4. Сила випромінювання і сила світла

Сила випромінювання точкового джерела – це просторова щільність потоку випромінювання в межах елементарного тілесного кута тобто відношення потоку випромінювання в заданому напрямку до цьому елементарному тілесного куту:

де – сила випромінювання у напрямку ; потік випромінювання, що поширюється в межах елементарного тілесного кута .

За одиницю сили випромінювання прийнята сила випромінювання такого джерела, у якого в межах тілесного кута в 1ср рівномірно поширюється потік випромінювання в 1 Вт,

Вт*ср-1.

Незважаючи на те що всі реальні джерела випромінювання мають обмежені розміри, дуже часто користуються поняттям точкового джерела випромінювання.

Точковим джерелом випромінювання (світла) називають таке джерело, розміри якого настільки малі в порівнянні з відстанню до приймача, що ними можна знехтувати в обчисленнях при використанні закону квадратів відстаней. Для точкового джерела з заданою точністю дійсний закон квадратів відстаней. Для рівнояскравих джерел випромінювання, відношення відстані b до найбільшого розміру джерела а може служити критерієм, за яким оцінюється точковість джерела випромінювання. Якщо це відношення b/a=1, то при використанні закону квадратів відстаней похибка складає 100 %, при b/a=3,3 і b/a=5відповідно 9 і 4 %. За напрямок сили випромінювання приймають вісь тілесного кута , у межах якого поширюється і рівномірно розподіляється потік випромінювання.

Якщо з точки, у якій розташований точкове джерело випромінювання, у різних напрямках простору відкласти значення сили випромінювання цього джерела і через кінці векторів провести площину, то ми отримаємо фотометричне тіло сили випромінювання джерела, що цілком характеризує розподіл потоку випромінювання даного джерела в його навколишньому просторі.

За характером розподілу сили випромінювання точкові джерела поділяються на 2 групи:

1) із симетричним щодо деякої осі розподілом сили випромінювання. Таке джерело називається круглосиметричним

2) з несиметричним розподілом сили випромінювання – несиметричне джерело, у якого тіло розподілу сили випромінювання не має осі симетрії.

Якщо джерело круглосиметричне, то його фотометричне тіло є тілом обертання і може бути цілком охарактеризоване половиною кривої (до ), котра є перетином фотометричного тіла площиною, що проходить через вісь симетрії. Така крива називається поздовжнью кривою сили випромінювання.

Розподіл у просторі потоку випромінювань круглосимметричного джерела може бути охарактеризоване і поперечними кривими, що утворюються шляхом перетину фотометричного тіла джерела площинами, перпендикулярними осі симетрії. Ці криві менш поширені, тому що тільки їх сімейство достатнє повно характеризує розподіл у просторі потоку випромінювання джерела.

Для круглосимметричного джерела сила випромінювання в будь-якому напрямку простору однозначно визначається кутом , котрий прийнято відраховувати від вертикалі. Таким чином, маючи графічне чи аналітичне вираження функції , ми одержуємо повне уявлення про розподіл потоку випромінювання в просторі круглосимметричного джерела випромінювання.

Несиметричне джерело випромінювання можна охарактеризувати сімейством подовжніх кривих сили випромінювання чи . Значення сили випромінювання, що відповідає визначеному напрямку в просторі, однозначно визначається вже не одним кутом , а двома і чи і . Кут характеризує ту площину, у якій розташована цікавляча нас сила випромінювання: його відлік звичайно ведеться від площин чи симетрії, якщо така, отсутствует, від довільно обраної пласкости.

Часто доводиться за заданим розподілом в просторі сили випромінювання визначати потік випромінювання джерела. Ця задача легко вирішується для симетричного джерела за відомою подовжньою кривою його сили випромінювання .

Маючи аналітичне вираження функції , легко підрахувати потік випромінювання такого джерела:

,

де – потік випромінювання джерела; кути, що визначають ту частину простору, у межах якої джерело випромінює потік. Нехай ми маємо плоский равнояскравий тонкий диск, сила випромінювання якого =0cos У цьому випадку потік, випромінюваний однією стороною цього диска,

,

Якщо розподіл сили випромінювання в просторі задано подовжньою кривою і математичного виразу цієї кривої немає, то визначення потоку випромінювання проводиться шляхом підсумовування потоків випромінювання, укладених в окремих зональних тілесних кутах. Область кутів від 0 до 180 ° розбиваємо на 10-градусні чи 5-градусні зони.

У межах кожної зони визначаємо потік випромінювання, приймаючи за силу випромінювання зони середнє значення сил випромінювань, що відповідають її краям.

Таким чином, потік випромінювання джерела, для якого відома подовжня крива сили випромінювання, легко визначається по наступній формулі:

Для несиметричних джерел користуються набором кривих сили випромінювання для площин, обумовлених різними кутами і .

Сила світла - просторова щільність світлового потоку точкового джерела в межах елементарного тілесного кута. Сила світла чисельно дорівнює відношенню світлового потоку до тілесного кута, у межах якого цей світловий потік поширюється і рівномірно розподіляється:

де – сила світла під кутом ; світловий потік, що поширюється в межах тілесного кута .

Кандела – сила світла, випромінювана в перпендикулярному напрямку з 1/600000 квадратного метра поверхні повного випромінювача при температурі затвердіння платини і тиску 101325 паскалей (Па). Скорочене позначення кд, розмірність лм*ср-1.

Усі раніше отримані співвідношення, що зв'язують силу випромінювання з потоком випромінювання, справедливі і для сили світла і світлового потоку, якщо в них силу випромінювання замінити силою світла, а потік випромінювання – світловим потоком.

5. Енергетична світність (випромінюваність) і світність

Енергетична світність – щільність потоку випромінювання по поверхні елементарної ділянки випромінюючого (відбиваючого чи проникного) тіла. Енергетична світність чисельно дорівнює відношенню потоку випромінювання до площі ділянки поверхні, що випромінює цей потік:

; Мeср

де Me і Мeср – енергетична світність елемента поверхні d і середня енергетична світність поверхні А, dФе і Фе – потоки випромінювання, випромінювані з поверхонь dA і A.

Одиниця енергетичної світності – ват з квадратного метра, (Вт*м-2), назви не має.

Світність - щільність