Файл: Основы фотометрии (Основные положения фотометрии).pdf

Небольшой перечень приборов, которые применяются для измерения:

(1)портативный люксметр;

(2)сферический фотометр;

(3)люксметр-пульсметр.

Ламберта закон или закон косинусов

закон в оптике, согласно которому радиальная интенсивность излучения от ламбетовской поверхности (излучателя) прямо пропорциональна косинусу угла между направлением на наблюдателя и нормалью к поверхности. Закон также известен как закон излучения косинусов и закон излучения Ламберта. Назван в честь Иогана Хенрика Ламберта, впервые опубликовавшего закон в работе "Фотометрия" в 1760г.

Ламбертовский излучатель – это такой излучатель, у которого яркость постоянна и не зависит от направления (то есть не зависит от положения точки на поверхности и от угла наблюдения). Если опустить понятие ламбертовского излучателя, то закон косунусов для плоскости будет звучать так:

Плоская поверхность, имеющая одинаковую яркость по всем направлениям, излучает свет, интенсивность которого изменяется по закону косинуса

I = I₀cosθ,

где I₀ – интенсивность излучения в направлении нормали к поверхности, θ – угол между направлением на наблюдателя и нормалью к поверхности.

В частном случае сферического излучателя cosθ=0, тогда сила света от сферического ламбертовского источника постоянна во всех направлениях:

I = I₀ = const.

В настоящее время закон Ламберта рассматривается как схема идеального рассеяния света, удобная для теоретических исследований. В действительности, закон Ламберта строго справедлив только для абсолютно черного тела, и лишь немногие реальные тела рассеивают свет без значительных отступлений от закона Ламберта даже в видимой области спектра. К ним относятся матовые поверхности гипса, окиси магния, сернокислого бария и другие; из мутных сред – некоторые типы облаков и молочных стекол; среди самосветящихся излучателей – порошкообразные люминофоры. Тем не менее, закон Ламберта находит применение не только в теоретических работах, но и для приближённых фотометрических и светотехнических расчётов.

Факторы определяющие яркость отражающей поверхности

Факторами, определяющими яркость отражающей поверхности являются  Пропускание, поглощение и отражение света покрытиями

Оптическую область спектра электромагнитных колебаний чаще всего воздействующих на лакокрасочные покрытия, составляют видимые лучи (l= 7,2×102¸3,8×102 нм), инфракрасное   

(l = 4×105¸7,2×102 нм) и ультрафиолетовое излучение (l= 3,8×102¸2×10 нм). Закономерности преломления, поглощения и отражения этих лучей при прохождении через систему внешняя среда-пленка-подложка одинаковы; результаты различаются только в количественном отношении.

Оптические свойства лакокрасочных покрытий характеризуются коэффициентами отражения P, пропускания T и поглощения a:

 p=ф_p/ф_; T=Ф_Т/Ф_О; a=Ф_а/Ф_o

где Фо,
Ф_Р,
Ф_Т,
Ф_а- падающий, отраженный, пропущенный и поглощенный потоки излучения соответственно.

При характеристике терморегулирующих свойств покрытий важны также коэффициенты излучения и преломления (отношение скоростей света в вакууме и в среде).

Лакокрасочные покрытия являются оптически неоднородными средами. Это обьясняется особенностями их структуры, наличием пигментов и наполнителей, несовместимых компонентов и примесей, что предопределяет для таких покрытий объемное светорассеяние. Также изменение светового потока вызывает подложка, особенно заметное при толщине покрытий до 20 мкм.

Одним из важнейших факторов, изменяющим оптические свойства, является рельеф поверхности покрытий. В зависимости от свойств поверхностей покрытия и подложки будет преобладать диффузионное или зеркальное отражение. Факторы меняющие оптические свойства:

(1)Влияет блеск покрытий. Блеск (глянец) покрытий определяется их отражательной способностью. На практике наибольший интерес представляют покрытия с предельными значениями отражательной способности: высокоглянцевых (максимальный глянец), и глубокоматовых (минимальный глянец). Блеск пигментированных и непигментированных покрытий в большей степени зависит от шероховатости их поверхностей Блеск зависит от природы лакокрасочного материала. Наибольшим блеском характеризуются покрытия, сформированные из растворов и расплавов пленкообразователей. Флокуляция пигментов в момент пленкообразования, приводящая к отслаиванию лака в поверхностном слое, увеличивает блеск покрытий.

Применение же дисперсных материалов, красок с повышенной тиксотропией, большим содержанием пигментов и со специальными матирующими добавками (аэросил, воски, стеараты металлов и др.) приводит к образованию полуматовых, матовых или глубокоматовых покрытий. Непигментированные матовые покрытия получают при использовании специальных лаков. Матирование возможно и использованием чисто технологических приемов: нанесением лаков и красок пневмораспылением при повышенном давлении, обработкой покрытий.

В соответствии с ГОСТ 9032-74 покрытия по внешнему виду (блеску в %) делятся на

высокоглянцевые ³60;

глянцевые                50-59

полуглянцевые        37-49;

полуглянцевые        20-36;

матовые                     4-19;

глубокоматовые          £ 3.

