Фотометрические величины и методы их измерения

1. ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И МЕТОДЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ

Как в обычной жизни, так и в научной деятельности, большое количество информации о микро- и макромире человек получает с помощью зрения, в том числе технического зрения или с применением технических средств, таких как микроскопы, телескопы, линзы, фильтры и тому подобное.

Видимый свет определяется длиной волны от 400 нм до 750 нм. В фотометрических исследованиях, как правило, эти границы расширяются, благодаря использованию светочувствительных материалов. Таким образом, удается получить данные в инфракрасной и ультрафиолетовой области.

Так как свет представляет собой волны с определенной длиной волны, и, следовательно, с определенной энергией, количество света, а также воздействие, оказываемое на те или иные структуры, является измеряемыми величинами.

Рисунок 1. Схема оптического пирометра. 1 – источник излучения;

2 – оптическая система (телескоп пирометра); 3 – эталонная лампа накаливания; 4 – фильтр с узкой полосой пропускания; 5 – объектив; 6 – реостат, которым регулируют ток накала; 7 – измерительный прибор (миллиамперметр).

Родоначальником фотометрических экспериментов считается Пьер Бугер, который еще 1729 году предложил оптический (визуальный) метод количественного сравнения двух источников света.

В предложенном им методе, для того, чтобы сравнить яркости двух световых источников (освещенности двух поверхностей), требовалось установление равенства освещенностей этих поверхностей посредством изменения расстояния до источников.

Разработанный П. Бугером и модифицированный метод визуальной фотометрии применяется в научных исследованиях и на сегодняшний день, когда используются понятия эквивалентной яркости.

Данные методы особенно широко распространены в области малых яркостей. На рис.1 представлен пример прибора, работающего на принципе П. Бугера – оптического пирометра.

Пирометр наводится на исследуемый объект (например, фонарь), далее, регулируя яркость встроенной лампы, добиваются одинакового восприятия (слияния) обеих ламп. Далее, по градуировочный шкале определяется световая температура.

Существуют основные фотометрические величины:

1. Интегральная энергия – это энергия Q, которая переносится в данном потоке излучения на всех длинах волн, измеряется в Джоулях (Дж).

2. Спектральная плотность энергии излучения.

При необходимости учёта распределения энергии по длинам волн λ можно записать:

, где (1)

Q(λ) – спектральная плотность энергии излучения, измеряется в Дж/м.

3. Объёмная плотность энергии излучения.

Количество оптического излучения, приходящегося на элементарный объем пространства, называется объемной плотностью энергии излучения и определяется следующим выражением:

, где (2)

U – объёмная плотность энергии излучения (Дж/м3 );

V – рассматриваемый объём.

4. Спектральная плотность объёмной плотности энергии излучения.

Плотность