3.3 Негізгі жарық шамалары және олардың өлшем бірліктері

Орташа адам көзінің спектрлік сезгіштігі (немесе сәулеленудің салыстырмалы көзге көрінуі) негіз болып қабылданған тиімді шамалар жүйесі деп атайды. Бұл жүйедегі тиімді ағын жарық ағыны деп аталады және орташа адам көзіне әсер етуі бойынша бағаланатын сәулелену энергиясының қуаты ретінде анықталады. Жарық ағынының өлшем бірлігі – люмен, яғни платинаның қатаю температурасында (2042 К) ауданы 0,5305 мм² абсолют қара дене шығаратын жарық ағыны. Адам көзінің ең жоғары сезгіштігі толқын ұзындығы λ=555 нм сәул. еленуде байқалады.

Электр-магниттік тербелістер спектрінің көрінерлік бөлігі шегіндегі адам көзінің салыстырмалы сезгіштігінің қисығы 2.1, а суретте көрсетілген. Тәжірибе арқылы толқын ұзындығы λ=555 нм қуаты 1 Вт біртекті (монохромат) сәулелену 680 лм жарық ағынын жасайтындығы анықталды. 680 сан сәулелену қуатының жарық эквиваленті деп аталады. Орташа адам көзінің спектрлік сезгіштігінің максимал мәні 680 лм/Вт-қа тең болады. Сондықтан, жалпы алғанда спектрі тұтас келетін сәулеленуге жарық ағыны былай анықталалы:

(3.12)

Жарық ағынының мәлім бағыттағы кеңістіктік тығыздығы жарық күші деп аталады. Бұл шама жарық ағынының өзінің ішінде осы ағын барлық жаққа бірдей таралған денелік бұрыш мәніне қатынасымен анықталалы. Күрделі сәулеленуге:

(3.13)

Жарық күшінің өлшем бірлігі ретінде Халықаралық бірліктер жүйесінің негізгі бірліктерінін бірі – кандела (шам) алынады, яғни бір стерадиан (ср) денелік бұрыш ішінде барлық жаққа бірдей таралған 1 лм жарық ағынының кеңістіктік тығыздығы.

Жарық көздері жарық күшін барлық бағытқа бірдей таратпайды. Жарық көзінің жарық күші жан-жаққа қалай таратылатынын көрнекті көрсету үшін жарық күшінің қисығын тұрғызады.

Егер жарық көзінің кеңістікте барлық жаққа таралған жарық күшінің мәндерін өлшеп, өлшеу нәтижелерін радиус-вектор шоғы түрінде көрсетсек жіне олардың ұштары арқылы тұйық бет өткізсек, жарық көзінің фотометрлік денесі деп аталатын дене аламыз. Жарық күшін кеңістікте тарату сипаты бойынша сәулелену көздері симметриялы және симметриясыз болып бөлінеді. Симметриялы жарық көздерінің фотометрлік денесі айналу денесі болып табылады. Фотометрлік денені симметрия осі арқылы өтетін жазықтықпен қиғанда алынатын қисық. Симметриялы жарық көзі осы қисықтың жартысымен ( -тан -қа дейінгi) толық сипатталады.

Жарық күшін тарату қисықтарын әдетте полярлық координаталар жүйесінде тұрғызады. Тор 10⁰-тық аймақтардың орталарына сәйкес келетін түзу сызықтармен (тік сызықпен 5⁰, 15⁰, 25⁰, … 175⁰ жасайтын) құрастырылады. Жарық күшінің мәндері түзу сызықтардың әрқайсысына белгілі масштабта салынады, содан соң алынған нүктелер қисықпен қосылады. Қисықтарды пайдалану ыңғайлы болу үшін графикке жарық күшінің таңдап алынған масштабына сәйкес келетін центрлес шеңберлерден тұратын тор түсіріледi.

Жарық ағынының жарықталынатын бетке келетін тығыздығы жарықталыну деп аталады. Бұл шама жарықталынатын бетке біркелкі таралған жарық ағынының осы беттің ауданына қатынасымен анықталады. Жарықталыну Халықаралық бірліктер жүйесінде люкспен (лк) өлшенеді. Жарықталынатын беттің әрбір шаршы метрінде 1 лм жарыө ағыны біркелкі таралса жарықталыну 1 лк-ке тең болады:

(3.14)

Жарықтандыратын қондырғыларды есептеуде жарықталыну деңгейін сәулелену көзінің жарық күшінің белгілі мәні бойынша анықтау қажет болады. Осы шамалар аралығындағы тәуелділікті анықтайық. Нүктелік А жарық көзі q бетіндегі dS элементар алаңды жарықтандырады (3.3 сурет). Жарық көзінің жарықталынатын алаңға түсу бағытындағы жарық күші - . Жарықталынатын бет элементіне жүргізілген нормаль мен жарық күшінің түсу бағытының арасындағы бұрыш - β. dS алаңына түсетін жарық ағыны өзінің ішінде өтетін элементар dω денелік бұрыштың мәнін мына геометриялық қатынас арқылы анықтауға болады:

Сонда алаңына түсетін жарық ағыны:

dS аланының жарықталынуын мына өрнек бойынша анықтаймыз:

(3.15)

3.3 сурет – Жарық күші мен жарықталынудың ара қатысын алуға.

Сөйтіп, жарықталынатын беттің мәлім нүктедегі жарықталынуы жарық күшіне және жарық күші векторы мен жарықталынатын бетке жүргізілген нормал арасындағы бұрыштың косинусына тура пропорционал және жарықкөзінен жарық түсетін нүктеге дейінгі қашықтықтың квадратына кері пропорционал болады.

Жарқырау – беттің қаралған кіші телімінен шығатын жарық ағыны - ның осы телім ауданына қатынасы, яғни бір шаршы метрден шығатын жарық ағыны (лм/м²):

Жарықтылық – сәулелену көздерін сипаттайтын негізгі шамалардың бірі. Дене бетінің жарықтылығы (көрінуi) белгілі бір бағыттағы жарық күшінің жарқырауық (сәулеленетін) бет ауданының сол бағытқа перпендикуляр жазықтықтағы проекциясына қатынасы арқылы анықталады:

(3.16)

Жарықтылық Халықаралық бірліктер жүйесінде нитпен (кд/м²) өлшенедi.

Жарықтылықпен тек жарық көздері ғана емес, сондай-ақ жарықталынған беттер де сипатталады. Адам көзі бақылау объектісінің жарықтылығын тікелей сезінеді. Жарықталынған беттің әрбір элементі көз бағытына қарай не ғұрлым көп жарық күшін сәулелендірсе сол ғұрлым дененің көрінуі (жарықтылығы) жақсырақ болады. Қарапайым жағдайда, жазық бетті оған перпендикуляр бағытта қарағанымызда, оның көрiнуi жарық күшiнiң жарқырауық беттің ауданына қатынасымен анықталады. Егер сол жарқырауық бетке перпендикулярға α₀ бұрышпен қарасақ оның толық ауданы емес, тек оның қарау бағытына перпендикуляр жазықтықтағы проекциясын көреміз, яғни dS۰cosα.