skanowanie0094 2

194 Optyka

Podstawową jednostką fotometryczną jest kandela definiowana, podobnie jak inne jednostki podstawowe (np. metr, amper), przez określenie wzorca, którym w tym przypadku jest ciało doskonale czarne o powierzchni (1/60) cm² i temperaturze 1773°C (temperatura krzepnięcia platyny). Światłość tego źródła w kierunku prostopadłym do powierzchni jest równa jednej kandeli (1 cd).

Pozostałe jednostki ustalamy jako pochodne na podstawie praw wiążących je ze światłością.

Jednostkę strumienia otrzymujemy z równania (47.1) jako strumień wysyłany w granicach kąta bryłowego, równego jednemu steradianowi, przez izotropowe źródło światła o światłości jednej kandeli. Jednostka strumienia nosi nazwę lumen (lm):

llm=lcdlsr.    (47.3)

Rozciągłe (niepunktowe) źródła charakteryzuje się ponadto, podając ich luini-nancję, czyli jaskrawość L, definiowaną jako stosunek światłości do powierzchni widzianej pod kątem ip:

L =

/

Scos<p

(47.4)

gdzie kąt <p jest zawarty między normalną do powierzchni świecącej a kierunkiem obserwacji.

Z powyższego określenia wynika, że luminancja jest liczbowo równa światłości jednostki powierzchni źródła. Jednostkąluminancji jest nit (nt)

I nt = 1 cd/m².    (47.5)

Światło padające na pewną powierzchnię ulega odbiciu lub rozproszeniu, dzięki czemu staje się ona wtórnym źródłem światła. Stosunek strumienia d<P do wielkości powierzchni dS, na którą pada, nazywamy oświetleniem E:

E =

d<P

Hs

(47.6)

Jednostką oświetlenia jest luks (lx):

1 lx = 1 lm/m².    (47.7)

Jest to oświetlenie powodowane przez strumień jednego lumena padający na powierzchnię jednego metra kwadratowego.

Metoda pomiarowa

Oświetlenie dowolnej powierzchni, znajdującej się w odległości r od źródła punktowego o światłości I i nachylonej pod kątem z? do kierunku padania światła, wyraża wzór:

>

\

195

\^7. Wyznaczanie sprawności świetlnej żarówki za pomocą fotometru...

E = -y cos z?.    (47.8)

r

Powyższe równanie stanowi treść prawa Lamberta. Chociaż w praktyce źródła światła nigdy nie są punktowe, prawo Lamberta możemy zastosować z wystarczającą dokładnością, jeżeli odległość r jest 10 razy większa niż średnica źródła.

Za pomocą obserwacji wzrokowej nie możemy ocenić ilościowo stosunku światłości dwóch różnych źródeł, natomiast dość dokładnie możemy stwierdzić równość oświetlenia dwóch powierzchni. Tę ostatnią właściwość wykorzystujemy do pomiarów fotometrycznych światłości. Zasada pomiaru polega na takim dobraniu odległości źródła badanego i wzorcowego od fotometru, aby oświetlenie pewnej powierzchni przez oba źródła było jednakowe. Oznaczywszy światłość źródła wzorcowego indeksem w, a mierzonego x, zapiszemy:

E„ =^fcosĄ E_xAp ostf.    (47.9)

%    r_x

Jeżeli doprowadzimy do równości oświetleń (E„ = E_x) i jeżeli równe są oba kąty z?, to otrzymamy proporcję:

/ r²

(47.10)

A. r_w

Powyższy związek pozwala wyznaczyć na podstawie pomiarów odległości bezwzględną wartość światłości źródła, gdy jest znana światłość źródła wzorcowego. Najczęściej jednak wyznaczamy światłość względną I_r = ljl„.

Sprawnością świetlną źródła nazywamy stosunek jego światłości do pobieranej mocy P:

V = j-    (47.11)

Po wstawieniu wę wzorze (47.11) światłości względnej uzyskamy zależność sprawności od mocy w jednostkach względnych.

Fotometr Lummera-Brodhuna

Przedstawiony na rys. 47.1 fotometr Lummera-Brodhuna zawiera dwa główne elementy: płytkę rozpraszającą E (najczęściej gipsową) i kostką fotometryczną Lummera-Brodhuna LB, a także elementy pomocnicze: zwierciadła Z, pryzmat i lunetkę L, umożliwiające dogodną obserwację oświetlonych powierzchni.

Źródła światła Si i Si oświetlają przeciwległe powierzchnie płytki E. Światło rozproszone od płytki odbija się od zwierciadeł Z\ i Z₂, po czym pada na kostkę fotometryczną.