Физический смысл световых величин

ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ СВЕТОВЫХ ВЕЛИЧИН

По стандарту ГОСТ 7601—78 световой поток Ф определяется так: «Величина, пропорциональная по­току излучения, оцененному с учетом относительной спектральной световой эффективности монохромати­ческого излучения», т. е. с учетом V().

Но V () характеризует чувствительность глаза к излучениям, т. е. наше восприятие света, наше ощу­щение. И поскольку в определении светового потока присутствует ссылка на V(), возникает вопрос: что же такое световой поток - физический стимул или субъективное ощущение? А если световой поток толь­ко ощущение, то и все производные от него вели­чины: сила света, освещенность, яркость — должны лишиться физической опоры и отойти в область фи­зиологии и психологии. Так ли это?

Большая заслуга в области построения самого фундамента фотометрии и смежных с нею наук - колориметрии, светотехники - принадлежит советским ученым. Это , , М. М. Гу­рьевич, , g,. Н. Юстова, , и др.

Именно в 1929 г. опубликовал статью, в которой убедительно доказал физическую сущность световых величин. В сильно сокра­щенном и несколько упрощенном виде рассуждения сводятся к следующему. Энергию из­лучения можно измерить по нагреванию поглощающего излучения тела. Если за время температура тела увеличилась на , зная теплоемкость тела, легко найти количество поглощенной энергии , а следовательно, и поток излучения Р, падавший на тело:

Но трудно достигнуть того, чтоб тело полностью поглощало падающую на него энергию. Кроме того, часть полученной теплоты будет неизбежно уходить|с излучением самого нагревающегося тела. Таким образом, найденный по формуле (3.14) поток Р не будет равен падающему потоку Ро. Однако вряд ли есть основания сомневаться в том, что Р — физиче­ская величина.

Можно пойти дальше, например измерять поток излучения не по тепловому, а по фотоэлектрическому действию. На воздействие потока Ро фотоэлемент бу­дет отвечать током, сила которого i будет пропорцио­нальна мощности Ро: так, если мы вдвое уменьшим расстояние до источника излучения, сила тока i воз­растет в четыре раза, см. формулу E = I/r.

Однако, если мощность падающего на фотоэлемент излучения увеличить в четыре раза не прибли­жением излучателя к фотоэлементу, а каким-нибудь другим способом, например повышением температуры, сила тока фотоэлемента возрастет отнюдь не в четыре раза.

Дело в том, что реакция фотоэлемента селективна: излучения разных длин волн действуют на него в различной степени. Повышение температуры изменяет не только интегральную мощность излучения, но и его спектральный состав. А сила тока в фотоэлементе зависит не только от мощности излучения, но и от его спектрального состава. И все же показания фотоэлемента отражают определенные физические явления, т. е.эти явления поддаются обычным физическим измерениям.

Здесь уже один шаг до глаза. Глаз – тоже селективный приемник, и поток излучения, оцененный таким приемником, назовем световым потоком. Но здесь возможно последнее сомнение: спектральная чувствительность у разных людей различна, значит, одному и тому же потоку излучения могут соответствовать разные световые потоки. На это можно возразить, что поток излучения должен оцениваться не любым человеком, а с помощью официально принятой функции V().

Новое, международно принятое определение подчеркивает это: «Световой поток – величина, образующаяся от лучистого потока при оценке излучения по его действию на селективный приемник, спектральная чувствительность которого определяется нормализованной функцией относительной световой эффективности излучения».

Итак, световой поток – это материальный физический стимул, и единица его люмен – такая же единица физической величины, как ватт, вольт, ньютон.

По формуле

Ф=

поток излучения, выраженный в ваттах, совершенно однозначно пересчитывается в световой поток с помощью официально принятых значений V().

Вместе со световым потоком приобретают физический смысл и производные от его величины: сила света, освещенность, яркость.