Световая величина
Светова́я величина́ — редуцированная фотометрическая величина, образованная из энергетической фотометрической величины при помощи относительной спектральной чувствительности специального вида — относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения [1]. От энергетических световые величины отличаются тем, что характеризуют свет с учётом его способности вызывать у человека зрительные ощущения. Образуют систему световых фотометрических величин.
В качестве единиц измерения световых величин используются особые световые единицы, базирующиеся на единице силы света «кандела». В свою очередь кандела является одной из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).
Световые величины обозначаются теми же буквами, что и энергетические величины, из которых они образованы, но снабжаются при этом индексом «», например, .
Монохроматическое излучение
В случае монохроматического излучения с длиной волны соотношение, связывающее световую величину с энергетической величиной , имеет вид
где — максимальное значение спектральной световой эффективности монохроматического излучения (фотометрический эквивалент излучения), равное в Международной системе единиц (СИ) 683 лм/Вт[2][3]. С учётом этого значения исходное соотношение принимает вид
Функция по своему физическому смыслу представляет собой относительную спектральную зависимость чувствительности человеческого глаза, её максимум располагается на длине волны 555 нм. Функция нормирована так, что её значение в максимуме равно единице. Таким образом, из сказанного следует, что значение световой величины монохроматического излучения пропорционально значению энергетической величины и чувствительности глаза.
Общий случай
В более общем случае, когда излучение занимает относительно широкий участок спектра, этот участок можно разбить на большое количество малых частей, каждая из которых располагается между и и имеет ширину . Излучение, приходящееся на любую из этих частей, можно рассматривать как монохроматическое со значениями световой величины и энергетической — . Записав для каждой части спектрального диапазона приведённое выше соотношение и произведя суммирование (точнее, интегрирование), получим следующее:
Для дальнейшего удобно ввести в рассмотрение спектральную плотность энергетической величины. Спектральная плотность величины определяется как отношение величины приходящейся на малый спектральный интервал, заключённый между и к ширине этого интервала:
Используя это определение в подынтегральном выражении, получаем окончательное соотношение для связи световой величины с соответствующей ей энергетической величиной, справедливое в общем случае:
Спектральная плотность световой величины
Спектральная плотность световой фотометрической величины определяется аналогично спектральной плотности энергетической величины: она представляет собой отношение величины приходящейся на малый спектральный интервал, располагающийся между и к ширине этого интервала:
Обозначением спектральной плотности величины служит буква, представляющая соответствующую величину, с подстрочным индексом, указывающим спектральную координату. В качестве последней могут выступать не только длина волны, но и частота, энергия кванта света, волновое число и другие[4].
Основные световые величины
Сведения об основных световых величинах и об их энергетических аналогах приведены в таблице.
Наименование | Обозначение величины | Определение | Обозначение единиц СИ | Энергетический аналог |
---|---|---|---|---|
Световая энергия | Энергия излучения | |||
Световой поток | Поток излучения | |||
Сила света | Сила излучения (энергетическая сила света) | |||
Объёмная плотность световой энергии | Объёмная плотность энергии излучения | |||
Светимость | Энергетическая светимость | |||
Яркость | Энергетическая яркость | |||
Интегральная яркость | Интегральная энергетическая яркость | |||
Освещённость | Облучённость | |||
Световая экспозиция | Энергетическая экспозиция |
Здесь — площадь элемента поверхности источника, — площадь элемента поверхности приёмника, — угол между нормалью к элементу поверхности источника и направлением наблюдения.
Примечания
- ↑ ГОСТ 8.332-78. Государственная система обеспечения единства измерений. Световые измерения. Значения относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения. Дата обращения: 19 июля 2012. Архивировано из оригинала 4 октября 2013 года.
- ↑ Число 683 лм/Вт является приближённым значением , более точное значение — 683,002 лм/Вт. Подробности приведены в статье Кандела.
- ↑ ГОСТ 8.417-2002. Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин. Дата обращения: 19 июля 2012. Архивировано из оригинала 10 ноября 2012 года.
- ↑ ГОСТ 7601-78. Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин Архивная копия от 30 ноября 2021 на Wayback Machine.