Цвет и свет - Луизов А.В.
ISBN 5-283-04410-5
Скачать (прямая ссылка):
28
Большая заслуга в области построения самого фундамента фотометрии и смежных с нею наук — ко-лориметрии, светотехники — принадлежит советским ученым. Это С. О. Майзель, А, А. Гершун, М. М. Гуревич, Н. Т. Федоров, Г. Н. Раутиан, Л. И Демкина,
Н. Юстова, Н. Д. Нюберг, В. В. Мешков и др.
Именно С. О Майзель в 1929 г. опубликовал статью [35], в которой убедительно доказал физическую сущность световых величин В сильно сокращенном и несколько упрощенном виде рассуждения
С. О. Майзеля сводятся к следующему. Энергию излучения можно измерить по нагреванию поглощающего излучения тела. Если за время Дt температура тела 0 увеличилась на Д0, зная теплоемкость тела, легко найти количество поглощенной энергии AQ, а следовательно, и поток излучения Р, падавший на тело:
Р-§¦ (З-1*)
Но трудно достигнуть того, чтоб тело полностью поглощало падающую на него энергию. Кроме того, часть полученной теплоты будет неизбежно уходить с излучением самого нагревающегося тела. Таким образом, найденный по формуле (3.14) поток Р не будет равен падающему потоку Pq. Однако вряд ли есть основания сомневаться в том, что Р — физическая величина.
Можно пойти дальше, например измерять поток излучения не по тепловому, а по фотоэлектрическому действию. На воздействие потока Ро фотоэлемент будет отвечать током, сила которого i будет пропорциональна мощности Ро' так, если мы вдвое уменьшим расстояние до источника излучения, сила тока i возрастет в четыре раза, см. формулу (3.7).
Однако, если мощность падающего на фотоэлемент излучения увеличить в четыре раза не приближением излучателя к фотоэлементу, а каким-нибудь другим способом, например повышением температуры, сила тока фотоэлемента возрастет отнюдь не в четыре раза.
Дело в том, что реакция фотоэлемента селективна: излучения разных длин волн действуют на него в различной степени. Повышение температуры изменяет не только интегральную мощность излучения, но
29
и его спектральный состав. А сила тока в фотоэле-менте зависит не только от мощности излучения, но| и от его спектрального состава. И все же показания фотоэлемента отражают определенные физические явления, т. е. эти явления поддаются обычным физнн ческим измерениям.
Здесь уже один шаг до глаза. Глаз — тоже селективный приемник, и поток излучения, оцененный таким приемником, мы называем световым потоком. Но здесь возможно последнее сомнение: спектральная чувствительность у разных людей различна, значит, одному и тому же потоку излучения могут соответствовать разные световые потоки. На это можно возразить, что поток излучения должен оцениваться не любым человеком, а с помощью официально ириня-той функции У(Я).
Новое, международно принятое определение [39] подчеркивает это: «Световой поток — величина, образующаяся от лучистого потока при оценке излучения по его действию на селективный приемник, спектральная чувствительность которого определяется нормализованной функцией относительной световой эффективности излучения».
Итак, световой поток — это материальный физический стимул, и единица его люмен — такая же единица физической величины, как ватт, вольт, ньютон.
По формуле (3.13) поток излучения, выраженный в ваттах, совершенно однозначно пересчитывается в световой поток с помощью официально принятых значений V(A).
Вместе со световым потоком приобретают физический смысл и производные от него величины: сила света, освещенность, яркость.
Трехмерность цвета
4.1. ШКАЛА ЯРКОСТЕЙ
Представим себе такой опыт. Испытуемому дают два десятка карточек. Одна из них черная, другая белая, остальные в разной степени серые: от почти черной до почти белой. Поверхности этих карточек
обладают различным коэффициентом диффузного отражения р: черная — наименьшим, белая — наибольшим. От черной к белой р возрастает ступенями. Важно подчеркнуть, что у всех карточек коэффициент р не селективен, т. е. излучения всех длин волн видимого света отражаются практически одинаково. Относительный спектральный состав света при отражении от такой карточки не изменяется. И если она осве-щена белым светом, что и обеспечивается в описываемом эксперименте, отраженный свет остается белым, только его интенсивность меняется. При равномерном освещении всего стола яркость каждой карточки согласно формуле (3.8) оказывается пропорциональной ее коэффициенту р. Для дальнейшего нам будет полезно знать, что такой ряд называется набором ахроматических цветов. Испытуемому предлагают разложить карточки на столе в какой-то разумной по его мнению последовательности. Почти каждый легко справится с такой задачей: положит сначала черную, потом более светлую, потом , еще более светлую и т. д. до белой. Быть может, он начнет с белой и дойдет до черной, но логика будет та же. Карточки лягут в один ряд в порядке возрастающей (или убывающей) яркости их.
Яркость — величина скалярная, что и обусловливает возможность и удобство расположить карточки по возрастающей яркости в одну линию.
4.2. ЦВЕТНЫЕ КАРТОЧКИ
Проведем теперь второй опыт. Испытуемому дают несколько десятков карточек, на этот раз цветных. Физически это означает, что коэффициенты спектрального отражения р(А) у них сильно селективны и очень отличаются друг от друга у разных карточек, что и обусловливает значительные отличия в их цвете. Испытуемому снова предлагают расположить карточки в рациональном порядке. На этот раз испытуемый обязательно задумается. Если он знает о зависимости цвета от длины волны или просто помнит, как расположены семь цветов радуги, он положит сначала фиолетовую карточку, затем синюю, голубую, зеленую, желтую, оранжевую и красную. Но что делать с множеством оставшихся карточек? Всмотревшись, он обнаружит кроме основных семи
