ما هو القياس الضوئي: الكميات الضوئية وتطبيقاتها

اخترع ديمتري لاتشينوف القياس الضوئي ، والمصطلحات المستخدمة في القياس الضوئي هي التدفق الإشعاعي والتدفق الضوئي وشدة الإضاءة وكفاءتها والإضاءة. إن أهم المعلومات التي نتلقاها عن الجسم السماوي هي مقدار الطاقة ، والتي تسمى التدفق. في شكل الإشعاعات الكهرومغناطيسية ، علم التدفق الرئيسي من الأجرام السماوية يسمى قياس الضوء. هذه طريقة فعالة لإجراء قياس سطوع الضوء من الأجسام الفلكية ، وبالتالي فهي تلعب دورًا رئيسيًا في توصيف هدف فيزيائي فلكي. تمت مناقشة شرح موجز للقياس الضوئي أدناه.

ما هو قياس الضوء؟

تعريف: يستخدم القياس الضوئي لقياس كمية الضوء ، وهو فرع البصريات الذي نناقش فيه الكثافة المنبعثة من المصدر. القياس الضوئي التفاضلي والقياس الضوئي المطلق هما نوعان من قياس الضوء. التدفق الإشعاعي ، التدفق الضوئي ، شدة الإضاءة وكفاءتها ، والإضاءة هي المصطلحات المستخدمة في القياس الضوئي. يُعرَّف التدفق الإشعاعي بأنه العدد الإجمالي للطاقة التي يشعها مصدر في الثانية ويمثلها الحرف 'R'.

يُعرَّف التدفق الضوئي بأنه العدد الإجمالي للطاقة المنبعثة من مصدر في الثانية ويتم تمثيله بالرمز φ. تُعرَّف شدة الإضاءة بأنها الحجم الكلي لتدفق الضوء مقسومًا على 4. يتم تعريف كفاءة الإضاءة على أنها نسبة التدفق الضوئي إلى التدفق الإشعاعي ويتم تمثيلها بالرمز 'η'. تُعرَّف الكثافة بأنها نسبة التدفق الضوئي لكل وحدة مساحة ويُشار إليها بحرف 'I' (I = Δφ / ΔA). الإنارة (E) هي الضوء الساقط على سطح الأرض.

مقياس الضوء والطيف الكهرومغناطيسي

مقياس الضوء هو تجربة تم إعدادها لمقارنة إضاءة المصدرين على الشاشة. دعونا ننظر في مثال واقعي لفهم مقياس الضوء.

إضاءة مصدرين على الشاشة

في الشكل ، يوجد مقعد بصري ، حيث يوجد مصدرين A و B على جانبين من الشاشة 'S' ووُضع لوحان على طرفي الشاشة. على الجانب الأيسر يوجد قطع دائري واللوحة الجانبية اليمنى مقطوعة على شكل حلقة. عند تشغيل المصدر 'أ' ، يتم الحصول على مسار دائري على الشاشة بسبب مرور الضوء عبر القطع الدائري. وبالمثل ، عند تشغيل المصدر 'B' ، يمكنك رؤية الضوء يمر عبر المنطقة الحلقية ويتم الحصول على رقعة الحلقة على الشاشة.

عند تشغيل كلا المصدرين ، يمكنك رؤية كلتا البقع المضيئة في وقت واحد ويمكنك رؤية الإضاءة المختلفة لبقعتين. عندما يقترب المصدر 'أ' من الشاشة ، فسترى أن الرقعة الدائرية تصبح أكثر سطوعًا أو يمكنك أن ترى زيادة إضاءة المصدر 'أ' على الشاشة. وبالمثل عندما يقترب المصدر 'B' من الشاشة ، فسترى أن إضاءة رقعة شكل الحلقة تصبح أكثر بسبب المسافة الأقل.

الآن يتم تعديل المصادر بطريقة لا يوجد فرق بين هذين المصدرين. الإضاءة على الشاشة بسبب هذين المصدرين هي نفسها أو متساوية. عندما تصبح الإضاءة بسبب المصادر على الشاشة متساوية ، يمكننا استخدامها

إل₁/ ص₁^اثنين= لام_اثنين/ ص_اثنين^اثنين

حيث L₁و أنا_اثنينهي شدة الإضاءة لمصدرين و r₁^اثنين& ص_اثنين^اثنينهي فصل المصادر عن الشاشة. تسمى المعادلة أعلاه مبدأ قياس الضوء.

