ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И ЕДИНИЦЫ



Доклад
ученицы 303 гр. Лихтиной Ольги
на тему
«Основные фотометрические понятия»

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И ЕДИНИЦЫ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Воздействие света на глаз или какой-либо другой приемный аппарат состоит прежде всего в передаче этому регистрирующему аппарату энергии, переносимой световой волной. Поэтому, прежде чем рассматривать законы оптических явлений, мы должны составить себе представление об измерении света — фотометрии, которая сводится к измерению энергии, приносимой световой волной, или к измерению величин, так или иначе связанных с этой энергетичес­кой характеристикой Прежде всего необходимо дать определения тем величинам, которые фигурируют в измерительной практике. Их выбор обусловлен особенностями приемных аппаратов, непосред­ственно реагирующих на ту или иную из этих величин, а также воз­можностью осуществления эталонов для воспроизведения этих величин. При формулировке теоретических законов или практи­ческих выводов в разнообразных областях (теория излучения, свето­техника, оптотехника, физиологическая оптика и т. д.) оказывается нередко удобным пользование то одними, то другими из введенных величин.
1. Световой поток
Любой источник света излучает в пространство электромагнитные волны, которые переносят энергию. Величина энергии, испускаемой источником в единицу времени, называется энергетическим или лучистым потоком. Таким образом, физический смысл потока- мощность. Энергетический поток в общем случае распределён по некоторому интервалу длин волн внутри оптического диапазона, который включает инфракрасный диапазон (от 1 мм до 0,77мкм), видимый диапазон (от 0,77 до 0,38 мкм) и ультрафиолетовый диапазон ( от 0,38 мкм до 1 нм). Для описания распределения лучистого потока по длинам волн используют понятие спектральной плотности энергетического потока, которую определяют какгде - часть энергетического потока, приходящаяся на диапазон длин волн .
Долгое время единственным приёмником оптического излучения был глаз, поэтому исторически сформировалась система оценки энергетических свойств излучения, учитывающая особенности восприятия именно глазом человека. Дело в том, что способность глаза воспринимать излучение в видимом диапазоне сильно неравномерна и описывается кривой чувствительности глаза
Если энергетический световой поток в диапазоне определяется выражением то эффективная величина потока, определяющая воздействие на глаз человека описывается выражением и называется световым потоком. Если для измерения энергетического потока вполне пригодна обычная единица измерения мощности - ватт, то для измерения светового потока используют специальную фотометрическую единицу - люмен.
2. Сила света
Сила света характеризует распределение светового потока по разным направлениям и определяется как угловая плотность светового потока где - световой поток, распространяющийся в пределах телесного угла . Телесный угол представляет собой часть пространства, ограниченную некоторой конической поверхностью (см. Рис. 1).
Количественно телесный угол равен отношению площади поверхности S, вырезаемой на сфере радиуса R, конической поверхностью, образующие которой исходят из центра сферы, к квадрату радиуса. Измеряется телесный угол в стерадианах. Если угол между осью конуса и образующей равен , соответствующий телесный угол равен .Силу света измеряют в канделлах. Канделла - основная единица фотометрии, для нее существует эталон и именно через нее определяюкся остальные светотехнические единицы (люмен, люкс и т.д.). Как правило, сила света изменяется в зависимости от угла между направлением распространения света и некоторой осью симметрии источника, тогда световой поток, где угол , отсчитывается от оси симметрии. Если сила света постоянна по всем направлениям в пределах телесного угла
.
3. Освещенность
Количество световой энергии за единицу времени (световой поток), приходящееся на единицу площади освещаемого объекта характеризуется освещённостью. Если световые лучи падают перпендикулярно освещаемой поверхности, то освещённость определяют выражением
, где - площадь поверхности на которую падает световой поток . Если световые лучи падают на поверхность под углом , как показано на рисунке, то учитывая что световой поток приходится на площадь , формулу для освещённости следует записать в виде .
Если на площадку падает излучение от N источников и каждый создает освещённость Ei, то общая освещенность. Когда на площадку dQ падает свет от точечного источника, имеющего силу I в направлении площадки , как показано на следующем рисунке, освещенность можно выразить в виде , где r - расстояние от источника до освещаемой поверхности. Единицей измерения освещённости является люкс.
4.Яркость и светимость
Для источников света, размерами которых пренебречь нельзя, используют ещё две фотометрические величины: светимость и яркость. Отношение светового потока , исходящего от элемента поверхности, к площади этой поверхности называется светимостью M:, где - площадь элемента источника света. Яркость L определяют как отношение силы света I в заданном направлении, к площади проекции светящейся площадки на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Таким образом, яркость, как и сила света - величина, зависящая от направления. На рисунке показаны геометрические построения, пояснящие данное определение.
На рисунке N - нормаль к светящейся поверхности, dS - её площадь, угол между нормалью и направлением в котором определяется яркость - , площадь проекции светящейся площадки - . Таким образом, яркость . пределе и с учётом определения силы света можно записат .
Единицей измерения яркости является канделла на метр квадратный. Именно яркость светящегося объекта является фотометрической величиной на которую непосредственно реагирует орган зрительного восприятия – глаз. Рассмотрим следующий рисунок, здесь dS - площадь малой площадки светящегося тела, а dS' - площадь её изображения на сетчатке глаза. Используя геометрические построения можно показать, что . Зрительные ощущения, как известно, определяются освещённостью, формируеой непосредственно на сетчатке глаза. Подсчитаем чему равна освещённость малого участка dS'. Световой поток dФ, поступающий в глаз от площадки dS равен: , где Q - площадь зрачка глаза, а после прохождения хрусталика световой поток с учётом коэффициента поглощения :. После несложных преобразований и сокращений освещённость на сетчатке: . В правой части этого выражения числовой коэффициент в виде дроби содержит величины, зависящие только от свойств самого глаза, таким образом единственной величиной, определяющей силу зрительных ощущений является яркость светящейся поверхности.
5. Спектральная чувствительность глаза.

Изображённый на рисунке график часто называют кривой относительной видности излучения. Эта кривая определяет соотношение уровней светового ощущения, возникающего в результате действия на глаз однородных (одной длины волны) излучений с одинаковой величиной энергетического потока Данная кривая соответствует дневному зрению, для сумеречного зрения она несколько смещается в сторону коротких длин волн. Максимум чувствительности дневного зрения соответствует длине волны 0,554 мкм, а сумеречного 0,51 мкм (эффект Пуркинье).

Приложенные файлы

  • docx 4516932
    Размер файла: 151 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий