physics_saveliev_3 (535941), страница 6
Текст из файла (страница 6)
') Интересно то, что в нзлученнн Солнца эта длина волны пред. ставлена с нанбольюей интенсивностью. Так, например, Р(Л) = 0,5 означает, что для получения зрительного ощущения такой же интенсивности свет данной длины волны должен иметь энергетическую мощность в два раза ббльшую, чем свет, для которого Р(Л) = !. Вне интервала видимых длин волн функция видности равна нулю. Для характеристики интенсивности света с учетом его способности вызывать зрительное ощущение вводится величина Ф, называемая световым потоком. Для интервала НЛ световой поток определяется как произведение потока энергии на соответствующее значение функции видности: с(Ф вЂ” — $' (Л) йФ,. (5.3) Выразив поток энергии через функцию распределе. нпя энергии по длинам волн согласно формуле (5.1), можно написать: 5 6.
Фотометрическне велмчниы и их единицы Сила света. Назовем т о ч е ч н ым такой источник света, размерами которого можно пренебречь по сравненн1о с расстоянием от места наблюдения до источника. В однородной и изотропной среде волна, излучаемая точечным источником, будет сферической. Для характеристики точечных источников света применяется сила с в е т а 1, которая определяется как поток излучения источника, приходящийся на единицу телесного угла: ИФ !=в ИЯ (6.1) (6.2) где Ф вЂ” полный световой поток, излучаемый источником по всем направлениям.
В случае протяженного источника можно говорить о силе света элемента его поверхности НЯ. Тогда под г(Ф в формуле (6.1) следует понимать световой поток, излучаемый элементом поверхности гИ в пределах телесного угла Нй. Единица силы света — с в е ч а (св) является одной из основных единиц Международной системы единиц (СИ). Ее значение принимается таким, чтобы яркость (см. ниже) полного излучателя при температуре затвердевания платины была равна 60 св на 1 см' (ГОСТ 9867-61).
Под полным излучателем понимается устройство, обладающее свойствами абсолютно черного тела (см. $50). Световой поток. Единицей светового потока являетсч люмен (лм). Он равен световому потоку, излучаемому изотропным источником с силой света в 1 св в пределах телесного угла в один стераднан: 1лм=1св 1 стер. (6.3) 26 (дФ вЂ” световой поток, излучаемый источником в преде. лах телесного угла г(11). В общем случае сила света зависит от направления! У=У(6,Ф) (6 и ~р — полярный и азимутальный углы в сферической системе координат).
Если! не зависит от направления, источник света называется и вот р оп н ы м. Для нзотропного источника Ф !=в 4я ' Опытным путем установлено, что световому потоку в 1 лм, образованному излучением с длиной волны Х = 0,555 мк, соответствует поток энергии в 0,00!6 вт. Величина (6.4) А = 0,00! 6 вт/лм носит название механического эквивалента с в е т а. Световому потоку в 1 лм, образованному излучением, для которого функция видности равна (т(Х), соответствует поток энергии в А/!т(Х) вг.
Освещенность. Степень освещенности некоторой поверхности падающим на нее световым потоком характеризуется величиной дФиад Е=— с!х (6.5) называемой о с в е щ е н н о с т ь ю (т(Фаад — световой поток, пада1ощий на элемент поверхности с(Я). Единицей освещенности является л ю к с (лк), равный освещенности, создаваемой потоком в ! лм, равномерно распределенным по поверхности в 1 м'-: 1 лк=1 лм.11 м"). (6,6) '1 Раньше применялась также единица осаещеиности — ф о т (ф1: 1 СЭ =! лм: 1 см' = 1ел лк.
Освещенность Е, создаваемую точечным источником, можно выразить через силу света /, расстояние и от поверхности до источника и угол а между нор- т!'о малью к поверхности п и направ- Рис. 11. лением на источник. На площадку ттрн (рис. 14) падает поток с(Ф,ад=/с(11, заключенный в пределах телесного угла с(ь1, опирающегося иа ЫЗ. Угол с(О равен с(Я соз а/и'. Следовательно, с!Фаад —— = /с(басова/и'. Разделив этот поток на Ю, получим: ст (6.7) Светимость. Протяженный источник света можно охарактеризовать с в е т и м о с т ь ю /с различных его (6.9) участков, под которой понимается световой поток, испускаемый единицей поверхности наружу по всем направлениям (в пределах значений 6 от 0 до и/2; 6— угол, образуемый данным направлением с внешней нормалью к поверхности): Я=в лсзнсп 03 (~/Ф„,„— поток, испускаемый наружу по всем направлениям элементом поверхности п5 источника).
Светимость может возникнуть за счет отражения поверхностью падающего на нее света. Тогда под ИФ„ч в формуле (6.8) следует понимать поток, отраженный элементом поверхности п5 по,всем направлениям. Саетимость измеряется в тех же единицах, что и освещенность — в люксах (и фотах).
Яркость. Светимость характеризует излучение (или отражение) света данным местом поверхности по всем направлениям. Для характеристики излучения (отражения) света в заданном направлении служит яркость В. Направление можно задать полярным углом 6 (от.
