Фотометрия. Сила света. Освещенность

С точки зрения закона сохранения и превращения энергии, источник света — это устройство, в котором различные виды энергии (тепловая, электрическая, химическая) превращаются в энергию светового излучения. Источники света могут значительно отличаться друг от друга. Сильнее для нас источник света — солнце, на которое больно смотреть невооруженным глазом. Но человеческий глаз замечает даже очень слабые источники света, например светлячков. Однако во многих случаях нужно учитывать не только свойства источников света, но и расстояние до них и другие факторы. Свет действует на тела благодаря тому, что оно переносит энергию.

Фотометрия — раздел оптики, изучающий способы измерения световой энергии.

Основной характеристикой источника света сила света. Эту величину обозначают И, измеряют в канделах (кд).

Сила света — это физическая величина, которой характеризуют способность света излучать световую энергию.

Кандела — это примерно сила света одной обычной свечи (канделябр). Лампа мощностью 100 Вт имеет силу света примерно 100 кд. Числовое значение силы света Солнца — огромное число с 27 нулями, а сила света светлячка — от одной сотой до одной тысячной канделы.

Известно, что чем больше освещен любой предмет, тем четче мы его видим. Чтобы характеризовать, насколько освещена та или иная поверхность, вводят такую физическую величину, как освещенность. Ее обозначают Е, измеряют в люксах (лк).

Освещенность — это величина, которая показывает, сколько света попадает на единицу площади поверхности (характеризует поверхность освещается).

По нормативным требованиям освещенность школьной парты должно быть не менее, чем 150 лк, освещенность книжной страницы должна быть не менее, чем 100 лк (примерно такую освещенность дает лампа накаливания мощностью 60 Вт, расположенная на расстоянии около 70 см от книги, когда лучи перпендикулярны страницы).

Для измерения освещенности используют специальные приборы, которые называют люксметрами.

Светочувствительным элементом таких приборов является фотоэлемент. В случае удаления от источника освещенность уменьшается. Расчеты и опыты показывают, что для точечного источника (такого, что излучает свет одинаково во всех направлениях и размерами которого можно пренебречь) освещенность Е прямо пропорциональна силе света и источника света и обратно пропорциональна квадрату расстояния R к источнику: E = I/R2. Эта формула справедлива при условии, что свет на поверхность падает перпендикулярно. Данное соотношение было установлено в начале XVII в. немецким физиком и астрономом Иоганном Кеплером. В справедливости приведенного соотношения легко убедиться, рассмотрев так называемую «световую пирамиду» с источником света в ее вершине.

Освещенность поверхности зависит не только от силы света источника и расстояния до него: она еще зависит от угла падения света: E = I/R2 • k, где k — множитель, значение которого определяют по углу падения луча (он может изменяться в пределах от 1 (если угол падения 0 °) до 0 (если угол падения 90 °).

При увеличении угла падения света на поверхность ее освещенность уменьшается, ибо площадь поверхности, которую освещает параллельный пучок света, увеличивается.

Законы фотометрии важно учитывать для сохранения собственного зрения. Следует избегать попадания в глаз сильного прямого света, очень резкого контраста между соседними поверхностями.

Законы фотометрии позволяют объяснить многие явления. Например, легко понять, почему на поверхности близких к Солнцу планет высокая температура, а на далеких планетах — низкая.

Смену времен года объясняют тем, что зимой солнечные лучи даже в полдень падают не сверху, а под достаточно большим углом к вертикали. При таком угла падения они «светят, но не греют».

Световой поток — это та часть световой энергии, вызывает зрительные ощущения. Световой поток равен энергии, которую излучает источник света и которая распространяется во все части пространства за единицу времени. Световой поток сказывается — Ф, измеряется в люменах (лм).

Ф = W / t; E = Ф / S.

Мы в Google+