Как найти источник света в физике

https://www.kazedu.kz/images/referats/a58/175003/6.jpeg

http://mainfun.ru/uploads/images/01/71/15/2016/04/11/24c46c.jpg

https://im3-tub-by.yandex.net/i?id=5fdd5e41d8656e661d05bc60be235852-l&n=13

http://www.origins.org.ua/pictures/fireflies5.jpg

https://im3-tub-by.yandex.net/i?id=78694943f1c72c6c13b0d32dac163d3b-l&n=13

http://ideipodarkov.net/reimg/data/gifts/57/715×520/769457-8879.jpg

https://im3-tub-by.yandex.net/i?id=f965f9f4028f684b74a6c3c40c9bab2e-l&n=13

http://anhen.ru/wp-content/uploads/2014/09/griby_22.jpg

Настало время познакомиться с новым для вас разделом физики — оптикой.

Оптика — это раздел физики, изучающий свет и световые явления.

Свет исключительно важен как для человека, так и для большинства живых организмов на нашей планете. Благодаря ему мы хорошо ориентируемся в пространстве, различаем цвета. Он участвует во многих биологических процессах. Например, у человека свет регулирует выработку гормонов, ответственных за сон, активность и структуризацию настроения, а у растений под действием света происходит фотосинтез.

Изучение света дало гигантские плоды в различных исследованиях. В астрономии установлены законы движения планет и звёзд, их химический состав, в биологии — строение клетки живых организмов.

Свет кажется для нас абсолютно обыденной вещью. Но, если задуматься, появляется очень много вопросов. Что же такое свет? Какова его природа? Как он распространяется? На данном уроке вы узнаете ответы на эти вопросы.

Свет как физическое явление

Под действием света предметы, на которые он падает, нагреваются. Например, находясь на пляже в солнечный день, мы чувствуем тепло — наша кожа нагревается. Температура тел изменяется — изменяется и их внутренняя энергия. Это означает, что свет передает энергию этим телам.

Происходит изменение внутренней энергии с изменением температуры тела. Это уже известное нам определение теплопередачи. Она бывает трех видов: теплопроводность, конвекция и излучение. Очевидно, что свет — это излучение, но лишь та его часть, которая заметна глазу. 

Свет — это видимое излучение.

Вспомним особенности излучения. Все они будут характерны и для света:

• Перенос энергии может осуществляться в вакууме
• Энергия частично поглощается телами, на которые падает свет. При этом они нагреваются.

Источники света

Источники света — это тела, от которых исходит свет.

Они могут быть естественными и искусственными.

К естественным источником света относятся те, присутствие в окружающем нас мире которых не связано с деятельностью человека, а только с природой. Солнце, звезды, атмосферные разряды — примеры естественных источников света. Также таковыми являются различные животные (рисунок 1). Например, светлячки, гнилушки, некоторые виды медуз и глубоководных рыб.

Искусственные источники света, в свою очередь, делятся на два вида (рисунок 2): тепловые и люминесцирующие. Они определяются тем процессом, который лежит в основе излучения.

Тепловыми искусственными источниками света являются электрические лампочки, пламя свечи, костра, газовой горелки и т. д. Люминесцирующие — это люминесцентные и газосветовые лампы.

Согласитесь, что мы видим не только источники света, но и огромное количество других предметов вокруг нас. Дело в том, что видим мы их только тогда, когда на них попадает свет.

При изучении световых явлений для нас будет важен размер источника света.

Точечный источник света — это светящиеся тело, размеры которого намного меньше расстояния, на котором мы оцениваем его действие.

К примеру, гигантские звезды, чей размер во много раз превосходит размер Солнца, для нас будут точечными источниками света. Определяет этот факт огромное расстояние от них до Земли.

Распространение света

Говоря о распространении света, мы будем использовать понятие светового луча.

Световой луч — это линия, вдоль которой распространяется энергия от источника света.

О том, как распространяется свет, известно с древних времён. Об этом писал основатель геометрии Евклид (300 лет до н. э.).

Свет распространяется прямолинейно в однородной среде.

Это легко проверить на практике. Если мы поместим между своими глазами и источником света непрозрачный предмет, то мы не можем увидеть источник света.

В древние времена прямолинейность распространения света часто использовалась при строительстве. Например, древние египтяне таким образом устанавливали колонны на одной линии. Смысл в том, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны остальные.

