Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лабораторка!!!!!!!!!!!.DOC
Скачиваний:
64
Добавлен:
03.05.2019
Размер:
2.38 Mб
Скачать

Лабораторная Работа № 1

Проверка законов освещённости, фотометрирование источников света.

В опросы для теоретической подготовки:

  1. Энергетические величины: мощность излучения, интенсивность излучения, энергетическая освещенность, энергетическая светимость, энергетическая яр­кость.

Энергетические величины

Фотометрические или световые величины

Мощность излучения или лучистый поток (Вт)

Световой поток

(лм)

Интенсивность излучения или лу­чистость (Вт/ср)

Сила света

(кд)

Энергетическая освещенность или облученность (Вт/м2)

Освещенность

(лк)

Энергетическая светимость или излучательность (Вт/м2)

Светимость

(лм/м2)

Энергетическая яркость (Вт/м2.ср)

Яркость

(кд/м2)

  1. Фотометрические величины: световой поток, сила света, освещенность, светимость, яркость.

С ветовой поток. Понятие светового потока вводится аналогично потоку энергии. Под потоком энергии через некоторую поверхность понимается количество энергии, прошедшей через данную поверхность в единицу времени. В случае света вместо понятия потока энергии вводится аналогичное понятие - световой поток. Таким образом, под световым потоком понимается количество световой энергии, прошедшей через данную поверхность в единицу времени. Как и поток энергии, световой поток можно измерять в ваттах. Однако, как увидим позднее в этой же главе, световой поток принято измерять в специальных единицах, называемых люменами.

Рассмотрим идеализированный случай – излучение точечного источника (конечное количество энергии излучается с конечного элемента поверхности протяжённого источника в конечный телесный угол) в однородной изотропной среде. Точечным называется источник, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до точки наблюдения. Световая энергия в рассматриваемом случае будет распространяться по прямым линиям, исходящим из точеного источника: поверхность волны, распространяющейся от точечного источника в однородной изотропной среде, будет сферической.

Количество световой энергии, проходящей через некоторую поверхность площадью dσ за время t, обозначим через dW. Для экспериментального определения dW поверхность dσ можно сделать абсолютно чёрной и определить количество выделенной на этой поверхности теплоты. По определению, отношение dW / t даст поток световой энергии через поверхность dσ. Прошедшая через поверхность dσ энергия распространяется в пределах телесного угла dΩ, величина которого равна

(1.1)

где φ есть угол между осью конуса и внешней нормалью к поверхности dσ, r – расстояние точечного источника до поверхности dσ (рис. 1.1).

Зная поток световой энергии dΦ, распространяющийся в телесном угле dΩ, можно определить суммарный поток Φ, излучаемый данным точечным источником по всем направлениям:

(1.2)

где интегрирование производится по произвольной замкнутой поверхности, окружающей точечный источник.

В основе принципа действия многих приборов (глаз, фотоаппарат, фотоэлементы и т.д.) лежит регистрация светового потока.

Сила света. Часто возникает необходимость определить величину светового потока, излучаемого в единичный телесный угол. С этой целью для точечного источника вводится фотометрическое понятие силы света. Под силой света понимается величина светового потока, излучаемого точечным источником в единичном телесном угле. Если в телесном угле dΩ излучается световой поток dΦ, то сила света в данном направлении будет:

(1.3)

В общем случае сила света есть величина, зависящая от направления. Источники в этом случае называются анизотропными. В случае, если сила света не зависит от направления, источники называются изотропными. Очевидно, что для изотропных источников сила света определяется так:

(1.4)

Рассмотрим общий случай. Пусть сила света зависит от направления излучения. Будем пользоваться полярной системой координат. Точечный источник света расположим в начале координат. Направление будет характеризоваться широтой φ, которая изменяется от нуля до π, и долготой θ, которая изменяется от нуля до 2π. Тогда сила света определяется как I=I (θ, φ). Как следует из рис. 1.2 (на рисунке принят r = 1),

dΩ = sinφ dφ dθ . (1.5)

Так как

dΦ = I(θ, φ) , (1.6)

то

(1.7)

Зная зависимость силы света от направляющих углов θ и φ, можно вычислить Ф. В частности, если источник изотропный [I(θ, φ) = I = const], имеем

Ф = 4πI0. (1.8)

Оставляя постоянной мощность излучения, можно увеличить силу света в одном направлении. В качестве примера можно при­вести прожектор, где с помощью сферических зеркал из-за пере­распределения светового потока резко увеличивается сила света в направлении вдоль оси прожектора и сводится к нулю ее величина в остальных направлениях.

Я ркость. Как отмечалось выше, излучение точечного источника в данном направлении характеризуется силой света. С целью аналогичной характеристики протяжённого источника

вводится понятие силы света характеризуется силой света единицы видимой поверхности — яркость.

Рассмотрим излучение некоторой поверхности площадью dσ. Выделим излу­чение этой поверхности в телесном угле dΩ (рис. 1.3). Угол между осью выделенного светового пучка и внешней нор­малью к поверхности dσ обозначим через φ. Определим световой поток ,излучаемый данной поверхностью dσ под телесным уг­лом dΩ. Искомый световой поток будет пропорционален величине телесного угла, под которым излучается свет, и видимой площади светящейся поверхности (dσ ∙ cosφ), т.е.

d2Φ = BφdΩdσcosφ, (1.9)

где Вφ — коэффициент пропорциональности, характеризующий све­тящуюся поверхность и зависящий от угла φ. Этот коэффициент называется яркостью поверхности в направлении φ и определяется согласно формуле (1.9):

(1.10)

Следовательно, яркость в данном направлении определяется вели­чиной светового потока, излучаемого с единицы видимой в данном направлении поверхности в единицу телесного угла. Другими сло­вами, она численно равна силе света в данном направлении, созда­ваемой единицей площади видимой поверхности источника. Под видимой площадью светящейся поверхности понимается проекция площади светящейся поверхности dσ в направлении, перпендику­лярном оси пучка.