалентным термину «Сила излучения» является термин «Энергетическая сила света»^[2]. Этот термин следует отличать от понятия «Сила света», описывающего хотя и аналогичную, но не энергетическую, а световую величину.

1. Облученность. Количество облучения. Единицы измерения.

Облучённость (фотометрия)

 

Облучённость
Размерность	M·T-3
Единицы измерения
СИ	Вт ·м-2
СГС	эрг ·см-2·с-1
Примечания
энергетическая фотометрическая величина

Облучённость —- физическая величина, одна из энергетических фотометрических величин^[1]. Характеризует поверхностную плотность мощности излучения, падающего на поверхность. Количественно равна отношению потока излучения , падающего на малый участок поверхности, к площади этого участка ^[1][2]:

Численно облучённость равна модулю вектора Пойнтинга, усредненного за время, существенно превосходящее период электромагнитных колебаний.

Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): Вт ·м⁻².

Если поверхность освещается точечным источником ^[3], то для её облучённости выполняется:

где — сила излучения источника в направлении интересующей точки поверхности, — расстояние между этой точкой и источником, а — угол, который нормаль к поверхности образует с направлением на источник.

Эне́ргия излуче́ния — физическая величина, одна из основных энергетических фотометрических величин. Представляет собой энергию, переносимую оптическим излучением^[1]. Служит основой для других энергетических фотометрических величин.

Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является джоуль (Дж), в системе СГС — эрг (эрг).В качестве буквенного обозначения используется^[1][2] или .

Воздействие оптического излучения на глаз. Световой поток и единицы его измерения.

Световой поток — физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения. Иными словами, «cветовой поток является величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза»[1].Обозначение: Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): люмен

 

Для определения величины светового потока, сначала необходимо спектральную плотность мощности излучения умножить на величину относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения Vλ, затем проинтегрировать в пределах видимого диапазона длин волны (то есть от 380 до 780 нм). Затем полученный результат (Φe; измеряется в Вт) нужно умножить на фотометрический эквивалент излучения (Km; константа=683 лм/Вт))[2].

 

Измерение

Измерение светового потока от источника света производится при помощи специальных приборов — сферических фотометров, либо фотометрических гониометров[3]. Трудность измерения заключается в том, что необходимо измерить поток, который испускается во всех направлениях — в телесный угол 4π.

 

Для этого можно использовать сферический фотометр — прибор, представляющий собой сферу с внутренним покрытием, имеющим коэффициент отражения близкий к 1. Исследуемый источник света помещается в центр сферы и при помощи фотоэлемента, вмонтированного в стенку сферы и покрытого фильтром с кривой пропускания, равной кривой спектральной чувствительности глаза, измеряется сигнал, пропорциональный освещенности фотоэлемента, которая, в свою очередь, в данном устройстве пропорциональна световому потоку от источника света (фотоэлемент измеряет только рассеяный свет, так как заслонён от прямого излучения источника специальным экраном). Путём сравнения полученного сигнала с сигналом от эталонного источника света можно измерить абсолютный световой поток источника света.

 

Другая возможность состоит в применении фотометрических гониометров. В этом случае производится измерение освещённости, создаваемой исследуемым источником, на воображаемой сферической поверхности. Для этого люксметр проходит последовательно при помощи гониометра все позиции на сфере. Интегрируя измеренные освещённости (измеряются в люксах: 1 люкс = 1 люмен/м²) по площади сферы (м²), получим абсолютный световой поток источника света (в люменах). Условием получения абсолютных значений является калиброванный в абсолютных величинах люксметр..

2. Световые повреждения глаз:

 

 

Солнечный свет, являясь источником всего живого на Земле, а также первопричиной появления самого органа зрения, при определенных условиях может вызывать опасные необратимые повреждения глаз. Созданные человеком мощные искусственные источники световых излучений, призванные удовлетворять потребности науки, производства и медицины, также нередко являются причиной функциональных и органических повреждений глаз у людей.

Резкое изменение уровня общей освещенности или яркости рассматриваемых объектов обусловливает нарушение зрительного восприятия в течение промежутка времени, необходимого для перехода на новый уровень адаптации. Это явление в физиологической оптике получило название “ослепление”.