Тень и полутень

В солнечные дни мы наблюдаем тени, отбрасываемые различными предметами, людьми, зданиями, растениями. В физике дополнительно используется понятие полутени. Образование тени и полутени объясняется прямолинейностью распространения света в однородной среде.

Рассмотрим получение тени (рисунок 3). Используя точечный источник света S (карманный фонарик), мы освещаем непрозрачный шар. Само слово «непрозрачный» говорит нам о том, что шар не пропускает свет, который на него падает. В затемненной комнате на экране образуется тень.

Тень — это та область пространства, в которую не попадает свет от источника.

Возьмем точку A на краю шара. Проведем прямую через точки S и A. Продолжим ее до экрана с тенью. Точка B окажется тоже на этой прямой. Таким образом, прямая SB — это луч света, который касается шара в точке A.

Проделав те же действия с другой стороны шара, мы получим луч света SC, который касается шара в точке B. 

Если бы свет распространялся не прямолинейно, то мы могли и не получить тень. Мы же получили четкую тень. Такая тень называется полной. Это получилось, потому что расстояние между нашим источником света и экраном намного меньше размеров используемой лампочки в фонарике.

Теперь возьмем большую лампу, размеры которой будут сравнимы с расстоянием от нее до экрана (рисунок 4).

На экране мы увидим небольшую тень в центре и частично освещенное пространство вокруг нее — полутень.

Полутень — это та область, в которую попадает свет от части источника света.

Давайте рассмотрим, как этот опыт подтверждает прямолинейное распространение света. В данном случае наш источник света — это множество точек. Каждая из них испускает лучи. В итоге, на экране мы видим области, в которые попадает свет от одних точек, а от других не попадает. В таких областях и образуется полутень (области A и B). При этом в центре все же будет полностью неосвещенная область — полная тень.

Солнечное и лунное затмения

Такие явления, как затмения Солнца или Луны, объясняются образованием тени при попадании света на непрозрачный объект.

Луна непрерывно движется вокруг нашей планеты. Иногда Земля оказывается в положении между Солнцем и Луной. Происходит лунное затмение (рисунок 5, а). А порой Луна находится между Землей и Солнцем. Тогда наблюдается солнечное затмение (рисунок 5, б).

Во время лунного затмения Луна попадает в тень, которую отбрасывает Земля. При солнечном затмении на некоторые участки Земли падает тень — происходит полное затмение (область A на рисунке 5, б). Также есть области, в которых только часть Солнца закрыта Луной. В них образуется полутень (область B на рисунке 5, б). Это явление называется частным затмением. В других областях Земли затмение наблюдаться не будет.

Солнечные и лунные затмения представляют большой интерес для ученых. Так как движения Луны и Земли хорошо изучены, существует их календарь на многие годы вперед. 

При полном солнечном затмении ученые получают  возможность наблюдать внешнюю часть атмосферы Солнца — солнечную корону. В обычных условиях ее просто не видно из-за яркого блеска поверхности Солнца.

Все с детства знают как минимум один источник света:
это Солнце.

Солнечный свет играет огромную роль в нашей жизни, как
и в жизни многих организмов на нашей планете. Также, от Солнца нам передаётся и
тепло (то есть энергия). Из этого мы можем сделать вывод, что свет — это
излучение. Его называют видимым излучением, потому что свет — это
та часть излучения, которую мы в состоянии увидеть. Итак, мы можем сказать,
что свет — это электромагнитное излучение, которое мы в состоянии увидеть
невооруженным глазом.

На самом деле, природа света очень сложна, и подробно
мы будем изучать её значительно позже. Ведь мы знаем, что свет бывает ярким и
тусклым, обладает разным цветом, разной интенсивностью и продолжительностью
излучения. Всё это зависит от процессов, которые происходят внутри атомов тех
или иных тел. Но об этом мы поговорим позже. Сегодня, мы рассмотрим самые
простые и очевидные световые явления.

Любое тело, которое излучает свет,
называется источником света.

То есть, источником света могут быть лампочка,
фонарик, свеча и так далее. Помимо Солнца, другие звезды тоже являются
источниками света. Есть искусственные и естественные источники света. К
искусственным источникам относятся источники света, которые были кем-то созданы
(но не природой).

То есть, например, лампочка — это искусственный
источник света, а Солнце — естественный.

Каждый источник испускает световые лучи. Ну,
например, всем хорошо знакомо выражение «лучик солнца». Так вот, световой
луч — это линия, вдоль которой передается энергия от источника света.

