Далее: 3.  Описание установки Вверх: Методические указания для студентов Назад: 1.  Вопросы для подготовки

2.  Краткая теория

Поток энергии, излучаемый источником, вызывает у человека зрительные ощущения. Интенсивность ощущения зависит от степени чувствительности глаза к различным длинам волны. Поток, в состав которого входят инфракрасные или ультрафиолетовые лучи, не вызывает зрительных ощущений, даже если мощность его велика. Наоборот, поток, состоящий из лучей, к которым глаз наиболее чувствителен, вызывает при малой мощности значительные зрительные ощущения.

Рис. 1. 

Для характеристики интенсивности света с учетом его способности вызывать зрительное ощущение вводится величина $\Phi_{}$, называемая световым потоком.

Световой поток -- это поток энергии, излучаемый источником и оцениваемый по зрительному ощущению. Единица измерения светового потока -- люмен (лм).

Раздел оптики, занимающийся измерением световых потоков и величин, связанных с такими потоками, называется фотометрией.

Силой света $J$ источника называется световой поток, излучаемый в единицу телесного угла. Это пространственная плотность светового потока:

$$J={d \Phi\over d\omega} ,$$

где	$d\Phi$	--	световой поток сквозь элементарную площадку (рис.1);
	$d\omega$	--	элементарный телесный угол, в котором распространяется этот поток: $$d\omega={dS\over r^2} .$$

Сила света измеряется в канделах (кд).

Для протяжённых источников вводится понятие светимости источника.

Светимость $R$ источника -- это поток, излучаемый единицей поверхности источника по всем направлениям:

$$R={d\Phi\over dS} ,$$

где $dS$ -- излучающая поверхность. Светимость измеряется в ( $\text{лм/м}^2\vrule height0pt depth 12pt width0pt$). Для характеристики излучения источника в данном направлении вводится понятие яркости источника.

Рис. 2. 

Яркость $B$ источника -- это сила света, излучаемая видимой поверхностью источника в направлении наблюдения:

$$B={d\Phi\over dS_\varphi d\omega}={dJ\over dS_\varphi} ,$$

где $dS_\varphi=dS\cos\varphi$ -- проекция излучаемой поверхности на направление наблюдения (рис.2). Яркость измеряется в $\text{кд/м}^2\vrule height0pt depth 12pt width0pt$.

Если $B$ не зависит от направления излучения, то такиe источники называются косинусными или ламбертовскими (т.е. подчиняющими закону Ламберта). Для таких излучателей: $R=\pi B$. (Вывод формулы сделать самостоятельно).

Большинство тел не являются источниками света, но мы их видим потому, что они отражают падающий на них свет от других источников. Поэтому при решении многих задач важно знать, какое количество светового потока падает на освещаемую поверхность. Для этого вводится величина $E$, называемая освещённостью поверхности.

Освещенность -- это световой поток, отнесённый к единице площади освещаемой поверхности:

$$E={d\Phi\over dS} ,$$

где $d\Phi$ -- световой поток, падающий на поверхность $dS$. Освещённость измеряется в люксах (лк).

Рис. 3. 

Если источник света точечный, то освещённость можно
выразить через $J$ -- силу света источника и $r$ -- расстояние от источника до освещаемой поверхности (рис.3):

$$E ={J\over r^2}\cos\varphi ,$$

где $\varphi$ -- угол между нормалью к поверхности и направлением падения лучей. (Выводы формулы сделать самостоятельно).

Эта зависимость используется для определения силы света неизвестного источника путём сравнения его с силой света известного (эталонного) источника.

Если освещать поверхность различными источниками $L_1$ и $L_2$ с силой света $J_1$ и $J_2$ и добиться равенства освещенностей $E_1= E_2$, то

$${J_1\over r_1^2} ={J_2\over r_2^2}\qquad\text{при }\quad\varphi_1=\varphi_2\qquad\text{или }\quad\varphi_1=\varphi_2=0 ,$$

откуда

$$J_2=J_1{r^2_2\over r_1^2} .$$ (1)

Такой метод определения силы света источника называется фотометрированием, а приборы, служащие для определения силы света неизвестного источника путём сравнения о известным, называются фотометрами.

Далее: 3.  Описание установки Вверх: Методические указания для студентов Назад: 1.  Вопросы для подготовки