- •30. Природа света.
- •31. Световой поток. Освещенность.
- •§ 70. Сила света и освещенность. Полный световой поток характеризует излучение, которое распространяется от
- •32. Законы освещенности.
- •33. Яркость источников и освещенных поверхностей.
- •34. Световые измерения и измерительные приборы.
- •35. Прямолинейное распространение света и световые лучи.
- •36. Законы отражения и преломления света. Понятие дисперсии.
- •37. Интерференция света. Дифракция света.
- •127. Определение длины световой волны с помощью колец Ньютона.
- •§ 130. Законы отражения и преломления света на основе принципа Гюйгенса. Пусть на границу раздела двух сред аb (рис. 273) падает параллельный пучок лучей, образуя
- •§ 136. Дифракционная решетка как спектральный прибор.
- •38. Поляризация света.
- •39. Цвет.
- •§ 164. Спектральный состав света различных источников.
- •40. Линзы. Преломление изображения в линзах.
- •41. Формула линзы. Действительное и мнимое изображение.
- •42. Плоские и сферические зеркала.
- •43. Построение изображения в зеркалах.
- •44. Увеличение при изображении объектов в сферических зеркалах и линзах.
- •45. Проекционные оптические приборы.
- •46. Фотоаппарат.
- •47. Глаз как оптическая система. Лупа.
- •48. Микроскоп.
- •49. Разрешающая способность и увеличение оптических приборов.
- •50. Погрешности оптических приборов.
- •§ 102. Увеличение системы. Найдем теперь формулы для линейного увеличения системы. Из подобия треугольников s'1s'2f' и h'q'f' (рис. 226) имеем
- •§ 107. Ограничение пучков в оптических системах. Изучая оптические системы, мы до сих пор оставляли в стороне
- •51. Различные виды микроскопов, используемые в судебной экспертизе.
- •52. Оптическая световая микроскопия и ее использование для исследования объектов судебной экспертизы
- •53. Люминесцентная микроскопия и ее использование для исследования объектов судебной экспертизы.
- •54. Электронная микроскопия, ее виды и использование ее для исследования объектов судебной экспертизы.
- •55. Понятие электромагнитных волн.
- •56. Источники электромагнитных волн.
- •57. Способы исследования электромагнитных волн различной длины.
- •58. Шкала электромагнитных волн.
- •59. Видимая и невидимая зоны шкалы электромагнитных волн. Свойства электромагнитного излучения в различных областях спектра
- •60. Ультрафиолетовая, инфракрасная микроскопия и использование ее для исследования объектов судебной экспертизы.
- •61. Дисперсия и цвет тел.
- •62. Понятие спектра. Типы спектров, используемых в судебной экспертизе.
- •§ 174. Происхождение спектров различных типов. Исследование показало, что тип спектра определяется характером светящегося объекта.
- •63. Дисперсия показателя преломления различных материалов. Коэффициенты поглощения, отражения и пропускания.
- •64. Спектральный состав света различных источников. Спектры и спектральные закономерности.
- •65. Спектральные аппараты.
- •66. Действия света на вещество. Фотоэлектрический эффект.
32. Законы освещенности.
Законы освещенности. Как показывают формулы (70.1) и (70.2), величины Е и I связаны между собой.
Пусть точечный источник S освещает небольшую площадку , расположенную на расстоянии R от источника (рис. 157).
Построим телесный угол , вершина которого лежит в точке S и который опирается на края площадки . Он равен /R2. Поток, посылаемый источником в этот телесный угол, обозначим через Ф. Тогда сила света I=Ф/=Ф•R2/, освещенность E=Ф/. Отсюда
(71.1)
т. е. освещенность площадки равна силе света, деленной на квадрат расстояния до точечного источника. Сравнивая освещенности площадок, расположенных на разных расстояниях R1, R2 от точечного источника, найдем E1=I/R21, E2=I/R22 и т. д., или
(71.2)
т. е. освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния от площадки до точечного источника. Это так называемый закон обратных квадратов.
Если бы площадка а была расположена не перпендикулярно к оси потока, а повернута на угол а, то она имела бы размеры =0cos (рис. 158), где 0 — площадка, пересекающая тот же телесный угол перпендикулярно к оси пучка, так что =0/R2. Мы предполагаем площадки и 0 настолько малыми и столь удаленными от источника, что
для всех точек этих площадок расстояние до источника может считаться одинаковым (R) и лучи во всех точках составляют с перпендикуляром к площадке один и тот же угол (угол падения).
