Основные фотометрические величины и их единицы

Фотометрия – раздел физики, занимающийся вопросами измерения интенсивности света и его источников. Свет – электромагнитная волна, которая несет с собою энергию. Плотность потока энергии определяется вектором Пойнтинга. Действие видимого света на человеческий глаз зависит не только от физических характеристик света (плотности потока энергии, длины волны или спектрального состава), но и от спектральной чувствительности глаза. Один и тот же поток энергии вызывает разное световое ощущение на разных длинах волн (это свойство называется селективностью). Поэтому в фотометрии используются как энергетические единицы (характеризующие энергетические параметры оптического излучения безотносительно к его действию на приемник излучения), так и световые (характеризующие физиологические действия света и оцениваются по воздействию на глаз). Световые измерения являются субъективными, они отличаются от объективных энергетических, поэтому для них вводятся специальные световые единицы, используемые только для видимого света.

Основной световой единицей в СИ является единица силы света - кандела (кд). Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540∙10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Энергетическая сила излучения - величина, равная отношению потока излучения точечного источника к телесному углу , в пределах которого это излучение распространяется:

. (6.35.16)

Единица силы излучения – ватт на стерадиан (Вт/ср).

Поток излучения – энергия, переносимая электромагнитной волной через какую-либо поверхность в единицу времени (мощность излучения).

Световой поток – световая величина, оценивающая поток излучения, т.е. мощность оптического излучения, по вызываемому им световому ощущению (по его действию на глаз).

Единица светового потока – люмен (лм). 1 лм – световой поток, испускаемый точечным источником света в телесном угле в 1 стерадиан при силе света в 1 канделу. 1 лм = 1 кд ∙ ср.

Сила света точечного источника – величина, равная световому потоку, излучаемому источником, в единичный телесный угол. Если точечный источник излучает по всем направлениям равномерно, то его сила света

(6.35.17)

Наиболее чувствителен глаз к излучению на длине волны 0,555 мкм. Спектральной световой эффективностью монохроматического излучения (видностью) называется отношение светового потока монохроматического излучения на длине волны к соответствующему потоку излучения.

Максимальная спектральная световая эффективность для дневного зрения человека = 683 лм/Вт на длине волны 555 нм. Отношение называется относительной спектральной световой эффективностью (относительной видностью) монохроматического излучения с длиной волны Максимальное значение 1. Световому потоку 1 лм на длине волны 550 нм соответствует поток излучения 0,00146 Вт. Световому потоку 1 лм на длине волны соответствует поток излучения 0,00146/

Светимость - поверхностная плотность светового потока излучения, испускаемого поверхностью, равная отношению светового потока к площади светящейся поверхности :

(6.35.18)

Единицей светимости является люкс (лк): 1 лк = 1лм/1 м².

Яркостью светящейся поверхности в направлении наблюдения называется величина, равная отношению силы света в этом направлении к площади проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную к данному направлению:

, (6.35.19)

где j– угол между нормалью к поверхности и направлением наблюдения. Единицей яркости является кандела на квадратный метр (кд/м²).

Освещенность поверхности — величина, равная отношению светового потока , падающего на поверхность, к площади этой поверхности :

(6.35.20)

Единицей освещенности является люкс (лк): 1 лк = 1 лм/1 м².

Освещенность, создаваемая точечным источником света на поверхности, находящейся от источника на расстоянии определяется по формуле:

(6.35.21)

где – сила света источника, – угол между нормалью к поверхности и направлением на источник.

Контрольные вопросы для самоподготовки студентов:

1. Сформулировать и пояснить основные законы оптики.

2. При каком условии наблюдается полное отражение?

3. Что такое линза? Их виды.

4. В чем заключается принцип Ферма?

5. Вывести формулу тонкой линзы.

6. Что такое фокусное расстояние линзы? оптическая сила линзы? фокальная плоскость линзы?

7. Чем отличаются энергетические и световые величины в фотометрии?

8. Дать определения основных фотометрических величин.

Литературные источники:

1. Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова. – М.: ACADEMIA, 2008.

2. Савельев, И.В. Курс общей физики: учеб. пособие для втузов: в 3-х томах / И.В.Савельев. – СПб.: Спец. лит., 2005