Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

Природні джерела світла

. До природних джерел світла належать Сонце, 

зорі, температурні розряди тощо, а також об'єкта тваринного і рослинного 
світу, які люмінесціюють. 

Основними джерелами світла у Всесвіті с зорі,

 в

 яких відбувається 

реакція термоядерного синтезу» 

За цієї реакції синтезується ядро гелію з чотирьох ядер водню з виді-

ленням енергії. 

Найближча до нас зоря

 Сонце

 - потужне джерело енергії, яке постійно 

випромінює її в усьому діапазоні електромагнітних хвиль. Це випроміню-
вання значною мірою впливає на всі планети Сонячної системи ~ нагріває 
їх, впливає на атмосфери, дає світло і тепло, потрібне для життя на Землі. 

Штучні джерела світла

. Ці джерела розрізняють залежно від того, 

який процес лежить в основі випромінювання оптичного діапазону. 

Джерела світла

 є

 теплові і ті, що люмінесціюють

. До теплових джерел 

світла належать електричні лампи розжарювання, випромінювачі з газовим 
нагріванням, Вони мають суцільний спектр, положення максимуму якого 
залежить від температури речовини. 

У джерелах, які люмінесціюють, використовується люмінесценція га-

зів або твердих тіл. У цих джерелах електрична енергія перетворюється в 
світлове випромінювання, якщо електричний струм проходить через гази або 

пару металу (газові розради). Спектр випускання більшості газорозрядних 

джерел лінійчатий, характерний для газу або пари, в якому відбувається 
розряд. 

Більшість штучних і природних джерел не є когерентними.

 Когерентне 

тільки випромінювання лазерів

 (оптичних квантових генераторів). Коге-

рентність хвиль означає рівність їх частот і сталу в часі різницю фаз. 

§ І 84.

 Світловий потік. Сила

 світла 

Енергія

 СВІТЛОВОГО

 випротнювашня 

Світло - це форма енергії, що поширюється в просторі у ви-

гляді електромагнітних хвиль з частотами, які сприймає око людини, тобто 

з довжинами хвиль приблизно від 0,38 до 0,76 мкм. Звичайно, крім видимої 
області, в поняття світла включають прилеглі широкі області спектра елек-
тромагнітних хвиль - інфрачервону і ультрафіолетову, які вивчають оптич-
ними методами. Область спектра, яку включають у поняття світла, не має 
точних меж і принципових відмінностей від інших областей спектра елект-
ромагнітних хвиль. Але саме в цьому діапазоні довжин хвиль починає істо-

тно проявлятися квантовий характер електромагнітного випромінювання. 

Згідно з двоїстою квантово-хвильовою природою світла, існують кванто-
вий і хвильовий аспекти теорії світла, хоч принципово в будь-якому оптич-
ному явищі проявляються його і хвильові, і квантові властивості. 

455 

ш я ш ш ш ^ ш ^ ^ ш ш і ^ ^ ш я ш ш ш ш ш ш ш ш ^ ш т 

Фотометрія 

Розділ фізичної оптики, присвячений вимірюванню електро-

магнітного випромінювання оптичного діапазону, називають

 фотомет-

рією,

 Основною характеристикою процесів випромінювання, поширення і 

поглинання світла є потік випромінювання.

 Потоком випромінювання 

називають відношення енергії випромінювання до часу, за який воно від-
булося. Ми побачимо, що потік випромінювання має розмірність потуж-
ності. Як і всяку потужність, потік світлової енергії виражають у ватах. 

Деякі приймачі променистої енергії, наприклад термоелементи, реагують 
тільки на кількість поглинутої енергії незалежно від спектрального скла-
ду випромінювання. Такого типу характеристики випромінювання нази-

вають

 енергетичними. 

У техніці широко застосовують приймачі, реакція яких залежить не 

тільки від енергії, яку приносить світло, а й від його спектрального складу. 
Реакція таких приймачів на два типи випромінювання, які мають однако-

ву енергію, але різний спектральний склад, різна. Такими селективними 
(вибірними) приймачами є фотоелементи, фотопластинки і особливо око 
людини. 

Точкове джерело 

Джерело світла вважають точковим, якщо його розміри ду-

же малі порівняно з відстанню, на якій оцінюють його дію.

 Так, наприк-

лад відстані до зір настільки перевищують їх розміри, що їх можна вва-
жати точковими джерелами, незважаючи на їх величезні розміри. Точкове 
джерело - така сама ідеалізація, як, наприклад, матеріальна точка, ідеаль-
ний газ тощо. Вважають, що точкове джерело випромінює промені рів-
номірно в усіх напрямах. 

Усі питання, пов'язані з визначенням світлових величин, найпростіше 

можна розв'язувати тоді, коли джерело точкове. 

. 

Тілесний кут 

Щоб дати поняття рівномірного випромінювання світла в 

усіх напрямах, треба ввести уявлення про

 тілесний кут

 £2 ,

 який дорівнює 

відношенню площі поверхні

 5,

 вирізаної на сфері конусом з вершиною в 

точці

 О,

 до квадрата радіуса Я сфери

 (рис. 20.4): 

П =  $ / К

2

. (20.5) 

456 

Це відношення не залежить від радіуса, бо із зро-

станням радіуса вирізувана конусом поверхня збіль-
шується пропорційно квадрату радіуса. Одиницею 
тілесного кута є

 стерадіан

 (ср). 

Стерадіан дорівнює тілесному куту з вершиною 

в центрі сфери, який вирізує на поверхні сфери пло-
щу, що дорівнює площі квадрата із стороною, яка 
дорівнює радіусу сфери. 

