Лекция 3. Фотометрия

Раздел оптики, изучающий методы и приемы измерения лучистой энергии, называется фотометрией.

Вводятся две системы единиц измерения фотометрических величин: энергетические и визуальные.

В системе энергетических единиц свет оценивается с помощью приборов по объективным характеристикам. В системе визуальных единиц световые характеристики оцениваются по субъективному ощущению глаз.

В фотометрии важную роль играет понятие телесного угла.

За единицу телесного угла – стерадиан (стер) – принят угол, опирающийся на участок поверхности сферы, площадь которого равна квадрату ее радиуса. Соответственно, телесный угол, охватывающий поверхность S, равен

.

Энергетические единицы Световой поток (лучистый поток)

Основной энергетической единицей является лучистый поток Ф, который характеризует энергию, проходящую через данную поверхность в единицу времени. В системе СИ лучистый поток измеряется в ваттах (Вт).

Сила света (сила излучения)

Рассмотрим точечный источник S и выделим телесный угол d c вершиной в точке S. Обозначим лучистый поток, создаваемый источником S в телесном угле d, через dФ. Отношение

I =

называется силой света. Единицей силы света в СИ является Вт/стер.

Если поток, испускаемый точечным источником, равномерный во всех направлениях, то I = Ф/4 или Ф = 4I. Величина Ф является постоянной для данного источника и не может быть увеличена с помощью оптических приборов.

Яркость (лучистость)

Протяженный источник в общем случае создает различную интенсивность света в различных направлениях. В некотором данном направлении он характеризуется лучистостью (яркостью) В_ .

Рассмотрим на поверхности протяженного источника около точки N малую площадку dS с нормалью в этой точке (рис.17).

Проекция dS на плоскость L, перпендикулярную к направлению наблюдения NM, будет равна dS_ = dScos . Величину dS_ называют видимой поверхностью в данном направлении. Рассматривая светящуюся площадку как точечный источник, можно определить ее силу dI_ в данном направлении. Величина

В_ =

называется лучистостью в данном направлении.

Она численно равна силе света в данном направлении, создаваемой единицей видимой поверхности, и измеряется в Вт/(м²стер).

Некоторые источники имеют одинаковую яркость в разных направлениях, т.е. не зависят от направления наблюдателя В_ = B = const. Отсюда следует, что

dI_ = BdScos  = dI₀ cos ,

т.е. сила света такого источника пропорциональна косинусу угла с нормалью и максимальна в направлении нормали.

Соотношение носит название закона Ламберта.

Плотность излучения (интегральная излучательная способность) r

Светящаяся поверхность испускает лучистый поток по всем направлениям в телесном угле 2 (это половина полного телесного угла, т.к. поверхность испускает свет в полупространство над собой). Лучистый поток, испускаемый с единицы поверхности по всем направлениям, R = dФ/dS, характеризует интегральную плотность источника и измеряется в Вт/м². Для источников, подчиняющихся закону Ламберта (косинусных источников),

R = B.

Освещенность (облученность) е

Эта величина характеризует интенсивность световой энергии, падающей на освещаемую поверхность:

E = dФ/dS.

Освещенность численно равна потоку, падающему на единицу поверхности и измеряется в Вт/м².