Световой поток — это… Что такое Световой поток?

Световой поток — физическая величина, характеризующая «количество» световой энергии в соответствующем потоке излучения. Иными словами, «cветовой поток является величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза»^[1].

Вычисление

Для определения величины светового потока, сначала необходимо спектральную плотность мощности излучения умножить на величину относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения V_λ, затем проинтегрировать в пределах видимого диапазона длин волны (то есть от 380 до 780 нм). Затем полученный результат (Φ_e; измеряется в Вт) нужно умножить на фотометрический эквивалент излучения (K_m; константа=683 лм/Вт))^[2].

Интегрирующий сферический фотометр

Измерение

Измерение светового потока от источника света производится при помощи специальных приборов — сферических фотометров, либо фотометрических гониометров

[3]. Трудность измерения заключается в том, что необходимо измерить поток, который испускается во всех направлениях — в телесный угол 4π.

Для этого можно использовать сферический фотометр — прибор, представляющий собой сферу с внутренним покрытием, имеющим коэффициент отражения близкий к 1. Исследуемый источник света помещается в центр сферы и при помощи фотоэлемента, вмонтированного в стенку сферы и покрытого фильтром с кривой пропускания, равной кривой спектральной чувствительности глаза, измеряется сигнал, пропорциональный освещенности фотоэлемента, которая, в свою очередь, в данном устройстве пропорциональна световому потоку от источника света (фотоэлемент измеряет только рассеяный свет, так как заслонён от прямого излучения источника специальным экраном). Путём сравнения полученного сигнала с сигналом от эталонного источника света можно измерить абсолютный световой поток источника света.

Другая возможность состоит в применении фотометрических гониометров. В этом случае производится измерение освещённости, создаваемой исследуемым источником, на воображаемой сферической поверхности. Для этого люксметр проходит последовательно при помощи гониометра все позиции на сфере. Интегрируя измеренные освещённости (измеряются в люксах: 1 люкс = 1 люмен/м²) по площади сферы (м²), получим абсолютный световой поток источника света (в люменах). Условием получения абсолютных значений является калиброванный в абсолютных величинах люксметр. .

Пояснения

Спектральные зависимости относительной чувствительности среднего человеческого глаза для дневного (красная линия) и ночного (синяя линия) зрения.

Значение фотометрического эквивалента излучения K_m однозначно задаётся определением основной фотометрической величины — канделы, а именно, одна кандела — это сила света, излучаемая в каком-либо направлении источником монохроматического излучения с частотой 540·10

12Гц, имеющим в этом направлении мощность излучения 1/683 Ватт/стерадиан. Частоте 540·10¹² Гц соответствует в воздухе длина волны 555 нм^[4], на которой располагается максимум спектральной чувствительности человеческого глаза для дневного зрения. Поэтому коэффициент K_m находится из тождества

1 кд = K_m·V_λ(555)·1/683 Вт/ср,

откуда K_m = 683 (кд·ср)/Вт = 683 лм/Вт.

Для случая ночного зрения значение фотометрического эквивалента излучения изменяется. Поскольку величина канделы не зависит от вида кривой спектральной чувствительности, то все предыдущие соображения остаются справедливыми. Для определения величины фотометрического эквивалента излучения ночного зрения K’_m достаточно заменить значение на (на значение кривой спектральной чувствительности для ночного зрения на длине волны 555 нм). При этом получим K’_m=1699 лм/Вт.

Человеческий глаз считается светлоадаптированным при яркостях более 100 кд/м². Ночное зрение наступает при яркостях менее 10⁻³ кд/м². В промежутке между этими величинами человеческий глаз функционирует в режиме сумеречного зрения.

Примечания

1. ↑ Гуревич М. М. Фотометрия. Теория, методы и приборы. — 2-е изд. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1983. — С. 24. — 272 с. — 7 500 экз.
2. ↑ Теория измерений. Точность средств измерений: Учебное пособие
3. ↑ Гониометры для фотометрических измерений
4. ↑ Более точное значение – 555,016 нм. Учёт отличия этого значения от величины 555 нм приводит лишь к незначительным для практики поправкам и поэтому здесь не производится.

Ссылки

См. также

Поток излучения — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Поток излучения Φe{\displaystyle \Phi _{e}} — физическая величина, одна из энергетических фотометрических величин. Характеризует мощность, переносимую оптическим излучением через какую-либо поверхность. Равен отношению энергии, переносимой излучением через поверхность, ко времени переноса. Подразумевается, что длительность переноса выбирается так, чтобы она значительно превышала период электромагнитных колебаний

[1]^[2]. В качестве обозначения используется Φe{\displaystyle \Phi _{e}} или P{\displaystyle P}^[1].

