Фотометрические величины и единицы. Принцип действия люксметра

Источник света, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием от места наблюдения до источника, называется точечным. Для характеристики точечных источников применяется сила света I, которая определяется как поток излучения источника, приходящийся на единицу телесного угла:

, (5)

(dФ - световой поток, излучаемый источником в пределах телесного угла ). Единица силы света - кандела (кд) является одной из основных единиц Международной системы (СИ).

В общем случае сила света зависит от направления. Если I не зависит от направления, источник света называется изотропным.

Для изотропного точечного источника световой поток dФ выражается формулой:

, (6)

где I - сила света; R - расстояние от источника до элемента поверхности с площадью dS; a - угол между падающими лучами света и нормалью (перпендикуляром) к освещаемой поверхности. Единицей светового потока в системе СИ является люмен (лм).

Световой поток, приходящийся на единицу площади освещаемой поверхности, называется освещенностью Е этой поверхности:

. (7)

С учетом формул (6) и (7) освещенность, создаваемую точечным источником, можно найти из выражения:

. (8)

В формуле (4) заключены два так называемых закона освещенности:

1) освещенность площадки обратно пропорциональна квадрату расстояния от точечного источника (закон обратных квадратов);

2) освещенность площадки прямо пропорциональна косинусу угла между направлением лучистого потока и нормалью к площадке (закон косинуса).

Единица освещенности в системе СИ есть люкс (лк) - освещенность, создаваемая световым потоком в 1 люмен, равномерно распределенным по площади в 1 м².

Чтобы составить конкретное представление о величине люкса, приведем некоторые цифры. Освещенность от Солнца вне земной атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца 1,35ּ 10⁵ лк. Освещенность в одну-две десятых люкса создает ночью при безоблачном небе полная Луна. При освещенности порядка одного люкса можно с трудом читать. Скорость чтения быстро возрастает при увеличении освещенности до 50 лк. При дальнейшем увеличении освещенности до 100-150 лк она растет более медленно, а дальше этого предела возрастание скорости чтения становится малоощутимым. Инструкциями по охране труда установлены определенные нормы минимальной освещенности рабочих помещений (см. таб. 1). Освещенность рабочей поверхности (стола) ни для каких видов работ не должна быть меньше 10 лк. При очень тонкой работе, связанной с различением мелких деталей, черточек, букв, рисунков, требуется освещенность не менее 200 лк. В классах и аудиториях на столах учащихся и черных досках освещенность должна быть не менее 75 лк.

Таблица 1

Для измерения освещенностей, создаваемых лампами накаливания, люминесцентными лампами и естественным дневным светом, используют специальный прибор - люксметр. Принцип действия люксметра основан на явлении фотогальванического эффекта. При освещении поверхности селенового фотоэлемента в замкнутой цепи, включающей магнитоэлектрический измеритель (чувствительный гальванометр) возникает ток. Фототок отклоняет подвижную часть измерителя (стрелку гальванометра). Величина возникающего тока прямо пропорциональна интенсивности падающего на фотоэлемент света, что позволяет выразить ее количественно. Шкала гальванометра отградуирована в люксах по эталонному источнику света. (В настоящее время наибольшее распространение получил люксметр Ю-16.)

Поскольку чувствительность селенового фотоэлемента довольно высока к ультрафиолетовым и инфракрасным лучам, которые не воспринимаются сетчаткой глаза, в современных приборах используются специальные фильтры, задерживающие эти участки оптической области спектра и приближающие чувствительность фотоэлемента к чувствительности глаза.

Учитывая возможности "старения" фотоэлемента, люксметр время от времени проверяют и при необходимости градуируют в светотехнических лабораториях.

Для оценки достаточности освещения на рабочих местах учитывается минимальное значение найденной величины.