מהי פוטומטריה: כמויות פוטומטריות ויישומיה

את הפוטומטריה המציא דמיטרי לחינוב והמונחים המשמשים בפוטומטריה הם שטף קורן, שטף אור, עוצמת אור ויעילות, והארה. המידע החשוב ביותר שאנו מקבלים על האובייקט השמימי הוא כמות האנרגיה, הנקראת שטף. בצורה של קרינות אלקטרומגנטיות , מדע השטף העיקרי מאובייקטים שמימיים נקרא פוטומטריה. זוהי דרך יעילה לבצע מדידת בהירות של אור מאובייקטים אסטרונומיים ולכן היא ממלאת תפקיד מפתח באפיון יעד אסטרופיזי. הסבר קצר על פוטומטריה נדון להלן.

מהי פוטומטריה?

הַגדָרָה: הפוטומטריה משמשת למדידת כמות האור, והיא ענף האופטיקה בו אנו דנים בעוצמה הנפלטת ממקור. הפוטומטריה הדיפרנציאלית והפוטומטריה המוחלטת הם שני סוגי הפוטומטריה. שטף הקורן, שטף האור, עוצמת האור ויעילותו, והארות הם המונחים המשמשים בפוטומטרי. השטף הקורן מוגדר כמספר האנרגיה הכולל שמוקרן על ידי מקור לשנייה והוא מיוצג באות 'R'.

שטף האור מוגדר כמספר האנרגיה הכולל שנפלט ממקור לשנייה והוא מיוצג על ידי סמל φ. עוצמת האור מוגדרת כנפח כולל של שטף האור חלקי 4Π. יעילות האור מוגדרת כיחס בין שטף האור לבין שטף הקורן והוא מיוצג על ידי סמל 'η'. העוצמה מוגדרת כיחס שטף האור ליחידת שטח והיא מסומנת באות 'I' (I = Δφ / ΔA). הארה (E) היא האור הנופל על פני האדמה.

פוטומטר וספקטרום אלקטרומגנטי

הפוטומטר הוא ניסוי שהוקם כדי להשוות את עוצמת ההארה של שני המקורות על גבי המסך. הבה נבחן דוגמה מציאותית להבנת פוטומטר.

הארת שני מקורות על המסך

באיור, יש ספסל אופטי, שבו שני מקורות A ו- B הממוקמים משני צידי המסך 'S' ושני לוחות מונחים בשני קצות המסך. על המזנון השמאלי יש חיתוך מעגלי ובמזנון הימני יש חיתוך בצורת טבעת. כאשר מקור 'A' מופעל, נתיב מעגלי מתקבל על המסך עקב האור שעובר דרך החיתוך המעגלי. באופן דומה, כאשר המקור 'B' מופעל, אתה יכול לראות אור עובר באזור הטבעתי ואת תיקון הטבעת מתקבל על המסך.

כאשר שני המקורות מופעלים, תוכלו לראות ששני התיקונים מוארים בו זמנית ותוכלו לראות את עוצמת ההארה השונה של שני טלאים. כאשר מקור 'A' יתקרב למסך אז תראה שהתיקון העגול נעשה בהיר יותר או שאתה יכול לראות כי עוצמת ההארה של המקור 'A' על המסך עולה. באופן דומה כאשר מקור 'B' יתקרב למסך אז תראה כי עוצמת ההארה של תיקון צורת הטבעת הופכת ליותר בגלל פחות מרחק.

כעת המקורות מותאמים בצורה כזו, כי אין הבדל בין שני המקורות הללו. עוצמת ההארה על המסך בגלל שני המקורות זהה או שווה. כאשר התאורה הנובעת ממקורות המסך הופכת להיות שווה, אנו יכולים להשתמש בה

ל₁/ r₁^שתיים= L_שתיים/ r_שתיים^שתיים

איפה ל₁ול_שתייםהם עוצמת ההארה של שני מקורות ו- r₁^שתיים& r_שתיים^שתייםהם הפרדת המקורות מהמסך. המשוואה לעיל נקראת עקרון הפוטומטריה.