Органические повреждения глаз неионизирующими электромагнитными излучениями оптического диапазона могут возникнуть как под влиянием прямого и отраженного солнечного света, так и в результате воздействия созданных человеком светотехнических устройств, причем вызываемые последними повреждения по мере развития технического прогресса выдвигаются на первый план.

В настоящее время к видимому излучению оптического диапазона относится излучение с длинами волн от 400 до 780 нм (1). Световое излучение способно вызвать повреждение только в той ткани, в которой оно поглощается. Своеобразие органа зрения заключается в том, что в его составе имеются прозрачные для видимого света оптические среды, которые фокусируют его на глазном дне.

 

3. Механизмы повреждения глаз:

 

 

Механизм действия светового излучения на орган зрения может быть различным в зависимости от длины волны, мощности и длительности воздействия. Эти параметры являются определяющими как для некогерентных, так и для лазерных излучений

Различают две основные группы механизмов повреждающего действия света на орган зрения. Рассмотрим каждую из них отдельно.

Термический механизм

Термический механизм повреждения органа зрения световым излучением является наиболее универсальным для видимой части спектра при длительности воздействия от 1 мс до 10 с. Значительная часть энергии излучения этого диапазона, поглощаясь оболочками глаза, превращается в тепло и нагревает ткань. При достаточно высокой плотности мощности излучения выделяющееся в очаге облучения тепло вызывает коагуляцию белков и других органических материалов, что клинически выявляется в виде ожога ткани.

Фотомеханические повреждения

В случае, когда в очаге светового воздействия достигается температура кипения воды, происходит механический взрыв ткани расширяющимися парогазовым пузырем. Такие разрывы сетчатки, происходящие за счет превращения части поглощенного света в механическую энергию давления, нередко имеют место при массивной коагуляции внутриглазных опухолей полихроматическим излучением ксенонового фотокоагулятора. Как правило, такие разрывы сопровождаются выраженным звуковым эффектом.

Исключительная важность проблемы повреждающего действия видимого света на зрение человека очевидна. Изучение условий, в которых видимый свет относительно умеренной интенсивности способен вызывать дегенеративные изменения в глазу человека и животных, а также исследование механизмов повреждающего действия света чрезвычайно важны в связи с тем, что в клинике и на производстве нередко возникают ситуации с потенциальной возможностью развития фотодегенераций. По той же причине особое значение приобретает поиск препаратов, способных ослабить повреждающее действие света и ускорить период восстановления после него.

 

Действие на сетчатку глаза УФ излучения

Ультрафиолетовое излучение неощутимо для глаз человека, но при воздействии вызывает типично радиационное поражение (ожог сетчатки).
Освещенность. Сила света. Единицы измерения.

Освещённость численно равна световому потоку, падающему на участок поверхности малой единичной площади:

Единицей измерения освещённости в Международной системе единиц (СИ) служит люкс (1 люкс = 1 люмену на квадратный метр), в СГС — фот (один фот равен 10 000 люксов). В отличие от освещённости, выражение количества света, отражённого поверхностью, называется светимостью.

Освещённость прямо пропорциональна силе света источника света. При удалении его от освещаемой поверхности её освещённость уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния (Закон обратных квадратов).

Когда лучи света падают наклонно к освещаемой поверхности, освещённость уменьшается пропорционально косинусу угла падения лучей.

Освещённость от точечного источника находят по формуле:

где — сила света в канделах; — расстояние до источника света; — угол падения лучей света относительно нормали к поверхности.

 

Си́ла све́та —- физическая величина, одна из основных световых фотометрических величин^[1]. Характеризует величину световой энергии, переносимой в некотором направлении в единицу времени^[2]. Количественно равна отношению светового потока, распространяющегося внутри элементарного телесного угла, к этому углу.

Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): кандела (кд).
Воздействие оптического излучения на кожу. Эритемный (витальный) поток. Витальная облученность. Единицы их измерения.

