1.4. Сила випромінювання і сила світла.

Сила випромінювання і сила світла. Для більшості джерел випромінювання приладів, що працюють в широкому інтервалі довжин хвиль недостатньо знати загальний потік випромінювання(променевий потік) кожного із них, а необхідно знати розподіл цього потоку у просторі в різних напрямках.

Для характеристики розподілу потоку випромінювання в просторі служить поняття сили випромінювання І_еа, як просторової густини потоку випромінювання у різних напрямках простору навколо джерела випромінювання. Визначається сила випромінювання таким співвідношенням І_еа = dΦ_е /dω,

де І_еа – сила випромінювання у напрямку α, dΦ_е - потік випромінювання, що поширюється в межах елементарного тілесного кута dω. За напрямок сили випромінювання приймають вісь тілесного кута , у межах якого поширюється і рівномірно розподіляється потік випромінювання.

Отже, сили випромінювання І_еа,, це відношення потоку випромінювання, що виходить від джерела випромінювання в заданому напрямку α, до величини елемента тілесного кута dω, в межах якого потік поширюється

За одиницю сили випромінювання прийнята сила випромінювання такого джерела, у якого в межах тілесного кута в 1стерадіан (1ср) рівномірно розподіляється потік в 1 Вт, тобто

І = [ват · ср^-1 ].

Одиничний просторовий (тілесний) кут в один стерадіан - це кут, у якого площа основи на сферичній поверхні дорівнює квадрату радіуса даної сфери. Найбільшим тілесним кутом є кут, утворений самою сферою і дорівнює 4π або 12,56 ср. Стерадіан (ср, sr) — одиниця виміру тілесного кута: відповідає площі на одиничній сфері. Повна сфера має кут 4π стерадіан. Стерадіан - тілесний кут, вершина якого розміщена в центрі сфери і який вирізає на її поверхні площу, що дорівнює квадрату радіуса сфери.

Із врахуванням введеної величини сили випромінювання, потік випромінювання можна обчислити як суму сили випромінювання для всіх елементів тілесного кута

. ( )

Якщо сила випромінювання однакова для всіх елементів тілесного кута, тоді Φ_е = І_е ω.

Для світлової ділянки спектру випромінювання – світлового потоку, силою світла називається відношення світлового потоку dΦ _v до елементу тілесного кута dω, в межах якого цей потік поширюється І_vа = dΦ_v /dω. ( )

Незважаючи на те що всі реальні джерела випромінювання мають обмежені розміри, дуже часто користуються поняттям точкового джерела випромінювання.

Точковим джерелом випромінювання (світла) називають таке джерело, розміри якого настільки малі в порівнянні з відстанню до приймача, що ними можна знехтувати, а фронт поширення хвилі має сферичний характер.

Для рівнояскравих джерел випромінювання, відношення відстані b до найбільшого розміру джерела а може служити критерієм, за яким оцінюється точковість джерела випромінювання ( b/a ≥ 5).

Сила світла це просторова густина світлового потоку в заданому напрямку. Одиницею вимірювання сили світла служить люмен на стерадіан або кандела (кд), від латинського слова candela, що означає свічка. Це одна із семи основних одиниць Міжнародної системи - СІ.

1 кд визначається як сила світла, що випромінюється в перпендикулярному напрямку елементом поверхні абсолютно чорного тіла площею 1 / 600 000 м² при нормальному тиску і температурі затвердіння платини Т = 2045 К. Довжина хвилі такого випромінювання у вакуумі відповідає 555 нм, а енергетична сила світла в цьому напрямку становить 1 / 683 Вт / ср .

Таким чином,зв'язок між наведеними одиницями такий : одиниця світлового потоку в один люмен дорівнює силі світла в одну канделу, розподілену в межах просторового кута в один стерадіан (ср), тобто, 1 лм = 1 кд × 1ср

Сила світла джерела в загальному випадку залежить від напрямку випромінювання і в різних напрямках буває дуже різною. Якщо джерело має форму циліндра (наприклад, пряма газосвітних лампа), то його найбільша сила світла спрямована перпендикулярно до осі циліндра, а найменша - вздовж осі.

Нерідко можна зустріти графічне зображення розподілу сили світла джерела у вигляді кривої в полярній системі координат, радіуси-вектори якої пропорційні силам світла джерела у відповідних напрямках. Така крива дає наочне уявлення про розподіл світла, випромінюваного джерелом.

Значення сили світла джерела в різних напрямках прийнято представляти радіус-векторами, довжина яких у прийнятому масштабі визначає значення сили світла в заданих напрямках простору . Для ізотропного джерела випромінювання сила світла у всіх напрямках є однаковою. Для неізотропного - вона залежить від напрямку і може розглядатися як функція двох полярних кутів α і φ. Для одного із кутів (α )залежність сили світла І_vа від напрямку можна представити у вигляді плоскої векторної діаграми

За характером просторового розподілу сили світла точкові джерела поділяються на кругло симетричні (зі симетричним розподілом сили світла відносно деякої осі) і несиметричні ( в яких поверхня розподілу сили світла не має вісі симетрії). Таку поверхню розподілу сили світла джерела у просторі навколо нього називають фотометричним тілом і її можна отримати, якщо від точкового джерела світла відкласти в різних напрямках простору значення сили світла даного джерела і через кінці цих векторів провести поверхню.

Несиметричне джерело світла можна охарактеризувати сімейством кривих сил світла І_v(α, φ.), де кут φ характеризує площину, в якій розміщена сила світла, що нас цікавить.