Политех в Сети

Сайт для Учебы

2.7. Световые фотометрические понятия и единицы при световых измерениях

Рейтинг пользователей: / 2
ХудшийЛучший 

1. Силой света источника J в заданном направлении называют световой поток, посылаемый им в этом направлении и отнесённый к единице телесного угла.

Единицей силы света источника в СИ служит кандела (старое название - свеча). Это основная фотометрическая единица. Она осуществляется с помощью светового эталона в виде абсолютно чёрного тела при температуре затвердевания чистой платины (2046,6 К) и давлении 101325 Па. Устройство эталона показано на рис. 4.

Рис. 4

Устройство светового эталона.

1 – платина, 2 – трубочка из плавленой окиси тория, 3 – сосуд из плавленой окиси тория, 4 – засыпка из окиси тория, 5 – сосуд из кварца. Нагрев и расплавление платины производятся токами высокой частоты. Излучателем света служит трубочка 2, стенки которой по всей длине имеют одну и ту же температуру, равную температуре окружающей нагретой платины.

Кандела (кд) есть сила света, излучаемого в направлении нормали с 1/60 см2 излучающей поверхности указанного светового эталона. До введения этого эталона (он был введён с 1 января 1948г.) единицей силы света источника служила международная свеча (м. св.), равная 1,005 кд.

Световой поток. определяется как мощность светового излучения, оцениваемая по его действию на нормальный глаз. За единицу светового потока в СИ принимается люмен (лм). Он равен световому потоку, излучаемому изотропным источником с силой света в одну канделу в пределах телесного угла а один стерадиан: 1 лм = 1 кд×1 ср.

Рис. 5 Кривая видности.

Кривая видности характеризует чувствительность глаза к излучениям различных длин волн. На этой кривой по оси абсцисс откладывается длина волны, а по оси координат – видность VL (или световая эффективность), т. е. величина, обратная энергетической мощности излучений, которые при оценке глазом воспринимаются как одинаково яркие. Кривая видности среднего нормального глаза при дневном зрении, утверждённая Международной осветительной комиссией, имеет максимум в жёлто-зелёной части спектра при l = 555 нм.

Следовательно, поток энергии излучения, измеряемый в ваттах, можно рассматривать и как световой поток, измеряя его в люменах. Световая эффективность потока энергии излучения, или просто световая эффективность V, есть число люменов, соответствующее мощности в один ватт (лм/Вт). Обратная величина (Вт/лм) называется механическим эквивалентом МСв. Из-за различия чувствительности глаза к различным участкам спектра обе этих величины зависят от длины волны l. Принято приводить их значения для l = 555нм, где чувствительность глаза максимальна. Для такой длины волны эти величины по новейшим измерениям равны соответственно: VL max = 683 лм/Вт, МСв miN = 0,00146 Вт/лм.

Пользуясь кривой видности среднего человеческого глаза, приведённой на рис. 5, нетрудно найти значения этих величин для любой длины волны видимого спектра излучения.

При сумеречном зрении, когда работает только палочковый аппарат, кривая видности сохраняет свой общий вид, но смещается в сторону коротких волн с максимумом около 510 нм.

Введём также понятие относительной видности KL = VL/VL max. Как видно из рис. 5, относительная видность KL принимается за единицу для l = 555нм, а для остальных длин волн видимой области она меньше единицы. Если нужно вызвать одинаковое зрительное ощущение света двух длин волн, необходимо, чтобы величина энергетического потока излучения была больше для той длины волны, для которой глаз более чувствителен. Поэтому можно сказать, что значения функции видности двух длин волн l1 и l2 обратно пропорциональны величинам энергетических потоков, вызывающих одинаковые по интенсивности зрительные ощущения:

(18)

Поэтому для узкого спектрального интервала DL световой поток DF равен произведению потока энергии излучения DФ на значение функции видности:

Или с учётом формулы (4)

При этом полный световой поток запишется так:

(19)

Яркостью в СИ называется отношение силы света в 1 кд к площади светящеёся поверхности.

В системе СГС в качестве единицы яркости был принят стильб (сб): 1 сб = 1 кд/1 см2.

Светимость. В СИ за единицу светимости (светности) принимается светимость источника, каждый квадратный метр которого даёт световой поток в один люмен (лм/м2).

Освещённость. Единица освещённости в СИ люкс (лк). Это освещённость поверхности, на каждый квадратный метр которой падает световой поток в один люмен: (1 лк = 1 лм/1 м2).

В системе СГС единица освещённости фот — освещённость поверхности, на квадратный сантиметр которой падает поток в один люмен: 1 фот = 104 лк.

Кроме перечисленных величин также применяются понятия освечивание - произведение силы света на время освещения (кд×с):

(20)

И количество освещения (экспозиция) - произведение освещённости на время освещения (лк×с):

(21)

Две категории характеристик излучения, которые были введены нами, отличаются друг от друга способами их регистрации.