Таким образом, для Φe{\displaystyle \Phi _{e}} выполняется:

Φe=dQedt,{\displaystyle \Phi _{e}={\frac {dQ_{e}}{dt}},} Вт.

где dQe{\displaystyle dQ_{e}} — энергия излучения, переносимая через поверхность за время dt{\displaystyle dt}.

Среди световых величин аналогом понятия «Поток излучения» является термин «световой поток». Различие между этими величинами такое же, как и различие между энергетическими и световыми величинами вообще.

Спектральная плотность потока излучения[править | править код]

Если излучение немонохроматично, то во многих случаях оказывается полезным использовать такую величину, как спектральная плотность потока излучения. Спектральная плотность потока излучения представляет собой поток излучения, приходящийся на малый единичный интервал спектра

[3]. Точки спектра при этом могут задаваться их длинами волн, частотами, энергиями квантов излучения, волновыми числами или любым другим способом. Если переменной, определяющей положение точек спектра, является некоторая величина x{\displaystyle x}, то соответствующая ей спектральная плотность потока излучения обозначается как Φe,x{\displaystyle \Phi _{e,x}} и определяется как отношение величины dΦe(x),{\displaystyle d\Phi _{e}(x),} приходящейся на малый спектральный интервал, заключённый между x{\displaystyle x} и x+dx,{\displaystyle x+dx,} к ширине этого интервала:

Φe,x(x)=dΦe(x)dx.{\displaystyle \Phi _{e,x}(x)={\frac {d\Phi _{e}(x)}{dx}}.}

Соответственно, в случае использования длин волн для спектральной плотности потока излучения будет выполняться:

Φe,λ(λ)=dΦe(λ)dλ,{\displaystyle \Phi _{e,\lambda }(\lambda )={\frac {d\Phi _{e}(\lambda )}{d\lambda }},}

а при использовании частоты —

Φe,ν(ν)=dΦe(ν)dν.{\displaystyle \Phi _{e,\nu }(\nu )={\frac {d\Phi _{e}(\nu )}{d\nu }}.}

Следует иметь в виду, что значения спектральной плотности потока излучения в одной и той же точке спектра, получаемые при использовании различных спектральных координат, друг с другом не совпадают. То есть, например, Φe,ν(ν)≠Φe,λ(λ).{\displaystyle \Phi _{e,\nu }(\nu )\neq \Phi _{e,\lambda }(\lambda ).} Нетрудно показать, что с учетом

Φe,ν(ν)=dΦe(ν)dν=dλdνdΦe(λ)dλ{\displaystyle \Phi _{e,\nu }(\nu )={\frac {d\Phi _{e}(\nu )}{d\nu }}={\frac {d\lambda }{d\nu }}{\frac {d\Phi _{e}(\lambda )}{d\lambda }}} и λ=cν{\displaystyle \lambda ={\frac {c}{\nu }}}

правильное соотношение приобретает вид:

Φe,ν(ν)=λ2cΦe,λ(λ).{\displaystyle \Phi _{e,\nu }(\nu )={\frac {\lambda ^{2}}{c}}\Phi _{e,\lambda }(\lambda ).}

Световой поток — Википедия

Световой поток — физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения, где под световой мощностью понимается световая энергия, переносимая излучением через некоторую поверхность за единицу времени. Иными словами, «световой поток является величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза»^[1]. В свою очередь величина «поток излучения» определяется как мощность, переносимая излучением через какую-либо поверхность^[2].

Более формально световой поток можно определить, как световую величину, оценивающую поток излучения по его действию на селективный приёмник света, спектральная чувствительность которого определяется функцией относительной спектральной световой эффективности излучения^[3].

Определяющие формулы

Если имеется монохроматическое излучение с длиной волны λ{\displaystyle \lambda }, поток излучения которого равен Φe(λ){\displaystyle \Phi _{e}(\lambda )}, то в соответствии с определением световой поток такого излучения Φv(λ){\displaystyle \Phi _{v}(\lambda )} выражается равенством^[1]:

Φv(λ)=Km⋅V(λ)⋅Φe(λ).{\displaystyle \Phi _{v}(\lambda )=K_{m}\cdot V(\lambda )\cdot \Phi _{e}(\lambda ).}

где V(λ){\displaystyle V(\lambda )} — относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения, имеющая смысл нормированной в максимуме на единицу чувствительности среднего человеческого глаза при дневном зрении, а Km{\displaystyle K_{m}} — коэффициент, величина которого определяется используемой системой единиц. В системе СИ этот коэффициент равен 683 лм/Вт^{[Комм 1]}.

