Основной закон освещенности

Пусть произвольно ориентированная в пространстве площадка dS освещается точечным источником (рис.18). Тогда источник «видит» эту площадку под телесным углом

d = dS_/r² = ,

г де r – расстояние от источника до площадки;  – угол между направлением лучей и нормалью к площадке; d – телесный угол. Освещенность этой поверхности

E = dФ/dS = Id/dS = = .

Эта формула выражает закон освещенности.

Визуальные единицы

Иногда при светотехнических измерениях в качестве приемника света используют глаз. Глаз, как измерительный прибор, обладает некоторыми особенностями. Субъективная оценка по зрительному восприятию отличается от энергетической оценки.

Глаз является селективным приемником. К таким приемникам относятся фотопластинки, фотоэлементы. Реакция таких приемников на свет зависит как от энергии, переносимой светом, так и его спектрального состава. Каждый такой приемник характеризуется своей чувствительностью к различным участкам спектра. Глаз также имеет кривую чувствительности. Максимум чувствительности глаза приходится на зеленый участок спектра.

Единица силы света

В системе СИ основной визуальной единицей силы света является кандела (кд) или свеча. Сила света в системе визуальных единиц также обозначается буквой I. Разработан государственный эталон канделы. Основное требование к эталону света, как и к любому другому эталону, его стабильность. В качестве источника света используется платиновый стержень определенного сечения, который нагревают до температуры плавления. Раскаленный конец этого стержня дает примерно столько же света, сколько и обычная стеариновая свеча.

Электрическая лампа накаливания мощностью 100 Вт дает примерно столько же света, как 100 стеариновых свечей.

Единица светового потока

За единицу светового потока принят люмен.

Люмен (лм) – это световой поток, создаваемый точечным источником в 1 кд в единице телесного угла:

dФ = Id.

Освещенность

Единицей освещенности в системе СИ является люкс (лк): световой поток в 1 лм, падающий нормально на поверхность 1 м², создает освещенность в 1 люкс:

E = dФ/dS.

Основной закон освещенности в системе визуальных единиц имеет вид .

Яркость

За единицу яркости в СИ принят нит (нт) Поверхность площадью в 1 м² и имеющая яркость 1 нт дает в направлении нормали одну международную свечу:

B = .

Лекция 4. Интерференция света

Условия возникновения интерференции

Свет представляет собой волновой процесс. Пусть в некоторой точке А экрана в некоторый момент времени встречаются две волны (рис.19), в которых колебания электрического поля происходят вдоль одной линии ( ) с одинаковой угловой частотой , начальными фазами ₁ и ₂ и амплитудами E₀₁ и E₀₂:

E₁ = ,

E₂ = .

Согласно принципу суперпозиции, напряженность поля, создаваемого в данной точке пространства двумя источниками света, равна векторной сумме напряженностей: . Или, т.к. ,

E = E₁ + E₂ = + = .

Здесь Е₀ – амплитуда напряженности результирующего колебания;  и  – соответственно его угловая частота и фаза. Найдем значения Е₀ и .

Воспользовавшись тригонометрической формулой cos(x+y) = cos x cos y – sinx sin y, получим

+ =

= .

Сумму квадратов выражений в скобках в правой части обозначим через :

а угол  выберем так, чтобы

,

,

иначе говоря,

.

Тогда правая часть выражения принимает вид E₀( ), который после преобразования совпадает с правой частью .

Так как интенсивность света прямо пропорциональна квадрату амплитуды , то на основании можно записать:

,

где I₁ и I₂ – интенсивности складываемых колебаний ( ); I – значение результирующей интенсивности. Последнее слагаемое формулы носит название интерференционного члена.

Если разность фаз гармонических колебаний одинаковой частоты остается постоянной во времени, то возникающие волны и их источники называются когерентными. При наложении когерентных световых волн происходит не простое суммирование интенсивностей, а перераспределение светового потока в пространстве. В одних местах возникает максимум, а в других минимум интенсивности света. Это явление называется интерференцией волн.

При разности фаз ₂ – ₁ = (2m + 1) волны максимально ослабляют друг друга, а при разности ₂ – ₁ = 2m волны максимально усиливают друг друга. Т.е. при ₂ – ₁ =const наблюдается явление интерференции.