Единицы измерения световых величин
В системе энергетических световых величин мощность излучения оценивается в обычных единицах мощности, т.е. в ваттах (Вт). За единицу светового потока принят люмен (лм).
В системе фотометрических световых единиц за исходную величину принята единица силы света – кандела (от лат. сandela – свеча). Эта единица имеет условный характер. Первоначально условились считать источником, дающим силу света I = 1, пламя свечи, изготовленной строго стандартным способом. Со временем этот эталонный источник оказался мало удобным. Было предложено много других источников, в частности, эталонные электрические лампы накаливания, образцы которых до сих пор хранятся в крупных государственных измерительных лабораториях и контролируются взаимными сравнениями. Но и такие эталоны не являются достаточно постоянными и в случае их порчи не могут быть точно воспроизведены. Поэтому международным соглашением введен новый эталон, который хорошо воспроизводим. Он представляет собой специально устроенный сосуд, в котором расплавляется химически чистая платина; в платину вставлена тугоплавкая узкая трубочка, раскаляемая до температуры платины. Свет испускается внутренней полостью трубочки через её открытый конец. При затвердевании чистой платины температура её имеет строго определенное значение, равное 2042 К. Сила света, излучаемого при этой температуре в направлении оси трубочки, будет строго определенной, равной одной канделе (кд).
За единицу светового потока принят люмен (лм). Люмен есть световой поток, испускаемый точечным источником, сила света которого равна 1 кд, внутри единичного телесного угла (угла, равного 1 ср). Для сравнения укажем, что в системе энергетических световых величин мощность излучения (полный аналог светового потока) оценивается в обычных единицах мощности, т.е. в ваттах (Вт). Единицей энергетической силы излучения (аналога силы света) является Вт/ср.
За единицу освещенности принимается освещенность такой поверхности, на 1 м2 которой падает световой поток в 1 лм, равномерно распределенный по площадке. Эта единица освещенности называется люкс (лк). Освещенность в 1 лк получается на поверхности сферы радиуса 1м, если в центре сферы помещен точечный источник, сила света которого равна 1 кд. В таблице приведены значения освещенности для наиболее типичных случаев.
Таблица освещенности
Типичные случаи |
Освещенность (в люксах) |
Под прямыми солнечными лучами в полдень (средние широты) |
100 000 |
При киносъемке в павильоне |
10 000 |
На открытом месте в пасмурный день |
1 000 |
В светлой комнате возле окна |
100 |
На рабочем столе для тонких работ |
100 - 200 |
Необходимо для чтения |
30 - 50 |
На экране кинотеатра |
20 - 80 |
От полной луны |
0,2 |
От ночного неба в безлунную ночь |
0,03 |
Экспериментальная часть
Методика эксперимента
Для проверки законов освещенности в данной работе применяется метод управления световым потоком, падающим на фотоэлемент. Фотоэлемент преобразует световую энергию в электрическую, в результате чего в цепи фотоэлемента возникает фототок, пропорциональный световому потоку.
Управлять световым потоком можно различным образом. Например, можно использовать практически параллельный пучок света, направляя его на фотоэлемент. Тогда световой поток будет зависеть только от размера отверстия диафрагмы, установленной перед фотоэлементом. Согласно (8), световой поток пропорционален освещаемой площади. При увеличении площади отверстия поток света будет расти пропорционально площади.
Можно регулировать освещенность, изменяя расстояние от источника света до фотоэлемента или поворачивать плоскость фотоэлемента на различные углы относительно оси падающего пучка.