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SIPCPAT Chapitre 2. SIPCPAT Définitions La radiométrie a pour objet la mesure de lénergie transportée par le rayonnement La photométrie a pour objet de.

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1 SIPCPAT Chapitre 2

2 SIPCPAT Définitions La radiométrie a pour objet la mesure de lénergie transportée par le rayonnement La photométrie a pour objet de mesurer la lumière, cest-à-dire les rayonnements capables dimpressionner lœil humain La photométrie est rattachée à la radiométrie

3 SIPCPAT Puissance Les grandeurs & unités fondamentales Puissance Rayonnée (W) (W) (lm) Flux Radiatif (lm) Puissance par unité de surface Irradiance (W/m 2 ) Irradiance (lx = lm/m 2 ) Eclairement/Excitance Eclairement/Excitance Puissance par unité dangle solide Intensité Energétique (W/sr) (W/sr) (cd = lm/sr) Intensité Lumineuse (cd = lm/sr) Intensité Lumineuse Puissance par unité dangle solide et de surface - (W/m 2 sr) - (nit = lm/m 2 sr = cd/m 2 ) Luminance Luminance Radiométrie Photométrie vers surface vers source

4 SIPCPAT Un exemple parlant: Le flux énergétique & lumineux Puissance émise (W) Filtre V )0 400nm< <800nm Flux lumineux (lm) Flux Débit Equivalent 400nm800nm

5 SIPCPAT Application Calculer le flux lumineux dun pointeur laser Puissance émise P=5 mW Longueur donde 630 nm On vous donne V( ) photopique Puissance émise 5 mW Longueur donde 680 nm Faire une interpolation linéaire a= -0,0103 b= 6,767 Donc V 630 = 0,278 F 630 = P V 630 = 0,95 lm V 680 =0,017 F 680 = P V 680 = 0,058 lm Cas 1 Cas 2

6 SIPCPAT Source lumineuse ponctuelle Intensité lumineuse (I) Unité : le candela (cd) 1 cd = 1 lm/sr O S R L'angle solide (sr)

7 SIPCPAT Définitions & Quelques ordres de grandeur Intensité lumineuse dune source mono- chromatique (540x10 12 Hz) dans une direction et dont lintensité énergétique, dans la même direction, est 1/683 lm/sr Le candela (ex unité fondamentale du SI) Intensité (cd) Diode électroluminescente (rouge) 0,005 Chandelle 1 Lampe à incandescence (100W) 150 Lampe de voiture (phares) Phare (marine) Tube flash (valeur crête) Quelques valeurs typiques dintensité

8 SIPCPAT dS A O x Eclairement (E) Unité : lx ou lux 1 lx = 1 lm/m 2 Relation E - I Eclairement (lx) Lété, à midi, au soleil < E Ciel couvert, dans une rue 200 < E < A l'intérieur, derrière une fenêtre < E < La nuit par pleine lune E < 0,25 Local bien éclairéQuelques 100s lx Rue bien éclairéeQuelques 10s lx

9 SIPCPAT Eclairement Cylindrique O A P dl R r dS

10 SIPCPAT Emittance ou excitance (M) Unité: lm/m 2 Lémittance est la densité de lumière qui quitte une surface Lémittance nest pas une quantité directionnelle Lémittance dune source en un point O est le rapport dF étant le flux lumineux émis dans toutes les directions par lélément de surface d entourant O Elément de Source lumineuse Lémittance dune surface qui nest ni lumineuse par elle-même ni luminescente est, au plus, égale à son éclairement

11 SIPCPAT d Luminance (L) Unité: nit 1 nit = 1 cd/m 2 = lm/sr m 2 Luminance L (antérieurement appelée éclat, puis brillance), dans une direction, dun élément de source de faible surface entourant un point O dI étant lintensité de lélément dans la direction, d sa surface et langle formé par et la normale OK à lélément Elément de Source lumineuse Surface Surface apparente

12 SIPCPAT Quelques relations importantes Étendue géométrique

13 SIPCPAT Application I I Calculer la luminance dans les deux cas suivants (lampes 100W): Hypothèse : rayonnement perpendiculaire à la surface du tube I = cte = 150 cd Surface apparente 3cm 2,5cm Surface apparente 20 mm x 1 mm Cas 1 Cas 2

14 SIPCPAT Les grandeurs et les unités Synthèse

15 SIPCPAT Conversions 1 W/sr 4π W = W (isotopique) 683 cd (555 nm) 1 lm/sr 1 cd 4π lm (isotopique) 1,464 x W/sr (555 nm) 1 lm/m 2 sr = 1 cd/m 2 = 1 nit = lm/cm 2 sr = cd/cm 2 = stilb (sb) = x cd/ft 2 = x lm/ft 2.sr = apostilbs (asb) = π Blondel = x lamberts (L) = x foot-lamberts (fL)

16 SIPCPAT Lois de base Loi de l'inverse du carré de la distance L'éclairement diminue en s'éloignant de la source Conséquence x o

17 SIPCPAT Lois de base Loi de Lambert Lambert a développé toute la photométrie en admettant la relation : A B B C F C B C 1 2 (S) Observation: Mais ceci est vrai si la luminance dune surface diffusante est constante…

18 SIPCPAT Lois de base Une relation importante Surface diffusante M = 1 cd/m 2 L 1 = (1/π) cd/sr.m 2 L 2 = (1/π) cd/sr.m 2 O P1P1 P2P2 LI0I0 I P Pour une surface diffusante et infinie

19 SIPCPAT Deux cas extrêmes La loi de linverse du carré de la distance nest valable que pour une source ponctuelle Une source diffusante infinie induit une luminance constante

20 SIPCPAT Lois de base Loi du cube du cosinus OP h d Source Ponctuelle Plan utile I Pour une source uniforme et non-ponctuelle Généralisation

21 SIPCPAT Réflexion - Transmission P in PrPr PtPt P in = P r + P t + = 1 P in PrPr PtPt P in = P r + P t + P th + + = 1 P th La température augmente Coef. de réflexion Coef. de transmission Cas idéal Cas réel

22 SIPCPAT Réflexion Spéculaire Loi de Descartes La vitesse de la lumière est constante La lumière se déplace sur le chemin le plus court entre deux points dans l'espace (ligne droite) || OP || = || OP' || = (angle de départ = angle d'arrivée) Les points POO' définissent un plan perpendiculaire à la surface de réflexion Surface parfaitement lisse O P P' O'

23 SIPCPAT Réflexion Diffuse Faisceau incident Etat microscopique de la surface Réflexions Pas de direction ni plan privilégiés Surface réelle O

24 SIPCPAT Les deux extrêmes S (L S ) LSLS S spéculairediffuse

25 SIPCPAT Coefficients de réflexion Coefficients de réflexion Dans tous les cas tot 1 et tot + + = 1 Réflexion diffuse : d Réflexion spéculaire: s Réflexion totale : tot = s + d Surface parfaitement diffusante Surface parfaitement réfléchissante Relations


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