Τι είναι η φωτομετρία: Φωτομετρικές ποσότητες και οι εφαρμογές της

Η φωτομετρία εφευρέθηκε από τον Dmitry Lachinov και οι όροι που χρησιμοποιούνται στη φωτομετρική είναι η ροή ακτινοβολίας, η φωτεινή ροή, η φωτεινή ένταση και αποτελεσματικότητα και η φωτεινότητα. Οι πιο σημαντικές πληροφορίες που λαμβάνουμε για το ουράνιο αντικείμενο είναι η ποσότητα ενέργειας, η οποία ονομάζεται ροή. Υπό τη μορφή του ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες , η επιστήμη της μείζονος ροής από ουράνια αντικείμενα ονομάζεται φωτομετρία. Αυτός είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για τη διεξαγωγή της μέτρησης φωτεινότητας του φωτός από αστρονομικά αντικείμενα και ως εκ τούτου παίζει βασικό ρόλο στον χαρακτηρισμό ενός αστροφυσικού στόχου. Η σύντομη εξήγηση της φωτομετρίας συζητείται παρακάτω.

Τι είναι η φωτομετρία;

Ορισμός: Η φωτομετρία χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ποσότητας φωτός και είναι ο κλάδος της οπτικής στην οποία συζητάμε την ένταση που εκπέμπεται από μια πηγή. Η διαφορική φωτομετρία και η απόλυτη φωτομετρία είναι οι δύο τύποι φωτομετρίας. Η ακτινοβόλη ροή, η φωτεινή ροή, η φωτεινή ένταση και απόδοση και η φωτεινότητα είναι οι όροι που χρησιμοποιούνται στη φωτομετρική. Η ακτινοβόλη ροή ορίζεται ως ο συνολικός αριθμός ενέργειας που ακτινοβολείται από μια πηγή ανά δευτερόλεπτο και αντιπροσωπεύεται από ένα γράμμα «R».

Η φωτεινή ροή ορίζεται ως ο συνολικός αριθμός ενέργειας που εκπέμπεται από μια πηγή ανά δευτερόλεπτο και αντιπροσωπεύεται από ένα σύμβολο φ. Η φωτεινή ένταση ορίζεται ως ο συνολικός όγκος της φωτεινής ροής διαιρούμενος με 4Π. Η φωτεινή απόδοση ορίζεται ως ένας λόγος φωτεινής ροής προς τη ροή ακτινοβολίας και αντιπροσωπεύεται από ένα σύμβολο «η». Η ένταση ορίζεται ως λόγος φωτεινής ροής ανά μονάδα επιφάνειας και δηλώνεται με το γράμμα «I» (I = Δφ / ΔΑ). Η φωτεινότητα (Ε) είναι το φως που πέφτει στην επιφάνεια της γης.

Φωτόμετρο και Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα

Το φωτομέτρο είναι ένα πείραμα που χρησιμοποιείται για τη σύγκριση της φωτεινότητας των δύο πηγών σε μια οθόνη. Ας εξετάσουμε ένα ρεαλιστικό παράδειγμα για να κατανοήσουμε το φωτομέτρο.

Φωτισμός δύο πηγών σε μια οθόνη

Στο σχήμα, υπάρχει ένας οπτικός πάγκος, όπου δύο πηγές Α και Β τοποθετούνται στις δύο πλευρές της οθόνης «S» και δύο πίνακες τοποθετούνται στα δύο άκρα της οθόνης. Στον αριστερό μπουφέ, υπάρχει μια κυκλική κοπή και το δεξί πλευρικό υπάρχει μια κοπή σε σχήμα δακτυλίου. Όταν μια πηγή «Α» είναι ενεργοποιημένη, λαμβάνεται κυκλική διαδρομή στην οθόνη λόγω του φωτός που περνά από την κυκλική κοπή. Ομοίως, όταν είναι ενεργοποιημένη η πηγή «B», μπορείτε να δείτε το φως να περνά μέσα από την δακτυλιοειδή περιοχή και να επιτυγχάνεται το δακτύλιο στην οθόνη.