يتكون الطيف الكهرومغناطيسي من سبع مناطق هي الطيف المرئي ، طيف الأشعة تحت الحمراء ، موجات الراديو ، الموجات الدقيقة ، الطيف فوق البنفسجي ، الأشعة السينية ، وأشعة جاما. موجات الراديو هي الأطول الطول الموجي وأقل تردد عندما تتحرك موجات الراديو من اليسار إلى اليمين ، يزداد الطول الموجي ويزيد التردد وتنخفض الطاقة. موجات الراديو والميكروويف وموجات الأشعة تحت الحمراء هي موجات كهرومغناطيسية منخفضة الطاقة. الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما هي موجات كهرومغناطيسية عالية الطاقة. يظهر الطيف الكهرومغناطيسي أدناه.

الطيف الكهرومغناطيسي للقياس الضوئي

يعتبر القياس الضوئي فقط مع الجزء المرئي من الطيف ، من حوالي 380 إلى 780 نانومتر. في علم الفلك الرصدي ، يعد القياس الضوئي أمرًا أساسيًا وهو تقنية مهمة.

شعاع واحد مضواء

يتبع مقياس الضوء أحادي الشعاع 'LAMBERT LAW' لتحديد تركيز العينات غير المعروفة. يتم استخدام امتصاص الضوء بواسطة عينة مرجعية وعينة غير معروفة للحصول على قيمة المجهول. يظهر بناء أداة مقياس الضوء أحادي الحزمة في الشكل أدناه.

أداة شعاع مضواء واحدة

المكونات الأساسية لمقياس الضوء ذو الحزمة الواحدة هي مصدر الضوء والامتصاص أو التداخل منقي . يطلق عليه مقياس الضوء لأن الجهاز المستخدم لعزل الأطوال الموجية في الشكل هو المرشح ، ويستخدم الكوفيت كحامل عينة وتعمل الخلية الكهروضوئية أو الخلايا الكهروضوئية ككاشف. مصدر الضوء المستخدم بشكل عام هو مصباح هالوجين من التنجستن. عندما يتم تسخين التنجستن الشبيه بالخيوط ، فإنه يبدأ في إصدار إشعاعات في المنطقة المرئية ، وتعمل هذه الإشعاعات كمصدر للضوء للأداة.

تُستخدم دائرة التحكم في الكثافة لتغيير مصدر الجهد إلى مصباح خيوط التنغستن ، من خلال تغيير الجهد ، يمكن للمصباح تغيير الشدة. يجب أن تظل الشدة ثابتة طوال مدة التجربة. يمكن أن يكون المرشح مرشح امتصاص أساسي ، يمتص هذا المرشح ضوءًا بطول موجة معين ويسمح فقط لطول موجي معين بالمرور عبره. يعتمد الضوء المسموح بالمرور بشكل أساسي على لون المادة ، على سبيل المثال ، سيسمح اللون الأحمر للإشعاعات في المنطقة الحمراء بالمرور وما إلى ذلك.

انتقائية هذه المرشحات منخفضة للغاية وانبعاث المرشح الموجود ليس أحادي اللون بدرجة عالية. المرشح الآخر المستخدم هو مرشح التداخل ، ويمكن أن تكون الكاشفات التي يمكن استخدامها في قياس الضوء أحادي الحزمة عبارة عن خلايا ضوئية. الكواشف تعطي قراءات لشدة الضوء. قانون التربيع العكسي وقانون جيب التمام هما نوعان من القوانين المستخدمة لإنتاج القياسات الضوئية.

عمل شعاع واحد

يسقط الضوء من المصدر على المحلول الموضوع في الكوفيت. هنا يتم ملاحظة جزء من الضوء ويتم نقل الجزء المتبقي من الضوء. يسقط الضوء المرسل على أجهزة الكشف التي تنتج تيارًا ضوئيًا متناسبًا مع شدة الضوء. يدخل هذا التيار الكهروضوئي إلى الجلفانومتر حيث يتم عرض القراءات.

