Источники света

План

1. Природа и свойства источников света

2. Интенсивность света

3. Моделирование источников света в виртуальных пространствах

4. Искусственные источники света

5. Источники света

6. Ссылки

Введение

Облако, окутанное лучами Солнца — главного источника тепла и света на Земле

Источник света — это объект, излучающий или отражающий энергию в виде спектра, которая воспринимается зрительной системой человека.

По своей природе источники света подразделяются на излучающие, отражающие световые лучи, на искуственные и естественные.

В физике используют идеализированные модели, точечный и непрерывный источник света.

Природа и свойства источников света

Природа возникновения света

Излучение фотона света при переходе атома с зарядом ядра +Ze с третьего энергетического уровня во второй

Известно, что при нагревании до определённых температур вещества начинают излучать свет. Неважно, будь то вольфрамовый волосок в электрической лампочке или Солнце, у которых температура на поверхности составляет тысячи градусов.

В науке установлено, что энергия атомов носит дискретный характер и изменяется скачкообразно, своими величинами для каждого атома. Эти установленные возможные значения энергий атомов получили названия энергетических или квантовых уровней. Электроны, находясь на одном из высших энергетических уровней, самопроизвольно переходят на более низшие через промежуток времени порядка 10^-8 секунды. При этом самопроизвольный переход из низшего состояния в любое другое невозможен. Этот уровень называется основным, в то время, как остальные — возбуждёнными. В нормальных условиях все атомы находятся в своих основных энергетических состояниях. Для того, чтобы возбудить атом, ему необходимо сообщить некоторую энергию, причём для каждого атома существует определённая наименьшая порция энергии, переводящая из основного состояния в возбуждённое (так для водорода эта величина равна 10,1 эВ — это расстояние между его первым и вторым энергетическими уровнями).

При переходе из более высоких состояний в более низкие испускается порция энергии — фотон. Согласно формуле Планка испускаемая энергия рассчитывается так:

$E=h \nu_{nm}$,

где h — постоянная Планка, а ν_nm — частота фотона при переходе из уровня n на уровень m (n>m), которую можно рассчитать через энергии этих уровней: $\nu_{nm}=\frac{E_n-E_m}{h}$

С ростом температуры тела излучение дополняется всё более высокими частотами. Таким образом, излучение тела, нагретого до нескольких тысяч градусов, будет представлять сплошной спектр: от инфракрасного до ультрафиолетового.

См. также: Корпускулярно-волновой дуализм, Вынужденное излучение

Интенсивность света

Любой источник света характеризуется своей интенсивностью — средним по времени значением величины вектора Пойнтинга:

$I=<|\vec{S}|>=<|[\vec{E}\times \vec{H}]|>$

Таким образом, интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды колебаний электомагнитного поля: $I \sim E_0^2 \sim B_0^2$

Через значение напряжённости электрического поля её можно выразить следующим образом:

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

где $\varepsilon_0$ — диэлектрическая постоянная, $c= \frac {1} {\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}}$ — электродинамическая постоянная (скорость света в вакууме), $\sqrt{\varepsilon \mu}$ — коэффициент преломления среды, $\mu$ — магнитная проницаемость вещества, $\varepsilon$ — диэлектрическая проницаемость вещества.

Моделирование источников света в виртуальных пространствах

В приложениях компьютерной графики реального времени, например в компьютерных играх, выделяют три основных вида источников света:

• Точечные источники света
• Бесконечно удалённые (направленные) источники света
• Прожекторы

Они лишь приближённо описывают свои аналоги в физическом мире, тем не менее в сочетании с качественными моделями затенения, например затенением по Фонгу они позволяют создавать вполне реалистичные изображения.

Ссылки

• Энергия электро-магнитных волн. Интенсивность света
• Свойства источника света и материала. Типы источников света. Суммарное освещение

Лампы и освещение
Накаливания	Лампа накаливания • Галогенная лампа
Флуоресцентные	Люминесцентная лампа (Компактная люминесцентная лампа) • Индукционная лампа • Ртутная люминесцентная лампа • Лампа чёрного света
Газоразрядные	Лампы высокой интенсивности • Неоновая лампа • Натриевая газоразрядная лампа • Ксеноновая лампа-вспышка • Газосветные лампы
Электродуговые	Дуговая лампа • Ксеноновая дуговая лампа • Cвеча Яблочкова • Металлогалогенная лампа
На сгорании	Ацетиленовые лампы • Свечи • Газовая лампа • Керосиновая лампа • Друммондов свет • Масляные лампы • Лучина • Факел
Прочие	Серная лампа • Светодиоды (Светодиодная лампа • Органический светодиод)
Люминесценции	Хемилюминесценция • Биолюминесценция • Радиолюминесценция • Сонолюминесценция
Осветительное оформление	Прожектор • Люстра • Торшер • Бра • Лампочка Ильича • MR16 • Фонарь (Уличный • Карманный) • Взрывобезопасная лампа • Плазменная лампа • Электролюминесцентный провод • Лавовая лампа • Оптическое волокно