Фотометрия

В середине прошлого века немецкий физик Вильгельм Эдуард Вебер (1804–1891) ставил опыты для того, чтобы найти  зависимость между величинами раздражения  и ощущения. В 1851г. Вебер открыл закон, общий для всех органов чувств: и данная величина раздражения (яркость  света, вес, сила звука, и др.) является мерой замечаемости его изменения. Говоря проще, мерой чувственно воспринимаемых различий является не минимальная величина разности двух раздражений при данном уровне раздражения, а относительная величина, которая остается неизменной при изменении раздражения.

DP/P = const

Позднее, в 1858г., Густав Фехнер (1801–1887, немецкий физик и врач) проводил опыты по зрительному различению яркостей. Он установил, что в случае яркостей отношение DP/P постоянно в  большом практически используемом диапазоне яркостей. Фехнер вывел  математическую формулу зависимости  изменения величины ощущения от изменения  величины яркости.

  Для матовых поверхностей эта величина пропорциональна поверхностной плотности отраженного или излучаемого этой поверхностью светового потока. В более общем виде она равна отношению силы света в направлении точки наблюдения к видимой из этой точки площади светящей поверхности (проекции). Единица яркости – кд/м².

Яркость непосредственно  связана с уровнем зрительного  ощущения, а распределение яркости  в поле зрения (например, в интерьере) характеризует качество освещения. В полной темноте человек реагирует  на яркость в одну миллионную долю кд/м².

 Сплошной светящий потолок при яркости более 500 кд/м² оказывает дискомфортное влияние. Яркость солнца – около 1 000 000 000 кд/м², а люминесцентной лампы – 5-11 тысяч кд/м².

Коэффициенты отражения  некоторых отделочных материалов:

- белая краска (0,7 – 0,8)

- светлые обои ( 0,5 – 0,7)

- белый мрамор – 0,45

- красный кирпич –  0,3

- темное дерево (0,1 – 0,25)

- асфальт – 0,07

 При светлой отделке  помещений (особенно при малых  по отношению к высоте размерах) очень заметно возрастают уровни  освещенности. Коэффициент отражения  фона, на котором рассматривается  объект, входит в число показателей,  характеризующих условия зрительной  работы на рабочем месте. 

Фон считается светлым при коэффициенте отражения более 0,4, средним – от 0,2 до 0,4 и тёмным – менее 0,2. При увеличении коэффициента отражения фона – видимость объекта улучшается.

Если попытаться дать определение  яркости, то оно может звучать  так:

Яркость – это фотометрическая величина, характеризующая излучательную способность протяжённых тел в данном направлении.

Яркостью светящейся поверхности в направлении наблюдения называется величина, равная отношению силы света к площади проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению:

где – угол между нормалью к поверхности и направлением наблюдения. Яркость в СИ измеряется в нитах (нт).

Яркость излучающей поверхности в астрономии и в физике определяется одинаково. Это понятие применимо только для протяженных (неточечных) источников, поскольку в ней присутствует площадь излучающей поверхности. Так как сила света убывает пропорционально квадрату расстояния до источника, а телесный угол, под которым видна проекция излучающей площадки, также убывает по тому же закону, то яркость источника не зависит от расстояния до него и в астрономии часто измеряется как поток с 1 кв. секунды дуги видимой поверхности источника или же, как освещенность, создаваемую таким участком видимой поверхности источника.

Яркость тела в данном направлении  определяется энергией, излучаемой в  единицу времени внутри единичного телесного угла элементом поверхности  тела, проекция которого на плоскость, перпендикулярную выбранную направлению, имеет единичную площадь. За единицу  яркости в Международной системе  единиц (СИ) принят 1 кандела на квадратный метр  – яркость поверхности, каждый квадратный метр которой излучает в перпендикулярном к ней направлении  в пределах угла 1 стерадиан поток, равный 1 люмену. В астрономии яркость  часто измеряется видимой звёздной величиной поверхности площадью в одну квадратную секунду дуги. Ранее в Международной системе единиц (СИ) за единицу яркости принимали 1 нит (1 нт=10кд/м²).

Для примера яркость ночного  неба составляет около 21.6 квадратной секунды  дуги, то есть около 2·10 ^-4 нт, яркость видимой поверхности Солнца оставляет  около 150000 квадратных секунд дуги (примерно 1,4 нт), а средняя яркость полной Луны - примерно 0.25 квадратных секунд дуги (около  2,3·10^-6 нт).

В современной автомобильной  промышленности яркость измеряют не только для определения соответствия яркости фар нормативному значению и определения правильности фокусировки  ближнего и дальнего света фар. На сегодняшний день уже прошли государственную аккредитацию и лицензирование и не так давно были запущены в серийное производство приборы регистрации скорости (радары) нового поколения, которые позволяют, не только более точно определить действительную скорость движения автомобиля практически при любых условий окружающей среды, а и определить многие другие параметры транспортного средства при помощи установленного в нём специального компьютерного чипа.

Также яркость измеряют при  проверке правильности постановки углов  рулевых колёс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Сапожников Р.А. Теоретическая фотометрия. Л., 1977
2. Гуревич М.М. Фотометрия: Теория, методы и приборы. Л., 1983
3. Кулагин С.В., Гоменюк А.С. и др. Оптико-механические приборы. М., 1984
4. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс общей физики. Т. III Изд 2-е. Учебник. М.: Высшая школа,1972.
5. Енохович А.С. Справочник по физике и технике: учебное пособие для студентов технических вузов и инженерных работников. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 1989.
6. Харт Х. Введение в измерительную технику: Пер. с нем.       М.М. Гельмана. –М.: Мир, 1999.
7. Измерения в промышленности: Справ. изд. в 3-х кн.: Пер. с нем./Под ред. П. Профоса.-2-е изд., перраб. И доп.-М.: Металлургия, 1990.
8. СНиП 23–05–95. Строительные нормы и правила РФ. Естественное и искусственное освещение. М.: Информрекламиздат, 1995.
9. Девисилов В.А. Освещение и здоровье человека //Безопасность жизнедеятельности / – М.: ООО «Издательство «Новые технологии», 2003. – №7. Приложение, с.12–13.
10. Безопасность технологических процессов. Справочник / С.В.Белов, В.С. Бринза, Б.С.Векшин и др. М.: Машиностроение, 1985. – с. 402–406.
11. Справочная книга по светотехнике /Под ред. Ю.Б. Айзенберга. М.: Энергоатомиздат, 1995.