Покрытия с высоким блеском используются для отделки мебели, бытовой техники, музыкальных инструментов, автомобилей и др. Матовые покрытия используются в приборостроении, строительстве и др.

Лакокрасочная промышленность выпускает широкий ассортимент матовых и полуматовых эмалей на основе мочевиноформальдегидных, алкидных, эпоксидных, виниловых, полиакрилатных олигомеров (МЧ-240М, МЧ-240ПМ, ПФ-19М, ПФ-214М, ПФ-214ПМ, ЭП-716, ХС-1107М, ХС-1107ГМ, АК-512 и др.).

(2)Прозрачность покрытий. В видимой области спектра прозрачны только непигментированные покрытия, но за ее пределами прозрачность возможна и в пигментированных покрытиях.

Факторы прозрачности в видимой области - чистота лицевой и оборотной поверхностей пленки (или подложки) и степень ее однородности. Содержание в пленкообразователе несовместимых с ним веществ (воздух, выпавший сиккатив и другие примеси, кристаллические дискретные образования) с показателем преломления, отличным от показателя преломления пленкообразователя, снижает светопропускание покрытий, делает их опалесцирующими или недостаточно прозрачными.

Свойства пленкообразователей для прозрачных покрытий - чистота, однородность состава, бесцветность должны длительно сохраняться при эксплуатации покрытий. Этими свойствами в полной мере обладают полиакрилатные, полиарилатные, полистирольные, полиэфирные, поливинилацетатные, этилцеллюлозные, мочевино - и циклогексанонформальдегидные пленкообразователи. Лаки на их основе надежно зарекомендовали себя при отделке полиграфической продукции, изделий из древесины, при лакировании картин, защите оптики.

В ИК-области наиболее прозрачны полимеры без структурных связей, способные к проявлению больших колебаний: полимеры и сополимеры фторолефинов, полиолефины, поливинилхлорид. В ближней ИК-области хорошо пропускают лучи и многие другие пленкообразователи, причем их спектральные характеристики мало зависят от присутствия пластификаторов и остаточного растворителя, но пигменты и наполнители снижают прозрачность.

(3)Цвет и видимость покрытий. Цветовые характеристики покрытий (кроме битумных) создаются в основном за счет пигментов или газонаполнения. При этом кроющая способность определяется разностью показателей преломления пигмента (или газа) n1 и пленкообразователя n2. По Френкелю доля монохроматического светового потока R, прошедшего через границу раздела, равна

а цвет покрытий - степенью избирательного (селективного) поглощения и отражения падающего на них света.

Показатель преломления большинства непигментированных пленок на границе с воздухом составляет - 1,48 (для поливинилацетатных); - 1,60 (для эпоксидных); для белых пигментов и наполнителей - 1,6-2,7.

Кроющая и отражательная способность (при постоянстве состава пигментной части) выше у тех покрытий, которые изготовлены на основе пленкообразователей с более низкими показателями преломления. Это определяет видимость покрытий. Для расчетов освещенностей различных поверхностей порой очень удобно рассматривать источники света как точечные. Но в реальности точечных источников света не бывает, они всегда имеют какой-то определенный размер и собственную форму. Светильник, люстра, торшер, прожектор и т. д. - это реальные, то есть не точечные источники света, которые нельзя охарактеризовать только силой света.

Наряду с задачей концентрации светового потока нередко возникает потребность распределения этого потока на большую площадь с целью создания равномерной и умеренной освещенности. Для этой цели обычно заставляют световой поток отражаться и рассеиваться соответствующими поверхностями. Однако надо считаться с тем, что при этом лишь часть светового потока отражается или пропускается телом, часть же неминуемо поглощается.

Тот факт, что мы видим тела, связан с тем, что они различным образом отражают, преломляют и поглощают падающий на них свет. Если некоторое тело отражает свет сильнее, чем окружающие его тела, то оно представляется нам светлым на темном фоне. Если же тело отражает меньше света, чем окружающие его тела, то оно будет казаться нам темным. Например, белая бумага отражает свет сильнее, чем серый картон, и кусочек картона на листе бумаги кажется нам темным. Этот же кусочек картона, если его положить на черный бархат (очень слабо отражающее тело), кажется нам светлым. Тело, отражающее свет так же, как и окружающий фон, сливается с этим фоном.

Прозрачные тела мы видим частично в отраженном, частично в прошедшем через них свете. Рассматривая, например, такой, казалось бы, простой предмет, как граненая стеклянная пробка от графина, мы имеем дело с рядом сложных явлений: свет частично отражается от граней пробки или рассеивается, если ее грани матированы; часть света проходит сквозь пробку, преломляясь на ее поверхности. Если вполне прозрачное тело погрузить в жидкость с тем же показателем преломления, как у данного тела, то оно станет невидимым, так как световые лучи пройдут через него, не изменяя ни своего направления, ни интенсивности.