Фотометрія

Вступ до фотометрії

Фотометрія  - це розділ оптики, який вивчає світлові потоки джерел світла (їх випромінювання, властивості та вимірювання), а також джерела світла та сприймання їх випромінюваної енергії приладами та оком людини.

Фотометрію поділяють:

     на «об’єктивну» фотометрію (оперує поняттями енергії, потужності та потоку енергії і застосовна до будь-яких хвиль) та

     на «суб’єктивну» фотометрію ( оперує величинами, котрі спираються на характер сприймання світла оком людини).

Джерелом світла вважатимемо тіла, котрі випромінюють електро-магнітні хвилі оптичного діапазону (видимі, інфрачервоні та ультрафіолетові промені). Місяць не є справжнім джерелом світла, оскільки його свічення зумовлене відбиванням сонячного  випромінювання.

Класифікація джерел світла

Джерела світла поділяють:

 1.  по розміру на:

     - точкові;

     - протяжні (неточкові);

 2.  по кольору свічення на:

    - монохроматичні (одноколірні);

    - немонохроматичні (білі, багатоколірні);

 3.  по способу реалізації (створення) світіння на:

    - теплові (дуже нагріті);

    - нетеплові (холодні як світні бактерії, світлячки та газорозрядні лампи);

 4.  по виду випромінюваних хвиль на:

    - когерентні (наприклад, лазери);

    - некогерентні ( усі інші джерела);

 5.  по характеристиках їх конструктора на:

    - природні (Сонце, зорі, галактики…);

    - штучні ( створені людиною).

Усі штучні джерела перетворюють у світлову енергію певний інший вид енергії. 

Наприклад, лампочка розжарення споживає енергію Е_о  (Дж) від електромережі, має потужність

Р_о = Е_о/t (Вт), 

а у світлову енергію Е_ν  вона перетворює лише 3-5% спожитої. Тому її світлова потужність:

Р_ν = Е_ν/t (Вт) 

значно менша від електричної. У суб’єктивній фотометрії цю величину називають повним світловим потоком джерела (Ф) і вимірюють його не у ватах, а в люменах: [Ф] = лм.

1лм (люмен) – це світловий потік, випромінюваний точковим джерелом світла в одну свічку всередині одиничного тілесного кута в один стеррадіан.

Співвідношення між (лм) та (Вт) визначається так: 

ідеально ефективний перетворювач електроенергії у світло потужністю 1 Вт створює на довжині хвилі 550 нм (зелене світло) світловий потік, котрий сприймається нашим оком і оцінюється у 650 люменів.

На іншій довжині хвилі його потік буде менший у стільки разів, у скільки чутливість ока до цієї хвилі буде меншою, ніж до зеленого світла.

Джерело світла характеризується певним оптичним ККД, котрий називається світловіддачею η:

  η = Ф/N_o    [η] = лм/Вт.

У ламп денного світла цей коефіцієнт складає η ≈ 60-75 лм/Вт.

Слід намагатись використовувати джерела світла із найвищим η.

Для того, щоб прочитати параграф з підручника "фізика-11" ми вмикаємо світло (настільну лампу), щоб збільшити освітленість.

Під освітленістю розумітимемо фізичну величину, котра дорівнює відношенню світлового потоку  Ф до поперечної площі поверхні S, на яку він припадає:

Е = Ф/S.

Одиницею освітленості Е є люкс (лк).

1 люкс – це така освітленість, котру створює світловий потік 1 лм, рівномірно розподілений по поверхні площею 1м².

Створено прилади для вимірювання освітленості (люксометри). Саме за цією величиною визначаються норми освітленості, при яких використання нашого ока є найбільш безпечне (наприклад, рекомендоване освітлення  житлового приміщення 80 лк).

До основних понять фотометрії крім світлової потужності, світлового потоку, освітленості та світловіддачі джерела належать також сила світла J, світність джерела R та яскравість В.

Силою світла називають фізичну величину, котра чисельно дорівнює світловому потоку Ф, який приходиться на одиницю тілесного кута Ω

  J = ΔФ/ΔΩ.

Одиницею вимірювання сили світла J є кандела (міжнародна свічка).

1 Кд дорівнює силі світла спеціальної електричної лампочки, котра випромінює в певному напрямку при пропусканні через неї строго задану силу струму. Ця одиниця є однією із семи основних одиниць системи СІ.

[J] = Кд = 1лм/стер

Якщо точкове джерело випромінює потік рівномірно по всіх напрямках, то таке джерело називають ізотропним.

Cвітністю називають величину, котра дорівнює світловому потоку Ф, випромінюваному одиницею поверхні, що світиться:

R = Ф/S

R визначає потік, що віддається джерелом.

Поверхневою яскравістю джерела називатимемо потік, котрий посилається у даному напрямі одиницею видимої поверхні в середину одиничного тілесного кута.