Меню

Энергетическая яркость единицы измерения



Основные фотометрические величины и их единицы

Фотометрия — раздел оптики, занимающийся вопросами измерения интенсивности света и его источников. В фотометрии используются следующие величины:

1) энергетические — характеризуют энергетические параметры оптического излуче­ния безотносительно к его действию на приемники излучения;

2) световые — характеризуют физиологические действия света и оцениваются по воздействию на глаз (исходят из так называемой средней чувствительности глаза) или другие приемники излучения.

1. Энергетические величины. Поток излучения Фе — величина, равная отношению энергии W излучения ко времени t , за которое излучение произошло:

Единица потока излучения — ватт (Вт).

Энергетическая светимость (излучательность) Re величина, равная отношению потока излучения Ф e , испускаемого поверхностью, к площади S сечения, сквозь которое этот поток проходит:

т. е. представляет собой поверхностную плотность потока излучения.

Единица энергетической светимости — ватт на метр в квадрате (Вт/м 2 ).

Энергетическая сила света (сила излучения) Ie определяется с помощью понятия о точечном источнике света — источнике, размерами которого по сравнению с рассто­янием до места наблюдения можно пренебречь. Энергетическая сила света Ie величина, равная отношению потока излучения Ф e источника к телесному углу w , в пределах которого это излучение распространяется:

Единица энергетической силы света — ватт на стерадиан (Вт/ср).

Энергетическая яркость (лучистость) Be — величина, равная отношению энергетической силы света D Ie , элемента излучающей поверхности к площади D S проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения:

Единица энергетической яркости — ватт на стерадиан-метр в квадрате (Вт/(ср × м 2 )).

Энергетическая освещенность (облученность) Ее характеризует величину потока из­лучения, падающего на единицу освещаемой поверхности. Единица энергетической освещенности совпадает с единицей энергетической светимости (Вт/м 2 ).

2. Световые величины. При оптических измерениях используются различные при­емники излучения (например, глаз, фотоэлементы, фотоумножители), которые не об­ладают одинаковой чувствительностью к энергии различных длин волн, являясь, таким образом, селективными (избирательными). Каждый приемник излучения характеризуется своей кривой чувствительности к свету различных длин волн. Поэтому световые измерения, являясь субъективными, отличаются от объективных, энергетических и для них вводятся световые единицы, используемые только для видимого света. Основной световой единицей в СИ является единица силы света — кандела (кд), определение которой дано выше (см. Введение). Определение световых единиц аналогично энергетическим.

Световой поток Ф определяется как мощность оптического излучения по вызыва­емому им световому ощущению (по его действию на селективный приемник света с заданной спектральной чувствительностью).

Единица светового потока — люмен (лм): 1 лм — световой поток, испускаемый точечным источником силой света в 1 кд внутри телесного угла в 1 ср (при равномерности поля излучения внутри телесного угла) (1 лм = 1 кд × ср).

Светимость R определяется соотношением

Единица светимости — люмен на метр в квадрате (лм/м 2 ).

Яркость В j светящейся поверхности в некотором направлении j есть величина, равная отношению силы света I в этом направлении к площади S проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:

Единица яркости — кандела на метр в квадрате (кд/м 2 ).

Освещенность Е величина, равная отношению светового потока Ф, падающего на поверхность, к площади S этой поверхности:

Единила освещенности — люкс (лк): 1 лк — освещенность поверхности, на 1 м 2 которой падает световой поток в 1 лм (1 лк= 1 лм/м 2 ).

Читайте также:  Тест линейно угловые измерения

Источник

энергетические и светотехнические величины. Связь между ними

1. Энергетические величины. Поток излучения — величина, равная отношению энергии W излучения ко времени t, за которое излучение произошло:

=W/t.

Единица потока излучения — ватт (Вт).

Энергетическая светимость (излучательность) — величина, равная отношению потока излучения , испускаемого поверхностью, к площади S сечения, сквозь которое этот поток проходит:

= /S,

т. е. представляет собой поверхностную плотность потока излучения.

Единица энергетической светимости — ватт на метр в квадрате (Вт/м2).

Энергетическая сила света (сила излучения) определяется с помощью понятия о точечном источнике света — источнике, размерами которого по сравнению с расстоянием до места наблюдения можно пренебречь. Энергетическая сила света — величина, равная отношению потока излучения источника к телесному углу Ω, в пределах которого это излучение распространяется:

= / Ω.