הספקטרום האלקטרומגנטי מורכב משבעה אזורים שהם ספקטרום גלוי, ספקטרום אינפרא אדום, גלי רדיו, מיקרוגל, ספקטרום אולטרה סגול, קרני רנטגן וקרני גמא. גלי הרדיו הם הארוכים ביותר אֹרֶך גַל והתדר הנמוך ביותר כאשר גלי הרדיו נעים משמאל לימין, אורך הגל גדל, התדר עולה, והאנרגיה תפחת. גלי הרדיו, המיקרוגל וגלי האינפרא-אדום הם הגלים האלקטרומגנטיים בעלי האנרגיה הנמוכה. קרני האולטרה סגול, רנטגן וגמא הם הגלים האלקטרומגנטיים בעלי האנרגיה הגבוהה. הספקטרום האלקטרומגנטי מוצג להלן.

ספקטרום אלקטרומגנטי לפוטומטריה

הפוטומטריה נחשבת רק עם החלק הגלוי של הספקטרום, בין כ -380 ל -780 ננומטר. באסטרונומיה תצפיתית, פוטומטריה היא בסיסית והיא טכניקה חשובה.

פוטומטר יחיד קרן

פוטומטר הקורה היחיד עוקב אחר 'חוק למברט' כדי לקבוע את ריכוז הדגימות הלא ידועות. קליטת האור על ידי מדגם ייחוס ומדגם לא ידוע משמשת להשגת הערך של הלא נודע. הקונסטרוקציה של מכשיר הפוטומטר הקורה היחיד מוצגת באיור להלן.

מכשיר פוטומטר בודד

המרכיבים הבסיסיים של פוטומטר קרן יחיד הם מקור אור וקליטה או הפרעה לְסַנֵן . זה נקרא פוטומטר מכיוון שהמכשיר המשמש לבידוד אורכי הגל באיור הוא הפילטר, קובט משמש כמחזיק לדוגמא ותא פוטו או פוטו וולטאי משמש כגלאי. מקור האור המשמש בדרך כלל הוא מנורת הלוגן טונגסטן. כאשר מחממים את הטונגסטן דמוי הנימה, הוא מתחיל לפלוט קרינות באזור הגלוי, והקרנות אלה משמשות כמקור אור למכשיר.

מעגל בקרת עוצמה משמש כדי לשנות את אספקת המתח למנורת נימת הטונגסטן, על ידי שינוי המתח, המנורה יכולה לשנות את עוצמתה. יש לשמור על העוצמה קבועה במשך כל הניסוי. הפילטר יכול להיות פילטר קליטה בסיסי, פילטר זה סופג אור באורך גל מסוים ומאפשר לעבור רק אורך גל מסוים. האור שמותר לעבור תלוי בעיקר בצבע החומר, למשל, אדום יאפשר להקרנות באזור האדום לעבור וכן הלאה.

הסלקטיביות של פילטרים אלה נמוכה מאוד ופליטת הקיימים של פילטרים אלה אינה מונוכרומטית במיוחד. המסנן הנוסף המשמש הוא פילטר ההפרעות, והגלאים שניתן להשתמש בהם בפוטומטריית קרן יחידה יכולים להיות תאים פוטו-וולטאיים. הגלאים נותנים קריאות של עוצמת האור. החוק המרובע ההפוך וחוק הקוסינוס הם שני סוגי החוקים המשמשים לייצור המדידות הפוטומטריות.

עבודה של פוטומטר בודד

האור מהמקור נופל על התמיסה המונחת בקובה. כאן מועבר חלק מהאור שנצפה וחלקו הנותר של האור. האור המועבר נופל על הגלאים המייצרים זרם פוטנציאלי ביחס לעוצמת האור. זרם פוטו זה נכנס לגלוונומטר שבו מוצגות הקריאות.

