Светотехнические величины

Оптическая область спектра электромагнитного излучения делится на ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную.

Видимое излучение (свет, пучок света, поток света) – излучение, которое, попадая на сетчатую оболочку глаза, может вызвать зрительное ощущение.

Ультрафиолетовое излучение:длины волн от 1 до 380 нм.

Видимое излучение: длины волн от 380 до 760 нм.

Инфракрасное излучение: длины волн от 760 нм до 1 мм.

Видимая часть спектра состоит из следующих цветных полос:

– красный – 760…630 нм;

– оранжевый – 630…600 нм:

– желтый – 600…570 нм;

– зеленый – 570…490 нм;

– синий – 490…450 нм;

– голубой – 450…430 нм;

– фиолетовый – 430…380 нм.

На практике приходится чаще всего иметь дело с телами, излучающими свет сложного спектрального состава, состоящего из волн различной длины. Энергия видимых излучений воздействует на светочувствительные элементы глаза и производит световое ощущение, интенсивность которого зависит от мощности излучения и длины волны. Это объясняется разной чувствительностью глаза к излучениям с различными длинами волн. При одинаковой мощности излучений каждой из длин волн наибольшее световое ощущение возникает при излучении зеленого цвета с длиной волны 555 нм. Синее излучение той же мощности воспринимается примерно в 20, а красное в 50 раз слабее.

 

Поток излучения (Ф, Вт)- отношение энергии, переносимой электромагнитным излучением через какую-либо поверхность, ко времени переноса, значительно превышающему период электромагнитных колебаний. Поток излучения измеряется в Вт.

 

Световые величины— редуцированные фотометрические величины, образованные из энергетических фотометрических величин при помощи спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения. От энергетических световые величины отличаются тем, что характеризуют свет с учетом его способности вызывать у человека зрительные ощущения. Образуют систему световых фотометрических величин.В качестве единиц измерения световых величин используются особые световые единицы, базирующиеся на единице силы света «кандела».

 

Кандела (кд) – единица силы света, равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическоеизлучение частотой 540.1012 Гц (что соответствует длине волны 555 нм), энергетическая сила света которого в этом направлении 1/683 Вт/ср

 

Световой поток (Фсв, лм)редуцированный поток излучения, применяемый для характеристики действия излучения в оптическом диапазоне частот на глаз человека и измеряется в люменах (лм). Световой поток является величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии со спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза, для чего используется понятие спектральной световой эффективности монохроматического излучения. Также существует понятие – механический эквивалент света: отношение потока излучения к содержащемуся в нём световому потоку. 1 ватту излучения с длиной волны 555 нм соответствует световой поток, равный 683 лм.

 

 

1 люмен (лм)равен световому потоку, который излучает точечный источник, имеющий  силу света, равную 1 канделе, в угол, равный 1 стерадиану (1 лм = 1 кд × ср). Величина полного светового потока, который создает источник, имеющий силу света в 1 канделу, равен 4π люменов.

 

Механический эквивалент света - отношение полного потока излучения (мощности излучения) к содержащемуся в нём световому потоку (зависит от длины волны света). Для длины света 555 нм механический эквивалент света имеет наименьшее значение, равное 0,00146 Вт/лм.

 

Спектральная световая эффективность монохроматического излучения- физическая величина, характеризующая чувствительность человеческого глаза к воздействию на него монохроматического света (зависит от длины волны света), имеет размерность лм/Вт.

 

Телесный угол(Ω, ср)- часть пространства, ограниченная конической поверхностью. Величина телесного угла определяется как отношение площади сферической поверхности S, на которую он опирается, к квадрату радиуса сферы r.Единица телесного угла – стерадиан (ср). Величина телесного угла в 1ср представляет собой телесный угол, который вырезает на поверхности сферы площадь, равную квадрату радиуса данной сферы.Полная сфера образует телесный угол, равный 4π.

 

Сила света (I, кд) - одна из основных световых величин, характеризующая свечение источника видимого излучения в некотором направлении. Сила света равна отношению светового потока, распространяющегося от источника внутри элементарного телесного угла, содержащего данное направление, к этому телесному углу: I=dФсв/dΩ. Сила света измеряется в канделах (кд). Если световой поток распределен в пространстве равномерно, то Iсв/Ω.

 

Освещенность  (Е, лк)- световая величина, определяемая отношением светового потока, падающего на малый участок поверхности, к площади этого участка: E = dФсв/dS. Единица измерения освещенности - люкс (лк).Если световой поток распределен в пространстве равномерно, тоЕ = Фсв/S.

 

Яркость (L, кд/м2)-поверхностно-пространственная плотность светового потока, исходящего от поверхности,  равна отношению светового потока dФсв к геометрическому фактору dΩdScosφ:L = dФсв/dΩdScosφ. dΩ- заполненный излучением телесный угол, dS- площадь участка, испускающего или принимающего излучение, φ - угол между перпендикуляром к этому участку и направлением излучения. Из общего определения яркости следует два практически наиболее интересных частных определения:

·         Яркость - отношение силы света элемента поверхности к площади его проекции, перпендикулярной рассматриваемому направлению: L = dI/dScosφ.

·         Яркость - отношение освещённости в точке плоскости, перпендикулярной направлению на источник, к элементарному телесному углу, в котором заключён поток, создающий эту освещённость:L = dЕ/dΩcosφ.

Яркость измеряется в кд/м2. Из всех световых величин яркость наиболее непосредственно связана со зрительными ощущениями, т. к. освещённости изображений предметов на сетчатке глаза пропорциональны яркости этих предметов. Яркость– синоним понятия энергетической яркости, которая измеряется в Вт/ср/м2.