Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Например, Солнце при не очень тщательных наблюдениях кажется нам плоским диском равномерной яркости: это доказывает, что Солнце является источником, довольно хорошо подчиняющимся закону Ламберта. Знание яркости существенно необходимо при исследовании самосветящихся предметов, в частности, источников света. Наш глаз реагирует непосредственно на яркость источника (см. ~ 10).
Понятие яркости используется и в теории излучения (см. гл. ХХХ'Л). д. С в е т и м о с т ь Я. С понятием яркости тесно связано понятие светимости 5, представляющей собой интегральную величину, т.е. суммарный поток, посылаемый единицей поверхности наружу по всем наtравлениям (внутрь телесного угла 2я). Таким образом, Я= —, ~7.9) Г11. П1. ФОТОМЕТ!~ИЧЕСКИЕ НОНЯ'ГИЯ И КДИНИЦЫ 45 если Ф есть полный поток, посылаемый светящейся площадкой о наружу по всем направлениям. Светимость и яркость связаны между собой простым соотношением. Поток внутри телесного угла Ий по направлению г будет 11Ф = В1 т сов г пИ = В,<т э1п г' соэ |, 'й Йр, так как гИ = э1пг'й Йр, где у — азимутальный угол. Чтобы получить поток, испускаемый площадкой о, надо это выражение проинтегрировать по всем значениям 1 и у, определяющим направление внутрь полусферы, т.е.
по г от ну.тя до 1г/2 и по ~р от нуля до 21г. Итак, полный поток ~предполагается независимость В, от у) 2к к/2 к/2 Ф = ~ НФ = ~т ~ йр „~ В1эшгсоэг'й = 21ггг ~ В1эш1соэ1',й. о о о Вместе с тем, тот же поток можно выразить через светимость Я: Ф=пБ. Таким образом, связь между светимостью и яркостью выражается соотно1пением т,/2 Я = 2к ~ В,соэ1э1п1,й. о (7.10) Д~ля источников, повинующихся закону Ламберта, В, = В, т.е. не зависит от г. В этом случае имеем ~гг 2 Я = 21гВ ~ соэ1э1пг'й = 1гВ. (7.11) о Светимость - очень удобное для многих расчетов понятие. Мь1 с ним встретимся также в теории излучения. Соотношение Ф = ~тЯ показывает, что светимость Я имеет ту же размерность, что и освеп1енность Е, и представ,ляет собой поток, отнесенный к единице поверхности. Светимость характеризует свечение поверхности, т;е.
поток, отходлщий от единицы поверхности: освещенность же характеризует освещение поверхности, т.е. поток, приходяи~ий на единицу поверхности. е. Интенсивность светового потока Л. Дляхарактеристики светового поля можно ввести еще понятие ин1пенсивносши светиового пошока. Под интенсивностью понимают величину светового потока, протекающего через единицу видимого сечения по направлению, определяемому углом 1 между направлением потока и нормалью к этому сечению, внутрь единичного телесного угла: Л= (7.12) ввидиник Таким образом, интенсивность светового потока играет для характеристики светового поля ту же роль, что и яркость для характеристики светящейся поверхности.
Поэтому ее нередко называют также яркостью светового потоки Из сказанного выше должно быть ясным, что большое количество понятий, связанных с переносимой светом энергией, обусловлено„ в конечном итоге, законом прямолинейного распространения света, в силу которого световая энергия может переноситься по-разному в различных направлениях и через элементы поверхности, находящиеся в разных точках. Наиболее дифференцированной характеристикой светового поля служит яркость (или интенсивность), определяющая мощность, распространяющуюся в заданном направлении вблизи заданной точки пространства.
Сила света описывает мощность, также распространяющуюся в заданном направлении, но от всей поверхности протяженного источника. Освещенность и светимость характеризуют мощность, которая распространяется вблизи какой-либо определенной точки пространства во всех направлениях.
Наконец, наиболее интегральной характеристикой является поток, мощность, переносимая во всех направлениях через всю заданную поверхность. Приведенные соображения наглядно иллюстрируются соотношениями между введенными величинами и яркостью: У = ~ В,совьет, Е = ~ В,соэ~дй, Ф = ~ В,соыйтдй. В зависимости от назначения и устройства регистрирующей аппаратуры результаты измерений наиболее естественно выражаются через ту или иную фотометрическую величину. При наблюдении, например, звезд глаз реагирует на свет, испущенный в направлении наблюдателя всей поверхностью звезды; следовательно, в данном случае удобно говорить о силе света звезды.
