2.7.Фотометрические понятия и единицы. Основные понятия

Воздействие света на глаз или какой-либо другой приемный аппарат состоит прежде всего в передаче этому регистрирующему аппарату

Рис. 1. К определению понятия «поток лучистой энергии».

энергии, переносимой световой волной. Поэтому, прежде чем рассматривать законы оптических явлений, мы должны составить себе представление об измерении света — фотометрии, которая сводится к измерению энергии, приносимой световой волной, или к измерению величин, так или иначе связанных с этой энергетичес­кой характеристикой Прежде всего необходимо дать определения тем величинам, которые фигурируют в измерительной практике. Их выбор обусловлен особенностями приемных аппаратов, непосред­ственно реагирующих на ту или иную из этих величин, а также воз­можностью осуществления эталонов для воспроизведения этих величин. При формулировке теоретических законов или практи­ческих выводов в разнообразных областях (теория излучения, свето­техника, оптотехника, физиологическая оптика и т. д.) оказывается нередко удобным пользование то одними, то другими из введенных величин.

Этим объясняется многообразие фотометрических понятий, к рас­смотрению которых мы переходим.

1. Поток лучистой энергии . Представим себе источник света настолько малых размеров, что на некотором рас­стоянии от него можно считать поверхность распространяющейся волны сферической. Такой источник обычно называют точечным.

Расположим на пути лучистой энергии, идущей от нашего источ­ника L (рис. 3.1), какую-нибудь малую площадку  измерим коли­чество энергии Q, протекающее через эту площадку за время  , Для этой цели можно покрыть площадку веществом, поглощающим всю падающую энергию (сажа), и измерить поглощенную энергию, например, по изменению температуры. Отношение , (1,1)

показывающее количество лучистой энергии, протекающей через площадку  за единицу времени, т. е. мощность сквозь поверхность о, называется потоком лучистой энергии через поверхность .

Так как лучистая энергия в однородной среде распространяется прямолинейно, то, проведя из точки L совокупность лучей, опираю­щихся на контур площадки , мы получим конус, ограничивающий часть потока, протекающую через . Если внутри среды поглощения энергии нет, то через любое сечение этого конуса протекает один и тот же поток. Сечение конуса сферической поверхностью с центром в L и с радиусом, равным единице, дает меру телесного угла конуса d. Если нормаль п к поверхности  составляет угол i с осью конуса, а расстояние от L до площадки есть R, то

. (1.2)

Таким образом, выделенная нами часть потока приходится на телесный угол dW. При этом мы предполагаем, что линейные размеры площадки  малы по сравнению с R, так что dW— небольшая вели­чина и внутри dW, поток можно считать равномерным. Полный поток, идущий от L по всем направлениям, будет

.

Поток есть основное понятие, необходимое для оценки количества энергии, проникающей в наши приборы. Знание потока существенно необходимо при расчете многих оптических устройств. Такой прием­ник, как, например, фотоэлемент, непосредственно реагирует на поток .

2. Сила света J. Величину потока, приходящегося на еди­ницу телесного угла, называют силой света. Если поток Ф посылается нашим источником равномерно по всем направлениям, то

(1.3)

есть сила света, одинаковая для любого направления. В случае неравномерного потока величина Ф/4 представляет лишь среднюю силу света и называется средней сферической силой света. Для опре­деления истинной силы света по какому-либо направлению надо выделить вдоль него достаточно малый элементарный телесный угол dW и измерить световой поток dW, приходящийся на этот телесный угол.