2.5. Променистість (промениста, енергетична яскравість)

Променистість використовують для описання джерел, які випромінюють неоднаково в різних напрямках.

Променистістю називають фотометричну величину, яка визначається силою випромінювання з одиничної площі поверхні джерела, яку видно в даному напрямку α (рис.2.3)

Рис.2.3

. (2.9)

Ця величина поєднує поняття сили випромінювання I і випромінюваності R:

, . (2.10)

Якщо в тілесному куті dω розповсюджується потік dФ, то опроміненість ділянки dS_П, нормальної до вісі пучка буде

. (2.11)

Величину Е_Н називають нормальною опроміненістю.

Якщо прийняти , то

. (2.12)

Фізичний зміст В_: променистість чисельно дорівнює нормальній опроміненості, що приходиться на одиницю тілесного кута.

Співвідношення (2.12) як би пов‘язує джерело й приймач випромінювання: величина В_ характеризує джерело випромінювання, а величина Е_Н – приймач випромінювання.

2.6. Кількість опромінення (промениста, енергетична експозиція)

Ту чи іншу фотометричну величину вимірюють на практиці опосередковано – через міру реакції приймача випромінювання. Наприклад, реакція ока пропорційна яскравості випромінювання, реакція фотоелектричних приймачів – енергетичному потоку. Реакція деяких приймачів (фотоматеріали) виявляється пропорційною часу дії випромінювання. Для цього введено ще одну фотометричну величину – кількість опромінення.

Кількістю опромінення називається фотометрична величина, яка дорівнює добутку опроміненості Е на час t, протягом якого вона діє

, (2.13)

або

, (2.14)

де Е' – миттєве значення опроміненості.

Фізичний зміст Н можна з’ясувати з наступних міркувань :

, (2.15)

тобто Н чисельно дорівнює кількості променистої енергії, яка потрапляє на одиницю площі за весь час дії випромінювання.

2.7. Поняття про ефективні величини

Життєвий досвід показує, що вимірюючи один і той самий потік різними приймачами отримуємо різні кількісні результати. Дослідження залежності реакції різних приймачів на вплив променистої енергії дозволило встановити ряд закономірностей:

1. реакцію приймача викликає тільки поглинута енергія;

2. поглинута енергія може одночасно викликати декілька реакцій, на кожну з них витрачається тільки певна частина енергії;

3. однакові за величиною, але різні за спектральним складом променисті потоки можуть викликати різні реакції;

4. різні умови освітлення можуть викликати різні реакції;

5. реакція може залежати і від інших умов (температури, тиску, вологості, тощо).

Строго кажучи, усі приймачі є селективними. Саме цей факт викликав необхідність введення системи ефективних фотометричних величин.

Розглянемо, що таке ефективний потік. Для цього спочатку введемо поняття чутливості приймача.

Дію на приймач деякого монохроматичного потоку dФ_λ можна визначити величиною

, (2.16)

яку назвемо монохроматичною чутливістю приймача, dU_λ – реакція приймача на потік dФ_λ.

Фізичний зміст : монохроматична чутливість чисельно дорівнює реакції приймача на дію одиничного монохроматичного потоку.

На практиці користуються відносною спектральною чутливістю К(λ), яку значно легше визначити:

, (2.17)

де σ(λ)_max – максимальне значення σ(λ).

Можна навести й інше співвідношення. Нехай одна й та сама реакція приймача dU_λ досягається потоком dФ_λ і потоком dФ_λmах, який відповідає максимуму спектральної чутливості приймача. Тоді

, звідки

(2.18)

(2.18')

Фізичний зміст К(λ): відносна спектральна чутливість показує в скільки разів монохроматичний потік, який відповідає максимальній чутливості, менше, ніж монохроматичний потік при даній довжині хвилі в разі однакової реакції приймача.

Якщо на приймач падає потік Ф_λ, то його вплив визначається тільки поглинутою частиною потоку , де – спектральний коефіцієнт поглинання. В загальному випадку частина поглинутого потоку може йти на сторонні реакції, а на основну реакцію припадає доля – . Оскільки всі приймачі селективні, то реакція на кожний монохроматичний потік буде різною . Іншими словами коефіцієнт показує, яка доля променистого потоку при даній λ поглинається так же ефективно, як і при довжині λ_max. Тому саме цей потік можна вважати ефективним.

, (2.19)

Таким чином ефективний потік – це такий потік, який іде на корисну реакцію приймача.

Числове значення добутку має максимум при λ_max. Тому, враховуючи (2.18) можна записати :

,

а згідно з виразом (2.18')

, (2.20)

тоді ефективний потік може бути записаний так

. (2.21)

У випадку дії суцільного потоку

, (2.22)

де - спектральна густина променистого потоку.

У випадку, коли і вимірюють в різних одиницях, то

, (2.23)

де – перехідний коефіцієнт від енергетичного до ефективного потоку. Наприклад, перехідний коефіцієнт становить g = 683 лм/Вт.

Енергетичний потік, переведений у одиниці вимірювання ефективного потоку, називається редукованим.

Наприклад, потік випромінювання має такі одиниці вимірювання

в енергетичній системі – ватт,

в світловій системі – люмен,

в еритемній системі – ер,

в бактерицидній системі – бакт,

в фотонній системі – ейнштейн/с.