Световой поток излучения с дискретным (линейчатым) спектром получается суммированием вкладов всех линий, составляющих спектр излучения:

Φv(λ)=Km∑i=1NV(λi)⋅Φe(λi),{\displaystyle \Phi _{v}(\lambda )=K_{m}\sum _{i=1}^{N}V(\lambda _{i})\cdot \Phi _{e}(\lambda _{i}),}

где λi{\displaystyle \lambda _{i}} — длина волны линии с номером «i», а N — общее количество линий.

В случае немонохроматического излучения с непрерывным (сплошным) спектром малую часть всего излучения, занимающую узкий спектральный диапазон d(λ){\displaystyle d(\lambda )}, можно рассматривать как монохроматическое с потоком излучения dΦe(λ){\displaystyle d\Phi _{e}(\lambda )} и световым потоком dΦv(λ){\displaystyle d\Phi _{v}(\lambda )}. Тогда для связи между ними будет выполняться

dΦv(λ)=Km⋅V(λ)⋅dΦe(λ).{\displaystyle d\Phi _{v}(\lambda )=K_{m}\cdot V(\lambda )\cdot d\Phi _{e}(\lambda ).}

Интегрируя данное равенство в пределах видимого диапазона длин волн (то есть от 380 до 780 нм), получаем выражение для светового потока всего рассматриваемого излучения:

Φv=Km⋅∫380 nm780 nmV(λ)⋅dΦe(λ).{\displaystyle \Phi _{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}V(\lambda )\cdot d\Phi _{e}(\lambda ).}

Если использовать спектральную плотность потока излучения Φe,λ{\displaystyle \Phi _{e,\lambda }}, характеризующую распределение энергии излучения по спектру и определяемую как dΦe(λ)dλ{\displaystyle {\frac {d\Phi _{e}(\lambda )}{d\lambda }}}, то выражение для светового потока приобретает вид^[1]:

Φv=Km⋅∫380 nm780 nmV(λ)⋅Φe,λ⋅dλ.{\displaystyle \Phi _{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}V(\lambda )\cdot \Phi _{e,\lambda }\cdot d\lambda .}

Измерение

Измерение светового потока от источника света производится при помощи специальных приборов — сферических фотометров, либо фотометрических гониометров^[4]. Трудность измерения заключается в том, что необходимо измерить поток, который испускается во всех направлениях — в телесный угол 4π.

Для этого можно использовать сферический фотометр — прибор, представляющий собой сферу с внутренним покрытием, имеющим коэффициент отражения, близкий к 1. Исследуемый источник света помещается в центр сферы и при помощи фотоэлемента, вмонтированного в стенку сферы и покрытого фильтром с кривой пропускания, равной кривой спектральной чувствительности глаза, измеряется сигнал, пропорциональный освещенности фотоэлемента, которая, в свою очередь, в данном устройстве пропорциональна световому потоку от источника света (фотоэлемент измеряет только рассеянный свет, так как заслонён от прямого излучения источника специальным экраном). Путём сравнения полученного сигнала с сигналом от эталонного источника света можно измерить абсолютный световой поток источника света.

Другая возможность состоит в применении фотометрических гониометров. В этом случае производится измерение освещённости, создаваемой исследуемым источником, на воображаемой сферической поверхности. Для этого люксметр проходит последовательно при помощи гониометра все позиции на сфере. Интегрируя измеренные освещённости (измеряются в люксах: 1 люкс = 1 люмен/м²) по площади сферы (м²), получим абсолютный световой поток источника света (в люменах). Условием получения абсолютных значений является калиброванный в абсолютных величинах люксметр. .

Пояснения

Спектральные зависимости относительной чувствительности среднего человеческого глаза для дневного (красная линия) и ночного (синяя линия) зрения

Значение фотометрического эквивалента излучения K_m однозначно задаётся определением единицы силы света канделы, являющейся одной из семи основных единиц системы СИ. По определению одна кандела — это «сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683  Вт/ср»^[5]. Частоте 540·10¹² Гц соответствует в воздухе длина волны 555 нм^{[Комм 2]}, на которой располагается максимум спектральной чувствительности человеческого глаза для дневного зрения. Поэтому коэффициент K_m находится из равенства

1 кд = K_m·V_λ(555)·1/683 Вт/ср, откуда следует K_m = 683 (кд·ср)/Вт = 683 лм/Вт.

Для случая ночного зрения значение фотометрического эквивалента излучения изменяется.

Человеческий глаз считается светлоадаптированным при яркостях более 100 кд/м². Ночное зрение наступает при яркостях менее 10⁻³ кд/м². В промежутке между этими величинами человеческий глаз функционирует в режиме сумеречного зрения.

Примеры

Примечания

Комментарии

1. ↑ Иногда коэффициент Km{\displaystyle K_{m}} называют фотометрическим эквивалентом излучения.
2. ↑ Более точное значение — 555,016 нм. Учёт отличия этого значения от величины 555 нм приводит лишь к незначительным для практики поправкам и поэтому здесь не производится. Подробности имеются в статье «Кандела».

Источники

Ссылки

См. также

007. Освещенность (поверхностная плотность светового потока) – это:

+1) величина светового потока, падающего на единицу поверхности

2) величина светового потока, распространяющегося в телесном углу определенного размера

3) величина светового потока, обусловливающего уровень яркости определенной поверхности

4) величина светового потока, обусловливающего уровень различения его зрительным анализатором

008. Естественное освещение – это:

1) освещение помещений источниками, близкими по спектру солнечной радиации

+2) освещение помещений светом неба (прямым или отражённым), проникающим через световые проёмы в наружных ограждающих конструкциях

3) освещение помещений прямыми солнечными лучами

4) освещение открытых участков земной поверхности

009. Сила света (пространственная плотность светового потока) – это:

1) величина светового потока, падающего на единицу поверхности

2) величина, характеризующая освещенность какой-либо поверхности

3) величина, характеризующая яркость какой-либо поверхности

+4) величина, характеризующая свечение источника в некотором направлении и равная отношению светового потока к телесному углу, в котором он распространяется

010. Освещение – это:

1) степень освещенности объектов в зависимости от конкретных условий

2) создание освещенности предметов, соответствующей гигиеническим нормативам

3) создание освещенности предметов, обеспечивающей возможность зрительного восприятия этих предметов

+4) создание освещенности предметов, обеспечивающей возможность зрительного восприятия этих предметов или их регистрации светочувствительными веществами или устройствами

011. Коэффициент естественной освещённости (КЕО) – это:

1) отношение наружной горизонтальной естественной освещённости, создаваемой светом полностью открытого небосвода, к одновременному значению горизонтальной освещённости, создаваемой внутри помещения

2) отношение площади окон к площади полы помещения

+3) отношение естественной освещённости, создаваемой внутри помещения к одновременному значению наружной горизонтальной освещённости, создаваемой светом полностью открытого небосвода

4) коэффициент, отражающий время проникновения в помещение солнечного излучения в течение суток

012. Неравномерность естественного освещения – это:

+1) отношение среднего значения к наименьшему значению коэффициента естественной освещенности (КЕО) в пределах характерного разреза помещения

2) отношение наименьшего значения коэффициента естественной освещенности (КЕО) в пределах характерного разреза помещения к среднему его значению

3) отношение значения коэффициента естественной освещенности (КЕО) в данное время к среднему его значению в наблюдаемый период

4) отношение уровня освещенности на рабочих метах к средним значениям освещенности в помещении

013. Принципом работы люксметра является:

1) искусственного увеличение светового потока с последующей его регистрацией

+2) перевод оптического излучения с помощью фотоэлемента в электрический ток с последующей его регистрацией

3) изменение свечения люминофоров под влиянием светового потока

4) изменение электропроводимости различных веществ под действием светового потока

014. Устойчивость ясного видения – это:

1) наибольшее время, в течение которого сохраняется высокий уровень производимой зрительной работы

+2) способность глаза длительно поддерживать ясное различение рассматриваемого предмета

3) способность глаза длительно сосредотачивать напряжение зрительного анализатора на производимой работе

4) способность глаза к длительной зрительной работе без напряжения механизмов аккомодации

015. Единица измерения телесного угла стерадиан – это:

1) телесный угол, вырезающий на сфере, описанной вокруг вершины угла, поверхность площадью 1 м²

+2) телесный угол, вырезающий на сфере, описанной вокруг вершины угла, поверхность, площадь которой равна квадрату радиуса сферы

3) телесный угол, вырезающий на поверхности площадь 1 м²

4) телесный угол, вырезающий на сфере, описанной вокруг вершины угла, поверхность, площадь которой равна квадрату диаметра сферы

016. Единицей измерения яркости является:

1) лм/стер

2) лм/м²

3) кд/стер

+4) кд/м²

017. Световая волна – это:

1) электромагнитная волна, содержащая волны различного диапазона длин волн

2) электромагнитная волна, обусловливающая уровень освещенности поверхностей

+3) электромагнитная волна видимого диапазона длин волн

4) электромагнитная волна, характеризующая в среднем весь спектр солнечного излучения

018. Относительная площадь световых проёмов (световой коэффициент) – это:

1) отношение освещаемой площади пола помещения к площади фонарей или окон

2) отношение площади застекленной поверхности окон к общей площади оконных проемов

+3) отношение площади фонарей или окон к освещаемой площади пола помещения

4) отношение уровня светового потока, проникающего через световые проемы, к уровню светового потока, падающего на них

019. Фотометрия – это:

1) совокупность методов измерения освещенности

2) совокупность методов измерения энергетических характеристик видимого излучения

3) совокупность методов измерения энергетических характеристик ультрафиолетовой части излучения

+4) совокупность методов измерения энергетических характеристик электромагнитного излучения и световых величин

020. К дополнительным факторам, учитываемым при расчетах нормируемой освещенности, относятся:

1) контраст объекта различения с фоном

+2) работа или производственное обучение подростков

3) вид освещения

+4) наличие в помещении более половины работающих старше 40 лет

021. Контрастная чувствительность – это:

1) способность глаза замечать минимальное различие в освещенности поверхностей

2) способность глаза замечать минимальное различие в яркости рассматриваемых объектов

3) способность глаза замечать минимальное различие в спектральном составе оптического излучения

+4) способность глаза замечать минимальное различие в яркостях фона и объекта

022. Люкс – это:

1) единица измерения силы света, количественно выражающая распространение светового потока в 1 люмен на поверхности 1 м² (лм/м²)

2) единица измерения силы света, количественно выражающая распространение светового потока в 1 люмен в телесном углу (лм/стер)

+3) единица измерения освещенности, количественно выражающая распространение светового потока в 1 люмен на поверхности 1 м² (лм/м²)

4) единица измерения освещенности, количественно выражающая распространение светового потока в 1 люмен в телесном углу (лм/стер)

Яркость — Википедия

Я́ркость источника света^[1] — световой поток, посылаемый в данном направлении, делённый на малый (элементарный) телесный угол вблизи этого направления и на проекцию площади источника^[2] на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения. Иначе говоря — это отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади её проекции на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения.

B(α)=dI(α)dσcos⁡α{\displaystyle B(\alpha )={\frac {dI(\alpha )}{d\sigma \cos \alpha }}}

В определении, данном выше, подразумевается, если рассматривать его как общее, что источник имеет малый размер, точнее малый угловой размер. В случае, когда речь идёт о существенно протяжённой светящейся поверхности, каждый её элемент рассматривается как отдельный источник. В общем случае, таким образом, яркость разных точек поверхности может быть разной. И тогда, если говорят о яркости источника в целом, подразумевается вообще говоря усреднённая величина. Источник может не иметь определённой излучающей поверхности (светящийся газ, область рассеивающей свет среды, источник сложной структуры — например туманность в астрономии, когда нас интересует его яркость в целом), тогда под поверхностью источника можно иметь в виду условно выбранную ограничивающую его поверхность или просто убрать слово «поверхность» из определения.^{[источник не указан 2170 дней]}

В Международной системе единиц (СИ) измеряется в канделах на м². Ранее эта единица измерения называлась нит (1нт=1кд/1м²), но в настоящее время стандартами на единицы СИ применение этого наименования не предусмотрено.

Существуют также другие единицы измерения яркости — стильб (сб), апостильб (асб), ламберт (Лб):

1 асб = 1/π × 10⁻⁴сб = 0,3199 нт = 10⁻⁴Лб.^[3]

• Вообще говоря, яркость источника зависит от направления наблюдения, хотя во многих случаях излучающие или диффузно рассеивающие свет поверхности более или менее точно подчиняются закону Ламберта, и в этом случае яркость от направления не зависит.
• Последний случай (при отсутствии поглощения или рассеяния средой — см. ниже) позволяет в определении рассматривать и конечные телесные углы и конечные поверхности (вместо бесконечно малых в общем определении), что делает определение более элементарным, однако надо понимать, что в общем случае (к которому при требовании большей точности относятся и большинство практических случаев) определение должно основываться на бесконечно малых или хотя бы физически малых (элементарных) телесных углах и площадках.
• В случае поглощающей или рассеивающей свет среды видимая яркость, конечно, зависит и от расстояния от источника до наблюдателя. Но само введение такой величины, как яркость источника, мотивировано не в последнюю очередь именно тем фактом, что в важном частном случае непоглощающей среды (в том числе вакуума) видимая яркость от расстояния не зависит, в том числе в том важном практическом случае, когда телесный угол определяется размером объектива (или зрачка) и уменьшается с расстоянием (падение с расстоянием от источника силы света точно компенсирует уменьшение этого телесного угла).
• Существует теорема, утверждающая, что яркость изображения никогда не превосходит яркости источника^[4].

Яркость L — световая величина, равная отношению светового потока d2Φ{\displaystyle d^{2}\Phi } к геометрическому фактору dΩdAcos⁡α{\displaystyle d\Omega dA\cos \alpha } :

L=d2ΦdΩdAcos⁡α{\displaystyle L={\frac {d^{2}\Phi }{d\Omega dA\cos \alpha }}}.

