Фотометрия. Фотоэффект

Основной фотометрической величиной явля­ется световой поток - это среднее количество световой энергии, проходя­щей за единицу вре­мени через заданную поверхность.

Ф = dW/dt

Здесь dW — количество энергии, проходящей через заданную поверхность за время dt. Понятие силы света вводится с помощью представления о то­чечном источнике света. Источник света счи­тается точечным, если его размеры малы в срав­нении с расстоянием до места на­блюдения и если он испускает свет равномерно по всем направ­ле­ниям.

Сила света измеряется световым потоком, созда­ваемым точечным источником света в единич­ном телесном угле ω.

J = Ф/ω

Телесным углом называется часть простран­ства, ограни­ченная конической поверхностью и измеряемая отношением пло­щади S, выре­заемой этим углом на поверхности сферы, к квад­рату радиуса сферы R:

ω = S/R²

Единицей измерения телесного угла является стерадиан (про­странственный радиан) ср - угол, вырезающий единичную пло­щадь на сфере еди­ничного радиуса. Очевидно, что телесный угол, охватывающий все простран­ство вокруг источ­ника света, равен: ω = 4π.

По логике построения фотометрии, в качестве основной еди­ницы надо было выбрать единицу светового потока. Но истори­чески сложилось в качестве основной единицы использовать еди­ницы силы света. Первоначально эта единица - 1 свеча - опре­делялась, как определенная часть силы света эталонной лампы. В настоящее время единицей силы света в СИ является кандела (Кд).

Кандела - это сила света, испускаемого с по­верхности площадью 1/600000 м² полного из­лучателя в перпендикулярном направлении при температуре излучателя, равной темпе­ратуре затвердевания платины, под давле­нием 101325 Па.

Единицей светового потока в СИ является люмен (лм). Один люмен - световой поток, ис­пускаемый точечным ис­точником силой света 1 Кд внутри телесного угла 1 ср: 1лм = 1Кд*1ср

Для количественной оценки освещения поверх­ностей вводится понятие освещенно­сти.Освещенностью поверхности называется величина, изме­ряемая световым потоком, па­дающим на единицу этой по­верхности.

E = dФ/dS

Если освещенность всех точек одинакова, то Е = Ф / S , где Ф - световой поток, равномерно рас­пределенный по поверхности S. Единица осве­щенности в СИ называется люксом (лк). Один люкс — освещенность поверхности световым потоком 1 лм, равномерно распре­деленным по площади 1 м².

Иногда применяется единица освещенности один фот - осве­щенность поверхности световым потоком 1 лм, равномерно рас­пределенный по площади 1 см².

1 лк = 1 лм / 1 м² =1 лм / 10000 см² = 10^-4 фот.

Первый закон освещенности:

Освещенность точечным источником по­верхности, нормаль­но падающими лучами, прямо пропорциональна силе света ис­точника и обратно пропорциональна квадрату рас­стояния от источника до освещаемой по­верхности.

E₀ =Ф₀/S₀ = 4πJ/4πR² = J/R²

Второй закон освещенности:

Освещенность поверхности наклонным све­товым потоком прямо пропорциональна ко­синусу угла падения лучей.

Е = E₀cosα

Если вместо Е_о во второй закон освещенности подставить его значение из первого закона, то

Е = (J / R²) cosα.

Это выражение называется объединенным за­коном освещенности.

До сих пор мы говорили только о точечных ис­точниках света. Однако во многих случаях ис­точники света являются протяженны­ми; при рас­смотрении таких источников глаз различает их форму и размеры. Для протяженных источни­ков сила света уже не может слу­жить достаточ­ной характеристикой. В самом деле, из двух источни­ков, излучающих свет одинаковой силы, но имеющих различ­ные размеры (площади), мень­ший источник кажется более ярким, так как он дает большую силу света с единицы площади.

Поэтому для протяженных источников света вводится допол­нительная характеристика, назы­ваемая яркостью. Яркость протяженного ис­точника света измеряется силой света, излу­чаемой с единицы площади видимой поверхно­сти этого источника в перпендику­лярном на­правлении.

B = J/S

В системе СИ яркость измеряется в нитах (нт): 1 нт = 1 Кд / м² . Внесистемная единица - стильб (ст): 1ст = 1 Кд / см²⁼ 10⁴ нт.