Физика (стр. 5 )

Единица энергетической силы света – ватт на стерадиан (Вт/ср).

Энергетическая яркость (лучистость) Ве - величина, равная отношению энергетической силы света ΔIе с элемента излучающей поверхности к площади ΔS проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения:

Единица энергетической яркости – ватт на стерадиан – метр в квадрате

Энергетическая освещенность (облученность) Ее характеризует величину потока излучения, падающего на единицу освещаемой поверхности. Единица энергетической освещенности совпадает с единицей энергетической светимости

Световые величины

При оптических измерениях используют различные приемники излучения (например, глаз, фотоэлементы, фотоумножители), которые не обладают одинаковой чувствительностью к энергии различных длин волн, являясь, таким образом, селективными (избирательными).

Каждый приемник излучения характеризуется своей зависимостью чувствительности к свету различных длин волн. Поэтому световые измерения, являясь субъективными, отличаются от объективных, энергетических и для них вводятся световые единицы, используемые только для видимого света.

Основной световой единицей в СИ является кандела.

Кандела – сила света (I), испускаемого с площади излучателя в перпендикулярном к этому сечению направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины (2046,6 К) при давлении 101325 Па.

Световой поток (Ф) определяется как мощность оптического излучения по вызываемому им световому ощущению (по его действию на селективный приемник света с заданной спектральной чувствительностью).

Единица светового потока – люмен (лм): 1 лм – световой поток, испускаемый точечным источником силой света в 1 кд внутри телесного угла в 1 ср (при равномерности поля излучения внутри телесного угла) (1 лм = 1 кд×ср).

Светимость (R) определяется соотношением

Единица светимости – люмен на метр в квадрате .

Яркость () светящейся поверхности в некотором направлении есть величина, равная отношению силы света I в этом направлении к площади S проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:

Единица яркости – кандела на метр в квадрате

Освещенность (Е) - величина, равная отношению светового потока Ф , падающего на поверхность, к площади S этой поверхности:

Единица освещенности – люкс (лк):

1 лк – освещенность поверхности, на 1м2 которой падает световой поток в 1 лм(1 лк=1лм/м2) . Фундаментальный для фотометрии закон: при нормальном падении света на освещаемую поверхность, r – расстояние до точечного источника от освещенной поверхности.

Т. к. любой излучатель света обладает спектром оптического излучения, что предполагает распределение энергии по длинам волн спектра. Это в свою очередь можно связать с чувствительностью приемника, что особенно отмечено для глаза. Чтобы установить связь зрительного восприятия с мощностью энергетического потока, необходимо определить его спектральную чувствительность. Её называют видностью излучения. Видность представляет собой функциональную зависимость светового потока, вызванного энергетической мощностью в 1 Вт, от длинны волны (рис. 1). Видность обозначена , измеряется в лм/Вт (люмен на Ватт).

Рис.1

Функция видности имеет максимум при длине волны λ =0,555 мкм и равна 683 лм/Вт.

Иногда кривую видности приедставляют в относительных единицах (рис. 2).

Рис. 2

Численные значения ординат кривой видности в относительных единицах приведены в таблице 1.

Таблица 1

Значения видности

λ, нм		λ, нм		λ, нм
400	0,0004	520	0,710	640	0,175
410	0,0012	530	0,862	650	0,107
420	0,0040	540	0,954	660	0,061
430	0,0116	550	0,995	670	0,032
440	0,023	560	0,995	680	0,017
450	0,038	570	0,952	690	0,0082
460	0,060	580	0,870	700	0,0047
470	0,091	590	0,757	710	0,0021
480	0,139	600	0,631	720	0,00105
490	0,208	610	0,503	730	0,00052
500	0,323	620	0,381	740	0,00025
510	0,503	630	0,265	750	0,00012
				760	0,00006

Пример 1

Для чтения считается нормальной освещенность, равная 50 лк. На какой высоте над столом следует поместить лампу мощностью 100 Вт, чтобы обеспечить такую освещенность на поверхности стола, непосредственно под лампой.

Решение

Представляя лампу точечным изотропным источником, световой поток определим: Отсюда, сила света выразится: где N - мощность лампы. Связь освещенности с силой света источника определяется формулой где угол - определяет направление светового потока на освещаемую поверхность. В условии задачи Связывая все формулы, выразим расстояние Подставив значение всех известных величин, получим r=0,4 м.

Пример 2

Определить полный световой поток, даваемый источником, если на расстоянии 2 м от него освещенность 15 лк. Силу света по всем направлениям считать одинаковой.

Решение

При нормальном падении света на освещаемую поверхность, воспользуемся формулой : отсюда Для изотропного источника световой поток определяется: Подставив данные, вычислим

Пример 3

Через круглое окно проходит поток 12,5 Вт от точечного источника, находящегося на расстоянии 40 см от окна. Диаметр окна 60 см. определить силу света источника.

Решение

На элементарную площадку окна попадает световой поток:

Выражая где l= расстояние от точечного источника S соответствующей площадки окна, r – радиус соответствующего сектора площади окна. Возьмем дифференциал от r по : подставив для определения потока через элементарную площадь окна, получим: , угол меняется от 0 до . Возьмем интеграл: