10.2. Фотометрические величины и единицы их измерения

Световой поток  есть характеристика интенсивности света с учетом зрительных ощущений. Единица измерения светового потока — люмен, Также световым потоком называют поток световой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению. Физический смысл единицы светового потока (лм) состоит в том, 1 люмен есть поток, излучаемый изотропным источником с силой света I = 1 кандела в пределах телесного угла Ω = 1 стерадиан.

Изотропным называют источник, излучение которого равноправно по всем направлениям.

Телесный угол (рис. 10.12) измеряется отношением площади той части сферы с центром в вершине угла, которая вырезается этим телесным углом, к квадрату радиуса сферы

Рис. 10.12. Телесный угол

Телесные углы измеряются отвлеченными (безразмерными) числами. Единицей измерения телесного угла в системе СИ является стерадиан (ср), равный телесному углу, вырезающему из сферы единичного радиуса поверхность с площадью в 1 м2. Полная сфера образует телесный угол, равный 4π стерадиан (полный телесный угол)

Сила света I — поток излучения источника на единицу телесного угла

  • Для точечного источника .
  • Для линейного источника

Освещенность поверхности E — световой поток, падающий на единицу поверхности dS:

где α — угол падения луча (напомню, что он отсчитывается от нормали), r — расстояние до источника. Единица измерения освещенности [E] = лк (люкс). Освещенность, создаваемая линейным источником длиной l на расстоянии r от источника определяется как

где 2α — угол зрения из точки наблюдения на концы линейного источника.

Яркость L определяется выражением

где α — угол падения луча (отсчитывается от перпендикуляра). У яркости нет собственной единицы измерения, используется производная единица [L] = кд/м2.

Для Ламбертовского шарового источника L = I/πr2. Ламбертовским называют источник, яркость которого постоянна и не зависит от направления (изотропна).

Светимость M определяется как

т.е. как отношение испускаемого светящимся объектом (площадкой) потока к площади этой площадки dS.

Для Ламбертовского источника справедливо соотношение Ламберта

Единица измерения светимости [M] = лм/м2.

Пример решения задачи

Дано: в дни весеннего и осеннего равноденствий Солнце на экваторе стоит в зените. Во сколько раз в эти дни освещенность горизонтальной площадки на экваторе больше освещенности такой же площадки в Москве (Москва находится на широте φ ≈ 55°).

Решение: освещенность площадки на экваторе определим как

в Москве — Искомое отношение


Спектральная чувствительность человеческого глаза. Наш глаз по-разному восприимчив к различным компонентам видимого спектра. Вспомним, что «белый» свет несет в себе множество компонент, из которых принято выделять красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый цвета.

Порядок расположения цветов в спектре легко запомнить, пользуясь мнемоническим правилом: «Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан». В этом правиле каждое слово начинается с той буквы, с которой соответствующий цвет в спектре (Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Голубой, Синий, Фиолетовый). Красная компонента имеет самую большую длину волны (следовательно, самую низкую частоту), фиолетовая — наоборот, λ = c/ν.

При дневном освещении человеческий глаз наиболее чувствителен к свету с длиной волны λ = 555 ÷ 556 нм (рис. 10.13), что соответствует зеленому цвету, при вечернем освещении (сумеречном) максимум немного смещается влево, к λ = 510 нм, это ближе к синему цвету.

Рис. 10.13. Относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения:

1 — сумеречное, 2 — дневное зрение

Данное явление можно объяснить тем, что при ярком свете зрение осуществляется преимущественно колбочками, а при слабом задействуются предпочтительно палочки.

Спектральная чувствительность глаза напрямую связана с относительной спектральной световой эффективностью монохроматического излучения. Именно она обозначена на рисунке 10.13 буквой V и выражена в процентах. Физический смысл этой величины состоит в том, что она представляет собой относительную спектральную чувствительность среднего человеческого глаза.

Интересно еще и то, что кривые дневного и сумеречного зрения имеют точку пересечения (см. рис. 10.13). Это значит, что наш глаз одинаково восприимчив к свету с длиной волны в соответствующей точке графика как днем, так и вечером. Это соответствует оттенку зеленого цвета.

Важно запомнить

  1. Телесный угол
  2. Сила света
  3. Освещенность поверхности:
  4. Яркость:
  5. Светимость: соотношение Ламберта
Последнее изменение: пятница, 16 Сентябрь 2016, 18:27