 |
Элементы фотометрии
|
|
|
|
Фотометрия – это раздел оптики, который изучает методы и приемы измерения видимого света (интервал электромагнитного излучения Δ λ = 380 ÷ 760 нм).
Поток энергии, который несут световые волны, можно оценить двояко: 1) энергетически – как количество энергии, проходящей через данную поверхность в единицу времени (т. е. мощность P, измеряется в Ваттах), или 2) по зрительному ощущению. Мерой чувствительности глаза к свету различной длины волны можно характеризовать кривой видности (рис. 6). Абсциссой этой кривой служат длины волн λ, а ординатой – коэффициенты видности Vλ , т. е. величины обратно пропорциональных мощностям монохроматических излучений, равноярких с точки зрения визуальной оценки. Кривая видности имеет максимум при λ = 555 нм, условно принимаемый за 1; при удалении от максимума кривая быстро убывает к 0. Так, например, для λ = 670 нм требуется мощность, примерно в 30 больше, чем для λ = 550 нм, чтобы вызвать одинаковое по силе зрительное ощущение.
|
| Рис. 6 |
В фотометрии введено понятие светового потока Ф, оценивая поток энергии света по зрительному ощущению. Световой поток монохроматического излучения (излучение с определенной длиной волны и частотой): Фλ = Pλ · Vλ . Если излучение осуществляется волнами различной длины, то световой поток такого излучения слагается из световых потоков Ф для каждой длины волны: Ф = Σ Фλ = Σ Pλ · Vλ . Световой поток измеряется в люменах (лм).
На пути светового потока (рис. 7), идущего от то-
|
| Рис. 7 |
чечного источника 0 (его размеры малы по сравнению с расстоянием до места наблюдения и свет испускается равномерно по всем направлениям), на расстоянии r расположена малая площадка s, нормаль 
к которой составляет угол α с лучем. На площадку s от источника 0 попадает световой поток, ограниченный телесным углом Ω. Мерой телесного угла Ω служит отношение площади сферы Sсф, вырезаемой конической поверхностью на сфере произвольного радиуса r c центром в вершине 0 конической поверхности, к квадрату радиуса:
|
|
|
(21)
Измеряется Ω в стерадианах (ср).
Сила света I точечного источника света (в данном направлении) равна отношению светового потока Ф к величине телесного угла Ω:
(22)
Единицей измерения силы света служит кандела (кд). В СИ кандела является основной единицей.
Освещенностью E поверхности называется величина, равная отношению светового потока Ф, падающего на данную поверхность, к ее площади s:
(23)
Измеряется освещенность в люксах (лк).
Освещенность в разных точках поверхности может быть различна. Для вычисления освещенности следует воспользоваться формулами (21), (22), (23):
(24)
Соотношение
(25)
называется законом освещенности от точечного источника света.
В таблице 1 сравнивается световые и энергетические единицы фотометрических величин.
Таблица 1
| Величины | Обозначение | Едини-ца свето-вая | Символ | Единица энергетическая |
| Световой поток | Ф | люмен | лм | Ватт |
| Сила света | I | кандела | кд | Ватт/стера-диан |
| Освещенность | E | люкс | лк | Ватт/м2 |
Если источник света нельзя считать точечным, то для его характеристики в фотометрии вводятся понятия – светимость и яркость, которые характеризуют излучение единицы площади светящейся поверхности.
Яркость светящейся поверхности вычисляется по формуле:
(26)
|
|
|
где I − сила света элемента излучающей поверхности;
s − площадь проекции элемента излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения;
φ − угол между направлением излучения и нормалью к площадке ds.
Светимость определяется соотношением:
(27)
где Ф − световой поток, испускаемый поверхностью;
s − площадь этой поверхности.
Приборы, служащие для измерения световых величин, называются фотометрами. Если шкала фотометра проградуирована в единицах освещенности – люксах, прибор называется люксметром.
|
|
|
