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Emisión de una fuente puntual

Storyboard

Die Ausbreitung von Licht in einem homogenen Medium erfolgt geradlinig mit einer charakteristischen Geschwindigkeit, die sowohl vom Medium als auch von der Frequenz (Farbe) des Lichts abhängt.

Die Ausbreitung kann sowohl als Korpuskularmodell, in dem die Teilchen Photonen genannt werden, als Wellenmodell beschrieben werden.

>Modell

ID:(300, 0)



Mechanismen

Iframe

>Top




Code
Konzept

Mechanismen

ID:(16080, 0)



Licht

Bild

>Top


Licht ist eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge \lambda, die sich im Bereich von 380 nm bis 750 nm befindet und damit im sichtbaren Spektrum liegt, das unser Auge wahrnehmen kann.

Licht breitet sich geradlinig aus und kann brechend, also abgelenkt, werden, wenn sich die Geschwindigkeit des Lichts aufgrund des durchquerten Mediums ändert.

ID:(408, 0)



Lichtausbreitung geradlinig und kugelförmig

Bild

>Top


Licht breitet sich geradlinig aus und strahlt kugelförmig um seine Quelle herum.

Aufgrund dieser kugelförmigen Verteilung nimmt seine Intensität mit der Entfernung von der Quelle ab.

ID:(12677, 0)



Ungleichmäßige Emission: Öffnung

Bild

>Top


Wenn Licht durch eine Öffnung dringt, breitet es sich nicht gleichmäßig aus, sondern zeigt eine Verteilung, die das erzeugt, was als Halbschatten bekannt ist.

ID:(12679, 0)



Modell

Top

>Top




Parameter

Symbol
Text
Variable
Wert
Einheiten
Berechnen
MKS-Wert
MKS-Einheiten
\theta
theta
Angulo respecto a la dirección del haz
rad
\Omega
Omega
Angulo solido
-
r
r
Distancia a la fuente
m
r_1
r_1
Distancia a la fuente 1
m
r_2
r_2
Distancia a la fuente 2
m
\Delta\Omega
DOmega
Elemento de angulo solido
-
\Delta\Phi
DPhi
Elemento de flujo lumínico
J
\Phi
Phi
Flujo lumínico total
J
I_1
I_1
Intensidad de la luz 1
W/m^2
I_2
I_2
Intensidad de la luz 2
W/m^2
E
E
Irradiancia
lx
I
I
Lichtintensität
W/m^2

Variablen

Symbol
Text
Variable
Wert
Einheiten
Berechnen
MKS-Wert
MKS-Einheiten

Berechnungen


Zuerst die Gleichung auswählen: zu , dann die Variable auswählen: zu
DPhi = I * Domega I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 Phi =@INT( I , Omega )E=I*cos(theta)/r^2thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiI_1I_2EI

Berechnungen

Symbol
Gleichung
Gelöst
Übersetzt

Berechnungen

Symbol
Gleichung
Gelöst
Übersetzt

Variable Gegeben Berechnen Ziel : Gleichung Zu verwenden
DPhi = I * Domega I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 Phi =@INT( I , Omega )E=I*cos(theta)/r^2thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiI_1I_2EI




Gleichungen

#
Gleichung

\Delta\Phi = I \Delta\Omega

DPhi = I * Domega


I_2 =\displaystyle\frac{ r_1 ^2}{ r_2 ^2} I_1

I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2


\Phi =\displaystyle\int I d \Omega

Phi =@INT( I , Omega )


E=\displaystyle\frac{I\cos\theta}{r^2}

E=I*cos(theta)/r^2

ID:(16081, 0)



Verringerung der Intensität mit zunehmender Entfernung

Gleichung

>Top, >Modell


Wenn das Licht gleichmäßig in alle Richtungen ausstrahlt, verteilt es sich gleichmäßig über die Oberfläche einer imaginären Kugel mit einer Fläche von

4\pi r^2



Daher können wir, wenn wir die Intensität in einem Abstand von r_1 kennen, die Intensität in einem Abstand von r_2 mit Hilfe von

