ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 368
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
•E. В зависимости от диаграммы рассеяния яркость по разным направлениям может быть различна, и вычисление ее представляет очень сложную задачу. Задача эта упрощается, если поверхность рассеивает свет равномерно по всем направлениям. В таком случае и яркость по всем направлениям будет одинаковой и равной
(77.1)
Если освещенность Е выражается в люксах, то яркость получится в канделах на квадратный метр.
Найдем, например, яркость киноэкрана, если его коэффициент отражения =0,75, а освещенность равна 50 лк. Пользуясь формулой (77.1), имеем
Приведем значения яркости освещенных поверхностей (табл. 3), с которыми часто приходится встречаться в жизни
Таблица 3. Яркость некоторых освещенных поверхностей (в кд/м2)
34. Световые измерения и измерительные приборы.
Световые измерения и измерительные приборы. Измерение световых величин может производиться непосредственно с помощью глаза (визуальные методы) или с помощью фотоэлемента, или термостолбика (объективные методы). Приборы, служащие для измерения световых величин, называются фотометрами.
Визуальные методы основаны на свойстве глаза очень хорошо устанавливать равенство яркостей двух смежных поверхностей. В то же время с помощью глаза очень трудно оценить, во сколько раз яркость одной поверхности больше яркости второй. Поэтому во всех визуальных фотометрах роль глаза сводится к установлению
равенства яркостей двух смежных площадок, освещаемых сравниваемыми источниками.
Так как сравниваемые поверхности делаются диффузно отражающими, то равенство их яркостей соответствует, согласно сказанному в предыдущем параграфе, равенству освещенностей. Освещенность площадки, на которую падает свет от более сильного источника, ослабляется тем или иным способом в известное число раз. Установив равенство освещенностей обеих площадок и зная, во сколько раз ослаблен свет одного из источников, мы можем количественно сравнить силы света обоих источников. Таким образом, во всяком фотометре должны быть два смежных световых поля, одно из которых освещено только одним источником, второе — только другим. Вид сравниваемых полей может быть различен. В большинстве случаев они имеют форму двух смежных полукругов (рис. 164,
а) или двух концентрических кругов (рис. 164, б).Оба сравниваемых поля должны освещаться каждое своим источником под одним и тем же углом; глаз наблюдателя также должен рассматривать оба поля под одинаковыми углами зрения.
Рис. 164. Вид сравниваемых полей в фотометре
На рис. 165 показано устройство одного из простейших фотометров. Свет от сравниваемых источников S1 и S2 падает на белые грани призмы ABC, помещенной внутри зачерненной трубки. Глаз наблюдателя рассматривает призму по направлению СО.
Простой фотометр был предложен немецким физиком и химиком Робертом Бунзеном (1811—1899). В этом фотометре световое поле представляет собой экран из белой бумаги, в середине которого небольшая часть поверхности промаслена и благодаря этому просвечивает. Масляное пятно должно иметь резкие края. Два источника света помещаются по обе стороны от экрана и путем ослабления одного из них добиваются, чтобы масляное пятно и остальная часть экрана сделались одинаково яркими. На этом принципе «просвечивающего участка» построены многие более совершенные фотометры.
Для того чтобы получить одинаковую освещенность обеих площадок
Рис. 165. Устройство простейшего фотометра
фотометра, наиболее простым средством является изменение расстояний сравниваемых источников от фотометра при условии применимости закона обратных квадратов (см. § 71). Как мы знаем, освещенность площадки пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату его расстояния от площадки. Если освещенности обеих площадок фотометра одинаковы, то
гдеI1 и I2 — силы света, а R1, R2— расстояния от источников до фотометра. Измерив R1 и R2, мы можем сказать, во сколько раз сила света одного источника больше или меньше силы света другого. Этот способ имеет тот недостаток, что варьировать расстояния R1и R2практически можно «лишь в не очень широких пределах.