המכשיר מופעל בשלבים הבאים

• בתחילה, הגלאי מוחשך והגלוונומטר מותאם מכנית לאפס
• עכשיו פתרון התייחסות שנשמר בבעל המדגם
• האור מועבר מהפתרון
• עוצמת מקור האור מותאמת באמצעות מעגל בקרת העוצמה, כך שגלוונומטר מציג 100% שידור
• לאחר סיום הכיול, הקריאות לדגימה הסטנדרטית (ש_ס) ומדגם לא ידוע (ש_ל) נלקחו. ריכוז המדגם הלא ידוע מתגלה באמצעות הנוסחה הבאה.

ש_ל= ש_ס*אני_ש/אני_ס

איפה ש_להוא ריכוז המדגם הלא ידוע, ש_סהוא ריכוז מדגם הייחוס, I_שהוא הקריאה הלא ידועה ואני_סהיא קריאת העיון.

מכשור פוטומטריה להבה

מכשור הפוטומטריה הבסיסי של הלהבה מוצג להלן.

מכשור פוטומטריה להבה

באיור, המבער מייצר אטומים נרגשים ותמיסת הדגימה מתפשטת לשילוב דלק וחמצון. הדלק והחמצון נדרשים לייצור להבה, כך שהדגימה ממירה אטומים ניטרליים ולהתרגש מאנרגיית החום. טמפרטורת הלהבה צריכה להיות יציבה וגם אידאלית. אם הטמפרטורה גבוהה האלמנטים בדגימה הופכים ליונים במקום אטומים ניטרליים. אם הטמפרטורה נמוכה מדי ייתכן שהאטומים לא יעברו למצב נרגש, ולכן משתמשים בשילוב של דלק וחמצון.

המונוכרומטי נדרש כדי לבודד את האור באורך גל מסוים מאור הלהבה שנותר. הגלאי הפוטומטרי של הלהבה דומה לזה של הספקטרופוטומטר, כדי לקרוא את ההקלטה מהגלאים משתמשים במקלטי ממוחשבים. החסרונות העיקריים של פוטומטריית הלהבה הם דיוק נמוך, דיוק נמוך ועקב הטמפרטורה הגבוהה, הפרעות יוניות הן יותר.

ההבדל בין קולורימטריה לפוטומטריה

ההבדל בין קולורימטריה לפוטומטריה מוצג בטבלה שלהלן

כמויות פוטומטריות

הכמויות הפוטומטריות מוצגות בטבלה שלהלן

מוצרי פוטומטר

חלק ממוצרי הפוטומטר מוצגים בטבלה שלהלן

יישומים

היישומים של פוטומטריה הם

• כימיקלים
• קרקעות
• חַקלָאוּת
• תרופות
• זכוכית וקרמיקה
• חומרים צמחיים
• מים
• מעבדות מיקרוביולוגיות
• מעבדות ביולוגיות

שאלות נפוצות

1). מהי בדיקה פוטומטרית?

הבדיקה הפוטומטרית נדרשת למדידת עוצמת האור והתפלגותם.

2). מהם כמויות פוטומטריות?

השטף הקורן, שטף האור, עוצמת האור ויעילותו, והאור הם הכמויות הפוטומטריות.

3). מהו ניתוח פוטומטרי?

ניתוח הפוטומטרי כולל מדידת הספקטרום באזורים גלויים, אולטרה סגולים ואינפרא אדום

4). מה ההבדל בין פוטומטריה לספקטרופוטומטריה?

הספקטרומטר משמש למדידת ריכוז הפתרון ואילו פוטומטריה מודדת את עוצמת האור.

5). מהו הטווח הפוטומטרי?

הטווח הפוטומטרי הוא אחד המפרט במכשירי הפוטומטר, בספקטרופוטומטרים הנראים לעין V-730 הטווח הפוטומטרי (בערך) הוא -4 ~ 4 Abs.

במאמר זה, סקירה כללית של פוטומטריה , נדונים כמויות פוטומטריות, מכשור לפוטומטריית להבה, פוטומטר קרן יחידה, ספקטרום אלקטרומגנטי ויישומים. הנה שאלה עבורך מהי ספקטרופוטומטריה?