Όταν και οι δύο πηγές είναι ενεργοποιημένες, μπορείτε να δείτε ότι και τα δύο μπαλώματα φωτίζονται ταυτόχρονα και μπορείτε να δείτε τη διαφορετική φωτεινότητα δύο μπαλωμάτων. Όταν μια πηγή «Α» πλησιάζει στην οθόνη τότε θα δείτε ότι το κυκλικό έμπλαστρο γίνεται πιο φωτεινό ή μπορείτε να δείτε ότι η φωτεινότητα της πηγής «Α» στην οθόνη αυξάνεται. Ομοίως, όταν μια πηγή «Β» πλησιάζει στην οθόνη, τότε θα δείτε ότι η φωτεινότητα του μπαλώματος σε σχήμα δακτυλίου γίνεται περισσότερο λόγω μικρότερης απόστασης.

Τώρα οι πηγές προσαρμόζονται με τέτοιο τρόπο ώστε, δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ αυτών των δύο πηγών. Η φωτεινότητα στην οθόνη λόγω των δύο πηγών είναι η ίδια ή ίση. Όταν ο φωτισμός που οφείλεται στις πηγές στην οθόνη γίνεται ίσος, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε

μεγάλο₁/ r₁^δύο= Λ_δύο/ r_δύο^δύο

Πού Λ₁και εγώ_δύοείναι η ένταση φωτισμού δύο πηγών και r₁^δύο& r_δύο^δύοείναι ο διαχωρισμός των πηγών από την οθόνη. Η παραπάνω εξίσωση ονομάζεται αρχή της φωτομετρίας.

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα αποτελείται από επτά περιοχές που είναι ένα ορατό φάσμα, υπέρυθρο φάσμα, ραδιοκύματα, μικροκύματα, υπεριώδες φάσμα, ακτίνες Χ και ακτίνες γάμμα. Τα ραδιοκύματα έχουν τη μεγαλύτερη μήκος κύματος και τη χαμηλότερη συχνότητα όταν τα ραδιοκύματα κινούνται από αριστερά προς τα δεξιά, το μήκος κύματος αυξάνεται, η συχνότητα αυξάνεται και η ενέργεια θα μειωθεί. Τα ραδιοκύματα, τα μικροκύματα και τα υπέρυθρα κύματα είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα χαμηλής ενέργειας. Οι υπεριώδεις ακτίνες Χ και οι ακτίνες γάμμα είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής ενέργειας. Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα φαίνεται παρακάτω.

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα για φωτομετρία

Η φωτομετρία θεωρείται μόνο με το ορατό τμήμα του φάσματος, από περίπου 380 έως 780 νανόμετρα. Στην παρατήρηση της αστρονομίας, η φωτομετρία είναι θεμελιώδης και είναι μια σημαντική τεχνική.

Φωτόμετρο μονής δέσμης

Το φωτομέτρο μονής δέσμης ακολουθεί το 'LAMBERT LAW' για να προσδιορίσει τη συγκέντρωση των άγνωστων δειγμάτων. Η απορρόφηση του φωτός από ένα δείγμα αναφοράς και ένα άγνωστο δείγμα χρησιμοποιείται για να ληφθεί η τιμή του άγνωστου. Η κατασκευή του οργάνου φωτομέτρου μονής δέσμης φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Όργανο φωτομέτρου μονής δέσμης

Τα βασικά συστατικά ενός φωτομέτρου μιας δέσμης είναι πηγή φωτός και απορρόφηση ή παρεμβολή φίλτρο . Ονομάζεται φωτομέτρο επειδή η συσκευή που χρησιμοποιείται για την απομόνωση των μηκών κύματος σε μια εικόνα είναι το φίλτρο, μια κυψελίδα χρησιμοποιείται ως υποδοχή δείγματος και ένα φωτοκύτταρο ή φωτοβολταϊκό στοιχείο ενεργεί ως ανιχνευτής. Η πηγή φωτός που χρησιμοποιείται γενικά είναι ένας λαμπτήρας αλογόνου βολφραμίου. Όταν το βολφράμιο μοιάζει με νήμα, αρχίζει να εκπέμπει ακτινοβολίες στην ορατή περιοχή και αυτές οι ακτινοβολίες δρουν ως πηγή φωτός για το όργανο.

