1.5. Сила излучения и сила света

Сила излучения точечного источника – это пространственная плотность потока излучения в пределах элементар­ного телесного угла dω т. е. отношение потока излучения в заданном направлении к этому элементарному телесному углу:

, (1.18)

где – сила излучения (рис. 1.6) в направлении а;

dФ_е – поток излучения, распространяющийся в пределах элемен­тарного телесного угла dω.

Рис.1.6. Сила излучения

За единицу силы излучения принята сила излучения та­кого источника, у которого в пределах телесного угла в 1 ср равномерно распространяется поток излучения в 1 Вт, Втср^-1.

Несмотря на то, что все реальные источники излучения имеют конечные размеры, очень часто пользуются понятием точечного источника излучения.

Точечным источником излучения (света) называют та­кой источник, размеры которого настолько малы по сравне­нию с расстоянием до приемника, что ими можно пренебречь при использовании закона квадратов расстояний. Для точечного источника с заданной точностью соблюдается закон квадратов расстояний. Для равноярких источников излучения отношение расстояния b (рис. 1.7) к наибольшему размеру источника а может служить крите­рием, по которому оценивается точечность источника излучения.

Рис.1.7. Закон квадратов расстояний для точечного источника

Если это отношение b/a=1, то при использовании закона квадратов расстояний погрешность составляет 100 %, при b/а=3,3 и b/а=5 – соответственно 9 и 4 %. За направление силы излучения принимают ось телесного уг­ла dω (рис. 1.6), в пределах которого распространяется и равномерно распределяется поток излучения.

Если из точки, в которой расположен точечный источник излучения, в различных направлениях пространства откла­дывать значения силы излучения этого источника и через концы векторов проводить поверхность, то мы получим фо­тометрическое тело силы излучения источника, которое пол­ностью характеризует распределение потока излучения дан­ного источника в окружающем его пространстве.

По характеру распределения силы излучения точечные источники делятся на 2 группы:

1). С симметричным относительно некоторой оси распределением силы излучения. Такой источник называется круглосимметричным;

2). С несимметричным распределением силы излучения – несимметричный источник, у которого тело распределения силы излучения не имеет оси симметрии.

Если источник круглосимметричный, то его фотометрическое тело является телом вращения и может быть полно­стью охарактеризовано половиной кривой (от =0 до =π), которая получается сечением фотометрического те­ла плоскостью, проходящей через ось симметрии. Такая кривая называется продольной кривой силы излучения (рис. 1.8).

Рис.1.8 Продольная кривая силы излучения

Распределение в пространстве потока излучений круглосимметричного источника может быть охарактеризовано и поперечными кривыми, которые получаются путем сечения фотометрического тела источника плоскостями, перпенди­кулярными оси симметрии. Эти кривые менее распростра­нены, так как только семейство их достаточно полно харак­теризует распределение в пространстве потока излучения источника.

Для круглосиммметричного источника сила излучения в любом направлении пространства однозначно определяется углом α, который принято отсчитывать от вертикали (рис. 1.8). Таким образом, имея графическое или аналитическое выражение функции I_e(α), мы получаем полное представ­ление о распределении потока излучения в пространстве круглосиммметричного источника излучения.

Несимметричный источник излучения можно характери­зовать семейством продольных кривых силы излучения или I_e(α, φ) (рис. 1.9).

Рис.1.9. Определение силы излучения для круглосимметричного источника

Значение силы излучения, соответству­ющее определенному направлению в пространстве, одно­значно определяется уже не одним углом α, а двумя α и φ или β_г и β_в (рис. 1.10). Угол φ характеризует ту плоскость, в которой расположена интересующая нас сила излучения: ею отсчет обычно ведется от плоскостей симметрии или, если такая отсутствует, от произвольно выбранной плоско­сти.

Рис.1.10. Сила излучения несимметричного источника света

Сила света – пространственная плотность светового потока точечного источника в пределах элементарного те­лесного угла. Сила света численно равна отношению светового потока к телесному углу, в пределах которого этот световой поток распространяется и равномерно распределя­ется:

(1.19)

где – сила света под углом ;

– световой поток, рас­пространяющийся в пределах телесного угла .

Кандела – сила света, излучаемая в перпендикулярном направлении с 1/600 000 квадратного метра поверхности полного излучателя при температуре затвердевания пла­тины и давлении 101325 паскалей (Па). Сокращенное обо­значение кд, размерность лм∙ср^-1.

Все ранее полученные соотношения, связывающие си­лу излучения с потоком излучения, справедливы для силы света и светового потока, если в них силу излучения заме­нить силой света, а поток излучения – световым потоком.