Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
измеряться соответственно в
эрг ц эрг _ Вт_ эрг Вт эрг Вт
с ' с • ср ср ' с • см*1 - см- с • ср • см3 см- • ср '
Связь между люменом и ваттом. Чувствительность человеческого глаза. На
практике часто приходится выражать световой поток через единицы мощности.
По этой причине возникает необходимость установить связь между люменом и
ваттом. Следует отметить, что такая связь из-за специфичности
физиологического воздействия света не является универсальной. Дело в том,
что свет разных длин волн при одинаковом потоке энергии вызывает
различное зрительное ощущение. Поэтому в зависимости от длины волны
одному люмену соответствуют разные мощности. Чувствительность
человеческого глаза заметно меняется в зависимости от длины волны
падающего излучения. Наибольшая чувствительность для нормальных (не
страдающих дефектами зрения) глаз наблюдается при длине волны к = 5550 А.
Одинаковое количество лучистой энергии других (как больших, так и малых)
длин волн вызывает сравнительно меньшее ощущение. Свет с длинами волн,
меньшими 4000 А и большими 7600 А, совершенно не вызывает зрительного
ощущения вне зависимости от интенсивности. По этой причине часть шкалы
электромагнитных волн в интервале от 4000 А до 7600 А называется видимой
областью.
Поскольку свет разных длин волн при одинаковом световом потоке вызывает
различное зрительное ощущение, то так называемые относительные
чувствительности глаза будут обратно пропор-
15
циональны монохроматическим мощностям, дающим одинаковое зрительное
ощущение, т. е.
ь
где Vt, - относительные чувствительности глаза (функция видности), ф (X,)
- величина монохроматического светового потока, Ь - коэффициент
пропорциональности, который можно определить исходя из максимального
значения относительной чувствительности глаза (условно равного I). Если
длину волны, при которой vk = 1,
обозначить через А0 (как выше отмечено,
А0 = 5550 А), то = 1, отсюда b -
к / \
/ \
/ \
/ \
ч
4000 4800 5600 6400 Х!А]
Ф(Ао)
Ф (А0). Следовательно, Ф(\")
Ф (А)
(1.19)
Рис. 1.4
Поскольку А0 есть длина волны, соответствующей максимальной
чувствительности глаза, то величина светового потока Ф (А0) будет
минимальной среди монохроматических мощностей, дающих одинаковое
зрительное ощущение, т. е. Ф (А0) <Ф(А) при всех длинах волн, отличных от
А0 = 5550 А:
1 0 при 4 ОООА > А >8000 А,
Ра = | < 1 ПРИ ^ 9^ А0 (в видимой области),
| 1 при А = А0 = 5550А.
Как показали соответствующие измерения, кривая чувствительности глаза
(функция видности) изображается колоколообразной кривой (рис. 1.4) с
резко выраженным максимумом при длине волны 5550 А, спадающей до нуля в
сторону красного и фиолетового света. Максимум функции видности, как уже
отмечено, условно принятый равным единице, соответствует длине волны Хп =
5550 А. Поэтому целесообразно найти связь между люменом и ваттом при этой
длине волны. При длине волны Xq - 5550 А световому потоку в 1 лм
соответствует мощность 0,0016 Вт, т. е.
1 лм (А = 5550 А) = 0,0016 Вт
или
1 Вт (А = 5550 А) = 650 лм.
Для установления аналогичной связи при произвольной длине волны в видимой
области нужно пользоваться функцией видности
1 Вт (А) = 650 Vi лм.
Величина М = 0,0016 Вт/лм называется минимальным механическим
эквивалентом света по той причине, что при всех длинах волн, отличных от
А0 = 5550 А, мощность, соответствующая световому потоку величиной в 1 лм,
больше, чем 0,0016.
16
Численные значения функции видности при различных длинах волн в видимой
области даны в виде табл. 1.
Таблица 1
1 (1) 1). Ъ (А) 1\ МА) v3,
-1000 0,0004 5200 0,710 6400 0,175
4100 0,0012 5300 0,862 6500 0,107
4200 0,0040 5400 0,954 6600 0,061
4300 0,0116 5500 0,995 6700 0,032
4400 0,023 5600 0,995 6800 0,017
4500 0,038 5700 0,952 6900 0,0082
4600 0,060 5800 0,870 7000 0,0041
4700 0,091 5900 0,757 7100 0,0021
4800 0,139 6000 0,631 7200 0,00105
4900 0,208 6100 0,503 7300 0,00052
5000 0,323 6200 0,381 7400 0,00025
5100 0,503 6300 0,265 7500 0,00006
Как видно из табл. 1, одинаковое зрительное ощущение, вызываемое
излучениями разных длин волн, соответствует значениям мощности, довольно
сильно отличающимся друг от друга. Так, например, чтобы вызвать
одинаковое зрительное ощущение светом с длинами волн кг = 7600 А и к2 =
5500 А, в первом случае требуется мощность примерно в 2000 раз больше,
чем во втором.
§ 3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕТОВЫХ ВЕЛИЧИН
Раздел оптики, занимающийся измерениями световых величин, называется
фотометрией. Приборы, приспособленные для измерения силы света или
световых потоков разных источников, называются фотометрами. По принципу
регистрации фотометры бывают двух типов: субъективные (визуальные) и
объективные.
Субъективные фотометры. В основе субъективных фотометров лежит зрительное
наблюдение. Оно основано на том, что ощущение яркости является монотонной
функцией энергии падающего света. Следовательно, если два различных
источника света, одинаковых по спектральному составу, вызывают в глазу
