Osnovni zakoni optike i fotometrijske veličine u fizici

Tačkasti izvor svetlosti

Pod tačkastim izvorom svetlosti podrazumeva se svetlosni izvor čija je linearna dimenzija zanemarljivo mala u poređenju sa njegovim rastojanjem od objekta koji osvetljava ili od posmatrača.

Relativna spektralna osetljivost oka

Relativna spektralna osetljivost oka za monohromatsku svetlost V(λ) predstavlja meru osetljivosti oka na svetlost određene talasne dužine u odnosu na maksimalnu osetljivost oka. Definiše se kao odnos snage zračenja na talasnoj dužini od 555 nm, koja daje određeni svetlosni utisak, i snage zračenja na talasnoj dužini λ koja daje isti svetlosni utisak.

Oko je najosetljivije za talasnu dužinu od 555 nm pri velikim osvetljenostima, dok za niže osvetljenosti do izražaja dolazi talasna dužina od 507 nm. Na taj način se pokazuje koliko je ljudsko oko osetljivo na promenu osvetljenosti neke talasne dužine.

Klasifikacija fotometrijskih veličina

Fotometrijske veličine se mogu podeliti u dve osnovne grupe:

• Prva grupa: Veličine koje se odnose na emitovanje svetlosne energije od nekog izvora (emitora): fluks, jačina svetlosti, osvetljaj i luminacija.
• Druga grupa: Veličine koje se odnose na osvetljenu površinu (detektor): osvetljenost, sjajnost, svetlosna ekspozicija i refleksiona moć.

Jačina svetlosti

Jačina svetlosti (I) definiše se kao gustina svetlosnog fluksa u datom pravcu, odnosno kao odnos svetlosnog fluksa koji se emituje unutar beskonačno malog prostornog ugla oko tog pravca: I = dΦ / dΩ.

• Za izotropni svetlosni izvor formula glasi: I = Φ / 4π.
• Energetska jedinica je W (Vat), a vizuelna cd (kandela).

Osvetljaj i Sjaj

Osvetljaj (L)

Osvetljaj (L) predstavlja odnos emitovanog svetlosnog fluksa sa površine i same površine: L = dΦ / dS. Energetska jedinica je W/m², a vizuelna lx (luks).

Sjaj (B)

Sjaj (B) predstavlja prostornu i površinsku gustinu svetlosnog fluksa koji se emituje sa površine u određenom pravcu: B = I / (dS · cosθ). Energetska jedinica je W/(sr · m²), a vizuelna cd/m².

Osvetljenost

Osvetljenost (E) je mera za intenzitet svetlosti koja pada na određenu površinu. Definisana je odnosom svetlosnog fluksa koji pada na datu površinu i same te površine: E = dΦ / dS. Osvetljenost neke površine predstavlja gustinu svetlosnog fluksa na njoj, a merna jedinica je lx (luks).

Elektromagnetni talasi

Elektromagnetni talas je energija elektromagnetnog polja koja se prostire brzinom svetlosti kroz vakuum. Brzina elektromagnetnih talasa u materijalnim sredinama je manja. Ako je brzina elektromagnetnog talasa u nekoj sredini manja, tada kažemo da je ta sredina optički gušća i obrnuto. Elektromagnetni talas se u nekim pojavama ponaša kao običan talas, a u drugim kao snop čestica (fotona).

Spektar elektromagnetnog zračenja

U spektar spadaju:

• Radio talasi
• Mikrotalasi
• Infracrveno zračenje
• Vidljiva svetlost
• UV zračenje
• X-zraci
• Gama zračenje
• Kosmičko zračenje

Apsolutni indeks prelamanja

Apsolutni indeks prelamanja (n) date sredine jednak je količniku brzine svetlosti u vakuumu (c) i brzine svetlosti u toj sredini (u): n = c / u. Sredina sa većim apsolutnim indeksom prelamanja naziva se optički gušća. Sredina je optički gušća ako je svetlost u njoj sporija i ako svetlost pri ulasku u nju skrene sa pravolinijske putanje zbog prelamanja za veći ugao.

Malusov zakon

Malusov zakon kaže da je intenzitet polarizovane svetlosti koja prolazi kroz analizator direktno srazmeran kvadratu kosinusa ugla između optičke ose polarizatora i optičke ose analizatora: I = I₀ · cos²θ.

Brusterov zakon

Brusterov zakon: Odbijeni i prelomljeni zrak će biti maksimalno polarizovani ako je ugao između njih 90°. To znači da zbir uglova α (upadni ugao) i β (prelomni ugao) treba da iznosi takođe 90°, što dovodi do relacije: α = arctg(n₂ / n₁).

Emisioni i apsorpcioni spektar

Emisioni spektar se naziva emisioni zato što nastaje emisijom svetlosti iz usijanog elementa. On je linijski jer se sastoji od raznobojnih svetlih linija koje su karakteristične za dati element, po čemu se on razlikuje od svih ostalih elemenata.

Apsorpcioni spektar nastaje kada belu svetlost, koja ima kontinualni (neprekidni) spektar sastavljen od svih boja, propustimo kroz dati element koji nije usijan, već se, na primer, nalazi na sobnoj temperaturi.

Rasipanje svetlosti i Rejlijev zakon

Jedan od načina kako providna materijalna sredina ometa prostiranje svetlosti je i sudaranje fotona sa molekulima ili drugim sitnim česticama prisutnim u toj sredini. Ako je ta sredina vazduh, pri sudaru sa molekulima pojedinačni fotoni skreću sa pravolinijske putanje zraka, a ova pojava se naziva rasipanje svetlosti.

Rejlijev zakon rasipanja svetlosti: Intenzitet rasute svetlosti u datoj sredini obrnuto je srazmeran četvrtom stepenu njene talasne dužine (I ∝ 1/λ⁴). Ovo znači da se svetlosti različitih talasnih dužina ne rasipaju podjednako pri prolasku kroz istu materijalnu sredinu.