Лекция_4_4_сем_2026_Фотометрия_Оптика_Слайдов9_13мар26

1. Лекция 4 (4 сем) для ПиМ. Фотометрические величины

Курс «Оптика и лазеры» для студентов БГТУ
2 курса ПиМ гр. 1 и 3
Кафедра физики БГТУ
доцент Крылов Андрей Борисович
Часть V.
Оптика
Лекция 4 (4 сем) для ПиМ.
Фотометрические величины
1. Фотометрия. Энергетические и световые
фотометрические величины.
2. Энергетический поток Фэ, энергетическая светимость
Rэ, энергетическая сила света Iэ и энергетическая
яркость Вэ.
3. Световой поток Фс. Сила света Iс. Освещенность Eс.
4. Светимость Rс (М) и яркость B (L ).
5. Закон освещенности и следствия из него.
2026
1
+5

2. 1. Фотометрия. Энергетические фотометрические величины

1.
2.
Фотометрия − раздел оптики, занимающийся вопросами измерения интенсивности света и его
источников.
В фотометрии используются энергетические и световые величины.
Энергетические величины характеризуют энергетические параметры светового
излучения.
Поток излучения ФЭ − величина, равная отношению энергии dW излучения ко времени
dt, за которое излучение произошло: ФЭ = dW/dt. Единица измерения потока излучения −
Ватт (Вт).
Энергетическая светимость (излучательность) RЭ источника − величина, равная
отношению потока излучения dФЭ , испускаемого поверхностью, к площади сечения S,
сквозь которую этот поток проходит: RЭ = dФЭ /dS. Единица измерения энергетической
светимости − Вт/м2.
Телесный угол («омега большая»)- часть пространства, ограниченная
конической поверхностью.
Телесный угол определяется отношением площади S, вырезаемой этим
углом на поверхности сферы (с центром О в вершине телесного угла), к
квадрату радиуса R сферы: = S/R2.
Единицей телесного угла является стерадиан (ср).
Телесный угол, охватывающий все пространство вокруг источника
света, равен 4 стерадиан: = 4 R2/R2 = 4 стерадиан (ср).
3.
Энергетическая сила света IЭ определяется как величина, равная
отношению потока излучения dФЭ источника к телесному углу d , в
пределах которого это излучение распространяется: IЭ = dФЭ /d .
Единица измерения энергетической силы света − Вт/ср (Ватт на
стерадиан).
4.
Энергетическая яркость ВЭ − величина, равная отношению
энергетической силы света dIЭ элемента излучающей поверхности к
площади dS┴ проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную
направлению наблюдателя: ВЭ = dIЭ /dS┴.
2
2
Единица энергетической яркости − Вт/(ср∙м ).
+12

3. Световые (фотометрические) величины. Определение канделы

Световые величины характеризуют физиологическое действие света и оцениваются по
воздействию света на глаз человека или другие приемники излучения (фотоэлементы,
фотоэлектронные умножители (ФЭУ)).
Приемники излучения обладают различной чувствительностью к энергии различных длин
волн, каждый приемник излучения характеризуется своей кривой чувствительности к
свету различных длин волн V( )= I/Imax (для глаза человека V( ) – кривая видности).
Из
этого соотношения
следует,
чтовидимого
для дневного
света ( = 555
Световые
величины используются
только для
света.
Определение
аналогично
различаются единицы их
нм, V( световых
) = 1) величин
световой
потокэнергетическим,
с в 1 лм соответствует
измерения.
Основной
световой единицей
в СИ является
света I-3
кандела
(кд). мВт.
c −Вт=
энергетическому
потоку
в сила
1,46·10
1,46
Фэ
Ф
Сила света Ic измеряется отношением светового потока,
создаваемого точечным источником света в телесном угле, к этому
телесному углу.
Если световой поток Фс создан точечным источником C в
телесном угле d , то сила света Iс : Iс = dФс/d .
Световой поток Фс гда имеет смысл мощности оптического
излучения, но не по энергии, а по вызываемому ощущению.
Тогда Световой поток Фс равен:
в люменах
Единица светового потока люмен − (лм): 1 лм − световой
поток, испускаемый точечным источником силой света в 1 кд
внутри телесного угла величиной 1 ср: 1 лм = 1 кд∙1 ср.
Например: световой поток Фс карманного фонарика 6–10 лм,
лампы накаливания на 100 Вт будет 1350 лм.
Световой поток Фс можно определить через поток
энергии ФЭ и чувствительность V( ) на кривой
видности:
здесь Фс измеряется в люменах, ФЭ − в ваттах.
3
+11

4. Светимость Rс источника и освещенность Ес поверхности светом

Освещённость
люксометр
поверхности Е
Светимость Rс (М) источника − величина,
равная отношению светового потока dФС ,
испускаемого поверхностью, к площади
сечения dS, сквозь которую этот поток
проходит:
Это характеристика излучающей
поверхности или точечного источника.
Единица измерения световой светимости −
лм/м2 = люмен на метр квадратный
Освещенность Ес − величина, равная
отношению светового потока dФс
падающего на поверхность к площади dS
этой поверхности:
Это характеристика поверхности.
Единица освещенности − люкс (лк).
1 люкс − освещенность поверхности, на 1м2
которой падает световой поток в 1 лм.
1 лк = 1 лм/м2.
Примеры значений освещенности:
Светимость
источника
света М
Освещённость
поверхности Е
поверхность земли в ясный летний день 80–90 тыс. лк,
в пасмурный летний день – 5 тыс. лк;
необходимая для чтения - около 40 лк,
создаваемая полной луной, равна ~0,2 лк.
поверхность снега в безлунную ночь –
0,0003 лк = 3·10-4 лк.
4
+14

5. Яркость поверхности

Яркость В (L ) светящейся поверхности в некотором
направлении - это величина, равная отношению силы света
Iс в этом направлении к площади светящейся
поверхности dS и косинусу угла cos , где - угол между
Iс и dS:
Единица яркости − кд/м2.
Примеры яркости поверхности:
полуденного Солнца имеет порядок 109 кд/м2,
спирали электролампы накаливания − 106 кд/м2,
пламени керосиновой лампы − 104 кд/м2,
ночного безлунного неба − 10–4 кд/м2.
Наименьшая различимая глазом яркость имеет порядок
10–6 кд/м2.
Связи световых величин
Связь яркости В со светимостью Rc (M) источника, яркость
которого не зависит от направления:
Связь светимости Rc (M) источника с освещенностью Ес, где
ρ – коэффициент отражения (рассеяния):
Связь силы света Ic точечного изотропного источника с
световым потоком Фс :
5
+8

6. Закон освещенности

Если линейные размеры поверхности dS малы по
сравнению с ее расстоянием r до источника света C,
то телесный угол:
где dSn − проекция dS на плоскость, перпендикулярную
оси распространения света (оси СА);
− угол падения (между dS и dSn).
Тогда:
Преобразуем закон освещенности в
такой вид, чтобы решать
стандартную задачу от освещенности
круглого стола радиусом R
источником света силой Ic, висящего
над центром стола на высоте h:
α − угол между нормалью и направлением на
тоску А, где определяем освещенность.
6
+3

7. Следствия из закона освещенности

Следствие 1: чем меньше угол падения φ световых лучей, тем больше освещенность Ес.
Следствием этого являются поясы освещенности на земном шаре: между южным и северным тропиком
лучи Солнца падают под углами от 00 до 300 – зона (пояс) жаркого климата и максимальная
освещенность Ес. Чем больше широта, тем под бóльшим углом падает свет Солнца на поверхность
Земли.
Следствие 2: смена времен года также объясняется зависимостью освещенности Ес от
угла падения φ световых лучей: в северном полушарии освещенность земной поверхности
максимальна летом (когда углы падения солнечных лучей малы) и минимальна зимой
(когда углы велики).
Это колебание освещенности Ес вызывает соответствующее колебание температуры Т на
земной поверхности.
7
+4

8. Сравнение энергетических и световых характеристик света

Обратите внимание!!!
особенные единицы
измерения
Обратите внимание!!!
единицы измерения все
связаны с энергией W (Вт) и
интенсивностью I (Вт/м2)
8
+3

9. Спасибо за внимание!

Курс физики для студентов 1-2 курса БГТУ
Кафедра физики БГТУ
доцент Крылов Андрей Борисович
Часть V.
Оптика
Спасибо за внимание!
Скажи, брат: так в чем
разница яркости и
светимости?
9
+3