Действие на кожу

Положительные эффекты

В ХХ веке было впервые показано, почему УФ - излучение оказывает благотворное воздействие на человека. Физиологическое действие Уф-лучей было исследовано отечественными и зарубежными исследователями в середине прошлого столетия (Г. Варшавер. Г. Франк. Н. Данциг, Н. Галанин. Н. Каплун, А. Парфенов, Е. Беликова. В. Dugger. J. Hassesser. Н. Ronge, Е. Biekford и др.) 1-3. Было убедительно доказано в сотнях экспериментов, что излучение в УФ области спектра (290-400 нм) повышает тонус симпатико-адреналиновой системы, активирует защитные механизмы, повышает уровень неспецифического иммунитета, а также увеличивает секрецию ряда гормонов. Под воздействием УФ излучения (УФИ) образуются гистамин и подобные ему вещества, которые обладают сосудорасширяющим действием, повышают проницаемость кожных сосудов. Изменяется углеводный и белковый обмен веществ в организме. Действие оптического излучения изменяет легочную вентиляцию — частоту и ритм дыхания; повышается газообмен, потребление кислорода, активизируется деятельность эндокринной системы. Особенно значительна роль УФ излучения в образовании в организме витамина Д, укрепляющего костно-мышечную систему и обладающего антирахитным действием. Особо следует отметить, что длительная недостаточность УФИ может иметь неблагоприятные последствия для человеческого организма, называемые «световым голоданием». Наиболее частым проявлением этого заболевания является нарушение минерального обмена веществ, снижение иммунитета, быстрая утомляемость и т.п.

Отрицательное действие на кожу

Действие ультрафиолетового облучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи (загар) приводит к ожогам.

Длительное действие ультрафиолета способствует развитию меланомы, различных видов рака кожи.

Нормируемой величиной искусственного УФ-облучения является количество эритемного облучения, определяемое произведением эритемной облученности на время облучения. Эта величина аналогична освещенности и определяется плотностью эритемного потока.

Эритемный поток (Фэр) – мощность эритемного излучения –представляет собой величину, характеризующую эффективность УФ-излучения по его полезному воздействию на человека и животных.

Принято считать, что общее благоприятное действие ультрафиолетового излучения на животных и птицу пропорционально его витальному действию. Исходной величиной в системе витальных величин служит витальный поток. За единицу измерения витального потока принято воздействие монохроматического лучистого потока с длиной волны 297 нм и мощностью 1 Вт на образцовый приемник — кожу человека. Плотность витального потока Фв на поверхности S облучаемого объекта называется витальной облученностью, которая определяется как Ев = Фв /S. Единица измерения витальной облученности — вит/м2.
Сила эритемного (витального) излучения. Количество и доза витального облучения.

 

https://aich80.narod.ru/index.files/metod.files/obluch.pdf таблица 15

Воздействие оптического излучения на микроорганизмы. Бактерицидный поток. Бактерицидная облученность, единицы их измерения.

бактерицидной системе величин эффективным потоком, определяемым по бактерицидному действию коротковолнового ультрафиолетового излучения на различные виды бактерий, является бактерицидный поток Ф6. Наибольшим бактерицидным действием, т. е. способностью вызывать гибель бактерий, обладает ультрафиолетовое излучение с диной волны 254 нм. Поэтому за единицу измерения бактерицидного потока принят бакт (бк), который соответствует разрушающему действию на бактерии монохроматического излучения с длиной волны 254 нм и мощностью 1 Вт. Остальные величины и единицы этой системы образованы аналогично приведенным выше системам (световой и витальной).
Сила бактерицидного излучения, количество бактерицидного излучения и единицы их измерения.
Воздействие оптического излучения на растения. Фитопоток, фитооблученность и единицы их измерения.

 

Фотосинтетическая система величин и единиц измерения по- 1 строена на базе понятия фитопотока. Фитопоток Фф количественно определяет содержание в интегральном потоке излучения энергии, потенциально доступной растениям для осуществления реакции фотосинтеза. За единицу измерения фитопотока принят фит, численно равный монохроматическому потоку оптического излучения мощностью 1 Вт с длиной волны 680 нм. Остальные величины и единицы этой системы образованы аналогично вышеприведенным системам.