Ведь мы только что выясняли, что свет — это видимая
часть излучения, а излучение — это один из способов теплопередачи. А
теплопередача, конечно, является передачей энергии.

Существует, также, такое понятие, как световой
пучок. Световым пучком называют область пространства, в пределах которой
распространяется свет.

Все вы знаете, что если источник света перекрывается
каким-то непрозрачным объектом, то этот источник мы не увидим. Более того,
непрозрачный объект будет отбрасывать тень.

Это объясняется довольно просто: в однородной
прозрачной среде свет распространяется прямолинейно. То есть, световые лучи
являются прямыми. Конечно, свет не может сам по себе каким-то образом обогнуть
препятствие.

Теперь поговорим о тени. Тень — это область
пространства, в которую не попадает свет от источника.

Как мы уже сказали, достаточно просто преградить
дорогу света каким-то непрозрачным объектом, и появится тень. Существуют даже,
так называемые теневые театры, где все действия показываются с помощью теней.

Сзади белого экрана расположен источник света. На
экран накладываются различные объекты. В результате, зритель видит тень с
другой стороны экрана.

Давайте разберёмся, как образуется тень. Это легко
сделать, находясь дома: достаточно в тёмной комнате посветить фонариком на мяч.
Или зажечь свечу и сделать «собачку» или «птичку». Вариантов много. Но давайте
остановимся на фонарике с мячиком. Итак, свет не может пройти сквозь мячик,
поэтому, позади мячика образуется пространство, в которое свет не попадает. То
есть, тень.

Теперь сделаем маленькое уточнение. Лампочка фонарика,
в данном случае, является точечным источником света. Источник
называется точечным, когда его размеры очень малы по сравнению с расстоянием до
нас.

То есть, если диаметр лампочки фонарика составляет 2-3
см, а мы стоим за 5 м от фонарика, то фонарик — это точечный источник
света. Точнее, не сам фонарик, а лампочка внутри фонарика. Для нас даже огромные
звезды могут являться точечными источниками света из-за ещё более огромного
расстояния между ними и Землей. Действительно, ведь если посмотреть на звёздное
небо, то все звёзды кажутся нам совсем крошечными.

А теперь повторим наш опыт, только вместо фонарика,
возьмём большую лампу. Она уже не будет точечным источником света, поскольку её
размеры сравнимы с расстоянием до мячика.

В этом случае, мы будем наблюдать другую картину: на
стене появятся две четко разграниченные области: тень и полутень.
Полутень, как мы видим, светлее, чем тень, но тусклее, чем освещённая часть.
Потому что на полутень попала только часть света. Дело в том, что лампа
не является точечным источником. Она как бы делится на много точечных источников.
Каждая точка испускает лучи света. В итоге, образуются три области: туда, куда
попали все лучи, туда, куда вообще не попали лучи света (то есть тень) и туда,
куда попала только часть лучей света. Эта область и называется полутенью.
В первом случае, когда не было полутени, мы называли затемнённое пространство 
тенью. Во втором случае, когда мы получили полутень, иногда тень называют полной
тенью.

Конечно, каждый из вас может привести сотни примеров
того, когда мы сталкиваемся с образованием тени или полутени в повседневной
жизни. Мы обратим внимание, на не совсем повседневные, но интересные явления.
Это солнечные и лунные затмения. Итак, что же происходит при затмениях. Мы
прекрасно знаем, что Земля вращается вокруг Солнца, а Луна — вокруг Земли. Это
значит, что в определённые моменты, Солнце, Луна и Земля могут находиться на
одной прямой. Проходя между Солнцем и Землёй, Луна на время закрывает Солнце,
отбрасывая тень на Землю. Заметим, что как Луна может находиться между Землёй и
Солнцем, так и Земля может находиться между Солнцем и Луной. Итак, в случае,
если Земля между Солнцем и Луной, Солнце, конечно, исполняет роль источника
света, а Земля — перекрывающего объекта.

Солнце нельзя считать точечным источником по отношению
к Земле, поэтому, Земля отбросит тень и полутень. Но, поскольку Луна меньше
Земли, она попадёт в полную тень. То есть, Луну видно не будет. Произойдёт лунное
затмение.

Теперь рассмотрим солнечные затмения, то есть, когда
Луна между Солнцем и Землёй. Луна также отбросит тень и полутень на Землю.

