§ Фотометрические понятия и величины
Различают энергетические и светотехнические характеристики электромагнитного излучения. Основное различие этих шкал связано со способом регистрации этих величин. Для регистрации энергетических величин используются неселективные приёмники; они являются наиболее объективными. Для регистрации светотехнических (фотометрических) же используются селективные приемники, ориентированные на основной селективный приемник – глаз.
Энергетические величины:
Поток излучения (мощность излучения) – энергия, переносимая через данную площадку в единицу времени.
;
[Вт]
Интенсивность излучения – плотность потока излучения через единичную площадку, расположенную нормально к направлению излучения (вектор Умова-Пойтинга). Часто интенсивность почти эквивалентна поверхностной плотности потока излучения.
Энергетическая сила света – поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла* в данном направлении.
;
[Вт/ср]
*Телесный угол – трёхмерный развернутый внутренний угол, если раскрывать будет сфера. Полный телесный угол =4π. «Это угол, под которым видно голову Буратино с вершины его колпачка»
Энергетическая освещенность – поток, падающий на единицу поверхности.
;
=[Вт/
]
Cвязь между энергетической силой и энергетической освещенностью:
,
где i – угол падения лучей.
Энергетическая светимость (излучательность) – полный поток излучения с единицы поверхности потока.
;
=[Вт/
]
Энергетическая экспозиция – полная энергия излучения, падающая на единичную поверхность за время t.
Светотехнические величины (вводятся по аналогии с энергетическими):
Отличие состоит в том, что при изменении данных величин, нас интересует лишь та часть потока, которая воспринимается глазом. Основной светотехнической единицей является сила света.
Связь между энергетическими и светотехническими величинами:
Между двумя указанными шкалами существует взаимно однозначное соотношение. Для их связи используют понятия абсолютной и относительной световой эффективности.
А
бсолютная
световая эффективность –
отношение светового потока, оцененного
по зрительному восприятию, к полному
потоку излучения:
.
Относительная
световая эффективность
(видимость) –отношение световой
эффективности любой λ к световой
эффективности для λ=555нм:
.
На графике изображена зависимость видимости от длины волны.
§ Эволюция оптических теорий
Оптика
– раздел физики, изучающий явления
связанные с распространением
электромагнитных волн с длиной волны
от
до
м.
Электромагнитная теория света возникла в результате длительной эволюции. История оптики – это борьба двух на первый взгляд взаимоисключающих представлений о природе света: волновых и корпускулярных.
Эту историю можно условно разбить на несколько этапов:
Середина 17 века – начало 19 века. Ньютон – Гюйгенс.
Противостояние этих представлений имело взаимоисключающий характер, и научный прогресс состоял в поиске той экспериментальной базы и создании такой развитой теории, которая позволяла бы, не усугубляя эти противоречия, пояснить их природу.
Начало 19 века – 1900(05) Френель, Юнг – Планк.
Это период всестороннего развития волновых представлений, оказавших, казалось бы, окончательную победу над корпускулярными. В начале 19 века Юнг занялся интерференцией (волновые колебания), чуть позже были работы Френеля по дифракции. Середина 19 века – экспериментальные открытия Фарадея.
1846 – открыт эффект Фарадея;
1856 –Вебер и Кольрауш получили численное значение скорости света на основании измерений электрических явлений;
1865 – появление системы уравнений Максвелла;
1873 – трактат по электричеству и магнетизму;
1888 – опыты Герца: экспериментальное получение электромагнитных волн, триумф волновой теории, однако Герцем открыт фотоэффект, который не укладывался в волновую теорию;
1900 – Планк предположил существование квантов, а 1905 – Эйнштейн объяснил их.
1905 – 1960.
Период накопления новых тонких экспериментальных фактов и одновременное развитие представлений, связанных с созданием теории квантов. Обосновываются корпускулярные воззрения, и возникают успешные попытки их синтеза с волновыми представлениями.
1960 – по настоящее время.
Современный период связан с появлением источников, обеспечивающих высшую степень монохромотичности и направленности излучения – лазеров (или оптических квантовых генераторов – ОКГ).