Источники света

Источники света

    Определение 1

    Источник света – это тело, которое излучает энергию в световом диапазоне.

    Различные типы источников света

    Классификация источников света проводится в зависимости от разных характеристик. Таким образом, в физике определяющим является разделение источников света на 2 вида:

    1. Точечные;
    2. Непрерывные (модели источников света).

    Встречается подразделение на и на такие виды источников света как:

    1. Естественные (солнце, звёзды, атмосферные электрические разряды и т.п.);
    2. Искусственные (пламя, разнообразные лампы, светодиоды, лазерные приспособления).

    Искусственные источники света подразделяют в зависимости от вида энергии, переходящей в излучение, на:

    1. Тепловые источники (свет в них возникает в результате нагревания до высоких температур);
    2. Люминесцентные источники (световое излучение в них появляется благодаря превращению разных видов энергии, но не тепловой).

    Также искусственные источники света выделяются по конструктивным особенностям.

    Основные характеристики источников света

    Сила света

    Определение 2

    Точечный источник света – это такой световой источник, размеры которого можно не принимать во внимание, по сравнению с расстоянием от источника до места наблюдения. В оптически однородной и изотропной среде волны, излучаемые точечным источником, являются сферическими.

    Определение 3

    Для характеристики точечного источника используют понятие силы света (I), которая определяется как:

    I=dΦdΩ (1),

    где dФ – это световой поток, излучаемый источником в пределах телесного угла dΩ. При рассмотрении сферической системы координат можно сказать, что в общем-то сила света зависит от полярного (ν) и азимутального φ углов I=I ν, φ.

    Определение 4

    Источник света называется изотропным, если на его силу света не оказывает влияние направление. Для изотропного источника света запишем:

    I=Φ4π (2),

    где Ф – это суммарный световой поток, излучаемый источником во всех направлениях. Величина силы источника, которая вычисляется как (2), также называется средней сферической силой света источника.

    Если источник света не является точечным (протяженный источник), тогда применяют понятие силы света элемента его поверхности (dS). В данном случае в формуле (1) величина dФ – это световой поток, излучаемый элементом поверхности источника (dS) в пределах телесного угла (dΩ).

    Основная единица измерения силы света в системе измерения – кандела (кд) (старое название – свеча (св)). 1кд излучает световой эталон как абсолютно черное тело при температуре T=2046,6 K (температура, при которой затвердевает чистая платина) и давлении 101325 Па.

    Световой поток

    Определение 5

    Основной единицей измерения светового потока является люмен (лм), который равняется световому потоку, испускаемому источником в 1 кд внутрь телесного угла 1 стерадиан.

    Освещенность

    Определение 6

    Величина (E), равная E=dΦpaddS (5), называется освещенностью. В выражении (5) dΦpad – это величина светового потока, падающего на элемент поверхности dS. Освещенность измеряется с системе измерения в люксах (лк) 1 лк=1 лм1 м2 (6), при равномерном распределении потока по поверхности.

    Светимость

    Протяженный источник света характеризуют светимостью (R) его участков. Она описывает излучение (отражение) света выделенным элементом поверхности во всех направлениях.

    Светимость проявляется из-за отражения поверхностью падающего на нее светового потока. Тогда под dΦisp понимают в выражении (8) поток, отражаемый элементарной поверхностью dS во всех направлениях.

    Светимость измеряется в люксах.

    Яркость

    Яркость (B) используют для описания излучения (отражения) света в заданном направлении. Направление причем задается полярным углом ν, который откладывают от внешней нормали n к излучающей площадке и азимутальным углом φ.

    Определение 7

    Ламбертовскими источниками света (или косинусные, подчиняющиеся закону Ламберта), называются источники, яркость которых не меняется в зависимости от направления. Для ламбертовских светильников dI элементарной площадки пропорциональна cos ν.

    Единица яркости кандела на квадратный метр кдм2.

    Пример 1

    Необходимо найти световой поток, излучаемый элементарной поверхностью dS внутрь конуса, ось которого расположена перпендикулярно выделенному элементу. Угол конуса равен ν0. Будем считать, что светящаяся поверхность подчинена закону Ламберта и ее яркость равняется В.

    Решение

    Для решения задачи используем определение яркости и из него выделим элемент светового потока:

    B=dΦdΩdScos νdΦ=BdΩdScos ν (1.1).

    Элементарный телесный угол в сферических координатах равняется:

    dΩ=sinνdνdφ (1.2).

    Подставим выражение для телесного угла в выражение (1.1), получаем:

    dΦ=BsinνdνdφdScosν (1.3).

    Определим полный световой поток интегрированием выражения (1.3):

    Φ=BdS0v0sinνcosνdν02πdφ=πBdSsin2ν0.

    Ответ: Φ=πBdSsin2ν0.

    Пример 2

    Яркость однородного светящегося диска радиуса r меняется по закону B=B0cosν, B0=const, ν– это угол с нормалью к поверхности. Необходимо найти световой поток (Ф), испускаемый диском.

    Решение

    Выразим элемент светового потока с помощью уравнения из условий задачи для ярости как:

    dΦ=BdΩdScosν=B0cosν2dΩdS (2.1),

    где элементарный телесный угол в сферических координатах равняется:

    dΩ=sinνdνdφ (2.2).

    Световой поток вычислим как интеграл от выражения (2.1) при использовании (2.2):

    Φ=B0dS0π2sinνcos2νdν0π2dφ=2πB0dS0π2d(-cos ν)cos2ν=23πB0dS==23B0π2r2.

    Ответ: Φ=23B0π2r2.

    Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
    Средняя оценка статьи
    4,4 из 5 (15 голосов)