В полной тени будет наблюдаться полное солнечное
затмение (то есть Солнце вообще не будет видно с той области Земли, которая
попала в полную тень). Видно будет только верхние слои атмосферы Солнца,
которые часто называют короной. В областях Земли, которые попадут в полутень,
будет наблюдаться частное солнечное затмение. То есть, будет видно
только часть Солнца, потому что только часть света попадает в полутень.
Конечно, учёные могут предсказать затмения на много лет вперёд, потому что уже
очень хорошо изучили движение Земли и Луны. Это нужно, например, для того, чтобы
понаблюдать за короной Солнца.

Обычно, корону разглядеть невозможно из-за слишком
яркого солнечного света, а при полном солнечном затмении это удобно. Поэтому,
даты и места ближайших солнечных затмений уже давно известны.

Содержание:

1. Распространение света
2. Источники света
3. Закон прямолинейного распространения света
4. Скорость света
5. Световой поток. Точечный источник света
6. Сила света
7. Освещённость
8. Единицы светотехнических величин
9. Законы освещённости
10. Сравнение силы света двух источников

Свет — в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380−400 нм (750−790 ТГц).

На странице -> решение задач по физике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам физики.

Распространение света

Оптика — раздел физики, в котором изучаются природа света, законы его распространения и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества. Свет – это электромагнитные волны, вызывающие у человека зрительные ощущения.

Источники света

«Свет — необходимое условие для работы глаза, самого тонкого, универсального и могучего органа чувств,— писал академик С. И. Вавилов.— Ночь лишает человека этого органа, превращая жизнь из активной в пассивную.

Роль искусственного света — поддерживать деятельное, бодрствующее сознание. Свет фактически удлиняет сознательное существование человека, и в этом прежде всего его великое значение. Не удивительно поэтому, что в наше время вопрос о количестве света вырастает в очень большую технико-экономическую проблему».

Мы видим различные тела, когда от них исходит свет и попадает к нам в глаза. Одни тела мы видим независимо оттого, светло вокруг нас или темно. Они сами излучают свет в окружающее пространство, такие тела называются источниками света.

Большинство же тел мы видим только тогда, когда они освещены источниками света.

Источники света можно разделить на естественные и искусственные. Из естественных источников света главное значение имеет для нас Солнце, так как свет, излучаемый Солнцем, является первоисточником большинства энергетических запасов, которыми располагает человечество в настоящее время. Солнечный свет является источником жизни для всех живых организмов на земле — растений, животных, человека.

Искусственные источники света, которыми человечество овладевало по мере своего развития и с которыми каждый из нас до сих пор встречается (костры, спички, свечи, керосиновые и электрические лампы), как и Солнце, всегда горячие.

Все названные выше источники испускают свет в нагретом состоянии, поэтому они называются тепловыми источниками света.

Наряду с тепловыми источниками в настоящее время всё шире и шире начинают проникать в технику и быт новые виды источников света, в которых используется свечение газов под действием проходящих через них электрических токов. Температура газа в таких лампах при свечении почти не меняется, поэтому их называют иногда источниками «холодного света». Они, как мы увидим далее (§ 189), значительно экономичнее электрических ламп накаливания. Кроме того, в некоторых из них можно получить свет, одинаковый по своему составу с солнечным светом. Такие лампы «дневного света» сейчас используются во многих производствах; они, в частности, служат источником света на некоторых подземных станциях метро.

Солнце находится от Земли на расстоянии 150 млн. км. Расстояние от Земли до звёзд значительно больше. Каким же образом свет, излучаемый Солнцем, звёздами и другими светящимися телами, распространяется в пространстве? Что такое свет? — Все эти вопросы издавна занимали человечество. В настоящее время наукой выяснено многое о природе света и законах его распространения.

В учении о свете, как, впрочем, и в любой другой области научного знания, широким теоретическим обобщениям предшествовало изучение и накопление опытных фактов и установление на основании их законов явлений. Отчётливое знание этих законов необходимо для того, чтобы глубже понять сущность учений о природе и свойствах света.

К числу основных законов оптических явлений относятся:

1. Закон прямолинейного распространения света.
2. Закон отражения света.
3. Закон преломления света.

Закон прямолинейного распространения света

Известно, что если поместить между глазом и каким-нибудь небольшим источником света непрозрачный предмет, то источник света делается невидимым. Объясняется это тем, что в однородной среде(например, в воздухе) свет распространяется по прямым, линиям. Прямолинейность распространения света представляет собой опытный факт, установленный ещё в глубокой древности. Так, например, закон о прямолинейности распространения света излагается уже в сочинении Евклида (300 лет до нашей эры), но, вероятно, он был известен гораздо раньше.

Прямолинейностью распространения света в однородной среде объясняется всем хорошо известное явление образования тени.

Пусть S (рис. 243) есть очень маленький по размеру источник света, а К — тело, преграждающее путь падающему на него от S свету.

Так как свет распространяется прямолинейно, то он задерживается телом К; в результате за этим телом образуется конус тени. Каждая точка внутри этого конуса не получает света от источника света S. Поэтому на экране, помещённом под прямым углом к оси такого конуса, и получается хорошо очерченная тень тела К.

Если размеры источника света велики по сравнению с расстоянием от него до препятствий, то свет от каждой точки тела даёт отдельный конус тени позади препятствия. Свет совершенно не попадает лишь в пространство, общее всем этим конусам тени. На рисунке 244 показано сечение конусов тени, образованных за телом В светом, распространяющимся из двух точек источника света S. В пространство ВС свет не попадает ни от одной из точек светящегося тела S. Каждая же точка пространства, окружающего конус ВС, получает свет только от некоторых точек тела S, от других же не получает. Если между В и С поместить экран NN, то на нём мы увидим тень, окружённую полутенью.

Образование тени при падении лучей от источника света на непрозрачный предмет объясняет нам такие явления, как затмение Солнца и Луны.

Свойство прямолинейности распространения света используется в землемерных работах при провешивании прямых линий на поверхности земли, при определении расстояний на земле, на море и в воздухе.

Широко используется прямолинейность распространения света в производстве при контроле по лучу зрения прямолинейности изделий и инструментов.

Весьма вероятно, что понятие о прямой линии возникло из факта прямолинейности распространения света.

Прямолинейностью распространения света объясняется возможность получения изображений с помощью малого отверстия.

Положим, что АВ представляет собой светящийся предмет, помещённый перед малым отверстием С в стенке камеры К (рис. 245). Так как свет распространяется прямолинейно, то от каждой точки предмета АВ через отверстие С будет проходить свет, который на стенке E камеры образует небольшое пятнышко. Совокупность таких пятнышек, полученных от разных точек, образует на стенке камеры Е изображение предмета, которое по отношению к предмету будет перевёрнутым.

Однако закон прямолинейности распространения света теряет свою силу при прохождении через очень малые отверстия. Познакомимся с этим явлением на опыте. Будем уменьшать отверстие С и наблюдать при этом за изображением . Мы заметим, что с уменьшением размера отверстия отчётливость изображения скачала возрастает, уменьшается только его яркость, так как при уменьшенном отверстии меньше поступает и света. Но когда размер отверстия становится очень малым (в нашем опыте ), изображение теряет подобие предмета и при дальнейшем уменьшении отверстия становится размытым, а при диаметре отверстия порядка 0,0005 мм совершенно исчезает. Экран E камеры становится при этом слабо, но равномерно освещённым. Объясняется это тем, что при прохождении светом очень малых отверстий прямолинейность распространения его нарушается.

Явление, при котором наблюдается нарушение прямолинейности распространения света, называется дифракцией света, оно будет рассмотрено в главе IX.

Скорость света

В пределах земной поверхности скорость света определялась разными методами. Чтобы уяснить идею

подобных измерений, опишем опыт американского учёного Майкельсона.

Для своих измерений Майкельсон воспользовался двумя горными вершинами: Антонио и Вильсон (в Калифорнии), расстояние между которыми (35,426 км) было тщательно измерено. На вершине горы Вильсон был установлен сильный источник S (рис. 246), свет от которого, проходя через щель, падал на восьмигранную зеркальную призму А. Отражённый от зеркальной грани призмы свет попадал на вогнутое зеркало В, установленное на вершине горы Антонио. Далее свет падал на зеркало т и, отражаясь от него, падал на другую точку зеркала В, после чего попадал на вторую грань зеркальной призмы А и отражался. Отражённый свет улавливался с помощью зрительной трубы С. Вышедший из щели свет мог попасть в зрительную трубу только при том условии, если за время распространения света с одной горы на другую и обратно в расположении зеркал ничего не изменилось.

Зеркальная призма А при помощи мотора приводилась во вращение, причём скорость мотора регулировалась так, чтобы через зрительную трубу щель S была видна непрерывно. Это могло быть только при том условии, если за время поворота призмы на  оборота свет проходил путь, равный двойному расстоянию между вершинами гор. Зная число оборотов зеркала в секунду и пройденный светом путь, Майкельсон нашёл, что скорость света в воздухе

Скорость света в различных веществах, как показывают опыты, неодинакова. В воде, например, скорость света около , в стекле около .

Световой поток. Точечный источник света

Энергия света оценивается по зрительному восприятию. Если на какую-либо площадку в течение времени t падает свет, энергия которого равна L, то величина называется световым потоком (Ф):

Количество энергии, излучаемой каким-либо источником света в единицу времени по всем направлениям, называется полным световым потоком источника .

Световой поток выражает собой величину мощности светового излучения.

Представим себе, что источником света является небольшой раскалённый шарик. Такой источник будет излучать свет по всем направлениям равномерно, а если действие света, излучаемого км, мы будем оценивать на расстоянии, значительном по сравнению с диаметром шарика, то размеры его но будут играть никакой роли. В этом случае источник света можно считать точечным.

Таким образом, точечным источником света называется источник, излучающий свет по всем направлениям равномерно и размерами которого по сравнению с расстоянием, на котором оценивается его действие, можно пренебречь.

На практике мы всегда имеем дело с протяжёнными телами, в том числе и с протяжёнными источниками света. Каждый из таких источников можно рассматривать как совокупность светящихся точек. Чем меньше размеры светящегося тела в сравнении с расстоянием, на котором мы оцениваем его действие, тем с меньшей погрешностью можно принимать его за светящуюся точку.

Сила света

Для характеристики источника света в светотехнике применяется величина, называемая силой света.

Представим себе точечный источник света и опишем вокруг него радиусом r шаровую поверхность. Вообразим внутри этого шара конус, вершина которого находится в центре шара. Такой конус вырезает на поверхности шара некоторую часть шаровой поверхности  (рис.247).

Пространство, ограниченное конической поверхностью, называется телесным углом.

Телесный угол измеряется отношением . Если то телесный угол равен единице и называется стерадианом. Так как величина шаровой поверхности равна то телесный угол вокруг течки равен стерадианам.

Силой света (I) источника называется величина, измеряемая отношением светового потока Ф к величине телесного угла , в котором этот поток распространяется:

Следовательно, сила света измеряется тем световым потоком, который распространяется в 1 стерадиане.

Из определения точечного источника следует, что сила света точечного источника одинакова по всем направлениям. Сила же света таких источников, как лампа накаливания, дуговой фонарь и т. п., различна по различным направлениям. Применяя соответствующую арматуру, мы можем излучаемый’ источником поток направить так, как нам желательно. Концентрируя полный поток источника в небольшом телесном угле, мы получаем громадную силу света в одном каком-нибудь направлении. На этом принципе основано устройство современных прожекторов.

Освещённость

Читаем ли мы книгу, пишем ли, работаем ли у какого-нибудь станка, всегда объект, над которым мы трудимся, должен быть так или иначе освещён. Всем известно, например, что чтение при слабом свете утомляет глаза. Также утомляются глаза при очень сильном свете. Но слабый и сильный — понятия относительные и субъективные. Для объективной оценки освещения в светотехнике введена величина освещённости. Освещённостью Е называется величина, измеряемая отношением светового потока Ф, падающего на какую-либо поверхность, к величине площади этой поверхности S:

При равномерном распределении потока на поверхности освещённость численно равна световому потоку, падающему на единицу площади.

Единицы светотехнических величин

Основной светотехнической величиной является световой поток. Однако на практике в качестве основной единицы принята единица силы света. По международному соглашению за единицу силы света принята свеча (св). Свеча — определённая часть силы света, даваемого эталонной лампой накаливания особого устройства (рис. 248) в строго определённом направлении.

Так как

то   

Полагая силы света угла, получим Ф=1 ед. светового потока.

За единицу светового потока принимается люмен (лм).

Люменом называется световой поток, излучаемый точечным источником света в 1 свечу внутри телесного угла в один стерадиан.

Если световой поток в 1 лм равномерно распределяется на единице площади поверхности, то освещённость равна единице.    

За единицу освещённости принимают люкс (лк); люкс — освещённость, создаваемая равномерно распределённым световым потоком в 1 лм на поверхности в :

Чрезвычайно важное значение для производительности труда и сохранения зрения имеет надлежащая освещённость места работы. Установлены различные нормы освещённости для разных видов работы.

В качестве примера ниже приводятся значения некоторых освещённостей, встречающихся на практике:

 

Законы освещённости

Свет, исходящий из точечного источника, будет различным образом освещать предметы, находящиеся на разных расстояниях от источника. Чем дальше освещаемая поверхность находится от источника S, тем меньший световой поток приходится на каждую единицу этой поверхности (рис. 249), а следовательно,

тем меньше её освещённость. Совершенно очевидно, что при одинаковых расстояниях от источника освещённость зависит также от силы света источника.

Установим эту зависимость. Пусть имеется точечный источник света силой I. Опишем вокруг него радиусом r шаровую поверхность S. Освещённость этой поверхности равна:

Если сила света источника I, то полный световой поток Подставляя это значение в формулу (1), получим:

В рассматриваемом случае лучи перпендикулярны к любому элементу освещаемой поверхности.

Итак, освещённость поверхности лунами, падающими на неё перпендикулярно, прямо пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния его от освещаемой поверхности (это первый закон освещённости).

Этот закон строго выполняется в случае точечного источника света. На практике расчётные результаты, основанные на этом законе, тем ближе к опытным данным, чем меньших размеров источник и чем больше расстояние от него до освещаемой поверхности.

Кроме указанных факторов, освещённость зависит ещё и от угла, под которым свет падает на освещаемую поверхность.

Возьмём небольшой по размерам источник света S. Лучи, падающие от него на небольшую площадку б на достаточно большом расстоянии, будут практически параллельными (рис. 250). Если эту площадку наклонить, то на неё попадёт только часть светового потока.

На рисунке 251 один и тот же поток света падает на две прямоугольные площадки АС и АВ, расположенные перпендикулярно плоскости чертежа. Пусть высоты этих прямоугольных площадок равны 1 см, тогда площади их в квадратных сантиметрах численно будут равны длинам линий АС и АВ. На площадке АС, расположенной перпендикулярно к падающим лучам света, распределён световой поток Ф, тогда освещённость этой площадки будет:

Аналогично для площадки АВ:

Сравним освещённости

поэтому 

Освещённость поверхности пропорциональна косинусу угла падения лучей (второй закон освещённости).
Если — освещённость площадки перпендикулярными лучами света, то она равна ; тогда освещённость может быть вычислена по формуле:

Эта формула объединяет оба закона освещённости.

Сравнение силы света двух источников

Приборы для сравнения силы света называются фотометрами. Пусть — источники, сила света которых равна и L (рис. 252). Установим между ними экран А так, чтобы освещённости какой-нибудь небольшой поверхности экрана справа и слева были равны:

Отсюда на основании равенства (1) можно написать:

Если вместо одного источника света поместить эталонную лампу и, установив равенство освещённостей экрана, измерить расстояния то можно определить силу света второго источника.

Схема одного из простейших фотометров показана на рисунке 253. На белые грани ВС и АС треугольной призмы ABC падает свет от источников Перемещением фотометра между ними добиваются одинаковой освещённости граней ВС и АС, это будет тогда, когда при наблюдении обе грани окажутся слившимися в одну; граница между ними исчезает.

Услуги по физике:

1. Заказать физику
2. Заказать контрольную работу по физике
3. Помощь по физике

Лекции по физике:

1. Физические величины и их измерение
2. Основные законы механики
3. Прямолинейное равномерное движение
4. Прямолинейное равнопеременное движение
5. Сила
6. Масса
7. Взаимодействия тел
8. Механическая энергия
9. Импульс
10. Вращение твердого тела
11. Криволинейное движение тел
12. Колебания
13. Колебания и волны
14. Механические колебания и волны
15. Бегущая волна
16. Стоячие волны
17. Акустика
18. Звук
19. Звук и ультразвук
20. Движение жидкости и газа
21. Молекулярно-кинетическая теория
22. Молекулярно-кинетическая теория строения вещества
23. Молекулярно — кинетическая теория газообразного состояния вещества
24. Теплота и работа
25. Температура и теплота
26. Термодинамические процессы
27. Идеальный газ
28. Уравнение состояния идеального газа
29. Изменение внутренней энергии
30. Переход вещества из жидкого состояния в газообразное и обратно
31. Кипение, свойства паров, критическое состояние вещества
32. Водяной пар в атмосфере
33. Плавление и кристаллизация
34. Тепловое расширение тел
35. Энтропия
36. Процессы перехода из одного агрегатного состояния в другое
37. Тепловое расширение твердых и жидких тел
38. Свойства газов
39. Свойства жидкостей
40. Свойства твёрдых тел
41. Изменение агрегатного состояния вещества
42. Тепловые двигатели
43. Электрическое поле
44. Постоянный ток
45. Переменный ток
46. Магнитное поле
47. Электромагнитное поле
48. Электромагнитное излучение
49. Электрический заряд (Закон Кулона)
50. Электрический ток в металлах
51. Электрический ток в электролитах
52. Электрический ток в газах и в вакууме
53. Электрический ток в полупроводниках
54. Электромагнитная индукция
55. Работа, мощность и тепловое действие электрического тока
56. Термоэлектрические явления
57. Распространение электромагнитных волн
58. Интерференционные явления
59. Рассеяние
60. Дифракция рентгеновских лучей на кристалле
61. Двойное лучепреломление
62. Магнитное поле и электромагнитная индукция
63. Электромагнитные колебания и волны
64. Природа света
65. Отражение и преломление света
66. Оптические приборы и зрение
67. Волновые свойства света
68. Действия света
69. Линзы и получение изображений с помощью линз
70. Оптические приборы и глаз
71. Фотометрия
72. Излучение и спектры
73. Квантовые свойства излучения
74. Специальная теория относительности в физике
75. Теория относительности
76. Квантовая теория и природа поля
77. Строение и свойства вещества
78. Физика атомного ядра
79. Строение атома

Источник света – это тело, которое излучает энергию в световом диапазоне.

Различные типы источников света

Классификация источников света проводится в зависимости от разных характеристик. Таким образом, в физике определяющим является разделение источников света на 2 вида:

1. Точечные;
2. Непрерывные (модели источников света).

Встречается подразделение на и на такие виды источников света как:

1. Естественные (солнце, звёзды, атмосферные электрические разряды и т.п.);
2. Искусственные (пламя, разнообразные лампы, светодиоды, лазерные приспособления).

Искусственные источники света подразделяют в зависимости от вида энергии, переходящей в излучение, на:

1. Тепловые источники (свет в них возникает в результате нагревания до высоких температур);
2. Люминесцентные источники (световое излучение в них появляется благодаря превращению разных видов энергии, но не тепловой).

Также искусственные источники света выделяются по конструктивным особенностям.

Основные характеристики источников света

Сила света

Точечный источник света – это такой световой источник, размеры которого можно не принимать во внимание, по сравнению с расстоянием от источника до места наблюдения. В оптически однородной и изотропной среде волны, излучаемые точечным источником, являются сферическими.

Если источник света не является точечным (протяженный источник), тогда применяют понятие силы света элемента его поверхности (dS). В данном случае в формуле (1) величина dФ – это световой поток, излучаемый элементом поверхности источника (dS) в пределах телесного угла (dΩ).

Основная единица измерения силы света в системе измерения – кандела (кд) (старое название – свеча (св)). 1кд излучает световой эталон как абсолютно черное тело при температуре T=2046,6 K (температура, при которой затвердевает чистая платина) и давлении 101325 Па.

Световой поток

Основной единицей измерения светового потока является люмен (лм), который равняется световому потоку, испускаемому источником в 1 кд внутрь телесного угла 1 стерадиан.

Освещенность

Величина (E), равная E=dΦpaddS (5), называется освещенностью. В выражении (5) dΦpad – это величина светового потока, падающего на элемент поверхности dS. Освещенность измеряется с системе измерения в люксах (лк) 1 лк=1 лм1 м2 (6), при равномерном распределении потока по поверхности.

Светимость

Протяженный источник света характеризуют светимостью (R) его участков. Она описывает излучение (отражение) света выделенным элементом поверхности во всех направлениях.

Светимость проявляется из-за отражения поверхностью падающего на нее светового потока. Тогда под dΦisp понимают в выражении (8) поток, отражаемый элементарной поверхностью dS во всех направлениях.

Светимость измеряется в люксах.

Яркость

Яркость (B) используют для описания излучения (отражения) света в заданном направлении. Направление причем задается полярным углом ν, который откладывают от внешней нормали n→ к излучающей площадке и азимутальным углом φ.

Ламбертовскими источниками света (или косинусные, подчиняющиеся закону Ламберта), называются источники, яркость которых не меняется в зависимости от направления. Для ламбертовских светильников dI элементарной площадки пропорциональна cos ν.

Единица яркости кандела на квадратный метр кдм2.