В фотографических приборах неважно, в каком направлении пришел свет в данную точку фотопленки и вызвал ее почернение, т.е. пленка осуществляет интегрирование энергии по углам; поэтому здесь регистрируется освещенность. В приборах с фотоэлектрическими или тепловыми приемниками излучения измеряется, как правило, полный поток, попадающий на всю поверхность приемника по всем направлениям. Единицы измерения введенных фотометрических величин зависят, естественно, от выбора системы единиц. В системе СИ поток измеряется в ваттах„освещенность и светимость — в Вт/м, сила света — в 2 Вт/ср, яркость и интенсивность -- в Вт/(м~ ср). Отметим„однако, что в оптических экспериментах сравнительно редко возникает необходимость подсчета потока, проходящего через поверхности с линейными размерами порядка метра.
Как правило, речь идет о поверхностях с размерами порядка сантиметра (линзы, зеркала и другие элементы приборов) либо миллиметра (изображение). Поэтому отнесение мощности к м неудобно, и в научной литературе часто используются еди- 2 ницы Вт/см = 10 Вт/м и Вт/мм~ = 10 Вт/м . гл. ш. л отомктгичкскии понятия и вдинипы 8 8. Переход от энергетических величин к световым 47 0,40 0 400 440 480 520 560 600 640 680720 Мы пользовались до сих пор для определения величины потока и всех связанных с ним величин обычными единицами энергии и мощности, например, джоулями и ваттами, Такого рода энергетические измерения и выполняются, когда приемником для света является универсальный приемник, например, термоэлемепт, действие которого основано на превращении поглощенной световой энергии в тепловую.
Необходимо, однако, иметь в виду, что гораздо чаще мы используем в качестве приемников специальные аппараты, реакция которых зависит не только от энергии, приносимой светом, но также и от его спектрального состава. Такими весьма распространенными се,аелллпллвнмми приемниками являются фотопластинка, фотоэлемент и особенно человеческий глаз, играющий исключительно важную роль и при повседневном восприятии света, и как приемник излучения во многих оптических приборах.
В соответствии с этим при многочисленных световых измерениях необходимо принимать во внимание особенности глаза, заставляющие выделять определенный у:зкий участок длин волн из всего многообразия электромагнитных колебаний. Нередко термином «свет» называют именно узкий интервал, заключенный примерно между 400 и 800 нм. С этой точки зрения интерес представляет не просто восприятие энергии, а свелповое восприятие ее. Поэтому следует установить переход от энергетических величин к величинам, характеризующим световое восприятие, и целесообразно ввести специальную систему единиц, приспособленную к свойствам глаза человека. Чувствительность глаза к свету различной длины волны можно охарактеризовать кривой виднослпи.
Абсциссами этой кривой служат длины волн Л, а ординатами — относительные чувствителыюсти глаза ил, т.е. величины, обратно пропорциональные мощностям моно- хроматического излучения, дающим одинаковые зрительные ощущения. Несмотря на субъективность таких оценок, воспроизводимость их достаточно хороша, и кривая видности ил, как пока- гх зывают измерения, не сильно меняется при переходе от одного наблюдателя к другому. Лишь у немногих людей гла- 060 за заметно отклоняются от нормы.
На основании многочисленных измерений установ- 0,,20 лен вид кривой видности, характеризующей средний нормальный глаз. Кривая л, нм видности иллеет максимухл при А = 555 нм, условно Рис. 3.5. Кривая видности приниллаелльлй за единицу. Кривая, утвержденная Международной осветительной комиссией (МОК), изображена на рис. 3.5. Числовые значения ординат этой вввдннин кривой приведены в табл.
3.1. Из этой таблицы явствует; что, например, для Л = 760 нм требуется мощность, примерно в 20000 раз больше, чем для Л = 550 нм, чтобы вызвать одинаковое по силе зрительное ощущение. Таблица31 Значения вндности Л, нм 8 9. Единицы для световых измерений Принимая в качестве приемника световой энергии глаз, МОК определила световой пошок как пошок Аучисшой энергии, оиениваемой по зрите,льному ощущеиито.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