Рис. 157. Освещенность площадки , перпендикулярной к оси светового потока, определяется силой света и расстоянием R от точечного источника S до площадки
Рис. 158. Освещенность площадки пропорциональна косинусу угла , образуемого перпендикуляром к площадке с направлением светового потока
В таком случае освещенность площадки есть
(71.3)
Итак, освещенность, создаваемая точечным источником на некоторой площадке, равна силе света, умноженной на косинус угла падения света на площадку и деленной на квадрат расстояния до источника.
Закон обратных квадратов соблюдается вполне строго для точечных источников. Если же размеры источника не очень малы по сравнению с расстоянием до освещаемой поверхности, то соотношение (71.1) не верно и освещенность убывает медленнее, чем по закону 1/R2; в частности, если размеры светящейся поверхности велики по сравнению с R, то освещенность практически не меняется при изменении R. Чем меньше размеры источника d по сравнению с R, тем лучше выполняется закон обратных квадратов. Так,
при соотношении d/R1/10 расчеты изменения освещенности
по формуле (71.1) дают вполне хорошее согласие с наблюдением. Таким образом, закон обратных квадратов можно считать практически выполняющимся, если размеры источника не превышают 0,1 расстояния до освещаемой поверхности.
Освещенность поверхности, как видно из формулы (71.3), зависит, кроме того, от угла, под которым падают на эту [поверхность световые лучи.
§ 72. Единицы световых величин. В системе световых единиц за исходную величину принята единица силы света. Эта единица имеет условный характер: в качестве единицы силы света принята сила света некоторого эталонного источника. Таким источником, дающим силу света I=1, вначале условились считать пламя свечи, изготовленной строго стандартным образом. Однако этот эталонный источник оказался мало удобным, так как даваемая им сила света несколько изменяется по мере образования «нагара» и, кроме того, зависит от температуры и влажности воздуха. Для установления эталона силы света было предложено много других источников, в частности эталонные электрические лампы накаливания, образцы которых хранятся в крупных государственных измерительных лабораториях и контролируются взаимными сравнениями.
Единица силы света называется канделой (кд) — от латинского слова candela, что означает свеча. Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего излучение частоты 540•1012 Гц (длина волны в вакууме 555 нм), энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Кандела является одной из основных единиц Международной системы единиц (СИ).
Эталоны в виде электрических ламп не являются достаточно постоянными я в случае их порчи не могут быть точно воспроизведены. Поэтому международным соглашением введен новый эталон, который можно точно воспроизвести. Он представляет собой специально устроенный сосуд, в котором расплавляется химически чистая платина; в платину вставлена тугоплавкая узкая трубочка, раскаляемая до температуры платины. Свет испускается внутренней полостью трубочки через ее открытый конец. При затвердевании чистой платины температура ее имеет строго определенное значение, равное 2042 К. Сила света, излучаемого при этой температуре в направлении оси трубочки с поверхности, равной 1/60 см2, будет строго определенной. Эта сила света равна одной канделе.
За единицу светового потока принят люмен (обозначается лм). Люмен есть световой поток, испускаемый точечным источником, сила света которого равна 1 кд, внутри единичного телесного угла (т. е. угла, равного 1 ср). Для излучения, соответствующего максимуму спектральной чувствительности глаза (=555 нм), световой поток равен 683 люменам, если энергетическая сила света равна 1 Вт/ср.
За единицу освещенности принимается освещенность такой поверхности, на 1 м2 которой падает световой поток 1 лм, равномерно распределенный по площадке. Эта единица освещенности называется люкс (лк). Освещенность 1 лк получается на поверхности сферы радиуса 1 м, если в центре сферы помещен точечный источник, сила света которого равна 1 кд. Приведем значения освещенности для некоторых типичных случаев (табл. 1).
Таблица 1. Освещенность (в люксах) в некоторых типичных случаях
С открытием лазеров, обладающих высокой интенсивностью, появилась возможность создавать значительно большие освещенности, правда, в течение очень малых промежутков времени. Существенную роль играет то свойство лазеров, что они дают излучение с малой расходимостью светового пучка. Благодаря этому все излучение лазера практически можно собрать в пятнышко с площадью около 10-6 см2. Небольшой лазер с полной энергией 0,1 Дж за вспышку, длящуюся 10-8 с, создает в пределах такого пятнышка в течение вспышки «чудовищно» большую плотность мощности 1013 Вт/см2 или 10 тераватт/см2 (ТВт/см2) *). Заметим, что мощность всех электростанций на Земле составляет примерно 1 ТВт. Легко подсчитать, что освещенность, создаваемая таким лазером в пределах небольшого пятнышка, для света с длиной волны =555 нм составляет примерно 1030 лк, т. е. почти в 1015 раз выше, чем максимальная освещенность, даваемая Солнцем.