Другой способ ослабления светового потока от одного из источников состоит в том, что на пути его вводится поглощающее тело, представляющее собой два скользящих друг относительно Друга клина, сделанных из материала, Поглощающего свет (рис. 166). Передвигая их, мы изменяем толщину поглощающего слоя и тем самым изменяем степень поглощения светового потока. Предварительно производится градуирование ослабителя: устанавливается, насколько меняется поглощение при смещении клина на определенное расстояние.
Рис. 166. Устройство для ослабления светового потока, обеспечивающее прохождение лучей без отклонения
Существуют фотометры, приспособленные для непосредственного измерения освещенности; такие фотометры называются люксметрами.
В фотометрах воспринимающим свет устройством является фотоэлемент. Под действием света фотоэлемент дает электрический ток тем больший, чем больше освещенность фотоэлемента, конечно, при условии, что вся поверхность фотоэлемента равномерно освещена. Таким образом, измерение освещенности с помощью объективного фотометра сводится к измерению тока, протекающего через гальванометр, соединенный с. фотоэлементом (подробнее см. § 181).
На рис. 167 представлен схематически люксметр. Он
Рис. 167. Люксметр: 1 — фотоэлемент, 2 — гальванометр со шкалой, градуированной в люксах
Рис. 168. Экспонометр: 1 — фотоэлемент, 2 — гальванометр,
3— шкала времени экспозиции, 4— шкала чувствительности фотоматериалов, 5 — указатель, 6 — шкала диаметра диафрагмы
состоит из фотоэлемента 1, соединенного с помощью шнура с гальванометром 2. Шкала гальванометра градуирована непосредственно в люксах. Для измерения освещенности с помощью этого прибора достаточно положить фотоэлемент на поверхность, освещенность которой хотят определить, и сделать отсчет по шкале. Фотоэлектрические люксметры очень удобны в работе и позволяют быстро и без утомления проводить измерения.
Нередко фотоэлемент и гальванометр заключают в общий футляр. Подобные люксметры применяются фотолюбителями для определения освещенности фотографируемого объекта и, следовательно, для правильного выбора времени экспозиции; их называют поэтому экспонометрами (рис. 168). Шкала гальванометра экспонометра, проградуированная в продолжительностях экспозиции, нанесена на полуокружности вращающегося кольца 3, На секторе 4, вращающемся вместе с кольцом 3, нанесены деления, соответствующие чувствительности применяемых фотоматериалов. Указатель 5 устанавливается на деление неподвижной шкалы
6, соответствующее диаметру применяемой при съемке диафрагмы; затем кольцо 3 вращается до совпадения с указателем 5 нужного деления на секторе 6. Тогда стрелка гальванометра указывает экспозицию, нужную для съемки с выбранной диафрагмой при данных фотоматериалах.
35. Прямолинейное распространение света и световые лучи.
Прямолинейное распространение света и световые лучи.
Наблюдения показывают, что в однородной среде свет также распространяется вдоль прямых линий. Ряд опытов, иллюстрирующих это положение, общеизвестен. При освещении предмета точечным источником получается резкая тень (рис. 172), форма которой подобна форме некоторого сечения предмета, параллельного плоскости экрана; размеры же тени определяются взаимным расположением источника, предмета и экрана в полном соответствии с проецированием при помощи прямых линий. Наблюдающиеся иногда нерезкие тени (полутени) объясняются не отступлением направления распространения
Рис. 172. При освещении точечным источником света S плоского объекта О, параллельного экрану, на экране появляется резкая тень O', подобная этому объекту
Рис. 173. При освещении шарика О протяженным источником SS появляющаяся на экране тень О' окаймлена полутенью О"
света от прямолинейности, а конечными размерами источника света (рис. 173). Всем известен способ, применяемый столярами, проверки «по лучу» прямолинейности кромки отстроганной доски (рис. 174). Явления прямолинейного распространения света представляют полную аналогию с явлениями, описанными в предыдущем параграфе. Если мы сделаем «видимым» путь солнечного света, пустив в комнату несколько клубов табачного дыма, то мы можем повторить опыт с перегородками. Поставим на пути света непрозрачный картон с одним или несколькими небольшими отверстиями, которые, конечно, во много раз превосходят длину световой волны; мы увидим путь света в комнате в виде узких каналов, опирающихся на края отверстий (рис. 175). При любом положении картона эти каналы имеют одно и то же направление: они указывают на Солнце.
Рис. 174. Проверка прямолинейности кромки «по лучу зрения»
Рис. 175. Пучки, выделенные из плоской световой волны (источник —
Солнце) экраном с небольшими отверстиями. Размеры отверстий еще
очень велики по сравнению с длиной световой волны
Если в затемненной комнате поставить внутри темного ящика с несколькими отверстиями яркую лампочку с маленькой нитью, то путь выходящего света обрисуется в запыленном воздухе в виде расходящихся в разные стороны узких пучков (рис. 176). Отметив на стене ящика положение лампы, мы без труда заметим, что пучки эти пересекаются в том месте, где находится нить лампы. Поступая так же, как мы делали в опытах с волнами на поверхности воды, проведем линии, указывающие направление распространения света. Если выделенные пучки узки, то проведение таких линий не вызывает затруднений. Эти геометрические линии и представляют собой световые лучи. В рассмотренных случаях они будут почти параллельными линиями, направленными на Солнце, или радиусами, перпендикулярными к поверхности сферы, описанной из места расположения источника света (нить лампочки). Вдоль этих прямолинейных лучей и распространяется световая волна.
Нередко в учебниках название «световой луч» приписывают тем узким световым пучкам, с помощью которых мы находим направление лучей. Это — неправильное выражение: мы называем лучом геометрическую линию, указывающую направление распространения света, а не самые световые пучки. Конечно, чем уже световой пучок, тем легче и точнее с его помощью отыскать направление распространения света, т. е. определить световой луч. Мы не можем, однако, осуществить бесконечно узкий световой пучок.
Уменьшая размеры отверстия, ограничивающего пучок, мы можем уменьшить ширину пучка лишь до извест-
Рис. 176. Пучки, выделенные из сферической световой волны
ных пределов. Дальнейшее уменьшение отверстия не только не приводит к уменьшению сечения пучка, но, наоборот, ведет, как показывает опыт, к расширению его. В §41 мы познакомились с этим явлением при изучении волн на поверхности воды (рис. 87, б и в).
(77.1)Если освещенность Е выражается в люксах, то яркость получится в канделах на квадратный метр.
Найдем, например, яркость киноэкрана, если его коэффициент отражения =0,75, а освещенность равна 50 лк. Пользуясь формулой (77.1), имеем
Приведем значения яркости освещенных поверхностей (табл. 3), с которыми часто приходится встречаться в жизни
Таблица 3. Яркость некоторых освещенных поверхностей (в кд/м2)
34. Световые измерения и измерительные приборы.
Световые измерения и измерительные приборы. Измерение световых величин может производиться непосредственно с помощью глаза (визуальные методы) или с помощью фотоэлемента, или термостолбика (объективные методы). Приборы, служащие для измерения световых величин, называются фотометрами.
Визуальные методы основаны на свойстве глаза очень хорошо устанавливать равенство яркостей двух смежных поверхностей. В то же время с помощью глаза очень трудно оценить, во сколько раз яркость одной поверхности больше яркости второй. Поэтому во всех визуальных фотометрах роль глаза сводится к установлению
равенства яркостей двух смежных площадок, освещаемых сравниваемыми источниками.
Так как сравниваемые поверхности делаются диффузно отражающими, то равенство их яркостей соответствует, согласно сказанному в предыдущем параграфе, равенству освещенностей. Освещенность площадки, на которую падает свет от более сильного источника, ослабляется тем или иным способом в известное число раз. Установив равенство освещенностей обеих площадок и зная, во сколько раз ослаблен свет одного из источников, мы можем количественно сравнить силы света обоих источников. Таким образом, во всяком фотометре должны быть два смежных световых поля, одно из которых освещено только одним источником, второе — только другим. Вид сравниваемых полей может быть различен. В большинстве случаев они имеют форму двух смежных полукругов (рис. 164,
а) или двух концентрических кругов (рис. 164, б).Оба сравниваемых поля должны освещаться каждое своим источником под одним и тем же углом; глаз наблюдателя также должен рассматривать оба поля под одинаковыми углами зрения.