يتم تشغيل الأداة في الخطوات التالية

• في البداية ، يتم تعتيم الكاشف ويتم تعديل الجلفانومتر ميكانيكيًا إلى الصفر
• الآن حل مرجعي أبقى في حامل العينة
• ينتقل الضوء من المحلول
• يتم ضبط شدة مصدر الضوء باستخدام دائرة التحكم في الكثافة ، بحيث يظهر الجلفانومتر انتقال 100٪
• بمجرد الانتهاء من المعايرة ، فإن قراءات العينة القياسية (Q_س) وعينة غير معروفة (س_إلى) مأخوذة. تم العثور على تركيز عينة غير معروفة باستخدام الصيغة أدناه.

س_إلى= س_س*أنا_س/أنا_س

أين س_إلىهو تركيز العينة غير المعروفة ، س_سهو تركيز العينة المرجعية ،_سهي القراءة المجهولة وأنا_سهي القراءة المرجعية.

أجهزة قياس الضوء باللهب

يتم عرض أجهزة قياس الضوء الأساسية للهب أدناه.

أجهزة قياس الضوء باللهب

في الشكل ، ينتج الموقد ذرات مثارة وينتشر محلول العينة إلى مزيج الوقود والمؤكسد. الوقود والمواد المؤكسدة مطلوبة لإنتاج اللهب ، بحيث تحول العينة الذرات المحايدة وتتحمس بواسطة الطاقة الحرارية. يجب أن تكون درجة حرارة اللهب مستقرة ومثالية أيضًا. إذا كانت درجة الحرارة عالية ، تتحول العناصر الموجودة في العينة إلى أيونات بدلاً من الذرات المحايدة. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا ، فقد لا تنتقل الذرات إلى حالة الإثارة ، لذلك يتم استخدام مزيج من الوقود والمواد المؤكسدة.

الأحادي اللون ضروري لعزل الضوء بطول موجي معين عن الضوء المتبقي من اللهب. كاشف قياس الضوء باللهب مشابه لمقياس الطيف الضوئي ، لقراءة التسجيل من الكاشفات التي تستخدم مسجلات محوسبة. العيوب الرئيسية في قياس الضوء باللهب هي الدقة المنخفضة والدقة منخفضة وبسبب درجة الحرارة المرتفعة والتداخلات الأيونية أكثر.

الفرق بين قياس الألوان والقياس الضوئي

يظهر الفرق بين قياس الألوان والقياس الضوئي في الجدول أدناه

الكميات الضوئية

الكميات الضوئية موضحة في الجدول أدناه

منتجات مقياس الضوء

يتم عرض بعض منتجات مقياس الضوء في الجدول أدناه

التطبيقات

تطبيقات قياس الضوء هي

• مواد كيميائية
• التربة
• زراعة
• الأدوية
• زجاج وسيراميك
• المواد النباتية
• ماء
• المعامل الميكروبيولوجية
• المعامل البيولوجية

الأسئلة الشائعة

1). ما هو اختبار قياس الضوء؟

الاختبار الضوئي مطلوب لقياس شدة الضوء وتوزيعه.

2). ما هي الكميات الضوئية؟

الكميات الضوئية هي التدفق الإشعاعي والتدفق الضوئي وشدة الإضاءة وكفاءتها والإضاءة.

3). ما هو التحليل الضوئي؟

يشمل تحليل القياس الضوئي قياس الطيف في المناطق المرئية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء

4). ما هو الفرق بين القياس الضوئي والقياس الطيفي؟

يستخدم مقياس الطيف لقياس تركيز المحلول بينما يقيس القياس الضوئي شدة الضوء.

5). ما هو النطاق الضوئي؟

النطاق الضوئي هو أحد المواصفات في أدوات مقياس الضوء ، في مقاييس الطيف الضوئي V-730 UV-Visible ، النطاق الضوئي (تقريبًا) هو -4 ~ 4 Abs.

في هذه المقالة ، فإن نظرة عامة على قياس الضوء ، الكميات الضوئية ، أجهزة قياس الضوء باللهب ، مقياس الضوء أحادي الشعاع ، الطيف الكهرومغناطيسي ، والتطبيقات تمت مناقشتها. هنا سؤال لك ما هو القياس الطيفي؟