ФОТОМЕТРІЯ
ФОТОМЕТРІЯ, розділ прикладної фізики, що займається вимірами світла. З точки зору фотометрії, світло - це випромінювання, здатне викликати відчуття яскравості при впливі на людське око. Таке відчуття викликає випромінювання з довжинами хвиль від
0,78 мкм, причому найяскравішим представляється випромінювання з довжиною хвилі ок. 0,555 мкм (жовто-зеленого кольору). Оскільки чутливість очі до різним довжинах хвиль у людей неоднакова, в фотометрії прийнятий ряд умовностей. У 1931 Міжнародна комісія з освітлення (МКО) ввела поняття «стандартного спостерігача» як якогось середнього для людей з нормальним сприйняттям. Цей еталон МКО - не що інше, як таблиця значень відносної світлової ефективності випромінювання з довжинами хвиль в діапазоні від 0,380 до 0,780 мкм через кожні 0,001 мкм. На рис. 1 представлений графік, побудований за даними цієї таблиці, причому на ньому вказані інтервали довжин хвиль, відповідні квітам сонячного спектра. Яскравість, виміряна відповідно до еталоном МКО, називається фотометричної яскравістю або просто яскравістю.
Фотометричні величини.
Потік світлової енергії вимірюється в люменах. Визначити світловий потік в 1 лм неможливо, не звертаючись до світиться тілам, і основною мірою світла довгий час була «свічка», яка вважалася одиницею сили світла. Справжні свічки вже більше століття не використовуються в якості запобіжного світла, так як з 1862 стала застосовуватися спеціальна масляна лампа, а з 1877 - лампа, в якій спалювався пентан. У 1899 в якості одиниці сили відповіді була прийнята «міжнародна свічка», яка відтворювалася за допомогою повіряються електричних ламп розжарювання. У 1979 була прийнята дещо різниться від неї міжнародна одиниця, названа Кандела (кд). Кандела дорівнює силі світла в даному напрямку джерела, що випускає монохроматичне випромінювання частоти 540 Ч 10 12 Гц (l = 555 нм), енергетична сила світлового випромінювання якого в цьому напрямку становить 1/683 Вт / пор.
Щоб дати визначення люмена, розглянемо точкове джерело з силою світла 1 кд в усіх напрямках. Такий джерело випускає повний світловий потік, рівний 4 p лм. Якщо джерело з силою світла 1 кд висвітлює звернену до нього невелику пластинку, що знаходиться на відстані 1 м, то освітленість поверхні цієї пластинки дорівнює 1 лм / м 2. тобто одному люксу.
Протяжний джерело світла або освітлений предмет характеризується певною яскравістю (фотометричної яскравістю). Якщо сила світла, що випускається 1 м2 такої поверхні в даному напрямку, дорівнює 1 кд, то її яскравість в цьому напрямку дорівнює 1 кд / м 2. (Яскравість більшості тіл і джерел світла в різних напрямках неоднакова.)
Види фотометричних вимірювань.
Основні види фотометричних вимірювань такі: 1) порівняння сили світла джерел; 2) вимір повного потоку від джерела світла; 3) вимір освітленості в заданій площині; 4) вимір яскравості в заданому напрямку; 5) вимір частки світла, що пропускається частково прозорими об'єктами; 6) вимір частки світла, що відображається об'єктами.
ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИ фотометрію
Існують два загальних методу фотометрії: 1) візуальна фотометрія, в якій при вирівнюванні механічними або оптичними засобами яскравості двох полів порівняння використовується здатність людського ока відчувати відмінності в яскравості; 2) фізична фотометрія, в якій для порівняння двох джерел світла використовуються різні приймачі світла іншого роду - вакуумні фотоелементи, напівпровідникові фотодіоди і т.д. При обох методах для того, щоб результати мали універсальну значущість, умови спостереження (або роботи приладів) повинні бути такими, щоб фотометр реагував на різні довжини хвиль в точній відповідності з «стандартним спостерігачем» МКО. Важливо також, щоб світловий вихід лампи не змінювався в ході вимірювань. Для стабілізації та вимірювання струму і напруги в таких умовах зазвичай потрібно досить складна електрична апаратура. У найточніших фотометричних вимірах доводиться стабілізувати струм через лампу з точністю до (2 - 3) Ч 10 -3%.
Візуальна фотометрія.
Історія візуальної фотометрії починається з П.Бугера (1698-1758), чудового вченого, який в 1729 винайшов спосіб порівняння двох потоків світла і сформулював майже всі основні принципи фотометрії. І.Ламберт (1728-1777) далі систематизував теорію фотометрії, і подальший її розвиток йшло в основному по лінії вдосконалення методів. В даний час візуальна фотометрія застосовується обмежено - при вимірюванні дуже слабких світлових потоків, коли важко однозначно інтерпретувати результати фізичної фотометрії. Справа в тому, що при рівнях яскравості в діапазоні 0,01-1 кд / м спектральна чутливість очі плавно змінюється від відповідної адаптації до світла (денний, або фотопіческой) до відповідної адаптації до темряви (суперечностей, або скотопіческое), а тому тут неможливо передбачити, якою має бути спектральна чутливість фізичного (електричного) фотометра, щоб забезпечувалося згоду з можливими результатами візуальної фотометрії. Правильна методика для цього діапазону яркостей полягає в візуальному порівнянні з джерелом світла, енергетичний розподіл якого відповідає високотемпературного полому тілу, що фігурує у визначенні кандели. (Таким джерелом світла може служити електрична лампа розжарювання при деякому значенні сили струму.) При дуже низьких рівнях світлових потоків використовується другий (сутінковий) еталон, прийнятий міжнародною угодою в 1959, що дозволяє проводити фотоелектричні вимірювання без будь-яких неоднозначностей.