Вступ до фотометрії
Фотометрія - це розділ оптики, який вивчає світлові потоки джерел світла (їх випромінювання, властивості та вимірювання), а також джерела світла та сприймання їх випромінюваної енергії приладами та оком людини.
Фотометрію поділяють:
на «об’єктивну» фотометрію (оперує поняттями енергії, потужності та потоку енергії і застосовна до будь-яких хвиль) та
на «суб’єктивну» фотометрію ( оперує величинами, котрі спираються на характер сприймання світла оком людини).
Джерелом світла вважатимемо тіла, котрі випромінюють електро-магнітні хвилі оптичного діапазону (видимі, інфрачервоні та ультрафіолетові промені). Місяць не є справжнім джерелом світла, оскільки його свічення зумовлене відбиванням сонячного випромінювання.
Джерела світла поділяють:
1. по розміру на:
- точкові;
- протяжні (неточкові);
2. по кольору свічення на:
- монохроматичні (одноколірні);
- немонохроматичні (білі, багатоколірні);
3. по способу реалізації (створення) світіння на:
- теплові (дуже нагріті);
- нетеплові (холодні як світні бактерії, світлячки та газорозрядні лампи);
4. по виду випромінюваних хвиль на:
- когерентні (наприклад, лазери);
- некогерентні ( усі інші джерела);
5. по характеристиках їх конструктора на:
- природні (Сонце, зорі, галактики…);
- штучні ( створені людиною).
Усі штучні джерела перетворюють у світлову енергію певний інший вид енергії.
Наприклад, лампочка розжарення споживає енергію Ео (Дж) від електромережі, має потужність
Ро = Ео/t (Вт),
а у світлову енергію Еν вона перетворює лише 3-5% спожитої. Тому її світлова потужність:
Рν = Еν/t (Вт)
значно менша від електричної. У суб’єктивній фотометрії цю величину називають повним світловим потоком джерела (Ф) і вимірюють його не у ватах, а в люменах: [Ф] = лм.
1лм – це світловий потік, випромінюваний точковим джерелом світла в одну свічку всередині одиничного тілесного кута в один стеррадіан.
Співвідношення між (лм) та (Вт) визначається так: ідеально ефективний перетворювач електроенергії у світло потужністю 1 Вт створює на довжині хвилі 550нм (зелене світло) світловий потік, котрий сприймається нашим оком і оцінюється у 650 люменів.
На іншій довжині хвилі його потік буде менший у стільки разів, у скільки чутливість ока до цієї хвилі буде меншою, ніж до зеленого світла.
Джерело світла характеризується певним оптичним ККД, котрий називається світловіддачею η:
η = Ф/No [η] = лм/Вт.
У ламп денного світла цей коефіцієнт складає η ≈ 60-75 лм/Вт.
Слід намагатись використовувати джерела світла із найвищим η.
Для того, щоб прочитати параграф з підручника "фізика-11" ми вмикаємо світло (настільну лампу), щоб збільшити освітленість.
Під освітленістю розумітимемо фізичну величину, котра дорівнює відношенню світлового потоку Ф до поперечної площі поверхні S, на яку він припадає:
Е = Ф/S.
Одиницею освітленості Е є люкс (лк).
1 люкс – це така освітленість, котру створює світловий потік 1 лм, рівномірно розподілений по поверхні площею 1м2.
Створено прилади для вимірювання освітленості (люксометри). Саме за цією величиною визначаються норми освітленості, при яких використання нашого ока є найбільш безпечне (наприклад, рекомендоване освітлення житлового приміщення 80 лк).
До основних понять фотометрії крім світлової потужності, світлового потоку, освітленості та світловіддачі джерела належать також сила світла J, світність джерела R та яскравість В.
Силою світла називають фізичну величину, котра чисельно дорівнює світловому потоку Ф, який приходиться на одиницю тілесного кута Ω
J = ΔФ/ΔΩ.
Одиницею вимірювання сили світла J є кандела (міжнародна свічка).
1 Кд дорівнює силі світла спеціальної електричної лампочки, котра випромінює в певному напрямку при пропусканні через неї строго задану силу струму. Ця одиниця є однією із семи основних одиниць системи СІ.
[J] = Кд = 1лм/стер
Якщо точкове джерело випромінює потік рівномірно по всіх напрямках, то таке джерело називають ізотропним.
Cвітністю називають величину, котра дорівнює світловому потоку Ф, випромінюваному одиницею поверхні, що світиться:
R = Ф/S
R визначає потік, що віддається джерелом.
Поверхневою яскравістю джерела називатимемо потік, котрий посилається у даному напрямі одиницею видимої поверхні в середину одиничного тілесного кута.
Доцільно прочитати: