2.2. Световые величины

Энергетические величины являются исчерпывающими с энергетической точки зрения, но они не позволяют количественно оценить визуальное восприятие излучения. Восприятие глазом излучения видимого диапазона определяется не только мощностью воспринимаемого излучения, но также зависит от его спектрального состава (так как глаз – селективный приемник излучения). Световые характеристики описывают, как энергию излучения воспринимает зрительная система глаза с учетом спектрального состава света.

2.2.1. Световые величины

Световые величины обозначаются аналогично энергетическим величинам, но без индекса.

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

У световых величин нет никакой спектральной плотности, так как глаз не может провести спектральный анализ.

Если в энергетических величинах исходная единица – это поток, то в световых величинах исходная единица – это сила света (так сложилось исторически). Сила света определяется аналогично энергетической силе света:

,

(2.2.1)

– сила излучения эталона (эталонный излучатель или черное тело) при температуре затвердевания платины () площадью .

Рис.2.2.1. Абсолютно черное тело.

Поток излучения:

,       (2.2.2)

– это поток, который излучается источником с силой света в телесном угле :
.

,       (2.2.3)

– освещенность такой поверхности, на каждый квадратный метр которой равномерно падает поток в .

За единицу светимости принимают светимость такой поверхности, которая излучает с световой поток, равный .

За единицу яркости принята яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света с .

2.2.2. Связь световых и энергетических величин

Связь световых и энергетических величин связь устанавливается через зрительное восприятие, которое хорошо изучено экспериментально. Функция видности – это относительная спектральная кривая эффективности монохроматического излучения. Она показывает, как глаз воспринимает излучение различного спектрального состава. – величина, обратно пропорциональная монохроматическим мощностям, дающим одинаковое зрительное ощущение, причем воздействие потока излучения с длиной волны условно принимается за единицу. Функция видности глаза максимальна в области желто-зеленого цвета (550–570 нм) и спадает до нуля для красных и фиолетовых лучей (рис.2.2.2).

2.2.2. Функция видности глаза.

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

(2.2.4)

где – функция видности глаза, 680 – экспериментально установленный коэффициент (поток излучения мощностью с длиной волны соответствует светового потока).

Например, сила света:
      (2.2.5)
яркость:
      (2.2.6)

сила света
яркость
освещенность

Энергетические		Световые
Наименование и обозначение	Единицы измерения	Наименование и обозначение	Единицы измерения
поток излучения		световой поток
энергетическая сила света		сила света
энергетическая освещенность		освещенность
энергетическая светимость		светимость
энергетическая яркость		яркость

2.2.3. Практические световые величины и их примеры

Световая экспозиция – это величина энергии, приходящейся на единицу площади за некоторое время (освещенность, накопленная за время от до ):

,

(2.2.7)

Если освещенность постоянна, то экспозиция определяется выражением:

      (2.2.8)

Для протяженного источника характеристика, воспринимаемая глазом – яркость. Для точечного источника характеристика, воспринимаемая глазом – блеск (чем больше блеск, тем больше кажется яркость). Блеск – это величина, применяемая при визуальном наблюдении точечного источника света.

Блеск – это освещенность, создаваемая точечным источником в плоскости зрачка наблюдателя, .

Видимый блеск небесных тел оценивается в звездных величинах . Шкала звездных величин устанавливается следующим экспериментальным соотношением:

      (2.2.9)

Чем меньше звездная величина, тем больше блеск. Например:
– блеск, создаваемый звездой первой величины,
– блеск, создаваемый звездой второй величины.

Яркость некоторых источников, :
– поверхность солнца,
– поверхность луны,
– ясное небо,
– нить лампы накаливания,
– ясное безлунное ночное небо,
– наименьшая различимая глазом яркость.

Освещенность, :
– освещенность, создаваемая солнцем на поверхности Земли (летом, днем, при безоблачном небе),
– освещенность рабочего места,
– освещенность от полной луны,
– порог блеска (примерно 8-ая звездная величина).

Решение задач на определение световых величин рассматривается в практическом занятии "Энергетика световых волн", пункт "1.2. Расчет световых величин".