Сила света

В фотометрии интенсивность света является мерой мощности , взвешенной по длине волны , излучаемой источником света в определенном направлении на единицу телесного угла , на основе функции светимости , стандартизированной модели чувствительности человеческого глаза . Единицей интенсивности света в системе СИ является кандела (кд), базовая единица системы СИ .

Измерение

Фотометрия занимается измерением видимого света, воспринимаемого человеческим глазом. Человеческий глаз может видеть только свет в видимом спектре и имеет различную чувствительность к свету с различными длинами волн в пределах спектра. При адаптации к ярким условиям ( фотопическое зрение ) глаз наиболее чувствителен к желто-зеленому свету при 555 нм. Свет с той же интенсивностью излучения на других длинах волн имеет более низкую интенсивность света. Кривая, которая представляет реакцию человеческого глаза на свет, является определенной стандартной функцией $y (λ)$ или $V (λ),$ установленной Международной комиссией по освещению (CIE, Commission Internationale de l'Éclairage ) и стандартизированной в сотрудничестве с ISO . ^[1]

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

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

Связь с другими мерами

Интенсивность света не следует путать с другой фотометрической единицей, световым потоком , которая представляет собой общую воспринимаемую мощность, излучаемую во всех направлениях. Интенсивность света — это воспринимаемая мощность на единицу телесного угла . Если лампа имеет колбу в 1 люмен и оптика лампы настроена на равномерную фокусировку света в луч в 1 стерадиан , то сила света луча будет равна 1 канделе. Если оптика была изменена для концентрации луча в 1/2 стерадиана, то сила света источника будет равна 2 канделам. Результирующий луч становится уже и ярче, хотя его световой поток остается неизменным.

Интенсивность света также не совпадает с интенсивностью излучения , соответствующей объективной физической величиной, используемой в измерительной науке радиометрии .

Единицы

Как и другие базовые единицы СИ, кандела имеет рабочее определение — она определяется описанием физического процесса, который произведет одну канделу силы света. По определению, если построить источник света, который излучает монохроматический зеленый свет с частотой 540 ТГц и имеет силу излучения 1/683 Вт на стерадиан в заданном направлении, этот источник света излучит 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 в 1 канделу излучал равномерно во всех направлениях, общий поток излучения составил бы около 18,40 мВт, поскольку в сфере содержится 4π стерадиан. 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. Они, как правило, основывались на яркости пламени «стандартной свечи» определенного состава или яркости нити накаливания определенной конструкции. Одним из самых известных из этих стандартов был английский стандарт : candlepower . Одна свеча была светом, производимым чистой спермацетовой свечой весом в одну шестую фунта и горящей со скоростью 120 гран в час. Германия, Австрия и Скандинавия использовали Hefnerkerze , единицу, основанную на выходной мощности лампы Хефнера . ^[4] В 1881 году Жюль Виолле предложил Violle в качестве единицы силы света, и она была примечательна как первая единица силы света, которая не зависела от свойств конкретной лампы. Все эти единицы были заменены определением канделы.

Использование

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

Интенсивность света для монохроматического света определенной длины волны λ определяется выражением, где $I_{\mathrm {v} }=683\cdot {\overline {y}}(\lambda )\cdot I_{\mathrm {e} },$

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

Если присутствует более одной длины волны (как это обычно и бывает), необходимо просуммировать или проинтегрировать по спектру присутствующих длин волн, чтобы получить интенсивность света:

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

Смотрите также

Ссылки

^ ISO/CIE 23539:2023 CIE TC 2-93 Фотометрия — Система физической фотометрии CIE. ISO/CIE. 2023. doi :10.25039/IS0.CIE.23539.2023.
^ Шнайдер, Т.; Янг, Р.; Берген, Т.; Дам-Хансен, К.; Гудман, Т.; Джордан, В.; Ли, Д.-Х; Окура, Т.; Сперфельд, П.; Торсет, А; Зонг, И. (2022). CIE 250:2022 Спектрорадиометрические измерения источников оптического излучения. Вена: CIE - Международная комиссия по освещению. ISBN 978-3-902842-23-7.
^ "Определения основных единиц: Кандела". Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . Получено 8 февраля 2008 г.
^ "Единица Хефнера, или свеча Хефнера". Sizes.com . 30 мая 2007 г. Получено 25 февраля 2009 г.

Кривые данных

^ "CIE Scotopic luminosity curve (1951)". Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 года.
^ "CIE (1931) 2-градусные функции цветового соответствия". Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 года.
^ "Физиологически значимые функции световой эффективности CIE". Архивировано из оригинала 7 июля 2019 г.
^ "Модифицированная кривая фотопической светимости Джадда–Воса CIE 2-градусная (1978)". Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 года.
^ "Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle (2005) 2-deg V*(l) luminous efficiency function". Архивировано из оригинала 27 сентября 2007 г.