Рис. 164. Вид сравниваемых полей в фотометре
На рис. 165 показано устройство одного из простейших фотометров. Свет от сравниваемых источников S1 и S2 падает на белые грани призмы ABC, помещенной внутри зачерненной трубки. Глаз наблюдателя рассматривает призму по направлению СО.
Простой фотометр был предложен немецким физиком и химиком Робертом Бунзеном (1811—1899). В этом фотометре световое поле представляет собой экран из белой бумаги, в середине которого небольшая часть поверхности промаслена и благодаря этому просвечивает. Масляное пятно должно иметь резкие края. Два источника света помещаются по обе стороны от экрана и путем ослабления одного из них добиваются, чтобы масляное пятно и остальная часть экрана сделались одинаково яркими. На этом принципе «просвечивающего участка» построены многие более совершенные фотометры.
Для того чтобы получить одинаковую освещенность обеих площадок
Рис. 165. Устройство простейшего фотометра
фотометра, наиболее простым средством является изменение расстояний сравниваемых источников от фотометра при условии применимости закона обратных квадратов (см. § 71). Как мы знаем, освещенность площадки пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату его расстояния от площадки. Если освещенности обеих площадок фотометра одинаковы, то
гдеI1 и I2 — силы света, а R1, R2— расстояния от источников до фотометра. Измерив R1 и R2, мы можем сказать, во сколько раз сила света одного источника больше или меньше силы света другого. Этот способ имеет тот недостаток, что варьировать расстояния R1и R2практически можно «лишь в не очень широких пределах.
Другой способ ослабления светового потока от одного из источников состоит в том, что на пути его вводится поглощающее тело, представляющее собой два скользящих друг относительно Друга клина, сделанных из материала, Поглощающего свет (рис. 166). Передвигая их, мы изменяем толщину поглощающего слоя и тем самым изменяем степень поглощения светового потока. Предварительно производится градуирование ослабителя: устанавливается, насколько меняется поглощение при смещении клина на определенное расстояние.
Рис. 166. Устройство для ослабления светового потока, обеспечивающее прохождение лучей без отклонения
Существуют фотометры, приспособленные для непосредственного измерения освещенности; такие фотометры называются люксметрами.
В фотометрах воспринимающим свет устройством является фотоэлемент. Под действием света фотоэлемент дает электрический ток тем больший, чем больше освещенность фотоэлемента, конечно, при условии, что вся поверхность фотоэлемента равномерно освещена. Таким образом, измерение освещенности с помощью объективного фотометра сводится к измерению тока, протекающего через гальванометр, соединенный с. фотоэлементом (подробнее см. § 181).
На рис. 167 представлен схематически люксметр. Он
Рис. 167. Люксметр: 1 — фотоэлемент, 2 — гальванометр со шкалой, градуированной в люксах
Рис. 168. Экспонометр: 1 — фотоэлемент, 2 — гальванометр,
3— шкала времени экспозиции, 4— шкала чувствительности фотоматериалов, 5 — указатель, 6 — шкала диаметра диафрагмы
состоит из фотоэлемента 1, соединенного с помощью шнура с гальванометром 2. Шкала гальванометра градуирована непосредственно в люксах. Для измерения освещенности с помощью этого прибора достаточно положить фотоэлемент на поверхность, освещенность которой хотят определить, и сделать отсчет по шкале. Фотоэлектрические люксметры очень удобны в работе и позволяют быстро и без утомления проводить измерения.
Нередко фотоэлемент и гальванометр заключают в общий футляр. Подобные люксметры применяются фотолюбителями для определения освещенности фотографируемого объекта и, следовательно, для правильного выбора времени экспозиции; их называют поэтому экспонометрами (рис. 168). Шкала гальванометра экспонометра, проградуированная в продолжительностях экспозиции, нанесена на полуокружности вращающегося кольца 3, На секторе 4, вращающемся вместе с кольцом 3, нанесены деления, соответствующие чувствительности применяемых фотоматериалов. Указатель 5 устанавливается на деление неподвижной шкалы
6, соответствующее диаметру применяемой при съемке диафрагмы; затем кольцо 3 вращается до совпадения с указателем 5 нужного деления на секторе 6. Тогда стрелка гальванометра указывает экспозицию, нужную для съемки с выбранной диафрагмой при данных фотоматериалах.
