Единица Измерения Силы Света в Системе си
2.2.1. Световые величины
Световые величины обозначаются аналогично энергетическим величинам, но без индекса.
У световых величин нет никакой спектральной плотности, так как глаз не может провести спектральный анализ.
Если в энергетических величинах исходная единица – это поток, то в световых величинах исходная единица – это сила света (так сложилось исторически). Сила света определяется аналогично энергетической силе света:
– сила излучения эталона (эталонный излучатель или черное тело) при температуре затвердевания платины () площадью .
Абсолютно черное тело – это тело, которое полностью поглощает падающую на него энергию. Модель абсолютно черного тела представляет собой полое тело, внутренняя поверхность которого выкрашена в черный цвет. Через небольшое отверстие поток излучения поступает внутрь тела, где в результате многократного отражения полностью поглощается (рис.2.2.1).
– это поток, который излучается источником с силой света в телесном угле :
.
– освещенность такой поверхности, на каждый квадратный метр которой равномерно падает поток в .
За единицу светимости принимают светимость такой поверхности, которая излучает с световой поток, равный .
За единицу яркости принята яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света с .
2.2.2. Связь световых и энергетических величин
Определить некую световую величину (поток, сила света, яркость, и т.д.), по спектральной плотности соответствующей ей энергетической величины можно по общей формуле:
где – функция видности глаза, 680 – экспериментально установленный коэффициент (поток излучения мощностью с длиной волны соответствует светового потока).
| сила света |
| яркость |
| освещенность |
Сопоставление энергетических и световых единиц:
| Энергетические | Световые | ||
| Наименование и обозначение | Единицы измерения | Наименование и обозначение | Единицы измерения |
| поток излучения | световой поток | ||
| энергетическая сила света | сила света | ||
| энергетическая освещенность | освещенность | ||
| энергетическая светимость | светимость | ||
| энергетическая яркость | яркость | ||
| сила света |
| яркость |
| освещенность |
Сопоставление энергетических и световых единиц:
СВЕТОВЫЕ ВЕЛИЧИНЫ И ЕДИНИЦЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ
Световая экспозиция
Если освещенность постоянна, то экспозиция определяется выражением:
Для протяженного источника характеристика, воспринимаемая глазом – яркость. Для точечного источника характеристика, воспринимаемая глазом – блеск (чем больше блеск, тем больше кажется яркость). Блеск – это величина, применяемая при визуальном наблюдении точечного источника света.
Блеск – это освещенность, создаваемая точечным источником в плоскости зрачка наблюдателя, .
Видимый блеск небесных тел оценивается в звездных величинах . Шкала звездных величин устанавливается следующим экспериментальным соотношением:
Чем меньше звездная величина, тем больше блеск. Например:
– блеск, создаваемый звездой первой величины,
– блеск, создаваемый звездой второй величины.
Яркость некоторых источников , :
– поверхность солнца,
– поверхность луны,
– ясное небо,
– нить лампы накаливания,
– ясное безлунное ночное небо,
– наименьшая различимая глазом яркость.
Освещенность, :
– освещенность, создаваемая солнцем на поверхности Земли (летом, днем, при безоблачном небе),
– освещенность рабочего места,
– освещенность от полной луны,
– порог блеска (примерно 8-ая звездная величина).
Решение задач на определение световых величин рассматривается в практическом занятии «Энергетика световых волн», пункт «1.2. Расчет световых величин».
Строение человеческого глаза
Почти всегда, когда речь заходит о зрении, мы говорим, что видит глаз. Это неверное утверждение, ибо в первую очередь воспринимает мозг. Глаз – это только инструмент, который передает информацию о световом потоке в главный компьютер. И, как любой инструмент, вся система восприятия цветов имеет свои ограничения.
Надо сказать, на нашей планете есть существа, чье зрение отличается от человеческого. Пустынные жители, например, глазами улавливают инфракрасный свет. Некоторые рыбы видят ближний ультрафиолет, так как это излучение проникает в толщу воды глубже всего. Наши домашние питомцы кошки и собаки иначе воспринимают цвета, и их спектр урезан: они лучше приспособлены к светотени.
Доказывает ли это, что Прот — инопланетянин? Нет. Некоторым людям это под силу. К тому же ближний ультрафиолет вплотную прилегает к видимому спектру. Неудивительно, что кто-то воспринимает чуть больше. А вот Супермен точно не с Земли: рентгеновский спектр слишком далеко от видимого, чтобы такое зрение можно было объяснить с человеческой точки зрения.
Основы оптики
- Если препятствие – твердое тело, то чаще всего свет нагревает его. Также возможны следующие сценарии: фотон изменяет направление движения, стимулирует химическую реакцию или заставляет один из электронов покинуть свою орбиту и перейти в другое состояние (фотоэффект).
- Если препятствие – единственная молекула, например, из разреженного облака газа в открытом космосе, то фотон заставляет все ее связи колебаться сильнее.
- Если препятствие – массивное тело (например, звезда или даже галактика), то свет искажается и меняет направление движения. На этом эффекте основана возможность «заглянуть» в далекое прошлое космоса.
Абсолютная и относительные единицы для определения светового потока
Чтобы понять, в чем измеряется сила света, необходимо сопоставить «абсолютные» и «человеческие» значения. Справа приводятся понятия чисто физические. Слева располагаются величины, в которые они превращаются при прохождении сквозь систему человеческого глаза.
Наверняка читатель увидел здесь знакомые слова. Много раз за свою жизнь люди говорят: «Очень яркое солнце, уйдем в тень» или «Сделай монитор поярче, фильм слишком мрачный и темный». Надеемся, статья слегка прояснит, откуда взялось это понятие, а также как называется единица силы света.
Современная единица яркости
В международной системе измерений (СИ) яркость можно измерить в канделах на квадратный метр. Если ранее измерением яркости служила НИТ, то сейчас ее принято измерять в канделах.
Кандела на квадратный метр (кд / м² ) — представляет собой производную яркости в системе СИ, основывается на двух измерениях: силы света и площади квадратного метра.
В зависимости от того, в каких масштабах необходимо измерить яркость поверхностей, существуют такие измерения, как кандела на квадратный сантиметр, кандела на квадратный фут, кандела на квадратный дюйм и даже килокандела на квадратный метр.
Килокандела на квадратный метр ( ккд / м² ) — представляет собой также измерение яркости, но в отличие от обычной канделы, она кратна производной в СИ системе.
2.2. Связь световых и энергетических величин
- НИТ — это устаревшая единица, раньше она использовалась в системе СИ, размерность её составляет примерно 1кд/ 1 м² . Сейчас стандарты этой единицы давно не используются и на смену пришли совершенно новые.
- СТИЛЬБ — используется в системе СГС . Яркость светящейся поверхности площадью 1 см 2 составляет 1 стильб. Она также практически вышла из употребления, и не используется современным человечеством.
- ЛАМБЕРТ — внесистемная единица яркости, стала применяться впервые в США. Назвали данную единицу в честь Ламберта Иоганна Генриха. Немецкий математик, астроном, физик и философ, по своему происхождению учёный был французом. Сокращенно ламберт пишут, как лб.
- АПОСТИЛЬБ — единица измерения для освещенных поверхностей также используется в системе СГС. Была открыта французским учёным физиком Андре Блоделем. АПОСТИЛЬБ с 1978 года официально считается устаревшей и сейчас уже не используется.
