Поток лучистой энергии (поток излучения). Для решения пространственных задач распространения излучения существенно понятие о телесном угле. Мерой телесного угла является отношение площади σ0 участка, вырезаемого конусом по поверхности сферы, к квадрату ее радиуса r:
За единицу телесного угла принят стерадиан (ср). Телесный угол в один стерадиан вырезает на поверхности сферы участок, площадь которого равна квадрату радиуса сферы. Наибольший телесный угол (полный) равен 4π ср.
Площадка σ, нормаль к которой n составляет угол α с радиусом r, проведенным из центра точечного источника L, видна из L под телесным углом
Количество энергии ε, протекающей через площадку σ за единицу времени,
называется потоком лучистой энергии через поверхность σ.
Поток лучистой энергии является основным понятием, необходимым для оценки энергии, проникающей в измерительные приборы.
Измеряется поток излучения в единицах мощности - ваттах (Вт).
Сила света. Энергетическая сила света (сила излучения) Ie определяется как поток излучения источника, приходящийся на единицу телесного угла в данном направлении:
В том случае, когда поток, испускаемый точечным источником, равномерный по всем направлениям (весь телесный угол Ω=4π), то
Отсюда сила света
Если же поток излучения неравномерный, то эта формула определяет среднюю силу света источника (средняя сферическая сила света).
Величина потока излученияФe является постоянной для данного источника и не может быть увеличена никакими оптическими устройствами. С помощью оптических систем можно лишь перераспределить поток по некоторым избранным направлениям.
Сила света измеряется в ваттах на стерадиан (Вт/ср).
Яркость. Большинство источников излучения являются протяженными и характеризуются понятием поверхностной яркости (или просто яркости). Энергетическая яркость Be представляет собой силу света, приходящуюся на единицу площади проекции поверхности источника на направление, перпендикулярное к направлению распространения (или наблюдения) излучения.
Величина Be(φ) носит название яркости источника по направлению, определяемому углом φ.
Таким образом, Be зависит от направления. Однако имеются источники, для которых Be(φ) не зависит от направления, т. е.
тогда
где dI0 -сила света в нормальном направлении (φ=0).
Эта формула представляет собой выражение закона Ламберта, который гласит, что сила света в направлении, составляющем угол φ с нормалью к поверхности, пропорциональна косинусу этого угла. Поверхности, подчиняющиеся закону Ламберта, называются диффуз-но светящимися (ламбертовыми).
Из закона Ламберта следует, что максимальная сила света, излучаемая диффузно светящейся поверхностью, наблюдается в нормальном направлении и равна нулю по касательной к поверхности.
Яркость для поверхностей, подчиняющихся закону Ламберта, не зависит от направления.
Закон Ламберта строго справедлив только для излучения абсолютно черного тела. Излучение Солнца, матированных поверхностей, мутных сред (молочное стекло, облака и т. п.) приближенно подчиняется закону Ламберта.
Яркость измеряется в ваттах на стерадиан-квадратный метр (Вт/(ср·м2)).
Светимость. С понятием яркости тесно связано понятие светимости Re, представляющей собой полный поток излучения с единицы поверхности источника, посылаемый наружу по всем направлениям (в телесном угле 2π).
Для источников, подчиняющихся закону Ламберта,
Re=πBe
Светимость характеризует плотность излучения и измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).
Освещенность. Поток лучистой энергии может исходить от тел не только в результате того, что они являются самостоятельными источниками, но и в результате рассеяния или отражения излучения, испускаемого другими источниками. Поэтому существенно знать, какое количество излучения падает на ту или иную часть облучаемого тела. Для этого вводится величина, называемая освещенностью.
Понятие освещенности относится уже не к источникам излучения, а характеризует интенсивность лучистой энергии, падающей на облучаемую поверхность. Величина энергетической освещенности Еe численно равна величине потока, приходящегося на единицу освещаемой поверхности:
Если произвольно ориентированная в пространстве площадка σ освещается источником, то
где r—расстояние от источника до площадки; α- угол между направлением лучей и нормалью к площадке; dΩ - телесный угол, под которым видна площадка σ из источника. Освещенность этой поверхности
В этой формуле заключены два так называемых закона освещенности:
1) освещенность площадки обратно пропорциональна квадрату расстояния от точечного источника (закон обратных квадратов);
2) освещенность площадки прямо пропорциональна косинусу угла между направлением лучистого потока и нормалью к площадке (закон косинуса).
Освещенность, как и светимость, измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).
Сила света - основной светотехнической единицей в системе СИ устанавливается единица силы света - кандела (кд). Ее значение принимается таким, чтобы яркость полного излучателя при температуре затвердевания платины была равна 60 кд на 1 см2.
Световой поток. Световой поток определяется как мощность светового излучения, оцениваемая по его действию на нормальный глаз. Это определение подчеркивает субъективный физиологический характер светотехнических величин. За единицу светового потока в системе СИ принимается люмен (лм). Он равен световому потоку, излучаемому изотропным источником с силой света в одну канделу в пределах телесного угла в один стерадиан: 1 лм =1 кдּ1 ср.
Яркость - отношение силы света в 1 кд к площади светящейся поверхности в 1 м2.
В системе СГС в качестве единицы яркости был принят стильб (сб): 1 сб=1 кд/1 см2=
104 кд/м2.
Светимость. В системе СИ за единицу светимости принимается светимость источника, каждый квадратный метр которого дает световой поток в один люмен (лм/м2).
Освещенность. Единица освещенности в системе СИ люкс (лк). Это освещенность поверхности, на каждый квадратный метр которой падает световой поток в один люмен:
1 лк=1 лм/1 м2.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
