Теория оптических приборов - Тудоровский А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Основы теории эйконалов излагаются ниже в главе тринадцатой.
(16.4)
(16.5)
Глава вторая
СВЕТОВАЯ ЭНЕРГИЯ; ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ФОТОМЕТРИИ И КОЛОРИМЕТРИИ
§ 17. Поток лучистой энергии; световой поток.
Освещенность и светимость
Как уже было указано, геометрическая оптика совершенно не считается с тем основным представлениев^физики, согласно которому лучи «вета суть направления распространения особого вида энергии, называемого лучистой энергией. Между тем во многих случаях недостаточно знать только геометрический ход лучей; чтобы дать полное объяснение действия оптического прибора, нужно, кроме того, уметь количественно оценить лучистую анергию, проходящую через прибор; пример» тому: действие света на фотографическую пластинку через, посредство фотографического объектива; действие света на глаз, вооруженный оптическим прибором, и т. п.
Если в пространстве, в котором распространяются лучи света, вообразить площадь произвольной формы, то через эту площадь будет непрерывно проходить лучистая энергия; чтобы измерить количество этой энергии, можно поместить на рассматриваемой площади зачерненную металлическую пластинку, поглощающую всю падающую на нее лучистую энергию и преобразующую эту энергию в тепловую. Зная теплоемкость пластинки и измерив повышение температуры ее с помощью термоэлемента, можно определить количество лучистой энергии, полученное пластинкою за какой-нибудь промежуток времени, в калориях или в джоулях.
Количество лучистой энергии, проходящее через всю рассматриваемую площадь в секунду, называется потоком лучистой энергии; очевидно, что за единицу потока лучистой энергии должна быть принята единица мощности, напр, эрг X сек.-' или ватт (джоуль X сек.-1)-
Для полной характеристики лучистой энергии необходимо знать не только ее мощность, т. е. величину потока, но также и ее спектральный состав, т. е. знать * какие длины волн имеют монохроматические излучения, входящие в состав данной лучистой энергии, и как велики потоки этих монохроматических излучений; в случае непрерывного спектра измеряют мощность элементарных, почти монохроматических слагаемых излучения, определяемых малым элементарным промежутком длин волн. Обычно распределение мощности по спектру изображают графически в виде кривой, абсциссы которой—длины волн; ординаты
§17, Поток лучистой энергии; световой поток
43
пропорциональны мощности (потокам) соответственных почти монохроматических излучений с длинами волн, заключенными в промежутке между ~к и \ -+- АХ; более подробное рассмотрение вопроса дано в § 24.
Глаз способен воспринимать лучистую энергию как зрительное раздражение, только в некоторой ограниченной части ее спектрального состава в области лучей с длиной волны от 400 до 760 та; только эта воспринимаемая глазом часть лучистой энергии может быть названа световой энергией или светом.
Воспринимая световые раздражения, глаз до известной степени, весьма несовершенно, может сравнивать или оценивать интенсивности этих раздражений („светлее", „темнее'1) и довольно точно устанавливать их равенство; кроме того, глаз обладает способностью устанавливать качественное различие этих раздражений по цвету. Объективно этому различию соответствует различие спектрального состава излучения; сравнительно точно глаз устанавливает тожество цветов двух излучений. Оба свойства глаза дают возможность построить систему физических световых и цветовых измерений, обеспечивающих количественную оценку интенсивности действия света на глаз; кроме того, имеется возможность сопоставлять качественной оценке цвета излучения некоторые совершенно определенные числа. Совокупность соответственных определений, понятий и величин, а также методов и приемов измерения образуют два особые отдела физики и светотехники — фотометрию я колориметрию.
Возможность количественной оценки интенсивности зрительного раздражения может быть показана следующим образом. Положим, что на две соприкасающие части белого экрана падают лучи двух различных источников- одинакового цвета и притом так, что лучи одного источника падают только на первую часть экрана, а лучи второго источника только на вторую часть экрана, нигде не смешиваясь с лучами периого источника. Положим далее, что поток лучистой энергии (мощность), падающей на первую часть, можно непрерывно изменять и измерять с помощью термостолбика, не изменяя спектрального состава излучения. При рассматривании обеих частей экрана одновременно глаз легко устанавливает неравенство интенсивностей зрительных раздражений от обеих соприкасающихся частей экрана. Непрерывно изменяя поток лучистой энергии, падающей на первую часть экрана, можно достигнуть равенства обоих раздражений, при котором граница между обеими частями перестает быть видимой. Повторяя описанный опыт уравнивания зрительных раздражений, создаваемых лучистой энергией от разных источников того же цвета на второй части экрана и лучистой энергии одного и того же источника на первой части экрана, мы можем считать, что световое действие лучистой энергии сравниваемых источников пропорционально йощности (потоку) на первой части экрана. Как показывает опыт, одинаковые потоки лучистой энергии различного спектрального состава могут производить в описанной обстановке световые раздражения различной интенсивности, и наоборот, — одинаковым зрительным раздражениям могут соответствовать различные потоки лучистой энергии. Хотя световое действие лучистой энергии данного источника, оцениваемое по интенсивности вызываемого ею раздражения, пропорционально потоку лучистой энергии, но для излучений различного спектрального состава и различного происхождения коэффициенты пропорциональности могут быть различными; поэтому для оценки светового действия данного излучения нельзя просто измерять поток
