Связь между световыми и энергетическими единицами

Принимая в качестве приемника световой энергии глаз, Международная осветительная комиссия определила световой поток как поток лучистой энергии, оцениваемой по зрительному ощущению. Для реализации определенного светового потока и других светотехнических величин служит условный световой эталон. Излучателем света в эталоне является трубочка из плавленой окиси тория, стенки которой имеют по всей длине одинаковую температуру 2046,6К, благодаря соприкосновению с разогретой платиной (подробнее см. стр. 52-53 Ландсберг Г.С. Оптика - М.:Наука, 1976).

Рассмотрим световые фотометрические единицы:

Единица силы света - кандела (кд), равна 1/60 силы света, излучаемого вдоль оси трубки с 1/60 см² светового эталона.

Единицей светового потока является люмен (лм) - поток, посылаемый источником света в 1 кд внутрь телесного угла в 1 стерадиан, т.е. кд/ср.

Единица освещенности, люкс (лк), есть освещенность, соответствующая потоку в 1 люмен, равномерно распределенному по площадке в 1 м²;

Светимость, так же как и освещенность, выражается в лм/м², но характеризует излучающую поверхность.

Единицей яркости служит яркость площадки, дающая силу света в 1 кд с каждого квадратного метра в направлении, перпендикулярном площадке. Таким образом, размерность яркости - кд/м².

Интенсивность светового потока, так же как и яркость источника, выражается в кд/м².

Среди естественных источников света Солнце является наиболее ярким. Рассчитаем среднюю яркость солнечного диска, видимого с поверхности Земли под телесным углом d=6,8*10^-5 ср и создающего на площадке, расположенной на Земле перпендикулярно к падающим лучам, освещенность Е=133 х 10³ лк (рис. 4). По формуле (6) находим L=Е/d =1,95*10⁹ кд/м². Для сравнения ясное дневное небо имеет яркость около 1,5*10⁴ кд/м², полная луна, видимая сквозь атмосферу - 2,5*10³ кд/м², а ночное безлунное небо - около 10^-4

кд/м². Искусственные источники света, такие как лазеры, импульсные стробоскопические лампы могут обеспечить яркость порядка 10¹¹ кд/м².

Человеческий глаз способен воспринимать излучение в сравнительно узком диапазоне длин волн примерно 400 - 700 нм. Чувствительность глаза к

р азличным длинам волн в этом диапазоне неодинакова. Она характеризуется кривой видности, которая представлена на рис. 5.

Из этой кривой следует, что глаз наиболее чувствителен к излучению с длиной волны около 555 нм (желто-зеленый свет). Если зрительное ощущение яркости V_ от этого излучения принять за единицу, то излучение той же интенсивности, но, например, с длиной волны 500 нм (цвет морской волны) или

620 нм (красный цвет) вызывает зрительное ощущение в три раза слабее. Таким образом, глаз воспринимает лишь небольшую часть спектра излучения раскаленной вольфрамовой нити лампы накаливания (рис. 6). В результате, коэффициент полезного действия лампы, равный отношению энергии воспринимаемой глазом к общей энергии, питающей лампу, сравнительно низок (менее 4 %).

Располагая эталоном, дающим определенный световой поток, выражаемый в люменах, можно определить этот поток в ваттах и установить связь между световыми и энергетическими единицами. Переходный множитель, учитывающий энергетическую чувствительность глаза, называется механическим эквивалентом света, он равен 0,00160 Вт/лм.

Для удобства световые и энергетические единицы представлены в таблице

Величина	Символ	Единица световая	Единица энергетическая
Световой поток	Ф	люмен (лм)=кд/ср	ватт (Вт)
Сила света	J	кандела (кд)	Вт/ср
Яркость , интенсивность потока	В, L	кд/м2	Вт/(ср м2)
Светимость	М	лм/м2	Вт/м2
Освещенность	Е	люкс (лк)= лм/м2	Вт/м2

Для фотометрических измерений используются приборы называемые фотометрами. Специальные модели фотометров, приспособленные для непосредственного определения освещенности называются люксметрами. Они состоят из фотоэлемента, подключенного к гальванометру, шкала которого проградуирована в люксах. Под действием светового потока фотоэлемент вырабатывает электрический сигнал, регистрируемый гальванометром.