Тілесний кут, що охоплює весь простір навколо точкового джерела, 

дорівнює 4л: ср.

 Випромінювання вважають рівномірним, якщо в будь-

які однакові тілесні кути випромінюється однакова потужність. 

СВІТЛОВИЙ ПОТІК 

Характеристики світлових процесів, які визначають за дією 

світла на око

,

 за зоровим відчуттям світла, називають світловими вели-

чинами.

 Зорове відчуття змінюється кількісно і якісно залежно від потуж-

ності променистої енергії та її спектрального складу. З одного боку, ця 
відмінність якісна, тобто 

випромінювання різних довжин хвиль спричинює різні за кольо-

ром світлові відчуття, 

З іншого боку, 

потоки різних довжин хвиль спричинюють відчуття різної 

інтенсивності. 

Око по-різному сприймає випромінювання залежно від його довжини 

хвилі, тобто добре розрізняє кольори. 

Найчутливіше око до зелених променів. 
Тому важливо знати не просто кількість світлової енергії, яку реєст-

рують прилади, а величину, що характеризує дію світла на око. Такою 
величиною є світловий потік.

 Світловий потік

 Ф

 характеризує потуж-

ність видимої частини випромінювання, яке поширюється всередині да-
ного тілесного кута, що оцінюється за дією цього випромінювання на 
нормальне око. 

Сила світла 

Сила світла І - основна світлова величина, яка характеризує 

свічення джерела видимого випромінювання в деякому напрямі. Вона 
дорівнює відношенню світлового потоку Ф до тілесного кута, в якому цей 
світловий потік поширюється: 

457 

ф 

/ = — . (20.6) 

О 

Оскільки повний тілесний кут дорівнює 4я ср, то сила світла точко-

вого джерела дорівнює 

ф 

/ = —. (20.7) 

4я 

Одиницею сили світла

 І є кандела

 (кд ). Кандела - основна одиниця СІ. 

Кандела - сила світла, яке випускається з поверхні площею

 1/600 000 м

2 

повного випромінювача в перпендикулярному напрямі при температурі 
випромінювача, що дорівнює температурі тверднення платини при тис-
ку

 101 325 Па. 

Як випливає з (20.6),

 світловий потік

 Ф

 дорівнює добутку сили світ-

ла джерела на тілесний кут О, в який надходить випромінювання: 

Ф - / 0 . (20.8) 

Одиницею світлового потоку є

 люмен

 (лм). 

Люмен - світловий потік, що його випускає точкове джерело в тілес-

ному куті

 1 ср

 при силі світла

 1 кд

 . 

§ 185. Спектральна чутливість ожа 

Для характеристики світлового сприймання оком променис-

тої енергії, тобто щоб установити зв'язок світлового потоку-з енергетич-
ним потоком випромінювання, вводиться поняття відносної спектральної 
світлової ефективності (відносної видності) випромінювання.

 Відносною 

спектральною світловою ефективністю

 ¥

х

 випромінювання з довжиною 

хеті X називають відношення світлового потоку Ф

х

 , монохроматично-

го випромінювання з певною довжиною легші до потоку енергії випромі-

нювань Ф

ітх

 з довжиною хвилі Х

тш

 = 

= 0,555 мкм: 

Ф, 

у

 = 

Ф 

0,50 т 

Рис® 20,5 

Міжнародна комісія з освітлення стан-

дартизувала середню криву відносної 
видності для світлотехнічних розрахуй-

ц70Кмкм На рис. 20.5 подано стандартизовану 

криву відносної видності для денного

 2 і 

458 

присмеркового І освітлення: по осі абсцис відкладено довжини хвиль у 
мікрометрах, по осі ординат - значення відносної видності . 

Найбільшому значенню відносної видності денного освітлення відпо-

відає X = 0,555 мкм. В разі присмеркового освітлення крива зміщується в 
бік коротких довжин хвиль, максимум припадає на довжину хвилі 

X = 510 мкм. 

Якщо людина довго перебуває в темряві, то око пристосовується до 

сприйняття малих світлових потоків. Таке збільшення чутливості ока на-
зивають

 темповою адаптаі{ією. 

Око сприймає й великі світлові потоки, що перевищують найменший 

потік, який сприймає око, в 10

12

 раз. 

Експериментально встановлено, що монохроматичному потоку ви-

промінювання 1 Вт з довжиною хвилі X = 0,555 мкм (тобто в умовах мак-

симальної спектральної чутливості ока людини) відповідає світловий по-
тік 683 лм. Величину

 V

 - 683 лм/Вт називають

 світловим еквівалентом 

потужності

. Знаючи

 V,

 можна перейти від енергетичних величин ви-

промінювання до світлових» 

§ 186. Освітленість. Закони освітленості 

Освітленість 

Відношення світлового потоку, що падає на поверхню, до 

площі 8 цієї поверхні називають освітленістю: 

Ф 

£ = —. (20.9) 

5 

Одиниця освітленості -

 люкс

 (лк). 

Люкс - освітленість, яку створює світловий потік

 1 лм

 при рівномір-

ному розподілі його по площі

 1 мА 

Закони освітленості 

Як випливає з досліду, освітленість поверхні залежить як від 

сили світла джерела, так і від відстані між джерелом світла і освітлюва-
ною поверхнею і від положення цієї поверхні відносно падаючих проме-
нів світла. Звичайно положення поверхні 5 у просторі задають положен-
ням вектора нормалі п до неї (рис. 20.6, а). Якщо положення поверхні в 

459