Приемники энергии излучения

При попадании излучения на тело энергия будет частично отражаться, частично пропускаться и частично поглощаться. При поглощении лучистая энергия преобразуется в другие виды энергии: тепло, электричество (фотоэлемент), химическую энергию (листья, кожа при загаре).

Приёмники энергии излучения – это тела, преобразующие энергию излучения в другие виды энергии.

Та доля энергии, которая преобразуется приемником, называется эффективной энергией Q_эф.

Все приемники можно разбить на две группы: физические (фотоэлемент, фотосопротивление и т.д.) и биологические, важнейшим из которых является глаз человека.

Схема строения глаза представлена на рис. 5: 1 – роговая оболочка; 2 – радужная оболочка; 3 – хрусталик; 4 – глазное яблоко; 5 – сетчатая оболочка (сетчатка); 6 – зрительный нерв; 7 – центральная ямка; 8 – глазная мышца; 9 – слепое пятно.

Сетчатка глаза в слое толщиной всего 0,2 мм содержит большое число высокоспециализированных нейронов (нервных окончаний), которые в зависимости от их формы делятся на палочки (120 млн.) – они находятся на периферии сетчатки, и колбочки (10 млн.), находящиеся в центре сетчатки. Палочки примерно в сто раз чувствительнее колбочек, но не способны различать цвет и мелкие детали. При попадании одного единственного кванта света на содержащийся в них пигмент родопсин начинается фотохимическая реакция, что позволяет различать свет в сумерках, т.е. при низкой освещённости. В отличие от палочек колбочки, основным пигментом которых является йодопсин, реагируют и на свет и на цвет. В зависимости от воспринимаемых длин волн колбочки делятся на три типа: красно-, сине- и зелёночувствительные.

Наиболее чувствительная часть сетчатки (площадью 1 мм²) называется жёлтым пятном, а самая чувствительная его часть – центральной ямкой (в ней плотность расположения колбочек максимальна). При наблюдении объекта глаз ориентируется так, чтобы его изображение попадало на центральную ямку. В том месте, где зрительный нерв соединяется с сетчаткой, нейронов нет. Его называют слепым пятном.

Химические превращения в нейронах способствуют возникновению электрических импульсов в нервном волокне, соединяющем глаз с мозгом. Это в конечном счете и создаёт зрительный образ предметов.

В зависимости от того, насколько велика доля энергии, преобразованной глазом или другим приёмником, они характеризуются коэффициентами чувствительности.

1) Интегральный (обобщенный) коэффициент чувствительности g определяется как доля эффективно преобразованной приёмником энергии (потока) от падающей на него энергии (потока): g = Q_эф/Q_пад = F_эф/F_пад.

Большинство приёмников энергии реагируют на разные длины волн по-разному, т.е. являются селективными приёмниками.

2) Коэффициент спектральной чувствительности g_λ показывает, какую долю падающей энергии или потока излучения определённой длины волны преобразует приёмник: g_λ = Q_эфl/Q_падl = F_эфl /F_падl..

Наибольшийинтерес представляет изменениекоэффициентов спектральной чувствительности глаза человека (рис. 6), которые для удобства сопоставления представляются в относительных единицах:

,

где − функция относительной спектральной чувствительности (эффективности) различных приёмников.

Кривая а относитель­ной спектральной чувствительности человеческого глаза при дневном освещении не совпадает с аналогичной кривой б при ночном освещении. Это сви­детельствует о наличии у человека «дневного» и «сумеречного» зрения. Если при высокой освещённости задействованы колбочки, и максимум кривой приходится на длину волны 555 нм (граница жёлтой и зелёной областей спектра), то в сумерках глазные мышцы рефлекторно воздействуют на радужку, зрачок расширяется с 2 до 8 мм, вступают в действие палочки, и кривая смещается влево, имея максимум 507 нм.

Кривые а и б являются характеристиками так называемого стандартного фотометрического наблюдателя, т.е. образцового приёмника, используемого для световых расчётов.

Физическим приёмником, имеющим относительную спектральную чувствительность, близкую к чувствительности глаза, является селеновый фотоэлемент (кривая в), что позволяет его применять в физических приборах, предназначенных для световых измерений.