Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Сиротюк

§ 36. Основні фотометричні величини

Світло як вид матерії переносить певну енергію, яку називають світловою, або променистою. Ця енергія в процесі взаємодії світла з речовиною може перетворюватися в інші види енергії — внутрішню, хімічну, електричну. Дія світла на око, фотопластинку, фотоплівку чи будь-який інший об’єкт характеризується передусім значенням переданої енергії. У практичній світлотехніці вимірювання фотометричних величин здебільшого здійснюється способом порівняння світлових впливів на око людини. Таке вимірювання має суб’єктивний характер. Ним не можна обмежитися, бо, скажімо, тіло за температури до 700 К може бути дуже потужним джерелом інфрачервоного випромінювання, відігравати важливу роль у виробничих процесах, але за зоровими відчуттями належати до нульових джерел світла, оскільки воно невидиме. Тому у фотометрії доводиться користуватися подвійними одиницями фізичних величин: енергетичними і візуальними, що ґрунтуються на зорових відчуттях.

До найважливіших фотометричних величин належать: потік променистої енергії Р, світловий потік Ф, сила світла І, яскравість В, світність джерела R, освітленість Е.

Кількість енергії, що переноситься світлом через будь-яку поверхню за одиницю часу, називають потоком променистої енергії:

Потік променистої енергії має розмірність потужності, його можна виміряти за часом і кількістю теплоти, яку отримує тіло при повному поглинанні світла. Чутливість ока до світла різної довжини хвилі характеризується особливою величиною, яку називають функцією видності. Значення функції видності Vλ для світлової хвилі завдовжки 555 нм приймають таким, що дорівнює одиниці. Для інших довжин світлових хвиль воно менше від одиниці і визначається за кривою видності, затвердженою Міжнародною комісією з освітлення. З графіка (мал. 2.66) видно, що потік світла довжиною хвилі 510 нм або 610 нм має бути вдвічі потужнішим, ніж потік світла довжиною хвилі 555 нм, щоб зорові відчуття від них були однаковими.

Мал. 2.66

Світловий потік — це потік променистої енергії, оцінюваний за зоровим відчуттям.

За світловим потоком роблять висновок про рівень зорового збудження, що зумовлюється світлом даної потужності і спектрального складу. Одиницею світлового потоку Ф є 1 люмен (1 лм). У фотометрії для спрощення означень ряду величин користуються поняттям точкового джерела світла. Під точковим розуміють таке джерело світла, розмірами якого можна знехтувати порівняно з відстанню до місця спостереження. Це ізотропне джерело, випромінювання якого в усіх напрямках однакове. Користуються також тілесними кутами, вираженими в стерадіанах. Стерадіан (ср) — центральний тілесний кут, що спирається на частину сферичної поверхні, площа якої дорівнює квадрату радіуса сфери.

Люмен — світловий потік, який випромінюється точковим джерелом світла силою 1 кандела в тілесний кут, що дорівнює 1 стерадіан. Світловий потік, що випромінюється точковим джерелом в будь-який тілесний кут, Ф = IΩ, де I — сила світла точкового джерела; Ω — тілесний кут. Повний світловий потік точкового джерела Ф = 4πI.

Сила світла — характеристика джерела світла.

Сила світла — величина, що визначає за зоровими відчуттями енергію випромінювання точкового джерела в тілесний кут, що дорівнює 1 стерадіан, за одиницю часу.

Інакше кажучи, сила світла вимірюється світловим потоком, що випромінюється в тілесний кут, який дорівнює 1 стерадіан, тобто

Одиницею сили світла в СІ є 1 кандела (1 кд).

Яскравість. Характеристикою випромінювання протяжних джерел світла в даному напрямку є яскравість. Яскравість В визначається відношенням сили світла в заданому напрямку до проекції світної поверхні на площину, перпендикулярну до цього напрямку:

де І — сила світла джерела S в перпендикулярному напрямку.

Світність — це характеристика протяжного джерела світла за густиною випромінювання його поверхні. Вона визначається сумарним світловим потоком, що випромінюється з одиниці світної поверхні в усіх напрямках:

Одиницею світності в СІ є 1 люмен на метр квадратний (1 лм/1 м2).

Освітленість. Освітленість є характеристикою поверхні, на яку падає світло. Освітленість визначається світловим потоком, що падає на одиницю площі освітлюваної поверхні, тобто

Ця формула виражає два закони освітленості Ламберта: 1) освітленість поверхні, створювана точковим джерелом світла, обернено пропорційна квадрату відстані від джерела; 2) освітленість поверхні прямо пропорційна косинусу кута падіння світла.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. Які фотометричні величини ви знаєте?
  • 2. Як вони поділяються відносно їхніх одиниць?
  • 3. Сформулюйте означення фотометричних величин.
  • 4. Назвіть закони освітленості Ламберта.

Дослідіть, як впливає освітленість довколишнього середовища на працездатність людини.

РОЗВ’ЯЗУЄМО РАЗОМ

1. Для визначення довжини світлової хвилі використовували дифракційну ґратку, період якої 0,01 мм. Перше дифракційне зображення на екрані отримали на відстані 11,8 см від центрального зображення і на відстані 2 м від ґратки. Визначте довжину світлової хвилі.

Розв’язання

Розв’язання

Мал. 2.67

Розв’язання

Мал. 2.68