Ένα κύκλωμα ελέγχου έντασης χρησιμοποιείται για τη μεταβολή της παροχής τάσης στη λάμπα πυράκτωσης βολφραμίου, μεταβάλλοντας την τάση, η λάμπα μπορεί να αλλάξει την ένταση. Η ένταση πρέπει να διατηρείται σταθερή κατά τη διάρκεια του πειράματος. Το φίλτρο μπορεί να είναι ένα βασικό φίλτρο απορρόφησης, αυτό το φίλτρο απορροφά φως ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος και επιτρέπει μόνο σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος να το περάσει. Το φως που επιτρέπεται να περάσει εξαρτάται κυρίως από το χρώμα του υλικού, για παράδειγμα, το κόκκινο θα επιτρέψει να περάσουν οι ακτινοβολίες στην κόκκινη περιοχή και ούτω καθεξής.

Η επιλεκτικότητα αυτών των φίλτρων είναι πολύ χαμηλή και η εκπομπή των υπαρχόντων φίλτρων δεν είναι ιδιαίτερα μονοχρωματική. Το άλλο φίλτρο που χρησιμοποιείται είναι το φίλτρο παρεμβολών και οι ανιχνευτές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε φωτομετρία μονής δέσμης μπορούν να είναι φωτοβολταϊκά κύτταρα. Οι ανιχνευτές δίνουν αναγνώσεις της έντασης του φωτός. Ο αντίστροφος τετραγωνικός νόμος και ο συνημίτονος νόμος είναι οι δύο τύποι νόμων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή των φωτομετρικών μετρήσεων.

Εργασία φωτομέτρου μονής δέσμης

Το φως από την πηγή πέφτει στο διάλυμα που τοποθετείται στην κυψελίδα. Εδώ ένα μέρος του φωτός που παρατηρείται και το υπόλοιπο μέρος του φωτός μεταδίδεται. Το μεταδιδόμενο φως πέφτει στους ανιχνευτές που παράγουν φωτοκύτταρα ανάλογα με την ένταση του φωτός. Αυτό το ρεύμα εισέρχεται στο γαλβανόμετρο όπου εμφανίζονται οι ενδείξεις.

Το όργανο λειτουργεί με τα ακόλουθα βήματα

• Αρχικά, ο ανιχνευτής σκουραίνει και το γαλβανόμετρο ρυθμίζεται μηχανικά στο μηδέν
• Τώρα μια λύση αναφοράς διατηρείται στη βάση δείγματος
• Το φως μεταδίδεται από το διάλυμα
• Η ένταση της φωτεινής πηγής ρυθμίζεται χρησιμοποιώντας το κύκλωμα ελέγχου έντασης, έτσι ώστε το γαλβανόμετρο να δείχνει μετάδοση 100%
• Μόλις ολοκληρωθεί η βαθμονόμηση, οι μετρήσεις για το τυπικό δείγμα (Q_μικρό) και άγνωστο δείγμα (Q_{προς την}) είναι πιασμένα. Η συγκέντρωση ενός άγνωστου δείγματος ανακαλύπτεται χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο.

Ερ_{προς την}= Ε_μικρό*ΕΓΩ_Ερ/ΕΓΩ_μικρό

Όπου Q_{προς την}είναι η συγκέντρωση του άγνωστου δείγματος, Q_μικρόείναι η συγκέντρωση του δείγματος αναφοράς, I_Ερείναι η άγνωστη ανάγνωση και εγώ_μικρόείναι η ανάγνωση αναφοράς.

Όργανα φωτομετρίας φλόγας

Τα βασικά όργανα φωτομετρίας φλόγας φαίνονται παρακάτω.

