1.3. Фотометрические величины.

Фотометрия – раздел оптики, занимающийся измерением световых потоков и величин, связанных с этими потоками.

1)Точечный источник света – источник, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием от места наблюдения до источника. Для характеристики точечных источников света применяется сила света I, которая определяется как поток излучения источника, приходящийся на единицу телесного угла dΩ. I = dФ/dΩ. Для изотропного источника, у которого сила света не зависит от направления Ω = 4π, тогда I = Ф/4π. Единица силы света –кандела (свеча) Кд. 1Кд –сила света, испускаемого с площади 1/600000м² сечения полного излучателя (абсолютно черного тела) в перпендикулярном этому излучателю направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания Pt, при давлении 101325 Па.

2)Световой поток –равен световому потоку, излучаемому изотропным источником с силой света 1 Кд в пределах телесного угла 1 стерадиан. Его единица измерения –люмен лм. (1лм = 1Кд·1стер.). Световому потоку 1лм (при λ=0,555 мкм) соответствует поток энергии 0,0016 Вт – механический эквивалент света.

3)Освещенность – световой поток, падающий на элемент поверхности

dS, характеризуется величиной : E = dФ_пад/dS. Освещенность можно выразить через силу света: dФ_пад = I·dΩ, угол dΩ = dS·cosα/r², тогда E=I·cosα/r². Единица освещенности 1люкс (1лк) = 1лм/1м².

4)Светимость – величина, характеризующая протяженный источник света. Светимость R численно равна световому потоку, испускаемому единицей площади светящегося тела: R = dФ_исп/dS. Единица измерения лм/м². Если светимость тела обусловлена его освещенностью, т.е. за счет отражения, то R=ρ·Е, где ρ – коэффициент отражения.

Светимость характеризует излучение (или отражение) света данным местом поверхности по всем направлениям. Для характеристики излучения (отражения) света в заданном направлении служит яркость.

5)Яркость В – величина, численно равная отношению силы света с элемента излучающей поверхности dS к площади проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную к направлению наблюдения. , где Θ –угол между нормалью к элементу поверхности и направлением наблюдения. Единица измерения 1нит (нт) =1Кд/м². Если тело излучает по закону Ламберта, т.е. если яркость не зависит от направления, то светимость R и яркость В связаны соотношением: R=π·В.

1.4. Геометрическая оптика.

Длины волн видимого света очень малы ~ 0,1 мкм. Поэтому распространение света можно в первом приближении рассматривать, не учитывая его волновую природу и полагая, что свет распространяется вдоль некоторых линий, называемых лучами. В предельном случае, соответствующем λ→0 законы оптики можно сформулировать на языке геометрии. Раздел оптики, в котором пренебрегают конечностью длин волн называют геометрической (или лучевой) оптикой.

Основу геометрической оптики составляют 4 закона.

1) Закон прямолинейного распространения света (в однородной среде). Этот закон является приближенным, но отклонения происходят только при очень малых размерах отверстий или щелей.

2) Закон независимости световых лучей (лучи при пересечении не возмущают друг друга). Это справедливо лишь при не очень больших

интенсивностях света.

3 ) Закон отражения света. Их мы будем подробнее.

4) Закон преломления света. рассматривать далее

В основу геометрической оптики может быть положен принцип, установленный французским математиком Ферма и 1679 г. Из этого принципа вытекают все три закона о распространении света: 1,3,4. В формулировке самого Ферма принцип гласит что, что свет распространяется по такому пути, для прохождения которого ему требуется минимальное время.

Для прохождения участка пути dS свету требуется время dt=dS/v, т. к. v=c/n получаем dt=(1/c)·n·dS. Время τ, затрачиваемое светом на прохождение пути 1-2 равно: . Величина имеет размерность длины и называется оптической длиной пути. В показатель преломления среды: L = n·S , а τ= L/с.

Пропорциональность времени прохождения τ оптической длине пути L дает возможность сформулировать принцип Ферма так: свет распространяется по такому пути, оптическая длина которого минимальна (точнее L должна быть экстремальна, т.е. либо минимальна, либо максимальна).

Из принципа Ферма вытекает обратимость световых лучей. Действительно, оптический путь, который минимален в случае распространения света из точки 1 в 2, окажется минимальным и в случае распространения в обратном направлении – из точки 2 в 1.

Получим с помощью принципа Ферма законы отражения и преломления света.