Единицы для световых измерений

Принимая в качестве приемника световой энергии глаз. Между­народная осветительная комиссия (МОК) определила световой поток как поток лучистой энергии, оцениваемой по зрительному ощущению.

Рис.6 Государственный световой эталон. 1-платина; 2-трубочка из плавленой окиси тория; 3-сосуд из плавленой окиси тория; 4-засыпка из окиси тория; 5-сосуд из кварца.

Таким образом, несмотря на введение понятия среднего глаза, существующий метод оценки сохраняет еще некоторую связь с психофизиологическими понятиями, ибо для измерения привле­кается зрительное ощущение. Замена среднего глаза эквивалент­ным физическим приемником, например, фотоэлементом с соответ­ственно подобранной кривой чувствительности, позволила бы осу­ществить эти измерения вполне объективно по силе возникающего фототока.

Для реализации определенного светового потока и других свето­технических величин служит условный световой эталон. Между­народным соглашением с 1 января 1948 г. введен новый воспроизво­димый световой эталон, осуществляемый в виде абсолютно черного тела, применяемого при температуре затвердевания кистой платины (2046,6 К). Эталон должен быть осуществлен по определенной схеме с соблюдением определенных требований к чис­тоте платины. Эталон осуществлен фотометри­ческой лабораторией Всесоюзного научно-исследовательского института метро­логии.

Устройство и размеры излучателя, являющегося световым эталоном, пока­заны на рис.6. Нагрев и расплавление платины производятся путем обо­гревания ее токами высокой частоты. Излучателем света является трубочка 2, стенки которой имеют по всей длине одинаковую температуру благодаря со­прикосновению с разогретой плати­ной *).(*) Этот же эталон положен в основу световых единиц, принятых в междуна­родной системе единиц (СИ), которая введена в действие с 1 января 1963 года.)

Единица силы света — кандела (кд), равная силы света, излучаемого в направлении нормали с указан­ного светового эталона.

До введения нового эталона основной единицей силы света служила междуна­родная свеча (м. ев), осуществляемая электрическими лампами специальной конструкции и равная 1,005 кд. Применяемая иногда в лабораторных измерениях фитильная лампа опре­деленной конструкции, в которой горит чистый амилацетат, не может служить эталоном силы света. Эта так называемая свеча Гефнера составляет около 0,90 кд. Распределение энергии свечи Гефнера по длинам волн хорошо изучено; именно поэтому она представляет интерес для лабораторных целей как сравнительно легко осуществляемый источник света с хорошо известными характеристиками).

Единицей светового потока является люмен (лм) — поток, посылаемый источ­ником света в 1 кд внутрь телесного угла в 1 стерадиан. Если источник обладает силой света в 1 кд по любому направлению, то он излучает полный световой поток, равный 4p лм = 12,5 лм. Новый световой эталон по нормальному направлению излучает с 1 см² поток, равный 60 лм/ср.

Единица освещенности, люкс (лк), есть освещенность, соответ­ствующая потоку в 1 люмен, равномерно распределенному по площадке в 1 м²:

1лк= 1лм/1м².

Таким образом, 1 лк есть освещенность, создаваемая на поверхности шара радиусом в 1 м, в центре которого расположен излучающий равномерно во все стороны источник силой в 1 кд.

Светимость, так же как освещенность, выражается в лм/м², но здесь эта величина относится к испускаемому потоку, а не к полу­ченному.

Единицей яркости служит яркость площадки, дающая силу света в 1 кд с каждого квадратного метра в направлении, перпенди­кулярном к площадке. Таким образом, единица яркости есть «кандела на квадратный метр».

Помимо единицы кд/м² в научной литературе применяют ряд других единиц, перечисленных ниже.

Название	Обозначение	Значение в кд/м^2
Нит	нт
Стильб	сб	10^4
Апостильб	асб	1/p
Ламберт	лб	10^4/p

Нит есть, очевидно, просто иное название для кд/м². Стильб отвечает яркости площадки, дающей силу света 1 кд с каждого квад­ратного сантиметра. Физический смысл величин апостильб и ламберт связан с яркостью идеального рассеивателя, на котором создана определенная освещенность.

Идеальным рассеивателем называется поверхность, полностью рассеивающая весь падающий на нее поток, и притом равномерно по всем направлениям, так что яркость ее не зависит от направле­ния (соблюдается закон Ламберта). Идеальный рассеиватель, осве­щенность которого доведена до одного люкса, рассеивает с каждого квадратного метра во все стороны весь падающий на него поток, т. е. 1 люмен с каждого квадратного метра. Таким образом, на осно­вании соотношения он имеет яркость в 1/p =.0,318 кд/м². Итак, 1 апостильб = 0,318 кд/м²-это яркость идеального рассеивателя, на котором создана освещенность в один люкс.

Ламберт отвечает, очевидно, яркости идеального рассеивателя, на котором создана освещенность 10⁴ лк = 1 лм/см².

Яркости различных светящихся тел очень сильно разнятся между собой. Табл. 2 дает представление об этом разнообразии.

Интенсивность, так же как яркость, выражается в кд/м².

Располагая эталоном, дающим определенный световой поток, выражаемый в люменах, можно было бы определить этот поток в ваттах и установить связь между световыми и энергетическими единицами. Однако следует иметь в виду, что вследствие весьма различной чувствительности глаза к разным длинам волн сравнение характеризовало бы лишь экономичность примененного эталона и ничего не говорило бы об энергетической чувствительности глаза.

Таблица 3.2 Яркости различных светящихся тел
Источник	Яркость, кд/м^2
Ночное безлунное небо	около 1•10^-4
Неоновая лампа	1•10^3
Полная луна, видимая сквозь атмосферу	2,5 • 10^3
Пламя обычной стеариновой свечи	5• 10^3
Ясное дневное небо	1, 5•10^4
Газосветная лампа	5• 10^4
Металлический волосок лампы накаливания	1,5-2•10^6
Спираль газонаполненной лампы накаливания	5•10^6
Кратер обычной угольной дуги	1,5•10^8
Солнце	1,5•10^9
Капиллярная ртутная дуга сверхвысокого давления	4•10^8
Шаровая ртутная лампа сверхвысокого давления (СВДШ)	1,2•10^9
Импульсная стробоскопическая лампа (ИСШ)	1•10^11

Поэтому принято переходный множитель, определяющий в ваттах мощность, необходимую для получения светового ощущения, вызы­ваемого потоком в 1 люмен, измерять для определенного узкого интервала длин волн, соответствующего максимуму чувствительности глаза, а именно, l = 555 нм. Этот фактор А носит название механи­ческого эквивалента света. По новым измерениям он равен

А ==0,00160 Вт/лм.

Ввиду трудности измерения этой величины и необходимости усред­нять результаты многих наблюдателей точность определения А не превышает 2-3%.

Для удобства мы сопоставляем все световые и энергетические единицы в табл. 3.

Совокупность фотометрических понятий и величин, установлен­ных в качестве единиц для соответствующих измерений, даст возмож­ность охарактеризовать действие света на наши приборы и уста­новки

Таблица 3 Световые и энергетические единицы
Величины	Обозначе­ния	Единица световая	Символ	Единица энергетическая
Световой поток	Ф	люмен	ЛМ	ватт
Сила света	J	кандела	кд	ватт/стерадиан
Яркость	В	кандела/м^2	кд/м^2	ватт/(стерадиан • м^2)
Светимость	S	люмен/м^2	лм/м^2	ватт/м^2
Освещенность	Е	люкс	лк	ватт/м^2