Здесь dΩ{\displaystyle d\Omega } — заполненный излучением телесный угол, dA{\displaystyle dA} — площадь участка, испускающего или принимающего излучение, α{\displaystyle \alpha } — угол между перпендикуляром к этому участку и направлением излучения. Из общего определения яркости следуют два практически наиболее интересных частных определения:

Яркость, излучаемая поверхностью dS{\displaystyle dS} под углом α{\displaystyle \alpha } к нормали этой поверхности, равняется отношению силы света I{\displaystyle I}, излучаемого в данном направлении, к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению^[5]:

L=dIdScos⁡α{\displaystyle L={\frac {dI}{dS\cos \alpha }}}

Яркость — отношение освещённости E{\displaystyle E} в точке плоскости, перпендикулярной направлению на источник, к элементарному телесному углу, в котором заключён поток, создающий эту освещённость:

L=dEdΩcos⁡α{\displaystyle L={\frac {dE}{d\Omega \cos \alpha }}}

Яркость измеряется в кд/м². Из всех световых величин яркость наиболее непосредственно связана со зрительными ощущениями, так как освещённости изображений предметов на сетчатке глаза пропорциональны яркостям этих предметов. В системе энергетических фотометрических величин аналогичная яркости величина называется энергетической яркостью и измеряется в Вт/(ср·м²).

В астрономии яркость — характеристика излучательной или отражательной способности поверхности небесных тел. Яркость слабых небесных источников выражают звёздной величиной площадки размером в 1 квадратную секунду, 1 квадратную минуту или 1 квадратный градус, то есть сравнивают освещённость от этой площадки с освещённостью, даваемой звездой с известной звёздной величиной.

Так, яркость ночного безлунного неба в ясную погоду, равная 2⋅10⁻⁴ кд/м², характеризуется звёздной величиной 22,4 с 1 квадратной секунды или звёздной величиной 4,61 с 1 квадратного градуса. Яркость средней туманности равна 19—20 звёздной величины с 1 квадратной секунды. Яркость Венеры — около 3 звёздных величин с 1 квадратной секунды. Яркость площадки в 1 квадратную секунду, по которой распределён свет звезды нулевой звёздной величины, равна 92 500 кд/м². Поверхность, у которой яркость не зависит от угла наклона площадки к лучу зрения, называется ортотропной; испускаемый такой поверхностью поток с единицы площади подчиняется закону Ламберта и называется светлостью; её единицей является ламберт, соответствующий полному потоку в 1 лм (люмен) с 1 м².

Яркость (B) оценивается по максимальному значению яркости светлых участков реестра.^[6]

• Солнце в зените — 1,65⋅10⁹ кд/м²^[7]
• Солнце у горизонта — 6⋅10⁶ кд/м²^[7]
• освещённый солнцем туман — более 12 000 кд/м²^[8]
• небо, затянутое светлыми облаками — 10 000 кд/м²^[9]
• диск полной Луны — 2500 кд/м²
• дневное ясное небо — 1500—4000 кд/м²^[7]
• небо в стратосфере на высоте 19 км — 75 кд/м²^[10]
• серебристые облака — иногда до 1—3 кд/м²^[11]
• полярные сияния — до 0,2 кд/м²^[11]
• ночное небо в полнолуние — 0,0054 кд/м²^[12]
• ночное безлунное небо — 0,01^[7]—0,0001 кд/м²^[9]; 0,000171 кд/м²^[13]

1. ↑ Под источником света может пониматься как излучающая, так и отражающая или рассеивающая свет поверхность. Также это может быть трёхмерный объект.
2. ↑ В случае, когда источник не представляет собой светящуюся поверхность, речь идёт о проекции трёхмерного тела или области пространства, которая считается источником.
3. ↑ Апостильб в Большой советской энциклопедии
4. ↑ В случае усиливающей среды эта теорема прямо не выполняется или по крайней мере нуждается в аккуратном уточнении понимания её формулировки, формулировка же несколько затруднена тем, что в физическом смысле источником является не только первичный источник, но и среда. Так или иначе, если понимать под яркостью источника лишь яркость первичного источника, она совершенно очевидно может быть превзойдена при распространении света в активной среде.
5. ↑ Петровський М. В. Електроосвітлення : конспект лекцій для студентів спеціальності 7.050701 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання. — Суми : СумДУ, 2012. — 227 с.
6. ↑ Р. М. Степанов. Телевизионные фотоэлектронные приборы. — СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. — С. 13. — 191 с.
7. ↑ ^{1 2 3 4} Таблицы физических величин / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат, 1975. — С. 647.
8. ↑ Руководство по определению дальности видимости на ВПП (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 24 марта 2017. Архивировано 25 февраля 2017 года.
9. ↑ ^{1 2} Енохович А. С. Справочник по физике.—2-е изд. / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Просвещение, 1990. — С. 213. — 384 с.
10. ↑ Труды всесоюзной конференции по изучению стратосферы. Л.-М., 1935. — С. 174, 255.
11. ↑ ^{1 2} Ишанин Г. Г., Панков Э. Д., Андреев А. Л. Источники и приемники излучения. — СПб.: Политехника, 1991. — 240 с. — ISBN 5-7325-0164-9.
12. ↑ Tousey R., Koomen M.J. The Visibility of Stars and Planets During Twilight // Journal of the Optical Society of America, Vol. 43, N 3, 1953, pp 177—183
13. ↑ Andrew Crumey Human Contrast Threshold and Astronomical Visibility

