Основные понятия фотометрии

Основные понятия фотометрии

К занятию № 1 на удалёнке от 27 сентября 2021 г.

Потоком лучистой энергии Ф_э через некоторую поверхность называется количество энергии, переносимое лучами через данную поверхность в единицу времени.

. (1.18)

Поток лучистой энергии системе единиц СИ измеряется в ваттах.

Световым потоком Ф называется поток световой энергии, оцениваемый по производимому им на нормальный человеческий глаз световому ощущению. Чувствительность человеческого глаза к излучению разной длины волны различна. Поэтому равным потокам световой энергии, отличающимся длиной волны, соответствуют разные световые потоки.

Единицей светового потока в системе единиц СИ является люмен (лм).

Опытным путём установлено, что световому потоку в 1 лм, образованному излучением с длиной волны мкм, соответствует поток лучистой энергии в 0,0016 Вт. Величина А = 0,0016 Вт/лм называется механическим эквивалентом света.

В фотометрии точечный источник характеризуют силой света и создаваемой им освещённостью.

Прежде чем ввести эти понятия, дадим определения телесного угла и предусмотренных системой единиц СИ дополнительных единиц: единицы плоского угла – радиана и единицы телесного угла – стерадиана.

Радиан (рад) - центральный угол, опирающийся на дугу окружности, длина которой равна радиусу этой окружности; 2π рад соответствуют 360°, 1 рад равен примерно 57°.

Телесным углом Ω называется часть пространства, ограниченная конической поверхностью (рис. 1.28). Телесный угол вырезает на сфере, описанной из вершины конуса, поверхность S, тем большую, чем больше квадрат радиуса сферы r. Телесный угол измеряется отношением площади поверхности S к квадрату радиуса сферы:

. (1.19)

Единица измерения телесного угла в СИ – стерадиан.

Стерадиан (ср) - телесный угол, вершина которого находится в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную квадрату радиуса сферы. Поскольку площадь поверхности сферы равна , полный телесный угол равен 4π ср (подобно тому как полный плоский угол равен 2π рад).

Сила света I – световой поток , излучаемый точечным источником в единицу телесного угла .

. (1.20)

Если точечный источник излучает световой поток Ф, распределённый равномерно по всем направлениям (такой источник называется изотропным), то сила света связана со световым потоком соотношением

. (1.21)

Единица силы света в СИ - кандела (кд) равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540∙10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Кандела является одной из шести основных в системе единиц СИ.

Единица светового потока люмен (лм) равна световому потоку, излучаемому изотропным источником с силой света 1 кд в пределах телесного угла 1 ср: 1 лм = 1 кд∙1 ср.

Освещённостью Е называется световой поток, падающий на единицу площади освещаемой поверхности. Если поверхность S освещена однородно (т.е. одинаково во всех точках) падающим на неё потоком Ф, то

. (1.22)

При неоднородном распределении потока по данной поверхности освещённость в разных точках будет различной. Чтобы определить освещённость поверхности в данной точке, надо выделить в окрестности точки очень малый участок поверхности . Отношение светового потока , падающего на участок, к площади этого участка даст освещённость в данной точке:

. (1.23)

Единица освещённости люкс (лк) – это освещённость поверхности единичной площади, на которую падает равномерно распредёленный световой поток 1 лм: 1 лк = 1 лм / 1 м².

Освещённость E, создаваемую точечным источником на площадке ΔS, можно выразить через силу света I, расстояние r от площадки до источника и угол α между нормалью к площадке и направлением на источник (рис. 1.29).

. (1.24)