Единица энергетической силы света — ватт на стерадиан (Вт/ср).

Энергетическая яркость (лучистость)

— величина, равная отношению энергетической силы света элемента излучающей поверхности к площади S проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения:

= /S.

Единица энергетической яркости — ватт на стерадиан-метр в квадрате (Вт/(ср•м2)).

Энергетическая освещенность (облученность) Ее характеризует величину потока излучения, падающего на единицу освещаемой поверхности. Единица энергетической освещенности совпадает с единицей энергетической светимости (Вт/м2).

2. Световые величины. При оптических измерениях используются различные приемники излучения (например, глаз, фотоэлементы, фотоумножители), которые не обладают одинаковой чувствительностью к энергии различных длин волн, являясь, таким образом, селективными (избирательными). Каждый приемник излучения характеризуется своей кривой чувствительности к свету различных длин волн. Поэтому световые измерения, являясь субъективными, отличаются от объективных, энергетических и для них вводятся световые единицы, используемые только для видимого света. Основной световой единицей в СИ является единица силы света — кандела (кд). Определение световых единиц аналогично энергетическим.

Световой поток Ф определяется как мощность оптического излучения по вызываемому им световому ощущению (по его действию на селективный приемник света с заданной спектральной чувствительностью).

Единица светового потока — люмен (лм): 1 лм — световой поток, испускаемый точечным источником силой света в 1 кд внутри телесного угла в 1 ср (при равномерности поля излучения внутри телесного угла) (1 лм= 1 кд•ср).

Светимость R определяется соотношением

Единица светимости — люмен на метр в квадрате (лм/м2).

Яркость Вα светящейся поверхности в некотором направлении есть величина, равная отношению силы света I в этом направлении к площади S проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:

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

Освещенность E— величина, равная отношению светового потока Ф, падающего на поверхность, к площади S этой поверхности:

Единица освещенности — люкс (лк): 1 лк — освещенность поверхности, на 1 м2 которой падает световой поток в 1 лм (1 лк = 1 лм/м2).

15Элементы геометрической оптики

Основу геометрической оптики составляют следующие законы: 1) закон прямолинейного распространения света; 2) закон независимости световых лучей; 3) законы отражения света; 4) законы преломления света.

Закон прямолинейного распространения света: В однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.

Читайте также:  Относительные виды измерений это

Закон независимости световых лучей:

Каждый световой луч при объединении с другими ведет себя независимо от остальных лучей, т.е. справедлив принцип суперпозиции.

Законы отражения света: • Луч, падающий на поверхность раздела, нормаль к этой поверхности в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости (называемой плоскостью падения). • Угол падения равен углу отражения.

Законы преломления света: • Луч, падающий на поверхность раздела, нормаль к этой поверхности в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости. • Отношение синусов угла падения i и угла преломления r есть величина постоянная для 2 разных сред (закон Снеллиуса): . (1) Величина n21называется относительным показателем преломления двух сред. Относительный показатель преломления n21равен отношению скорости света в первой среде υ1, к скорости света во второй среде υ2: .

В этом состоит его физический смысл. Показатель преломления какой-либо среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления этой среды. Он показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде, и определяется по формуле , где с – скорость света в вакууме; υ – скорость света в среде. Зная абсолютные показатели преломления двух сред n1 и n2, можно найти их относительный показатель преломления: .

С учетом этого выражения, закон Снеллиуса (1) можно переписать в симметричной относительно двух сред форме:

n1 sin i = n2 sin r. (2) это соотношение отображает свойство обратимости световых лучей.

Среда с большим n называется оптически более плотной по отношению к среде с меньшим n и наоборот. Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную (n1 n2), например, из стекла в воздух, то r > i (рис. 1б). В последнем случае возможна такая ситуация, что при достаточно большом угле падения угол преломления достигает π/2, и свет перестанет проникать во вторую среду (рис. 1в). Угол падения, при котором угол преломления равен π/2, называется предельным углом падения iпр. При углах падения i > iпр свет полностью отражается от границы раздела. Явление, при котором луч света не переходит во вторую среду, полностью отражаясь от границы раздела, называется полным внутренним отражением (рис. 1г).

