Lyskilde

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 1. april 2021; verifikation kræver 1 redigering .

Lyskilde - ethvert objekt, der udsender elektromagnetisk energi i det synlige område af spektret [1] . Af deres natur er de opdelt i kunstige og naturlige .

Ifølge Huygens-Fresnel-princippet er lyskilder i henhold til mekanismen for bølgeudbredelse opdelt i primære (kunstige og naturlige) og sekundære (reflekterede).

I fysik er de idealiseret af modeller af punkt- og kontinuerlige lyskilder.

The Emergence of Light

Det er velkendt, at når de opvarmes til bestemte temperaturer, begynder stoffer at udsende lys: det være sig et wolframhår i en elektrisk pære eller vores himmellegeme , hvis overfladetemperatur er omkring seks tusinde grader Celsius [2] .

Forskere har fundet ud af, at atomernes energi er diskret og ændringer i visse spring, der er karakteristiske for hvert atom. Disse etablerede mulige værdier af atomernes energier kaldes energi- eller kvanteniveauer . Elektroner, der er på et af de højere energiniveauer, går spontant over til lavere efter et tidsinterval på omkring 10-8 sekunder. I dette tilfælde er en spontan overgang fra en lavere tilstand til enhver anden umulig. Dette niveau kaldes basic , mens resten kaldes excited . Under normale forhold er alle atomer i deres grundlæggende energitilstande. For at excitere et atom skal det tilføres noget energi, og for hvert atom er der en vis mindste del energi, der overføres fra grundtilstanden til en exciteret (for brint er denne værdi 10,1 eV - dette er afstand mellem dets første og andet energiniveau).

Under overgangen fra højere tilstande til lavere, udsendes en del af energien - en foton . Ifølge Plancks formel beregnes den udsendte energi som følger:

E=h \nu_{nm}

hvor h er Plancks konstant , og ν nm er fotonfrekvensen under overgangen fra niveau n til niveau m (n>m), som kan beregnes ud fra disse niveauers energier: $\nu_{nm}=\frac{E_n-E_m}{h}$

I takt med at kropstemperaturen stiger, suppleres strålingen med stadig højere frekvenser. Således vil strålingen fra en krop opvarmet til flere tusinde grader repræsentere et kontinuerligt spektrum : fra infrarød til ultraviolet .

Lysintensitet

Enhver lyskilde er kendetegnet ved dens intensitet - den tidsgennemsnitlige værdi af Poynting-vektoren :

I=\langle |{\vec {S}}|\rangle =\langle |[{\vec {E}}\time {\vec {H}}]|\rangle

Således er intensiteten proportional med kvadratet af amplituden af svingningerne i det elektromagnetiske felt :

$I \sim E_0^2 \sim B_0^2$

Gennem værdien af den elektriske feltstyrke kan den udtrykkes som følger:

I=\frac{\varepsilon_0 c \sqrt{\varepsilon \mu} E_0^2}{2}

hvor er dielektricitetskonstanten , er den elektrodynamiske konstant ( lyshastighed i vakuum), er mediets brydningsindeks , er stoffets magnetiske permeabilitet , er stoffets dielektriske konstant . $\varepsilon_{0}$ $c=\frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}}$ $\sqrt{\varepsilon \mu}$ $\mu$ $\varepsilon$

Ved at bruge konceptet med den tidsgennemsnitlige værdi af Poynting-vektoren forstås det sædvanligvis, at gennemsnittet udføres enten over en uendelig tidsperiode eller over et interval, der væsentligt overstiger den karakteristiske tid for ændring i den elektriske feltstyrke . Men når intensiteten registreres, bestemmes gennemsnitstiden af fotodetektorens integrationstid og for enheder, der arbejder i signalakkumuleringstilstand (kameraer, film osv.), af eksponeringstiden. Derfor reagerer strålingsmodtagere i det optiske område kun på den gennemsnitlige værdi af energifluxen i et bestemt interval. Det vil sige, at signalet fra fotodetektoren er proportionalt med:

${\frac {\mathrm {c} }{4\pi }}\langle E^{2}\rangle _{\tau }$

Da i de fleste tilfælde af fysisk optik, for eksempel i problemer relateret til interferens og diffraktion af lys, den rumlige position af maksima og minima og deres relative intensitet hovedsageligt undersøges, er konstante faktorer, der ikke afhænger af rumlige koordinater, ofte ikke tages hensyn til. Af denne grund antages det ofte:

${\displaystyle \mathbf {} I=\langle E^{2}\rangle _{\tau ))$

Simulering af lyskilder i virtuelle rum

I real-time computergrafikapplikationer , såsom computerspil , er der tre hovedtyper af lyskilder [3] :

Punktlyskilder
Uendeligt fjerne (retningsbestemte) lyskilder
Søgelys

De beskriver kun groft deres modstykker i den fysiske verden, men i kombination med højkvalitets skyggemodeller , såsom Phong shading , giver de dig mulighed for at skabe ret realistiske billeder.

Noter

↑ Photokinotechnics, 1981 , s. 109.
↑ G.S. Landsberg. Elementær lærebog i fysik. Bind 3. Oscillationer og bølger. Optik. Atom- og kernefysik. - 12. udgave - M . : Fizmatlit, 2001. - 656 s. — ISBN 5-9221-0138-2 .
↑ D. Rogers. Algoritmisk grundlag for computergrafik = Procedureelementer til computergrafik. - pr. fra engelsk - M . : Mir, 1989. - ISBN 5-03-000476-9 , 0-07-053534-5 (engelsk) .

Litteratur