считываемым от внешней нормали и к излучающей' площадке Л5) и азимутальным углом ~р. Яркость определяется как отношение силы света элементаразр ной поверхности Л5 в данном п направлении к проекции площадки Л5 на плоскость, перпендикулярную к взятому направлению. Рассмотрим элементарный те- лБ лесный угол с(й, опирающийся на светящуюся плошадку Л5 и Рас 15. ориентированный в направлении (б,гр) (рис. 15). Сила света площадки Л5 в данном направлении согласно определению (6,1) равна / = пФ/И(1, где пФ вЂ” световой поток, распространяющийся в пределах угла пй. Проекцией Л5 на плоскость, перпендикулярную к направлению (6, ~р) (иа рис. !6 след этой плоскости изображен пунктиром), будет Л5созб.
Следовательно, яркость по определению равна ИФ =лиаз в' В общем случае яркость различна для разных направлений: В = В(д, ф). Как и светимость, яркость может быть использована для характеристики поверхности, отражающей падающий на нее свет. Согласно формуле (6.9) поток, излучаемый площадкой А5 в пределах телесного угла А(1 по направлению, определяемому 0 и ф, равен с(Ф = В(0, ф)с(иб5 созе. (6.10) Источники, яркость которых одинакова по всем направлениям (В = сопз(), называются л а м б е р т о в с к ими (подчиняющимися закону Ламберта) илн косин усными (поток, посылаемый элементом поверхности такого источника, пропорционален соз О).
Строго следует закону Ламберта только абсолютно черное тело. Светимость (с и яркость В лаыбертовского источника связаны простым соотношением. Чтобы найти его, подставим в-(6.10) с((л = з)пОЮс(ф и проинтегрируем полученное выражение по ф в пределах от 0 до 2п и по 0 от 0 до и/2, учтя, что В = сопя!. В результате мы найдем полный световой поток, искускаемый элементом поверхности Л5 ламбертовского источника наружу по всем направлениям: М>„,„= В Л5 ~ Йр ~ з!и д сон д Ю = пВ б5.
о о Разделив этот поток на Л5, получим светимость !см. (6.8)1 Таким образом, для ламбертовского источника (6.11) Единицей яркости служит свеча на квадратный метр (св/лса), или нит (нт). Яркостью в один нит обладает равномерно светящаяся плоская поверхность в направлении нормали к ней, если в этом направлении сила света одного квадратного метра поверхности равна одной свече'). '! Раньше применялась также единица яркости — с т н л ь б (сб1, равный ! св: ! сна.
Между стильбом н питом имеется соотношение: ! сб !О' ят. $7. Фотометрия Приборы, применяемые для сравнения источников света или световых потоков, называются фотометрами. Фотометры подразделяются на визуальные (основаиные на показаниях глаза) и о б ъ е к т и в н ы в (не требующие участия глаза). Визуальные фотометры основаны на способности гла. за хорошо устанавливать равенство яркостей двух соприкасающихся поверхностей. Наибольшее распростра' пение получил фотометр Люммера — Бродхуна (рис. 16), Рис 16. Основным его элементом является кубик, образованный двумя сложенными вместе прямоугольными стекляннымн призмами. Грань одной из них сошлифоваиа по краям таким образом, что касание между призмами осуществляется только в средней части поверхностей на эллиптическом участке ай. На этом участке призмы пришлифованы настолько хорошо, что образуют оптический контакт, т.е.
ведут себя подобно сплошному прозрачному телу. Следовательно, свет проходит через этот кон-. 30 такт, не претерпевая ни отражения, ни преломления. Предельный угол для стекла меньше 45', поэтому вне области оптического контакта лучи в обеих призмах претерпевают полное внутреннее отражение в в соседнюю призму не проникают. Сравниваемые источники света Я, и 5, устанавливаются по разные стороны от белой непрозрачной пластинки Р, которая рассеивает упавший на нее свет диффузно (равномерно по всем направлениям). Часть рассеянного света попадает на одинаковые рассеивающие пластинки Р, и Р,.
Между пластинками поставлен непрозрачный, поглощающий свет экран Е. Поэтому на пластинку Р, попадает лишь свет от источника 5ь на пластинку Р, — от источника Яь Отраженные от Р1 и Ра пучки света попадают на кубик. Идущий от кубика к линзе пучок света образован в средней части лучами, идущими от Р„во внешней части — лучами, идущими от Р,. В результате помещенный за линзой глаз увидит два концентрических поля сравнения, яркости которых пропорциональны освещенностям пластинок Р, и Рь Приодинаковой с обеих сторон освещенности пластинки Р граница между полями сравнения исчезает. Одинаковой освещенности можно достигнуть, подбирая расстояния г, и г, источников света от пластинки Р.
Если источники можно считать точечными, то равенству осве-. щенностей будет соответствовать условие (см. формулу (6.7)1: уь 1~ 2 2 ! 2 из которого по известной силе света эталонного источника можно найти силу света источника, сравниваемого с эталоном. Вместо изменения расстояний от источников можно ослаблять поток света, идущий от одного из источников, в известное число раз. Для этого можно воспользоваться, например, образованным двумя клиньями фильтром переменной толщины (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
