Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
Рис 84 148
геометрическая теория оптических изображений ' [гл. ii
излучающей поверхности указанного светового эталона. До введения этого эталона (он был введен с 1 января 1948 г.) единицей силы света источника служила международная свеча (м. св.), равная 1,005 кд. Она осуществлялась специально изготовленными электрическими лампочками.
Единица светового потока есть люмен (лм) — световой поток, посылаемый источником в 1 канделу внутрь телесного угла в 1 стерадиан.
Лучистый поток, измеренный в ваттах, можно рассматривать и как световой поток, измеряя его в люменах. Световая эффективность лучистого потока, или просто световая эффективность, есть число люменов, соответствующее мощности в один ватт (лм/Вт). Обратная величина (Вт/лм) называется механическим эквивалентом света. Из-за различной чувствительности глаза к различным участкам спектра обе эти величины зависят от длины волны X. Принято приводить их значения для X = 555 нм, где чувствительность глаза максимальна. Для такой длины волны эти величины по новейшим измерениям равны соответственно:
625 лм/Вт и 0,00160 Вт/лм.*
Пользуясь кривой видности среднего человеческого глаза, приведенной на рис. 82, нетрудно найти значения этих величин для любой длины волны видимого спектра излучения.
6. Из закона сохранения энергии следует, что полный световой поток, посылаемый источником, не может быть увеличен никакими отражающими и преломляющими устройствами, по крайней мере пока они остаются неподвижными. Такие устройства могут только перераспределять световые потоки по различным направлениям, что и осуществляется, например, прожекторами. Если точечный источник света помещен в прозрачной однородной среде, то на любых расстояниях от него остается постоянным не только полный поток Ф, испущенный источником в какой-либо момент времени, но и световой поток сіФ = ? dQ в пределах любого телесного угла dQ, исходящего из источника. Ввиду того, что телесный угол dQ никак не связан с расстоянием г до источника, не будет зависеть от г и сила света источника/. Интенсивность света / на расстоянии г найдется делением гіФ на площадь ds = г2 dQ перпендикулярного сечения рассматриваемого элементарного пучка лучей. Это дает
/=//Л (22.5)
т. е. интенсивность света обратно пропорциональна квадрату расстояния до точечного источника.
7. Световой поток, приходящийся на единицу площади освещаемой поверхности, называется освещенностью E этой поверхности. (При энергетических измерениях вместо этого термина пользуются термином энергетическая освещенность, или облученность, единицей § 22] фотометрические понятия и единицы 143
которой служит Вт/ма.) Пусть источник точечный, а лучи падают под углом Ф к нормали к освещаемой поверхности. Тогда d<$ ч* ? dQ — ?ds cos 4/г2. Разделив на площадь поверхности ds, получим
? = ? cos д. (22.6)
Таким образом, освещенность, создаваемая точечным источником в отсутствие поглощения, обратно пропорциональна квадрату расстояния до него и прямо пропорциональна косинусу угла между направлением падающих лучей и нормалью к освещаемой поверхности. Первая часть этого утверждения, а также формула (22.6) называются законом обратных квадратов. Единица освещенности есть люкс (лк) — освещенность, создаваемая световым потоком в 1 люмен, равномерно распределенным по площади в 1 м2. Освещенность в 1 лк создается точечны'м источником силою в 1 кд на внутренней поверхности шара радиуса 1 м, если он помещен в центре этого шара" и излучает равномерно по всем направлениям.
Чтобы составить конкретное представление о величине люкса, приведем некоторые цифры. Освещенность от Солнца вне земной атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца 1,35« IO5 лк. Освещенность в одну-две десятых люкса создает ночью при безоблачном небе полная Луна. Освещенность, создаваемая молодой Луной или Луной на ущербе, порядка нескольких сотых люкса. Безоблачное звездное небо создает ночью освещенность в тысячные доли люкса. Освещенность в десятитысячные доли люкса позволяет с трудом ориентироваться ночью. При освещенности порядка одного люкса можно с трудом читать. Скорость чтения быстро нарастает при увеличении освещенности до 50 лк. При дальнейшем увеличении освещенности до 100—150 лк она растет более медленно, а дальше этого предела возрастание скорости чтения становится малоощутимым. Освещенность 50 лк уже удовлетворительна для чтения и письма. Инструкциями по охране труда установлены определенные нормы минимальной освещенности рабочих помещений. Освещенность рабочей поверхности (стола) ни для каких видов работ не должна быть меньше 10 лк. При очень тонкой работе, связанной с различением мелких деталей, черточек, букв, рисунков (угол зрения меньше 2'), требуется освещенность не менее 200 лк. В классах и аудиториях на столах учащихся и черных досках освещенность должна быть не менее 75 лк.
8. Для протяженных (не точечных) источников света вводится понятие поверхностной яркости, или просто яркости В. (При энергетических измерениях вместо этого термина употребляют термин энергетическая яркость и для нее вводят единицу Вт/(ср -м2).) Понятие поверхностной яркости неприменимо для точечных источников, т. е. источников, угловые размеры которых лежат за преде- 150
