Световой поток, сила света, освещенность, яркость

Лучистый поток, создающий у людей световое ощущение, выражать в ваттах очень неудобно, т.к. человеческий глаз обладает разным световым восприятием различных длин волн (вспомните светофор). Лучше всего воспринимается оранжевый цвет. Поэтому для оценки действия излучения на глаз человека пользуются понятием световой поток.

Световым потоком Ф называют ту часть потока излучения, которая вызывает в глазу ощущение света и оценивается по световому ощущению.

Величину, характеризующую зависимость светового потока от направления излучения, называется силой света J.

где Ω - телесный угол.

В системе СИ единица силы света является шестой основной единицей и называется кандела (латинский - свеча) (кд).

1 Кандела – 1/60 часть силы света, создаваемой 1 см² плоской поверхности платины при температуре ее затвердевания (2046 к) по направлению перпендикуляра к этой поверхности.

Единица измерения светового потока:

Ф = 1кд ср=1 лм (люмен). Здесь ср – стерадиан – телесный угол. 1 люмен соответствует лучистому потоку в 0,00161 Вт при λ=555 нм (зеленый).

Т.к. полный телесный угол содержит 4π стерадиан, то полный поток, испускаемый точечным источником света:

При равномерном распределении падающего на поверхность светового потока величину светового потока, проходящего через единицу поверхности, называют освещенностью.

; [ ]=1 лм/1 м²=1 лк (люкс) (от латинского - свет).

Яркостью называют отношение: ; [ ]=1 kд/1 м²=1 нт (нит). нт – наименьшая яркость, на которую реагирует глаз человека, при 10⁵ нт в глазу возникают болезненные ощущения.

Принцип Гюйгенса. Законы отражения и преломления света

Перемещение фронта волны в пространстве объясняется с помощью принципа Гюйгенса:

Все точки фронта волны (поверхности 1 на рисунке 2) являются вибраторами, от которых распространяются элементарные волны во все стороны. Огибающая всех этих элементарных волн дает новое положение фронта волны (поверхность 2 на рисунке 2).

П

Рисунок 2. Образование

фронта волны согласно

принципу Гюйгенса

ри наложении элементарных волн, идущих в сторону точки О, происходит взаимное ослабление колебаний, и в этом направлении волны гасят друг друга. Линию, вдоль которой перемещается фронт волны, называют лучом (ОА).

В изотропной среде свет распространяется прямолинейно, т.е.

световые лучи являются прямыми линиями. Чем дальше от точки О уходит фронт волны, тем меньше становится кривизна его поверхности. Поэтому на большом расстоянии от источника света маленький участок фронта волны можно считать плоским, а световые лучи параллельными.

Изменение направления распространения света происходит на границе раздела двух различных сред (рисунок 3). Если на поверхность воды из воздуха попадает тонкий пучок света, то в точке падения О часть света отражается, а часть проникает в воду и при этом преломляется.

У гол , составленный падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным из точки падения луча к поверхности, называется углом падения.

У

 i

1. Воздух

0

2. Вода



гол i, составленный отраженным лучом и тем же перпендикуляром, называется углом отражения.

У

Рисунок 3. Отражение и

преломление света

гол , составленный преломленным лучом и перпендикуляром, восстановленным к поверхности раздела двух сред в точке падения луча, называется углом преломления.

Если световое излучение проходит в среде значительное расстояние мало ослабляясь, то такую среду называют прозрачной.

Пусть излучение приносит в точку 0 энергию W.

Тогда .

Коэффициент отражения r показывает, какую часть энергии, принесенной на поверхность тела излучением, составляет энергия,

унесенная от этой поверхности отраженным излучением. .

В природе не существует веществ, которые бы полностью поглощали или отражали все падающие на них излучения. Несмотря на это, в оптике принято абстрактное понятие: абсолютно черное тело, которое полностью поглощает все падающие на него излучения. Почти полностью поглощают падающие на них лучи печная сажа и черный бархат, а почти полностью отражает свет полированное серебро.

Законы отражения светового излучения были открыты еще в III веке до н.э. Эвклидом: