Fotometrie

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 28. června 2021; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Fotometrie  ( starořecky φῶς , genitiv φωτός  - světlo a μετρέω  - měřím) je vědní disciplína společná všem odvětvím aplikované optiky , na jejímž základě se provádějí kvantitativní měření energetických charakteristik radiačního pole.

Fotometrie jako věda vychází z teorie světelného pole vyvinuté A. Gershunem [1] [2] .

V praxi jsou ustanovení teorie světelného pole implementována inženýrskou disciplínou - světelnou technikou . [3]

Historie

První ze zákonů fotometrie, zákon inverzní čtverce  , formuloval Johannes Kepler v roce 1604 .

(1) Kde:

Fotometrie jako věda začala v 60. letech 18. století prací Lamberta , který formuloval zákon difúzního odrazu světla ( Lambertův zákon ) a Bouguera , který formuloval zákon absorpce světla ( zákon Bouguer-Lambert-Beer ).

Použití termínu „světlo“ ve vztahu k popisu radiačního pole v jakékoli oblasti spektrálního rozsahu optického záření , a to nejen v jeho viditelné oblasti, je v současné době obecně přijímáno („ rychlost světla “, „svazek světlo")

Uvedení spotřeby energie nebo světelných jednotek v každém konkrétním případě eliminuje všechny důvody pro nedorozumění z důvodu svědomí. Jinými slovy, fotometrie je obor optiky, ve kterém se studují energetické charakteristiky světla při jeho emisi, šíření a interakci s tělesy. Pracuje s fotometrickými veličinami .

Ve fyzikální optice je intenzita pole elektromagnetického záření určena druhou mocninou modulu vektoru síly elektromagnetického pole E , (což je hlavní vypočtená veličina ve fyzikální optice), a je charakterizována hustotou pole (německy: Energiedichte ) dw:

dw = dE / dV = ε x | E |(2)

kde dV je objemový prvek v daném bodě prostoru a dE je energie pole obsaženého v daném objemu v uvažovaném časovém okamžiku [4]

V tomto případě je ε dielektrická konstanta prostředí, ve kterém se záření šíří.

V optické oblasti spektra jsou frekvence elektromagnetických kmitů tak vysoké, že přímé měření modulu tohoto vektoru (na rozdíl od radiotechniky ) je nemožné. Moderní technické prostředky poskytují pouze zprůměrovanou hodnotu této veličiny v časovém intervalu charakterizovaném setrvačností přijímače záření . Účinky interakce záření s hmotou, včetně přijímače záření, které jsou základem generování signálu nesoucího informaci , jsou přesně určeny absorbovanou energií záření, a nikoli silou elektromagnetického pole.

Přechod k využívání energetických charakteristik pole v teoretické optice by vedl k nelinearitě rovnic, což by zbavilo podkladů pro použití principu superpozice jako základního principu, který umožňuje vysvětlit řadu optických jevů.

Maxwellovy rovnice , které umožňují vypočítat hodnoty E , navíc explicitně neberou v úvahu ani geometrii pole záření, ani jeho fotometrické charakteristiky, a proto moderní teorie optických zařízení nepoužívá matematický aparát Maxwellova teorie ve své celistvosti. [5]

Vzhledem k tomu, že je teorie optických zařízení orientována na praxi, je i nadále založena na využití geometrické optiky a zákonu zachování energie .

Existuje oficiálně uznávaný soubor termínů popisujících energetické charakteristiky radiačního pole [6] .

V tomto ohledu teoretik světelného pole Gershun řekl:

Každý, kdo při pokusu popsat světelné pole používá termín „intenzita“, buď záměrně odmítá možnost jeho kvantitativního popisu, nebo nerozumí, o čem je řeč [7] , [8]

Teorie světelného pole

Počáteční energetická charakteristika radiačního pole je „spektrální hustota jasu energie“

B(λ)= d(E) / [d(λ) xd(t) x dS xd(ω)],

označující zlomek energie záření ležící v intervalu jednotkové vlnové délky, procházející za jednotku času oblastí jednotky plochy kolmé k šíření záření a šířící se v jednotkovém prostorovém úhlu. (Viz obr.) Pokud k tomu přidáme ještě orientaci polarizační roviny, pak množina hodnot spektrální hustoty jasu vyčerpávajícím způsobem popisuje pole záření.

Spektrální hustota jasu je skalár, jejíž hodnota závisí na orientaci v prostoru normály k oblasti dS. Vynesením hodnot B(λ) na požadované stupnici v různých směrech normály při různých orientacích oblasti získáme těleso spektrální hustoty jasu , jako počáteční charakteristiku pole nepolarizovaného záření pro a daný bod radiačního pole.

Fotometrická měření

Fotometr  - zařízení pro měření některé z fotometrických veličin , častěji než jiné - jedné nebo více světelných veličin.

Při použití fotometru se provádí určité prostorové omezení toku záření a jeho registrace přijímačem záření s danou spektrální citlivostí. Osvětlení se měří pomocí luxmetrů , jas - pomocí měřičů jasu , albedo  - pomocí albedometrů , světelný tok a světelná energie - pomocí integračního fotometru. Zařízení pro měření barvy předmětu se nazývají kolorimetry . Ve fotografii a kinematografii se množství světla měří fotografickým expozimetrem .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Gershun A. A. Teorie světelného pole: Vybrané práce z fotometrie a světelného inženýrství
  2. ↑ ITMO: Roky a lidé: Část první / komp. M. I. Potějev. SPb., 2000.-284 s. UDC 378,095'(09); ISBN 5-7577-0054-8 ; ISBN 5-93793-001-0
  3. ↑ Tašky: Základy osvětlovací techniky, 1. a 2. svazek.
  4. ↑ Optik:eine Einführung/F- und L-Pedrotti; W. Bausch, H. Schmidt - 1 Aufl. München. 1996- ISBN 3-8272-9510-6
  5. ↑ Churilovsky V. N. Teorie optických zařízení. M., L., 1966,564 s.
  6. ↑ http://www.yondi.ru/inner_c_article_id_635.phtm Archivováno 30. prosince 2008 ve Wayback Machine GOST 8.417-2002. Státní systém pro zajištění jednotnosti měření. Jednotky
  7. ↑ Gershun. Přednášky o fyzikální optice na Fakultě inženýrsko-fyzikální LITMO do konce roku 1951
  8. ↑ Vybrané práce z fotometrie a světelného inženýrství"
 Sekce optiky
Související pokyny