Значение предельного угла для двух сред с относительным показателем преломления n21 можно определить из закона Снеллиуса (1): если i = iпр, то, по определению, r = π/2, следовательно, .

Например, при переходе из стекла (n1 = 1,7) в воздух (n2 = 1) полное внутреннее отражение будет наблюдаться при углах падения i > arcsin(1/1,7) = 37 0 .

Явление полного внутреннего отражения широко используется в технике: в рефрактометрах для измерения показателей преломления, световодах (оптических волокнах), поляризаторах, перископах и других приборах.

Совокупность методов для измерения показателя преломления веществ называется рефрактометрией, а приборы для его измерения –рефрактометрами. Рефрактометрия широко применяется для определения состава и структуры веществ, а также для контроля качества и состава различных продуктов в химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Достоинства рефрактометрических методов количественного анализа – быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность.

Для большинства водных растворов, в которых содержится одно растворенное вещество, их показатель преломления растет с увеличением концентрации с растворенного вещества по линейному закону n – n = F·c, (3)

Читайте также:  Как измерить сопротивление изолирующего фланцевого соединения

где n – показатель преломления раствора, n – показатель преломления растворителя и F – фактор показателя преломления, показывающий величину прироста n при увеличении концентрации раствора на 1%. Значения F можно найти в справочной литературе или вычислить самостоятельно экспериментальным путем.

Источник

Энергетические единицы и соотношения между ними

1 Энергетические единицы и соотношения между ними

Поток излучения (лучистый поток) Фе– это величина энергии, переносимой полем в единицу времени через данную площадку

.Рис. 2.1.1. Поток излучения.

Спектральная плотность потока излучения Фl(l)– это функция, показывающая распределение энергии по спектру излучения: (2.1.1)

Поверхностная плотность потока энергии Ee – это величина потока, приходящегося на единицу площади:

(2.1.3) Если площадка освещается потоком, то поверхностная плотность потока энергии будет иметь смысл энергетической освещенности или облученности .

Если поток излучается площадкой, то поверхностная плотность потока энергии будет иметь смысл энергетической светимости .

Сила излучения (энергетическая сила света) – это поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется:

Телесный угол данного конуса равен отношению площади S поверхности, вырезанной на сфере конусом, к квадрату радиуса r сферы. Телесный угол измеряется в стерадианах (в сфере 4p ср). Энергетическая яркость – это величина потока, излучаемого единицей площади в единицу телесного угла в данном направлении.

(2.1.11)

Энергетический коэффициент пропускания te– это отношение энергетического светового потока Ф’е, пропущенного данным телом, к энергетическому потоку Фе, упавшему на него :

оптическая плотность среды – логарифм величины, обратной пропусканию.

2 Световые величины

– световой поток,– сила света, – освещенность, – светимость, – яркость

У световых величин нет никакой спектральной плотности, так как глаз не может провести спектральный анализ. Исторически сложилось что, исходная единица – это сила света.

Сила света определяется аналогично энергетической силе света:

(2.2.1) 1 кандела– сила излучения эталона (эталонный излучатель или черное тело) при температуре затвердевания платины(

20420K) площадью 1/60см2.

Поток излучения: лм (2.2.2) 1 люмен — это поток, который

излучается источником с силой света 1 кд в телесном угле 1 ср: 1 лм =1кд*1ср

Освещенность: ,[лк] (223) 1 люкс– освещенность такой поверхности, на каж-

дый квадратный метр которой равномерно падает поток в 1лм.

Светимость: за единицу светимости принимают светимость такой поверх — . ности, которая излучает с 1м2световой поток, равный 1лм.

Яркость: За единицу яркости принята яркость такой плоской поверхности, . которая в перпендикулярном направлении излучает силу света 1кд с . 2.

3 Связь световых и энергетических величин

Связь световых и энергетических величин устанавливается через зрительное восприятие, которое хорошо изучено экспериментально. Функция видности– показывает, как глаз воспринимает излучение различного спектрального состава

Определить некую свето-вую величину (поток, сила света, яркость, и т. д.), по спектральной плотности соответствующей ей энергетической величины можно по общей формуле:

Световая экспозиция – это величина энергии, приходящейся на единицу площади за неко-торое время (освещенность, накопленная за время от t1 до t2):

Внесистемные единицы измерения световых величин:

Источник