強度、距離和平方反比定律
發布時間：2013-12-10 本文作者：vishay
我和妻子最近帶孩子們去了一趟舊金山的探索博物館 (Exploratorium)。這是一座允許參觀者親自動手體驗的科學博物館，其展覽內容涵蓋一系列主題：磁性、聲音、重力、結構頻率及光。其中一個展覽介紹了光的平方反比定律。這使我想起我們的客戶常常要求Opto Squad使用一個發射體和檢波器來提供遠距離的光學數據傳輸。如果光是經過調制的，例如在38 kHz條件下進行調制，我們就能使用一個TSOP3238 IR接收器和一個TSAL6400發射體輕易達到30米遠的傳輸距離。但如果沒有經過調制，我們則需要解釋為什么傳輸距離會相對較短；我們解釋了光傳輸的平方反比定律。我將嘗試通過復制Exploratorium展覽來演示該定律。
設置
光源密封在一個盒子中，盒子的一個表面之上有256個以16x 16矩陣排列的孔。通過其中每個孔的光是一個點光源；這個點光源會擴展開來，像一個逐漸膨脹的球形。光照在一個滑動顯示表面上，該表面朝向光源的一側上畫有一個方框。
距離1
當滑動顯示表面位于距離1時，所有256個光點都位于方框之內。光源距顯示表面的實際距離是多少無關緊要，因為我們只感興趣當該表面遠離光源時會發生什么事情。
距離2
顯示表面現在距光源兩倍遠。我們憑經驗知道，當我們遠離光源（例如街燈）時，光的強度會變小。從方框中的光點數量來看，我們就知道原因何在了。這時到達到該正方形的光量少多了，實際上只有在距離1時光量的1/4；亦即64個光點。也就是說，如果我們使距離加倍，那么強度就會減小到原來的1/4。2的平方等于4，取倒數并乘以在距離1時的256個光點正是64個光點。
距離4
與距離1相比，顯示表面現在距離光源四倍遠。這時方框中的光強是多少？同樣，到達正方形的光量大為減少，實際上中只有在距離1時光量的1/16；亦即16個光點。也就是說，如果我們使距離達到四倍，那么強度就會減小到原來的1/16。4的平方等于16，取倒數并乘以在距離1時的256個光點正是16個光點。
I=P/A=P/4πR2
光的強度以1/d2的關系減小，其中d是距光源的距離。重力效應也是基于平方反比律。地球重力的拉力以1/r2的關系減小，其中r是距地心的距離。聲音、輻射及電力莫不如此。
當你想使用光來進行遠距離通信時應當記住這一定律。但不要因此而退縮。要知道，我們有許多工具來幫助你達成你的目標。我們Opto Squad的大名可不是白叫的。
