强度、距离和平方反比定律
发布时间：2013-12-10 本文作者：vishay
我和妻子最近带孩子们去了一趟旧金山的探索博物馆 (Exploratorium)。这是一座允许参观者亲自动手体验的科学博物馆，其展览内容涵盖一系列主题：磁性、声音、重力、结构频率及光。其中一个展览介绍了光的平方反比定律。这使我想起我们的客户常常要求Opto Squad使用一个发射体和检波器来提供远距离的光学数据传输。如果光是经过调制的，例如在38 kHz条件下进行调制，我们就能使用一个TSOP3238 IR接收器和一个TSAL6400发射体轻易达到30米远的传输距离。但如果没有经过调制，我们则需要解释为什么传输距离会相对较短；我们解释了光传输的平方反比定律。我将尝试通过复制Exploratorium展览来演示该定律。
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光源密封在一个盒子中，盒子的一个表面之上有256个以16x 16矩阵排列的孔。通过其中每个孔的光是一个点光源；这个点光源会扩展开来，像一个逐渐膨胀的球形。光照在一个滑动显示表面上，该表面朝向光源的一侧上画有一个方框。
距离1
当滑动显示表面位于距离1时，所有256个光点都位于方框之内。光源距显示表面的实际距离是多少无关紧要，因为我们只感兴趣当该表面远离光源时会发生什么事情。
距离2
显示表面现在距光源两倍远。我们凭经验知道，当我们远离光源（例如街灯）时，光的强度会变小。从方框中的光点数量来看，我们就知道原因何在了。这时到达到该正方形的光量少多了，实际上只有在距离1时光量的1/4；亦即64个光点。也就是说，如果我们使距离加倍，那么强度就会减小到原来的1/4。2的平方等于4，取倒数并乘以在距离1时的256个光点正是64个光点。
距离4
与距离1相比，显示表面现在距离光源四倍远。这时方框中的光强是多少？同样，到达正方形的光量大为减少，实际上中只有在距离1时光量的1/16；亦即16个光点。也就是说，如果我们使距离达到四倍，那么强度就会减小到原来的1/16。4的平方等于16，取倒数并乘以在距离1时的256个光点正是16个光点。
I=P/A=P/4πR2
光的强度以1/d2的关系减小，其中d是距光源的距离。重力效应也是基于平方反比律。地球重力的拉力以1/r2的关系减小，其中r是距地心的距离。声音、辐射及电力莫不如此。
当你想使用光来进行远距离通信时应当记住这一定律。但不要因此而退缩。要知道，我们有许多工具来帮助你达成你的目标。我们Opto Squad的大名可不是白叫的。