35. Прямолинейное распространение света и световые лучи.
Прямолинейное распространение света и световые лучи.
Наблюдения показывают, что в однородной среде свет также распространяется вдоль прямых линий. Ряд опытов, иллюстрирующих это положение, общеизвестен. При освещении предмета точечным источником получается резкая тень (рис. 172), форма которой подобна форме некоторого сечения предмета, параллельного плоскости экрана; размеры же тени определяются взаимным расположением источника, предмета и экрана в полном соответствии с проецированием при помощи прямых линий. Наблюдающиеся иногда нерезкие тени (полутени) объясняются не отступлением направления распространения
Рис. 172. При освещении точечным источником света S плоского объекта О, параллельного экрану, на экране появляется резкая тень O', подобная этому объекту
Рис. 173. При освещении шарика О протяженным источником SS появляющаяся на экране тень О' окаймлена полутенью О"
света от прямолинейности, а конечными размерами источника света (рис. 173). Всем известен способ, применяемый столярами, проверки «по лучу» прямолинейности кромки отстроганной доски (рис. 174). Явления прямолинейного распространения света представляют полную аналогию с явлениями, описанными в предыдущем параграфе. Если мы сделаем «видимым» путь солнечного света, пустив в комнату несколько клубов табачного дыма, то мы можем повторить опыт с перегородками. Поставим на пути света непрозрачный картон с одним или несколькими небольшими отверстиями, которые, конечно, во много раз превосходят длину световой волны; мы увидим путь света в комнате в виде узких каналов, опирающихся на края отверстий (рис. 175). При любом положении картона эти каналы имеют одно и то же направление: они указывают на Солнце.
Рис. 174. Проверка прямолинейности кромки «по лучу зрения»
Рис. 175. Пучки, выделенные из плоской световой волны (источник —
Солнце) экраном с небольшими отверстиями. Размеры отверстий еще
очень велики по сравнению с длиной световой волны
Если в затемненной комнате поставить внутри темного ящика с несколькими отверстиями яркую лампочку с маленькой нитью, то путь выходящего света обрисуется в запыленном воздухе в виде расходящихся в разные стороны узких пучков (рис. 176). Отметив на стене ящика положение лампы, мы без труда заметим, что пучки эти пересекаются в том месте, где находится нить лампы. Поступая так же, как мы делали в опытах с волнами на поверхности воды, проведем линии, указывающие направление распространения света. Если выделенные пучки узки, то проведение таких линий не вызывает затруднений. Эти геометрические линии и представляют собой световые лучи. В рассмотренных случаях они будут почти параллельными линиями, направленными на Солнце, или радиусами, перпендикулярными к поверхности сферы, описанной из места расположения источника света (нить лампочки). Вдоль этих прямолинейных лучей и распространяется световая волна.
Нередко в учебниках название «световой луч» приписывают тем узким световым пучкам, с помощью которых мы находим направление лучей. Это — неправильное выражение: мы называем лучом геометрическую линию, указывающую направление распространения света, а не самые световые пучки. Конечно, чем уже световой пучок, тем легче и точнее с его помощью отыскать направление распространения света, т. е. определить световой луч. Мы не можем, однако, осуществить бесконечно узкий световой пучок.
Уменьшая размеры отверстия, ограничивающего пучок, мы можем уменьшить ширину пучка лишь до извест-
Рис. 176. Пучки, выделенные из сферической световой волны
ных пределов. Дальнейшее уменьшение отверстия не только не приводит к уменьшению сечения пучка, но, наоборот, ведет, как показывает опыт, к расширению его. В §41 мы познакомились с этим явлением при изучении волн на поверхности воды (рис. 87, б и в).