Фотометрия

Фотоме́трия (от свет — греч. φως, родительный падеж photós — свет и от греч.— metréo — измеряю) — раздел физической оптики, в котором исследуются энергетические характеристики света при его испускании источником света, распространении и взаимодействии с телами. Фотометрия охватывает как экспериментальные методы и средства измерений фотометрических величин, так и относящиеся к этим величинам теоретические положения и расчеты.,

История

Впервые фундаментальный закон Фотометрии сформулирован И. Кеплером в 1604, где освещённость $\!E$ изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния и силы света от точечного источника и был сформулирован И. Кеплером в 1604 году и измеряется согласно формуле: $$E={I \over r^2}\cos i$$(1) Где:

• E — освещённость
• $r\!$ — расстояние от источника до объекта освещения
• $I\!$ — сила света в канделах— сила света точечного источника света
• $i\!$ — угол падения лучей света относительно нормали к поверхности.

Освещённость

Вообще освещённость или освещенность поверхности в первом приближении можно выразить как $\!E$ — отношение приходящего на неё светового потока dΦ к ее площади dS. $$E={d\Phi\over dS}$$(2)

Основоположником фотометрии считается П. Бугер, который опубликовал в 1729 описание визуального метода количественного сравнения источников света – установления (путем изменения расстояний до источников) равенства освещённостей соседних поверхностей с использованием визуального наблюдения и в качестве прибора были глаза.

Методы визуальной Фотометрии применяются в некоторых случаях и в настоящее время (2-я половина ХХ в.). В результате работ российских учёных, которые ввели понятие т. н. эквивалентной яркости, распространены на область малых яркостей. В зависимости от используемых методов измерения фотометрических величин Фотометрию условно делят на:

• визуальную,
• фотографическую,
• фотоэлектрическую,
• фотохимическую и так далее.

Законы светового поля

Спектральная плотность энергетической яркости» является исходной энергетической характеристикой поля излучения, $$B(\lambda)=\frac{d(E)}{{d(\lambda)}{d(t)}{d(S)}{d(\omega)}}\!$$(3)

фиксирующая долю энергии излучения, лежащую в единичной области длин волн, проходящей за единицу времени через перпендикулярную распространенному излучению площадку единичной площади и распространяющуюся в пределах единичного телесного угла. Если учесть еще и ориентацию плоскости поляризации, то учтя все значения спектральной плотности яркости можно отразить поле излучения.

Спектральная плотность яркости — скаляр, величина которого зависит от ориентации в пространстве нормали к площадке dS. Откладывая в принятом масштабе значения B(λ) по разным направлениям нормали при различной ориентации площадки, получаем тело спектральной плотности яркости как характеристику поля неполяризованного излучения для данной точки поля излучения.

Основные положения фотометрии

Развитие теоретических способов фотометрии начато И. Ламбертом в 1760 г. и нашло обобщённое формулировку в теории светового поля, усовершенствованной русским ученым А. А. Гершуном (30-е гг. ХХ в.).

Фотометрические характеристики веществ и тел выражаются: коэффициентами пропускания $\!{t}$, коэффициентами отражения $\!{r}$ и коэффициентами поглощения $\!{a}$, которые для одного и того же тела выражаются простым равенством: $$\!{t + r + a} = 1$$(4)

Ослабление потока излучения узконаправленного пучка при прохождении через вещество описывается законом Бугера – Ламберта – Бера.

Термин «свет» применительно к описанию поля излучения в любой области спектрального диапазона оптического излучения в настоящее время является общепризнанным как(«скорость света», «луч света») и не только в видимой его части спектра излучения.

Ссылки на применение в каждом конкретном случае энергетических или световых единиц устраняют все недоразумения при добросовестном использовании фотометрии. Фотометрия — область оптики, где исследуются и применяются энергетические характеристики света при его испускании, распространении и взаимодействии с телами, которая применяет фотометрические величины.

В физической оптике интенсивность поля электромагнитного излучения определяется квадратом модуля вектора напряженности электромагнитного поля E, (основная расчётная величина в физической оптике). и характеризуется плотностью поля dw: $$\!dw = \frac{dE}{dV}$$= ε x | E | (5)

где dV , — элемент объема в заданной точке пространства, а dE есть энергия поля, заключенного в данном объеме в рассматриваемый момент времени

При этом, ε есть диэлектрическая постоянная среды, в которой распространяется излучение.

Методы фотометрии

Методы Фотометрии основаны на абсолютных и относительных измерениях потока излучения различными селективными и неселективными приемниками излучения — приемниками, реакция которых зависит или не зависит от длины волны излучения. Для определения размерных фотометрических величин применяют либо фотометры путём прямого сравнения неизвестного и известного потоков, либо фотометры, предварительно градуированные в соответствующих единицах измерения энергетических или редуцированных фотометрических величин. Например, для передачи значений световых величин используют сличаемые с государственными световыми эталонами образцовые и рабочие светоизмерительные лампы – источники с известными фотометрическими характеристиками. Фотометрия лазерного излучения построена по принципу использования образцовых и рабочих спектрально-неселективных приёмников излучения, при сличении с государственными эталонами мощности и энергии когерентного излучения лазеров. Измерение безразмерных величин $\!{t}$ и $\!{r}$ производится фотометрами с применением относительных методов, путем регистрации отношения реакций линейного приемника излучения на соответствующие потоки излучения. Применяется также уравнивание реакций линейного или нелинейного приемника излучения изменением по определенному закону в известное число раз сравниваемых потоков излучения.

Применение фотометрии

Фотометрия находит применение в:

• светотехнике и технике сигнализации;
• астрономии и астрофизике, при расчете переноса излучения в плазме газоразрядных источников света и звезд, при анализе веществ;
• пирометрии, при расчетах теплообмена излучением и во многих др. областях науки и производства.

См. также

• Освещённость
• Световое поле
• Фотограмметрия