Световые величины и единицы

Световой поток — мощность светового излучения, т. е. видимого излучения, оцениваемого по световому ощущению, которое оно производит на глаз человека. Световой поток измеряется в люменах.

Например лампа накаливания (100 Вт) излучает световой поток, равный 1350 лм, а люминесцентная лампа ЛБ40 — 3200.

Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света равной одной канделе, в телесный угол, величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд·ср).

Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен 4π люменам.

Существует и другое определение: единицей светового потока является люмен (лм), равный потоку, излучаемому абсолютно черным телом с площади 0,5305 мм² при температуре затвердевания платины (1773° С), или 1 свеча·1 стерадиан.

Сила света — пространственная плотность светового потока, равная отношению светового потока к величине телесного угла, в котором равномерно распределено излучение. Единицей силы света является кандела.

Освещенность — поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность, равная отношению светового потока к величине освещаемой поверхности, по которой он равномерно распределен.

Единицей освещенности является люкс (лк), равный освещенности, создаваемой световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на площади в 1 м², т. е. равный 1 лм/1 м².

Яркость — поверхностная плотность силы света в заданном направлении, равная отношению силы света к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную тому же направлению.

Единица яркости — кандела на квадратный метр (кд/м²).

Светимость (светность) — поверхностная плотность светового потока, испускаемого поверхностью, равная отношению светового потока к площади светящейся поверхности.

Единицей светимости является 1 лм/м².

Единицы световых величин в международной системе единиц СИ (SI)

Наименование величины	Наименование единицы	Выражение через единицы СИ (SI)	Обозначение единицы
			русское	между- народное
Сила света	кандела	кд	кд	cd
Световой поток	люмен	кд·ср	лм	lm
Световая энергия	люмен-секунда	кд·ср·с	лм·с	lm·s
Освещенность	люкс	кд·ср/м2	лк	lx
Светимость	люмен на квадратный метр	кд·ср/м2	лм·м2	lm/m2
Яркость	кандела на квадратный метр	кд/м2	кд/м2	cd/m2
Световая экспозиция	люкс-секунда	кд·ср·с/м2	лк·с	lx·s
Энергия излучения	джоуль	кг·м2/с2	Дж	J
Поток излучения, мощность излучения	ватт	кг·м2/с3	Вт	W
Световой эквивалент потока излучения	люмен на ватт	кд·ср·с3 кг·м2	лм/Вт	lm/W
Поверхностная плотность потока излучения	ватт на квадратный метр	кг/с3	Вт/м2	W/m2
Энергетическая сила света (сила излучения)	ватт на стерадиан	кг·м2/(с3·ср)	Вт/ср	W/sr
Энергетическая яркость	ватт на стерадиан-квадратный метр	кг/(с3·ср)	Вт/(ср·м2)	W/(sr·m2)
Энергетическая освещенность (облученность)	ватт на квадратный метр	кг/с3	Вт/м2	W/m2
Энергетическая светимость (излучаемость)	ватт на квадратный метр	кг/с3	Вт/м2	W/m2

Примеры:

Тип лампы	Мощность, Вт	Световой поток, лм	Примерная сила света, кд
Свеча			1
Лампа накаливания Б235-245-100	100	1380	100
Лампа люминесцентная ЛБ 40	40	2800
Ртутная лампа высокого давления ДРЛ 250	250	13000
Обычный светодиод	0,015		0,001
Сверхяркий светодиод	5		3

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК»
Под общей ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др.
М.: Издательство МЭИ, 1998

Вернуться к списку

Световая энергия — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Светова́я эне́ргия Qv{\displaystyle Q_{v}} — физическая величина, одна из основных световых фотометрических величин^[1]. Характеризует способность энергии, переносимой светом, вызывать у человека зрительные ощущения. Является световым аналогом величины энергия излучения, входящей в систему энергетических величин. Получается путём преобразования значений спектральной плотности энергии излучения Qe,λ{\displaystyle Q_{e,\lambda }} по формуле редуцированных фотометрических величин^[2] с использованием значений относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения V(λ){\displaystyle V(\lambda )}^[3]:

Qv=Km⋅∫380 nm780 nmQe,λ(λ)V(λ)dλ,{\displaystyle Q_{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}Q_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda ,}

где Km{\displaystyle K_{m}} — максимальная световая эффективность излучения^[4], равная в системе СИ 683 лм/Вт^[5][6]. Её численное значение следует непосредственно из определения канделы.

