Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
Адаптация глаза происходит автоматически, но механизм ее выяснен не совсем. При резком увеличении яркости света почти мгновенно сужается зрачок. При уменьшении яркости до прежнего уровня зрачок вновь расширяется. Происходит также изменение чувствительности самих рецепторов. Долгое время считалось, что такое изменение чувствительности связано с изменением количества родопсина в палочках. Когда яркость света повышается, родопсин выцветает, и чувствительность глаза понижается. При уменьшении яркости происходит восстановление родопсина и свя- 144 геометрическая теория оптических изображений ' [гл. ii
занное с этим повышение чувствительности. Однако работы последнего времени поставили под сомнение эту точку зрения. Наблюдения показали, что чувствительность глаза к свету меняется всего сильнее, когда уменьшение родопсина еще очень невелико. Наоборот, когда концентрация родопсина резко уменьшается, чувствительность уменьшается незначительно. С изложенной точки зрения это понять трудно. Возможно, играет роль перестройка корковых центров головного мозга, воспринимающих свет, т. е. повышение и понижение их чувствительности.
§ 22. Фотометрические понятия и единицы
1. Излучение в пространстве или в прозрачной однородной среде можно характеризовать интенсивностью, спектральным составом и поляризацией. При этом надо иметь в виду, что пучки строго параллельных лучей являются идеализацией и никогда не встречаются в действительности. Конечной энергией могут обладать лучи, направления которых заполняют конечные телесные углы, хотя величина этих углов и может быть очень малой.
Заметив это, возьмем в поле излучения произвольную малую площадку ds. Она должна быть настолько мала, чтобы характеристики излучения практически не изменялись при переходе от одной точки площадки к другой. В то же время линейные размеры площадки ds должны быть велики по сравнению с длинами волн излучения, чтобы к излучению можно было применять понятия и законы геометрической оптики. Проведем через площадку ds лучи, заполняющие какой-то телесный угол fi. Энергия, переносимая этими лучами в единицу времени, называется лучистым потоком Ф, проходящим через площадку ds в телесный угол Q. Если телесный угол dQ бесконечно мал, а площадка ds перпендикулярна к его оси, то лучистый поток можно представить в виде d(D = I ds dQ. Величина / есть лучистый поток, отнесенный к единичной площадке, перпендикулярной к излучению, и к единице телесного угла. Она называется интенсивностью лучистого потока, или лучистостью излучения в направлении оси телесного угла dQ. Если нормаль к площадке ds образует с направлением излучения угол 1O1, то
<ME> = Ids cos udQ,
так как лучистые потоки через площадку ds и ее проекцию dsL = = ds cos 4, перпендикулярную к излучению, одинаковы. Для краткости проекцию ds cos ft называют видимой величиной площадки ds, если ее рассматривать под углом Ф к нормали. При выполнении принципа суперпозиции лучи, проходящие в данный момент времени через определенную точку среды, совершенно независимы друг от друга. Поэтому для полной характеристики состояния излучения необходимо указать интенсивность лучистого потока по лю- § 22]
фотометрические понятия и единицы
143
бому из бесчисленного множества направлений, проходящих через каждую точку пространства. При этом надо учитывать отдельно каждое из двух прямо противоположных направлений, поскольку независимость лучей имеет место и для этих направлений.
Энергия, проходящая за время dt через площадку ds в телесный угол dQ, представится выражением I ds dQ dt cos При этом время dt, хотя оно и входит в виде дифференциала, должно быть все же велико по сравнению с периодами колебаний волн, входящих в излучение. Иначе значение мощности, например, монохроматического излучения, как энергии, отнесенной к единице времени, при малом интервале dt, в течение которого измеряется энергия, зависело бы от фазы колебаний в момент начала измерения. Независимость имела бы место только тогда, когда время dt случайно содержало бы целое число колебаний. Если же dt велико по сравнению с периодами колебаний любых волн, входящих в излучение, то измеренная мощность излучения практически не будет зависеть от выбора dt. ^—
2. Объемной плотностью лучистой ds ушу,
энергии называется энергия, содержа- ---—_
щаяся в единице объема пространства. vit
Чтобы выразить ее через интенсивность Рис. 83.
излучения I, возьмем сначала малый конус лучей с телесным углом dQ при вершине (рис. 83). Через площадку ds, перпендикулярную к излучению, за время dt проходит энергия I ds dQ dt. Если V —скорость распространения излучения, то за время dt эта энергия распространится на расстояние v dt и заполнит объем ds V dt, заштрихованный на рис. 83. (Предполагается, что нет дисперсии, так что скорость распространения энергии совпадает с фазовой скоростью к.) Разделив предыдущее выражение на этот объем, найдем (IIv) dQ — плотность лучистой энергии, создаваемую рассматриваемым элементарным пучком лучей. Полная плотность лучистой энергии и найдется интегрированием этого выражения по всем телесным углам:
