3. Световые величины
В предыдущем разделе мы познакомились с важнейшим фотометрическим понятием - световым потоком, т.е. мощностью светового излучения, протекающего через некоторую площадку в пространстве. Понятно, что источники света могут излучать энергию в пространство неравномерно, то есть практически всегда имеет место зависимость мощности излучения от направления его распространения. Для количественного описания этой зависимости используют такую величину, как сила света.
Рис. 3.1. К определению понятия телесный угол
Чтобы ввести это понятие, нам придётся вспомнить, что такое телесный угол. На Рис.3.1. изображен некоторый источник света малого размера. Построим вокруг него сферу радиуса r. Из центра сферы построим конус, который вырежет на сфере площадку площадью S. Пространственный T угол при вершине конуса называется телесным, количественно его величина определяется отношением T= S /r2.
Пусть внутри малого телесного угла T распространяется от источника световой поток Ф, тогда сила света I определяется как угловая плотность светового потока
I = Ф/T ,и характеризует распределение светового потока по разным направлениям. Кривую зависимости светового потока от направления обычно изображают в полярных координатах и назвают кривой силы света (КСС).
В качестве примера КСС на рис 3.2. приведены КСС трёх вариантов потолочных встраиваемых светодиодных светильников DL 00232x2 марки ГАЛС/GLS с различными углами расходимости светового пучка.
Рис. 3.2. Кривые силы света разных вариантов светодиодных светильников DL 00232x2 марки ГАЛС/GLS
Силу света измеряют в канделлах (кд или kd). Канделла - основная единица фотометрии, для неё существует эталон, и именно через неё определяются остальные единицы измерения световых величин. По определению, одна канделла - сила света, излучаемого в перпендикулярном направлении 1/6000000 квадратного метра поверхности абсолютно черного тела при температуре затвердевания платины и давлении 101325 Па. Тогда один люмен определяется как световой поток в пределах телесного угла один стерадиан при силе света точечного источника, расположенного в вершине телесного угла, равной одной канделле.
Рис. 3.3. К определению понятия освещённость
Для количественной оценки того, насколько хорошо освещена та или иная поверхность используют величину освещённости. Пусть на поверхность площадью S падает световой поток Ф (Рис.3.3), тогда величина освещённости, по определению, будет
Е = Ф/S,причём предполагается, что выбранная площадка настолько мала, что неравномерность распределения светового потока через её части отсутствует.
Рис. 3.4. Освещённость поверхности точечным источником
Зная силу света от источника в направлении освещаемой поверхности и расстояние до поверхности, легко определить освещённость этой поверхности (Рис.3.4). Учитывая, что световой поток через поверхность Ф = I*T = I*( S*Cosn/r2), получаем
Е = I *Cosn/r2 Если поверхность освещается несколькими источниками света, то полная освещённость равна сумме освещённостей, создаваемых каждым.
Рис. 3.5. К определению понятия яркости
Важной светотехнической величиной является яркость светового источника. Она характеризует силу света в некотором направлении, соотнесённую к площади поверхности источника. Яркость зависит от направлени распространения света от источника. На рис 3.4. показана элементарная светящаяся площадка, имеющая площадь S, здесь же построена проекция этой площадки на плоскость, перпендикулярную некоторому направлению распространения света (в котором мы хотим определить величину яркости), площадь проекции соответственно S*Cosn. По определению, яркость равна
L = I/S*Cosn. Если вспомнить, что I = Ф/T, то
L = Ф/T*S*Cosn,где Ф - световой поток, распространяющийся от светящейся площадки под углом n, в пределах малого телесного угла T.
Почему яркость так важна? Оказывается, если смотреть на какую либо светящуюся площадку, то освещённость на сетчатке глаза, в изображении этой площадки, будет пропорциональна именно яркости в направлении от источника на глаз. То есть именно яркость определяет силу зрительного восприятия, когда мы смотрим на светящуюся или рассеивающую свет поверхность. Поэтому, при одной и той же силе света, источник с малой площадью будет восприниматься как более сильный, чем источник с большой площадью светящейся поверхности.
Раньше величину яркости измеряли в нитах (нт или nt), сейчас используют производную единицу канделла на метр квадратный (кд/м2),что по сути то же самое.
Для полноты картины упомянем ещё одну светотехническую величину - светимость, равную отношению полного светового потока излучаемого малой площадкой к площади этой площадки. Измеряется светимость, соответственно, в люменах на квадратный метр (лм/ м2).