I_2 =\displaystyle\frac{ r_1 ^2}{ r_2 ^2} I_1

r_1
Distancia a la fuente 1
m
9829
r_2
Distancia a la fuente 2
m
9830
I_1
Intensidad de la luz 1
W/m^2
9831
I_2
Intensidad de la luz 2
W/m^2
9832
Phi =@INT( I , Omega ) DPhi = I * DomegaE=I*cos(theta)/r^2 I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiI_1I_2EI

Da die Menge an Licht erhalten bleibt, muss die Intensität (Energie pro Fläche) multipliziert mit der Fläche eine Konstante sein, was uns zu folgender Beziehung führt:

4\pi r_1^2I_1=4\pi r_2^2I_2



Daher können wir die Beziehung zwischen Intensitäten in verschiedenen Entfernungen wie folgt ausdrücken:

I_2 =\displaystyle\frac{ r_1 ^2}{ r_2 ^2} I_1

ID:(12678, 0)



Fluss

Gleichung

>Top, >Modell


Der Strahlungsfluss (\Phi) wird aus der Intensität (I) und dem betrachteten Raumwinkel (d\Omega) berechnet, gemäß der Formel:

\Delta\Phi = I \Delta\Omega

\Delta\Omega
Elemento de angulo solido
-
9834
\Delta\Phi
Elemento de flujo lumínico
J
9833
I
Lichtintensität
W/m^2
5140
Phi =@INT( I , Omega ) DPhi = I * DomegaE=I*cos(theta)/r^2 I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiI_1I_2EI

und wird in Watt (W) gemessen.

In dem Zusammenhang, in dem der Fluss unter Berücksichtigung der Fähigkeit des menschlichen Auges, die Lichtleistung wahrzunehmen, bewertet wird, wird er in der Einheit Lumen (lm) angegeben.

ID:(464, 0)



Gesamtdurchfluss

Gleichung

>Top, >Modell


Da der Fluss durch ein Element des Winkels d\Omega definiert ist als

\Delta\Phi = I \Delta\Omega



wird der Gesamtfluss durch Integration der Intensität über die gesamte Oberfläche erhalten, wie in folgendem Ausdruck dargestellt:

\Phi =\displaystyle\int I d \Omega

\Omega
Angulo solido
-
9828
\Phi
Flujo lumínico total
J
9827
I
Lichtintensität
W/m^2
5140
Phi =@INT( I , Omega ) DPhi = I * DomegaE=I*cos(theta)/r^2 I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiI_1I_2EI

Si se quiere conocer el flujo total se debe sumar sobre toda la superficie. Esto es se debe integrar (=sumar) sobre toda la superficie de modo de

\Delta\Phi = I \Delta\Omega



lo que arroja

\Phi =\displaystyle\int I d \Omega

Einige Beispiele für den Gesamtfluss sind:

Quelle | Fluss

Hochdruck-Xenonlampe | 3.0E+6 lm

Bogenlampe | 1.0E+4 lm

65W Leuchtstofflampe | 3.3E+3 lm

60W Glühlampe | 6.2E+2 lm

ID:(138, 0)



Bestrahlung

Gleichung

>Top, >Modell


Wenn Strahlung mit Intensität I unter einem Winkel \theta zur Einfallrichtung auf eine Oberfläche trifft, wird die Bestrahlungsstärke, dargestellt als

E=\displaystyle\frac{I\cos\theta}{r^2}

\theta
Angulo respecto a la dirección del haz
rad
9826
r
Distancia a la fuente
m
9825
E
Irradiancia
lx
9824
I
Lichtintensität
W/m^2
5140
Phi =@INT( I , Omega ) DPhi = I * DomegaE=I*cos(theta)/r^2 I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiI_1I_2EI

in Lux (lx) gemessen, was einem Lumen pro Quadratmeter entspricht.

Für natürliches Licht können die folgenden Werte als Referenz verwendet werden:

Szenario Bestrahlungsstärke

Mittags, Sommer, sonnig 1.0E+5 lx

Mittags, Sommer, bewölkt 2.0E+4 lx

Mittags, Winter, sonnig 1.0E+4 lx

Mittags, Winter, bewölkt 2.0E+3 lx

ID:(8601, 0)