Курс «Фотометрия»
Лекция 2. Основы физической фотометрии
Единицы измерения световых величин
Отражательная способность тел
Понятие физической фотометрии. Некоторые типы фотометрических приборов.
Направления фотометрии
2.1. Единицы измерения световых величин. Основы физической фотометрии
Основной мерой света можно считать световой поток, обозначаемый в светотехнической литературе буквой Ф. Фактически световой поток — это мощность светового излучения, измеренная в специальных единицах, называемых люменами (сокращённое обозначение лм, в иностранной 1m).
Люмен — это 1/683 ватта светового монохроматического, то есть строго одноцветного, излучения с длиной волны 555 нм, соответствующей максимуму кривой спектральной чувствительности глаза. Величина 1/683 появилась исторически, когда излучение сравнивалось со светом свечи.
Красное отношение - выраженное в процентах отношение красного светового потока к общему световому потоку источника света. Светимость - величина светового потока, испускаемого единицей поверхности. Единицами светимости являются люкс и фот.
Пространственная доля (сверического евклидова) пространства характеризуется телесным углом.. Единица измерения – стерадиан.
Для характеристики освещения конкретных мест вводится световая величина освещённость. Освещённость — это величина светового потока, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности. Если световой поток Ф падает на какую-то площадь S, то средняя освещённость этой площади (обозначается буквой Е) равна:
E = Ф / S
Единица измерения освещённости называется люксом (сокращённо лк, в иностранной 1х). Один люкс освещённость, при которой световой поток 1 лм падает на площадь в 1 м2:
1 лк = 1 лм / 1м2.
Освещённость на какой-либо поверхности от источника света или осветительного прибора с силой света I определяется формулой:
где l расстояние от источника света до освещаемой поверхности;
угол между направлением света и перпендикуляром к этой поверхности.
Эта формула, называемая «законом квадратов расстояний», является одним из основных понятий светотехники и лежит в основе всех светотехнических расчётов, в том числе и компьютерных программ.
Освещённость около 1 лк создаётся стеариновой свечой на плоскости, перпендикулярной направлению света и расположенной на расстоянии 1 метр. Для сравнения: освещённость от полной Луны на поверхности Земли зимой на широте Казани не превышает 0,5 лк; прямая освещённость от Солнца в летний полдень на широте Казани может достигать 100 000 лк.
Наш глаз оценивает «светлоту» предметов не по их освещённости, а по яркости. Яркость L поверхности S — это отношение силы света I, излучаемой этой поверхностью в каком-либо направлении, к площади проекции этой поверхности S на плоскость, перпендикулярную выбранному направлению
В этой формуле I сила света поверхности (элемента поверхности или даже точки) в определённом направлении. Если для светового потока, силы света и освещённости существуют специальные единицы измерения (люмен, кандела и люкс), то для единицы измерения яркости специального названия нет. За единицу измерения яркости принята яркость плоской поверхности, излучающей силу света в 1 кд с одного квадратного метра в направлении, перпендикулярном светящей поверхности, то есть 1 кд/м2.
В табл.2.1. приведены основные световые величины и единицы световых величин. в Международной системе единиц (СИ).
Табл. 2.1. Основные световые величины и их единицы
Величина |
Обозначение |
Связь с другими величинами |
Единица |
|
Наименование |
Обозначение |
|||
Световой поток |
Фv |
|
Люмен |
лм |
Световая энергия |
Q |
Q ∫Фvdt |
Люмен-секунда |
лм·сек |
Сила света (источника в некотором направлении) |
I |
I dФv/d |
Кандела |
кд |
Световая эффективность излучения |
K |
K Фv/Фe |
Люмен на ватт |
лм/вт |
Яркость (в заданной точке и в заданном направлении) |
L |
|
Кандела на кв. метр (уст. название нит) |
кд/м2 |
Освещенность (в точке поверхности) |
E |
E dФv/dA |
Люкс |
лк |
Светимость (в точке поверхности) |
M |
M dФv/dA |
Люмен на кв. метр |
лм/м2 |
Экспозиция (количество освещения) |
H |
H dQ/dA ∫Edt |
Люкс-секунда |
лк·сек |
Освечивание |
θ |
θ ∫Idt |
Кандела-секунда |
кд·сек |
Спектральная плотность световой величины |
X |
X dX/d |
|
|
Световая отдача - отношение излучаемого светового потока к потребленной мощности. Единицей световой отдачи является люмен-на-ватт (лм/Вт). Световой эталон - мера, воспроизводящая с максимально достижимой точностью световые единицы. Световые эталоны подразделяются на основные эталоны, эталоны-копии и рабочие эталоны. Сила света - интенсивность светового потока, приходящаяся на единицу телесного угла (стерадиан).
Частота колебаний электрического Е и магнитного Н полей связана с длиной волны соотношением: = 2с/. Радиоволны, рентгеновские лучи и -излучение находят своё место в единой шкале электромагнитных волн. (рис. 2.1), причём между соседними диапазонами шкалы электромагнитных волн нет резкой границы.
Рис. 2.1. Шкала электромагнитных волн