Сила света

Источники света с разным значением светового потока, излучая в одинаковый телесный угол, вызывают неодинаковые зрительные ощущения (например, световой поток обычной свечи составляет около 10 лм, Солнца – около 10²⁸ лм), что приводит к необходимости введения понятия силы света.

Сила света (I) – отношение светового потока Ф к телесному углу , в котором он распространяется.

[I] = 1 кд – кандела

1 кандела – сила света, испускаемого с поверхности площадью 1/600000 м² в перпендикулярном к этой поверхности направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины (2042 К) при давлении 101325 Па.

Из Ф = I получим определение люмена:

1 люмен – световой поток, испускаемый точечным источником силы света в 1кд в телесный угол 1 ср.

Освещенность

С увеличением расстояния от источника света растёт площадь поверхности, на которой рассеивается световая энергия, что приводит к необходимости введения понятия освещенности.

Освещенность (Е) – отношение светового потока, падающего на поверхность, к её площади.

= 1 лк – люкс

1 люкc – освещенность, создаваемая световым потоком в 1 лм при распределении его по площади 1 м².

7.6.2. Законы освещенности

Из опытов известно, что освещенность поверхности зависит от: 1) силы света источника; 2) расстояния от источника до поверхности; 3) ориентации поверхности относительно направления падающих лучей.

Рассмотрим изотропный источник (т.О) силы света I. Опишем вокруг т.О сферу радиуса R.

Лучи света нормально падают в каждую точку сферы.

Из Ф = I и  .

Первый закон освещённости: освещенность в точке поверхности, на которую нормально падает свет, пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до данной точки.

Пусть параллельные лучи падают под углом  на плоскую поверхность S.

Световой поток, нормально падающий на поверхность S₀, можно определить: Ф₀ = Е₀S₀, где Е₀ – освещенность поверхности S₀.

Из рисунка видно, что Ф = Ф₀ и S₀ = Sсоs  ЕS = E₀S₀ = Е₀Sсоs

Тогда второй закон освещенности: освещенность поверхности в параллельных лучах пропорциональна косинусу угла падения этих лучей.

Из первого и второго законов следует объединенный закон освещенности: освещенность точки поверхности прямо пропорциональна силе света источника, косинусу угла падения лучей и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до данной точки.

• Освещенность – скаляр и для нескольких источников

• Освещенность учитывают при выполнении фоторабот, чтении, планировке рабочих мест и др. (чтение безвредно для глаз при Е = 75...100 лк).

• Приборы для определения освещенности называют люксметрами (один из них – фотоэкспонометр).

7.6.3. Яркость и светимость

Все видимые объекты можно рассматривать как источники света.

Первичный источник света – источник, испускающий собственный свет.

Вторичный источник света – источник, отражающий падающий свет.

• Источники света, о которых идет речь в данном параграфе, не являются точечными.

Рассмотрим равномерно освещенную плоскую поверхность, имеющую равные участки черного, серого и белого цветов. Эти участки можно считать вторичными источниками света разной интенсивности.

Для описания их светящей способности введено понятие яркость.

Яркость (В) в данном направлении – отношение силы света светящей поверхности к площади её проекции на плоскость, перпендикулярную этому направлению.

• – яркость плоской поверхности, 1 м² которой создает в перпендикулярном направлении силу света в 1 кд.

• Глаз человека нормально видит при В = 10^–6 … 10⁵ .

• Яркость Солнца  1,510⁹ , Луны 2,510³ , нити лампы накаливания 210⁶ .

Энергетической характеристикой светящей поверхности вне зависимости от направления является светимость.

Светимость (R) – отношение светового потока, исходящего от светящей поверхности, к её площади.

[R] = 1 лк – люкс

• Светимость и освещённость имеют одинаковую размерность.

1 люкс – светимость поверхности, 1 м² которой по всем направлениям испускает световой поток в 1 лм.

Из и  , т. е. светимость – суммарная яркость излучения по всем направлениям.