 

Из всех организмов на земле только зеленые растения могут самостоятельно преобразовывать энергию оптического излучения и химическую энергию органических веществ. К.А. Тимирязев впервые установил, что хлорофилл, поглощая энергию излучения, вступает в окислительно-восстановительную реакцию с СО2 и Н2О, в результате которой образуются углеводы и свободный кислород, которым растения обогащают воздух. Процесс создания в растениях богатых химической энергией органических веществ из минеральных под воздействием энергии излучения называют фотосинтезом.

 

Влияние оптического излучения на растения многосторонне. Не только фотосинтез, но и многие другие физиологические процессы растений зависят от условий облучения. Рост и развитие растений, образование листьев и других органов в значительной степени зависят от облучения. Однако основным, наиболее характерным процессом зеленых растений является фотосинтез. Этим процессом определяется урожай растений.

 

В воздействии излучения на растения можно выделить две стороны. В первую очередь излучение является основным и незаменимым источником энергии для растения. Общее энергетическое действие излучения на растения складывается из фотосинтетического и теплового. Поглощенная растениями энергия излучения частично используется на осуществление фотосинтеза, а часть ее идет на нагрев и испарение воды (транспирация). Фотосинтетическим действием обладают только излучения с длинами волн от 300 до 750 нм. Тепловое действие на растения могут оказывать не только видимые и ультрафиолетовые, но и инфракрасные излучения. Это действие излучения в известной мере можно заменить нагревом растений от окружающей среды.
Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Устройство и принцип действия.

Фотоэлементом называется прибор, в котором воздействие лучистой энергии оптического диапазона вызывает изменение его электрических свойств. Фотоэлементы разделяются на три типа: 1) с внешним фото-эффектом, 2) с внутренним фотоэффектом, 3) с запирающим слоем.
В фотоэлементе с внешним фотоэффектом действие света вызывает выход из поверхностного слоя фотокатода электронов во внешнее пространство — в вакуум или сильно разреженный газ.
Схема устройства такого фотоэлемента приведена на рис.15-а. На внутреннюю стенку стеклянной колбы 1, из которой откачан воздух, с одной стороны нанесен фотокатод 2. Широкое применение получили сурьмяно-цезиевые фотокатоды. В центре колбы вакуумного фотоэлемента укреплен металлический анод 3 в виде небольшого кольца или пластинки. Колба снабжена пластмассовым цоколем 4. В нижней части цоколя находятся контактные штырьки 5, к которым подводятся соединительные провода от фотокатода и анода. При помощи этих штырьков фотоэлемент вставляется в фотоэлементную панель.
Для работы фотоэлемента к его аноду и катоду подключают источник электрической энергии — батарею. Анод соединяется с положительным зажимом, а фотокатод — с отрицательным зажимом источника электрической энергии. Под действием подведенного к электродам фотоэлемента напряжения внутри него образуется электрическое поле, и электроны, вылетающие с поверхности освещенного фотокатода, направляются на положительно заряженный анод. Эти электроны создают в цепи отношением величины фототока (в мка или зла), получаемого в цепи анода электрический ток.

Рис.15 Фотоэлемент с внешним фотоэффектом
Для увеличения чувствительности фотоэлементов внутрь колбы иногда вводят небольшое количество газа, чаще всего аргона. Такие фотоэлементы называются газонаполненными. Величина чувствительности фотоэлемента различных типов колеблется от 20 до 150 мка/лм.
Для практического использования фотоэлементов важное значение имеет его вольт-амперная характеристика (рис.15-б). Она выражает зависимость фототока от величины приложенного напряжения к зажимам фотоэлемента при неизменной величине светового потока, освещающего фотокатод.
Внутреннее сопротивление вакуумных фотоэлементов исчисляется сотнями мегом, а газонаполненных — несколькими десятками мегом.
Фотоэлементы широко используются в фотореле. Обычно фотореле представляет собой сочетание фотоэлемента и электромагнитного реле. Когда фотосопротивление затемнено, сила тока в его цепи очень мала вследствие того, что в темноте фотосопротивление обладает большим сопротивлением (107—108 ом).

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом. Устройство и принцип

действия.

Внутренний фотоэффект (фотопроводимость) - увеличение электропроводимости полупроводников и диэлектриков за счёт возрастания в них под действием света числа свободных носителей тока.

Различают фотосопротивления (внутренн