Όργανα φωτομετρίας φλόγας

Στο σχήμα, ο καυστήρας παράγει διεγερμένα άτομα και το διάλυμα δείγματος απλώνεται σε συνδυασμό καυσίμου και οξειδωτικού. Τα καύσιμα και τα οξειδωτικά απαιτούνται για την παραγωγή φλόγας, έτσι ώστε το δείγμα να μετατρέπει ουδέτερα άτομα και να ενθουσιάζεται από τη θερμική ενέργεια. Η θερμοκρασία της φλόγας πρέπει να είναι σταθερή και επίσης ιδανική. Εάν η θερμοκρασία είναι υψηλή, τα στοιχεία του δείγματος μετατρέπονται σε ιόντα αντί για ουδέτερα άτομα. Εάν η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή, τότε τα άτομα ενδέχεται να μην πηγαίνουν σε κατάσταση διέγερσης, οπότε χρησιμοποιείται συνδυασμός καυσίμου και οξειδωτικών.

Το μονοχρωματικό απαιτείται για την απομόνωση του φωτός σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος από το εναπομένον φως της φλόγας. Ο φωτομετρικός ανιχνευτής φλόγας είναι παρόμοιος με αυτόν του φασματοφωτόμετρου, για την ανάγνωση της εγγραφής από τους ανιχνευτές που χρησιμοποιούν ηλεκτρονικές συσκευές εγγραφής. Τα κύρια μειονεκτήματα της φωτομετρίας φλόγας είναι η ακρίβεια είναι χαμηλή, η ακρίβεια είναι χαμηλή και λόγω της υψηλής θερμοκρασίας, οι ιονικές παρεμβολές είναι περισσότερες.

Διαφορά μεταξύ χρωματομετρίας και φωτομετρίας

Η διαφορά μεταξύ χρωματομετρίας και φωτομετρίας φαίνεται στον παρακάτω πίνακα

Φωτομετρικές ποσότητες

Οι φωτομετρικές ποσότητες φαίνονται στον παρακάτω πίνακα

Προϊόντα φωτομέτρου

Ορισμένα από τα προϊόντα φωτομέτρου εμφανίζονται στον παρακάτω πίνακα

Εφαρμογές

Οι εφαρμογές της φωτομετρίας είναι

• Χημικά
• Εδάφη
• Γεωργία
• Φαρμακευτικά προϊόντα
• Γυαλί και κεραμικά
• Φυτικά υλικά
• Νερό
• Μικροβιολογικά εργαστήρια
• Βιολογικά εργαστήρια

Συχνές ερωτήσεις

1). Τι είναι η φωτομετρική δοκιμή;

Η φωτομετρική δοκιμή απαιτείται για τη μέτρηση της έντασης και της κατανομής του φωτός.

2). Τι είναι οι φωτομετρικές ποσότητες;

Η ακτινοβόλη ροή, η φωτεινή ροή, η φωτεινή ένταση και απόδοση και η φωτεινότητα είναι οι φωτομετρικές ποσότητες.

3). Τι είναι η φωτομετρική ανάλυση;

Η ανάλυση της φωτομετρικής περιλαμβάνει μέτρηση του φάσματος σε ορατές, υπεριώδεις και υπέρυθρες περιοχές

4). Ποια είναι η διαφορά μεταξύ φωτομετρίας και φασματοφωτομετρίας;

Το φασματόμετρο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της συγκέντρωσης του διαλύματος ενώ η φωτομετρία μετρά την ένταση του φωτός.

5). Τι είναι το φωτομετρικό εύρος;

Το φωτομετρικό εύρος είναι μία από τις προδιαγραφές στα όργανα του φωτομέτρου, σε V-730 φωτοφωτόμετρα ορατά με υπεριώδη ακτινοβολία, το φωτομετρικό εύρος (περίπου) είναι -4 ~ 4 Abs.

Σε αυτό το άρθρο, το επισκόπηση της φωτομετρίας , συζητούνται φωτομετρικές ποσότητες, όργανα φωτομετρίας φλόγας, φωτομέτρο μονής δέσμης, ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και εφαρμογές. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς τι είναι η φασματοφωτομετρία;