Единица измерения световой энергии в СИ— люмен-секунда (лм·с).

Со световым потоком Φv{\displaystyle \Phi _{v}} световая энергия связана соотношением:

Qv(t)=∫0tΦv(t′)dt′,{\displaystyle Q_{v}(t)=\int _{0}^{t}\Phi _{v}(t’)dt’,}

где t — длительность освещения.

Относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения.

Обосновать приведенную выше формулу перехода от Qe,λ(λ){\displaystyle Q_{e,\lambda }(\lambda )} к Qv{\displaystyle Q_{v}} можно следующим образом.

Если свет представляет собой монохроматическое излучение с длиной волны 555 нм, совпадающей с положением максимума функции V(λ){\displaystyle V(\lambda )}, то его энергии Qe{\displaystyle Q_{e}} сопоставляется световая энергия Qv{\displaystyle Q_{v}}, рассчитываемая по формуле:

Qv=683⋅Qe,{\displaystyle Q_{v}=683\cdot Q_{e},}

где использовано приведенное выше значение Km{\displaystyle K_{m}}=683 лм/Вт.

Величина коэффициента Km{\displaystyle K_{m}} в принципиальном плане могла быть выбрана любой, в том числе и равной единице. Используемое же в СИ значение обусловлено только выбором Km{\displaystyle K_{m}}=683 лм/Вт в определении канделы, что в свою очередь связано с традициями и причинами исторического характера.

Способность вызывать зрительные ощущения у монохроматического света с длиной волны λ{\displaystyle \lambda }, отличной от 555 нм, меньше, чем у света с длиной волны 555 нм в 1/V(λ){\displaystyle 1/V(\lambda )} раз. Соответственно и световую энергию в этом случае полагают меньшей во столько же раз:

Qv=683⋅Qe⋅V(λ).{\displaystyle Q_{v}=683\cdot Q_{e}\cdot V(\lambda ).}

В случае, когда свет немонохроматичен, но занимает при этом узкий спектральный интервал dλ{\displaystyle d\lambda }, его световая энергия dQv{\displaystyle dQ_{v}} связана с соответствующей энергией dQe{\displaystyle dQ_{e}} аналогичным соотношением:

dQv=683⋅dQe⋅V(λ).{\displaystyle dQ_{v}=683\cdot dQ_{e}\cdot V(\lambda ).}

которое можно представить в виде:

dQv=683⋅dQedλ⋅V(λ)dλ.{\displaystyle dQ_{v}=683\cdot {\frac {dQ_{e}}{d\lambda }}\cdot V(\lambda )d\lambda .}

Учитывая, что dQedλ{\displaystyle {\frac {dQ_{e}}{d\lambda }}} по определению является спектральной плотностью энергии, и используя для неё стандартное обозначение Qe,λ{\displaystyle Q_{e,\lambda }}, последнее равенство переписываем в виде:

dQv=683⋅Qe,λ⋅V(λ)dλ.{\displaystyle dQ_{v}=683\cdot Q_{e,\lambda }\cdot V(\lambda )d\lambda .}

Любой свет, занимающий произвольный широкий участок спектра, можно представить, как совокупность большого числа световых излучений, каждое из которых занимает интервал dλ{\displaystyle d\lambda }. Тогда полная световая энергия этой совокупности будет представлять сумму световых энергий каждого из излучений. Таким образом, переходя в пределе от суммирования к интегрированию, получим то же, что и раньше:

Qv=683⋅∫380 nm780 nmQe,λ(λ)V(λ)dλ.{\displaystyle Q_{v}=683\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}Q_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda .}

1. ↑ Световая энергия. Статья в Физической энциклопедии.
2. ↑ ГОСТ 26148—84. Фотометрия. Термины и определения.
3. ↑ ГОСТ 8.332-78. Государственная система обеспечения единства измерений. Световые измерения. Значения относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения.
4. ↑ В литературе используется также термин «фотометрический эквивалент излучения».
5. ↑ Число 683 лм/Вт является приближённым значением Km{\displaystyle K_{m}}, более точное значение — 683,002 лм/Вт. Подробности приведены в статье Кандела.
6. ↑ ГОСТ 8.417-2002. Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин. (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 10 июня 2012. Архивировано 10 ноября 2012 года.