Интенсивность света

Видимый свет на единицу телесного угла

В фотометрии сила света – это мера взвешенной по длине волны мощности , излучаемой источником света в определенном направлении на единицу телесного угла , основанная на функции светимости – стандартизированной модели чувствительности человеческого глаза . Единицей силы света в системе СИ является кандела  (кд), базовая единица СИ .

Измерение

Фотометрия занимается измерением видимого света, воспринимаемого человеческим глазом. Человеческий глаз может видеть свет только в видимом спектре и имеет разную чувствительность к свету разных длин волн в этом спектре. При адаптации к ярким условиям ( фотопическое зрение ) глаз наиболее чувствителен к желто-зеленому свету с длиной волны 555 нм. Свет с одинаковой силой излучения на других длинах волн имеет меньшую силу света. Кривая, которая представляет реакцию человеческого глаза на свет, представляет собой определенную стандартную функцию y (λ) или V (λ), установленную Международной комиссией по освещению (CIE, для Международной комиссии по освещению ) и стандартизированную в сотрудничестве с Международной комиссией по освещению (CIE, для Международной комиссии по освещению). ИСО . ^[1]

Силу света искусственных источников света обычно измеряют с помощью гониофотометра, оснащенного фотометром или спектрорадиометром. ^[2]

1. Символы в этом столбце обозначают размеры ; « L », « T » и « J » обозначают длину, время и силу света соответственно, а не символы единиц измерения: литр , тесла и джоуль.
2. Организации по стандартизации рекомендуют обозначать фотометрические величины индексом «v» (от «визуального»), чтобы избежать путаницы с радиометрическими или фотонными величинами. Например: Стандартные буквенные обозначения США для светотехники USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967.
3. Иногда встречаются альтернативные символы: W для световой энергии, P или F для светового потока и ρ для световой эффективности источника.

Связь с другими мерами

Сравнение фотометрических и радиометрических величин

Силу света не следует путать с другой фотометрической единицей — световым потоком , который представляет собой общую воспринимаемую мощность, излучаемую во всех направлениях. Сила света – это воспринимаемая мощность на единицу телесного угла . Если в лампе имеется лампочка емкостью 1 люмен и оптика лампы настроена на равномерную фокусировку света в луч силой 1 стерадиан , то сила света луча будет равна 1 канделе. Если бы оптику изменили так, чтобы сконцентрировать луч на 1/2 стерадиана, то сила света источника составила бы 2 канделы. Получаемый луч уже и ярче, хотя его световой поток остается неизменным.

Сила света также не то же самое, что сила излучения , соответствующая объективная физическая величина, используемая в измерительной науке радиометрии .

Единицы

Как и другие основные единицы СИ, кандела имеет рабочее определение — она определяется описанием физического процесса, который производит одну канделу силы света. По определению, если построить источник света, который излучает монохроматический зеленый свет с частотой 540 ТГц и имеет интенсивность излучения 1/683  Вт на стерадиан в заданном направлении, этот источник света будет излучать одну канделу в указанном направлении. . ^[3]

Частота света, используемая в определении, соответствует длине волны в вакууме 555 нм, что близко к пику реакции глаза на свет. Если бы источник мощностью 1 кандела излучал равномерно во всех направлениях, общий лучистый поток составлял бы около 18,40 мВт, поскольку в сфере имеется 4π стерадианов. Обратите внимание, что типичная современная свеча производит примерно одну канделу, выделяя при этом тепло примерно 80 Вт.

До определения канделы в разных странах использовались различные единицы силы света. Обычно они основывались на яркости пламени «стандартной свечи» определенного состава или яркости нити накаливания определенной конструкции. Одним из самых известных из этих стандартов был английский стандарт: свеча . Мощность одной свечи представляла собой свет, излучаемый свечой из чистого спермацета весом в одну шестую фунта и горящей со скоростью 120  гран в час. Германия, Австрия и Скандинавия использовали Hefnerkerze — устройство, основанное на мощности лампы Хефнера . ^[4] В 1881 году Жюль Виоль предложил Виоль как единицу силы света, и она была известна как первая единица силы света, которая не зависела от свойств конкретной лампы. Все эти единицы были заменены определением канделы.

Применение

Фотопическая (черная) и скотопическая (зеленая) функции светимости. ^{[c 1]} Фотопик включает стандарт CIE 1931 года ^{[c 2] [c 3]} (сплошная линия), модифицированные данные Джадда-Воса 1978 года ^{[c 4]} (пунктир) и данные Шарпа, Стокмана, Ягла и Ягле 2005 года ^{[c 1] в 5]} (пунктир). Горизонтальная ось — длина волны в нм .

Сила света монохроматического света определенной длины волны λ определяется выражением

$${\displaystyle I_{\mathrm {v} }=683\cdot {\overline {y}}(\lambda )\cdot I_{\mathrm {e} },}$$

• I _v – сила света в канделах (кд),
• I _e — сила излучения в ваттах на стерадиан (Вт/ср),
• ${\textstyle {\overline {y}}(\lambda )}$— стандартная функция яркости .

Если присутствует более одной длины волны (как это обычно бывает), необходимо суммировать или интегрировать по спектру присутствующих длин волн, чтобы получить силу света:

$${\displaystyle I_{\mathrm {v} }=683\int _{0}^{\infty }{\overline {y}}(\lambda )\cdot {\frac {dI_{\mathrm {e} }(\lambda )}{d\lambda }}\,d\lambda .}$$

Смотрите также

• Яркость
• Международная система величин
• Сияние

Рекомендации

1. ISO/CIE 23539:2023 CIE TC 2-93 Фотометрия. Система физической фотометрии CIE. ИСО/МКО. 2023. дои : 10.25039/IS0.CIE.23539.2023.
2. Шнайдер, Т.; Янг, Р.; Берген, Т.; Дам-Хансен, К; Гудман, Т.; Джордан, В.; Ли, Д.-Х; Окура, Т.; Сперфельд, П.; Торсет, А; Зонг, Ю. (2022). CIE 250:2022 Спектрорадиометрические измерения источников оптического излучения. Вена: CIE - Международная комиссия по освещению. ISBN 978-3-902842-23-7.
3. «Определения базовой единицы: Кандела» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . Проверено 8 февраля 2008 г.
4. "Единица Хефнера, или свеча Хефнера" ​​. Размеры.com . 30 мая 2007 года . Проверено 25 февраля 2009 г.

Данные кривой

1. "Кривая яркости CIE Scotopic (1951)" . Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 года.
2. «CIE (1931) Функции сопоставления цветов по 2 градуса» . Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 года.
3. «Физиологически значимые» функции светоотдачи CIE . Архивировано из оригинала 7 июля 2019 года.
4. "Джадд-Вос изменил кривую фотопической яркости CIE на 2 градуса (1978)" . Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 года.
5. «Шарп, Стокман, Ягла и Ягле (2005) Функция светоотдачи 2 градуса В * (л)» . Архивировано из оригинала 27 сентября 2007 года.