Фотометрия

 

Сила света I – основная световая величина в системе величин, на которой построена Международная система единиц. Сила света характеризует излучение источника видимого излучения в некотором направлении.

Размерность и единица силы света, как и всех остальных величин СИ, установлены произвольно:

dimI = J, [ I ] = 1 кд(кандела).

Кандела представляет собой силу света в данном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540.10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1,683 Вт на стерадиан.

Понятие силы света применимо для расстояний от источника, намного превышающих его линейные размеры.

Так как новое определение единицы силы света не устанавливает способа построения эталона канделы, каждая страна выбирает его самостоятельно. В СССР новый эталон канделы был создан в 1983 г. С целью проверки одинаковости результатов фотометрических измерений, полученных в соответствии с новым определением канделы, Международным комитетом мер и весов эпизодически производится международное сличение национальных эталонов силы света.

Световой поток источника света силой в элементарном телесном угле составляет

(В.)

Размерность и единица светового потока:

, [ ] = 1 кд.рад (кандела-радиан).

Эта единица называется люмен.

Люмен равен световому потоку, испускаемому точечным источником в телесном угле 1 ср при силе света 1 кд.

Световой поток Ф, испускаемый изотропным точечным источником света в пределах телесного угла Ω, в вершине которого находится источник, выражается по формуле

Ф = IΩ;,

где I – сила света источника; Ω = 2π(1 – cosθ); θ – угол между осью конуса и его образующей. Источник называется изотропным, если сила света источника одинакова во всех направлениях.

Полный световой поток, испускаемый изотропным точечным источником света,

Ф₀ = 4πI.

Световая энергия - величина, определяемая интегралом светового потока по времени:

 

 

. (В.)

При постоянном световом потоке эта формула принимает вид:

. (В.)

Размерность и единица световой энергии:

, [Q_u] = 1 лм.с.

Люмен-секунда равна световой энергии светового потока в 1 лм, действующего в течение 1 с.

Световая энергия может быть определена также как редуцированная световая величина, по соотношению

, (В.)

где K_m – переводной множитель при переходе от единиц энергетических величин к единицам световых величин, Q_e,l - спектральная плотность энергии по длине волны, V(l) – относительная спектральная световая эффективность.

Решением 13 ГКМВ (1979) установлено единое для всех длин волн значение переводного множителя K_m = 683 лм/Вт. Спектральная плотность энергии излучения по длине волны V(l) – отношение энергии излучения, взятой в бесконечно малом спектральном интервале dl, содержащем данную длину волны l, к ширине этого интервала:

V(l) = dQ_e,l /dl. (В.)

Яркость в точке поверхности и в данном направлении – отношение силы света элемента поверхности к площади dA ортогональной проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную данному направлению:

_. (В.)

Размерность и единица яркости:

, [ ] = 1 кд/м². (В.)

Кандела на квадратный метр (ранее эта единица называлась нит) равна яркости светящейся поверхности площадью 1 м² при силе света 1 кд.

Светимость (R) в точке поверхности – отношение светового потока , исходящего от элемента поверхности, к площади dA этого элемента:

. (В.)

 

Размерность и единица светимости:

, [ ] = 1 лм/м².

Люмен на квадратный метр равен светимости поверхности площадью 1 м², испускающей световой поток 1 лм.

Светимость определяется по формуле

R = Ф / S,

где Ф – световой поток, испускаемый поверхностью; S – площадь этой поверхности.

Светимость косинусных излучателей

R = πB.

Освещенность в точке поверхности – величина, равная отношению светового потока , падающего на эелемнт поверхности, к площади dA этого элемента:

. (В.)

Размерность и единица освещенности:

, [ ] = 1 лм/м².

Эта единица освещенности называется люкс.

Люкс равен освещенности поверхности площадью 1 м² при падающем на нее потоке 1 лм.

Освещенность поверхности определяется по формуле

Е = Ф / S,

где S – площадь поверхности, по которой равномерно распределяется падающий на нее световой поток Ф.

Освещенность, создаваемая изотропным точечным источником света,

 

E =(Icosi)/r²,

 

где r – расстояние от поверхности до источника света; i – угол падения лучей.

Пространственная освещенность - физическая величина, определяемая суммой освещенностей , создаваемых совокупностью пучков, содержащихся в малых телесных углах всех направлений в пространстве с вершиной в некоторой точке М на площадках, перпендикулярных направлениям и содержащих эту точку:

, (В.)

где - яркость пучка в направлении .

Размерность и единица пространственной освещенности:

, [ ] = 1 лм/м² = 1 лк.

Сила света любого элемента поверхности косинусного излучателя

I = I₀cosφ;,

где φ; – угол между нормалью к элементу поверхности и направлением наблюдения; I₀ – сила света элемента поверхности по направлению нормали к этому элементу.

Освечивание - физическая величина, определяемая интегралом силы света по времени:

. (В.)

Если сила света постоянна, эта формула принимает вид:

. В.)

Размерность и единица освечивания:

, [ ] = 1 кд.с.

Световая экспозиция (экспозиция) - физическая величина, определяемая интегралом освещенности по времени:

. (В.)

Размерность и единица экспозиции:

, [ ] = 1 лк.с.

Люкс-секунда равна световой экспозиции, создаваемой за время 1 с при освещенности 1 лк.

Световая экспозиция может быть также определена как отношение световой энергии , падающей на рассматриваемый участок поверхности, к площади dA этого участка:

. (В.)

Пространственная световая экспозиция - физическая величина, определяемая интегралом пространственной освещенности по времени:

. (В.)

Яркость светящейся поверхности

B = I / σ;,

где I – сила света в направлении наблюдения; σ – площадь проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению.

Интегральная яркость - физическая величина, определяемая интегралом яркости по времени:

. (В.)

Размерность и единица интегральной яркости:

, [ ] = 1 кд.с/м².

Объемная плотность световой энергии - физическая величина, определяемая отношением световой энергии к малому объему dV, который заполняется светом, и равная

. (В.)

Размерность и единица объемной плотности световой энергии:

, [ ] = 1 лм.с/м³.

Люмен-секунда на кубический метр равен объемной плотности световой энергии, при которой в пространстве, заполненном светом, объемом 1 м³ световая энергия равна 1 лм.с.

Объемная плотность силы света - физическая величина, определяемая отношением силы света малого объема светорассеивающей или самосветящейся среды, содержащего рассматриваемую точку, в некотором направлении, определяемом углами и , к объему :

. (В.)

Размерность и единица объемной плотности силы света:

, [ ] = 1 кд/м³.

Эквивалентная яркость L_eq – яркость поля сравнения, имеющего относительный спектральный состав излучения черного тела при температуре 2042 К, которое в определенных условияъ визуального фотометрирования, учитывающего состояние адаптации глаза к дневным, ночным или промежуточным яркостям, находится в фотометрическом равновесии с измеряемым полем.

Единица эквивалентной яркости такая же, как и единица яркости:

[ L_eq ] = 1 кд/м².