Единицы для световых измерений

Принимая в качестве приемника световой энергии глаз. Между­народная осветительная комиссия (МОК) определила световой поток как поток лучистой энергии, оцениваемой по зрительному ощущению.

Рис.6 Государственный световой эталон. 1-платина; 2-трубочка из плавленой окиси тория; 3-сосуд из плавленой окиси тория; 4-засыпка из окиси тория; 5-сосуд из кварца.

Таким образом, несмотря на введение понятия среднего глаза, существующий метод оценки сохраняет еще некоторую связь с психофизиологическими понятиями, ибо для измерения привле­кается зрительное ощущение. Замена среднего глаза эквивалент­ным физическим приемником, например, фотоэлементом с соответ­ственно подобранной кривой чувствительности, позволила бы осу­ществить эти измерения вполне объективно по силе возникающего фототока.

Для реализации определенного светового потока и других свето­технических величин служит условный световой эталон. Между­народным соглашением с 1 января 1948 г. введен новый воспроизво­димый световой эталон, осуществляемый в виде абсолютно черного тела, применяемого при температуре затвердевания кистой платины (2046,6 К). Эталон должен быть осуществлен по определенной схеме с соблюдением определенных требований к чис­тоте платины. Эталон осуществлен фотометри­ческой лабораторией Всесоюзного научно-исследовательского института метро­логии.

Устройство и размеры излучателя, являющегося световым эталоном, пока­заны на рис.6. Нагрев и расплавление платины производятся путем обо­гревания ее токами высокой частоты. Излучателем света является трубочка 2, стенки которой имеют по всей длине одинаковую температуру благодаря со­прикосновению с разогретой плати­ной *).(*) Этот же эталон положен в основу световых единиц, принятых в междуна­родной системе единиц (СИ), которая введена в действие с 1 января 1963 года.)

Единица силы света — кандела (кд), равная силы света, излучаемого в направлении нормали с указан­ного светового эталона.

До введения нового эталона основной единицей силы света служила междуна­родная свеча (м. ев), осуществляемая электрическими лампами специальной конструкции и равная 1,005 кд. Применяемая иногда в лабораторных измерениях фитильная лампа опре­деленной конструкции, в которой горит чистый амилацетат, не может служить эталоном силы света. Эта так называемая свеча Гефнера составляет около 0,90 кд. Распределение энергии свечи Гефнера по длинам волн хорошо изучено; именно поэтому она представляет интерес для лабораторных целей как сравнительно легко осуществляемый источник света с хорошо известными характеристиками).

Единицей светового потока является люмен (лм) — поток, посылаемый источ­ником света в 1 кд внутрь телесного угла в 1 стерадиан. Если источник обладает силой света в 1 кд по любому направлению, то он излучает полный световой поток, равный 4 лм = 12,5 лм. Новый световой эталон по нормальному направлению излучает с 1 см² поток, равный 60 лм/ср.

Единица освещенности, люкс (лк), есть освещенность, соответ­ствующая потоку в 1 люмен, равномерно распределенному по площадке в 1 м²:

1лк= 1лм/1м².

Таким образом, 1 лк есть освещенность, создаваемая на поверхности шара радиусом в 1 м, в центре которого расположен излучающий равномерно во все стороны источник силой в 1 кд.

Светимость, так же как освещенность, выражается в лм/м², но здесь эта величина относится к испускаемому потоку, а не к полу­ченному.

Единицей яркости служит яркость площадки, дающая силу света в 1 кд с каждого квадратного метра в направлении, перпенди­кулярном к площадке. Таким образом, единица яркости есть «кандела на квадратный метр».

Помимо единицы кд/м² в научной литературе применяют ряд других единиц, перечисленных ниже.

Название	Обозначение	Значение в кд/м2
Нит	нт	1
Стильб	сб	104
Апостильб	асб	1/
Ламберт	лб	104/

Нит есть, очевидно, просто иное название для кд/м². Стильб отвечает яркости площадки, дающей силу света 1 кд с каждого квад­ратного сантиметра. Физический смысл величин апостильб и ламберт связан с яркостью идеального рассеивателя, на котором создана определенная освещенность.

Идеальным рассеивателем называется поверхность, полностью рассеивающая весь падающий на нее поток, и притом равномерно по всем направлениям, так что яркость ее не зависит от направле­ния (соблюдается закон Ламберта). Идеальный рассеиватель, осве­щенность которого доведена до одного люкса, рассеивает с каждого квадратного метра во все стороны весь падающий на него поток, т. е. 1 люмен с каждого квадратного метра. Таким образом, на осно­вании соотношения он имеет яркость в 1/ =.0,318 кд/м². Итак, 1 апостильб = 0,318 кд/м²-это яркость идеального рассеивателя, на котором создана освещенность в один люкс.

Ламберт отвечает, очевидно, яркости идеального рассеивателя, на котором создана освещенность 10⁴ лк = 1 лм/см².

Яркости различных светящихся тел очень сильно разнятся между собой. Табл. 2 дает представление об этом разнообразии.

Интенсивность, так же как яркость, выражается в кд/м².

Располагая эталоном, дающим определенный световой поток, выражаемый в люменах, можно было бы определить этот поток в ваттах и установить связь между световыми и энергетическими единицами. Однако следует иметь в виду, что вследствие весьма различной чувствительности глаза к разным длинам волн сравнение характеризовало бы лишь экономичность примененного эталона и ничего не говорило бы об энергетической чувствительности глаза.

Таблица 3.2 Яркости различных светящихся тел
Источник	Яркость, кд/м2
Ночное безлунное небо	около 1•10-4
Неоновая лампа	1•103
Полная луна, видимая сквозь атмосферу	2,5 • 103
Пламя обычной стеариновой свечи	5• 103
Ясное дневное небо	1, 5•104
Газосветная лампа	5• 104
Металлический волосок лампы накаливания	1,5-2•106
Спираль газонаполненной лампы накаливания	5•106
Кратер обычной угольной дуги	1,5•108
Солнце	1,5•109
Капиллярная ртутная дуга сверхвысокого давления	4•108
Шаровая ртутная лампа сверхвысокого давления (СВДШ)	1,2•109
Импульсная стробоскопическая лампа (ИСШ)	1•1011

Поэтому принято переходный множитель, определяющий в ваттах мощность, необходимую для получения светового ощущения, вызы­ваемого потоком в 1 люмен, измерять для определенного узкого интервала длин волн, соответствующего максимуму чувствительности глаза, а именно,  = 555 нм. Этот фактор А носит название механи­ческого эквивалента света. По новым измерениям он равен

А ==0,00160 Вт/лм.

Ввиду трудности измерения этой величины и необходимости усред­нять результаты многих наблюдателей точность определения А не превышает 2-3%.

Для удобства мы сопоставляем все световые и энергетические единицы в табл. 3.

Совокупность фотометрических понятий и величин, установлен­ных в качестве единиц для соответствующих измерений, даст возмож­ность охарактеризовать действие света на наши приборы и уста­новки

Таблица 3 Световые и энергетические единицы
Величины	Обозначе­ния	Единица световая	Символ	Единица энергетическая
Световой поток	Ф	люмен	ЛМ	ватт
Сила света	J	кандела	кд	ватт/стерадиан
Яркость	В	кандела/м2	кд/м2	ватт/(стерадиан • м2)
Светимость	S	люмен/м2	лм/м2	ватт/м2
Освещенность	Е	люкс	лк	ватт/м2