Фотометрические величины и единицы их измерения

Американский физик Г. Морану, принимая в своей лаборатории корреспондента, сказал ему:

• — Сейчас я работаю над конструкцией электронного микроскопа, который сможет увеличивать в два миллиона раз.
• — Подумать только! — воскликнул корреспондент. — Сколько труда, энергии и знаний вы тратите на создание прибора, который сузит поле вашего зрения в два миллиона раз!

Но следует понимать, что сконструировать такой микроскоп без знания фотометрии невозможно.

Световой поток Ф — есть характеристика интенсивности света с учетом зрительных ощущений. Единица измерения светового потока — люмен, [Ф] = лм. Также световым потоком называют поток световой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению. Физический смысл единицы светового потока (лм) состоит в том, 1 люмен есть поток, излучаемый изотропным источником с силой света 1=1 кандела в пределах телесного угла Q = 1 стерадиан.

Рис. 7.12. Телесный угол.

Изотропным называют источник, излучение которого равноправно по всем направлениям.

Телесный угол (рис. 7.12) измеряется отношением площади той части сферы с центром в вершине угла, которая вырезается этим телесным углом, к квадрату радиуса сферы.

Телесные углы измеряются отвлеченными (безразмерными) числами. Единицей измерения телесного угла в системе СИ является стерадиан (ср), равный телесному углу, вырезающему из сферы единичного радиуса поверхность с площадью в 1 м². Полная сфера образует телесный угол, равный 4к стерадиан (полный телесный угол).

Сила света I — поток излучения источника на единицу телесного угла.

• • Для точечного источника I = Ф/4л.
• • Для линейного источника I = Ф/к².

Освещенность поверхности Е — световой поток, падающий на единицу поверхности dS:

где, а — угол падения луча (напомню, что он отсчитывается от нормали); г — расстояние до источника. Единица измерения освещенности [Е] = лк (люкс). Освещенность, создаваемая линейным источником длиной / на расстоянии г от источника, определяется как.

где 2а — угол зрения из точки наблюдения на концы линейного источника. Яркость L определяется выражением.

где, а — угол падения луча (отсчитывается от перпендикуляра). У яркости нет собственной единицы измерения, используется производная единица [L] = кд/м².

Для Ламбертовского шарового источника L = I/п?². Ламбертовским называют источник, яркость которого постоянна и не зависит от направления (изотропна).

Светимость М определяется как.

т.е. есть отношение испускаемого светящимся объектом (площадкой) потока к площади этой площадки dS.

Для Ламбертовского источника справедливо соотношение Ламберта

Единица измерения светимости [М] = лм/м².

Пример решения задачи.

Дано: в дни весеннего и осеннего равноденствий Солнце на экваторе стоит в зените. Во сколько раз в эти дни освещенность горизонтальной площадки на экваторе больше освещенности такой же площадки в Москве (Москва находится на широте ср ~ 55°).

Решение. Освещенность площадки на экваторе определим как.

в Москве.

Искомое отношение.