Спектральна світлова ефективність монохроматичного випромінення
Фізична величина | |||
---|---|---|---|
Назва | Спектральна світлова ефективність монохроматичного випромінення | ||
Позначення величини | |||
Позначення для розмірності | J·L-2·M-1·T3 | ||
Системи величин і одиниць | Одиниця | Розмірність | |
SI | {{{SI}}} | {{{SI-розмірність}}} |
Спектра́льна світлова́ ефекти́вність монохромати́чного випромі́нення — фізична величина, що характеризує чутливість людського ока до впливу на нього монохроматичного світла. Позначається , в Міжнародній системі одиниць (SI) має розмірність лм/Вт. Застаріла назва — видність.
Світлову ефективність зручно і доцільно подавати у вигляді добутку двох співмножників:
де — значення , що досягається в максимумі, а — безрозмірнісна функція довжини хвилі, яка в максимумі набуває значення, рівного одиниці. Функція називається відносною спектральною світловою ефективністю монохроматичного випромінювання, її фізичний зміст полягає в тому, що вона являє собою відносну спектральну чутливість середнього (нормального) людського ока[1].
Визначення
Як відомо, людина має два основних механізми сприйняття світла. Один з них реалізується колбочками за відносно високих яскравостей і освітленностей і має назву денний зір. Інший — паличковий — діє за низьких яскравостей і освітленостей і називається нічним зором[2] Ці механізми істотно відрізняються як за величиною чутливості до світла, так і за характером залежності чутливості ока від довжини хвилі світла, що впливає на нього. Відповідно, у фотометрії визначається дві різні функції відносної спектральної світлової ефективності: одна з них — для денного зору, інша
— для нічного.
Денний зір
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5f/LuminosityCurve1.svg/325px-LuminosityCurve1.svg.png)
Визначення , засноване на процедурі вимірювання, формулюється так[3].
Відносною спектральною світловою ефективністю монохроматичного випромінювання для денного зору з довжиною хвилі
називають відношення двох потоків випромінювання відповідно з довжинами хвиль
і
, що викликають в точно визначених умовах зорові відчуття однакової сили; при цьому довжину хвилі
обрано так, щоб максимальне значення цього відношення дорівнювало одиниці.
Умови вимірювання зокрема вибирають так, щоб кутовий розмір поля зору під час вимірювань становив 2 градуси, що відповідає кутовому розміру центрального заглиблення жовтої плями сітківки.
Підсумком великої роботи, виконання якої почалося ще в XIX столітті, стало отримання набору значень для діапазону довжин хвиль 380—770 нм. Значення
отримано шляхом усереднення даних, отриманих за участі великої кількості спостерігачів. 1924 року Міжнародна комісія з освітлення (МКО)[4] затвердила цей набір як стандарт, після чого він став міжнародно визнаним і використовується донині. В Україні цей стандарт також діє[3].
Залежність наведено на малюнку. Її максимум припадає на довжину хвилі 555 нм.
У системі SI одиниця сили світла кандела визначена так, що максимальна світлова ефективність монохроматичного випромінення для денного зору дорівнює 683 лм/Вт[5]. Таким чином, виконується:
Нічний зір
Як визначення світлової ефективності для випадку нічного зору придатне наведене вище формулювання після відповідної заміни в ньому назви означуваної величини.
Після виконання необхідних вимірів та досліджень отримано залежність . Її табличні значення в 1951 році затверджено МКО як стандарт. У графічному вигляді її наведено на малюнку. Як видно з малюнка, крива
зсунута відносно
в короткохвильовий бік, при цьому її максимум припадає на 507 нм.
Сутінковий зір
У сутінковому зорі одночасно беруть участь, як колбочки, так і палички. При цьому відносний внесок рецепторів кожного типу змінюється зі зміною рівня освітлення, відповідно змінюється і світлова ефективність. Тому сутінковому зору неможливо зіставити якусь одну стандартну функцію, що описує спектральну залежність світлової ефективності.
Використання
Активну частину свого життя людина проводить переважно в таких умовах освітлення, коли діє денний зір. Користуючись ним, вона отримує більшу частину візуальної інформації. Тому на практиці здебільшого використовується спектральна ефективність , що стосується денного зору. Саме вона (разом з коефіцієнтом
) лежить в основі системи світлових фотометричних величин.
Система фотометричних величин влаштована так, що кожній енергетичній величині відповідає певна світлова величина
. В разі монохроматичного світла зв'язок між ними описує співвідношення
Для немонохроматичного світла аналогічне за змістом співвідношення має вигляд:
де — спектральна густина величини
. Спектральна густина визначається як відношення величини
що припадає на малий спектральний інтервал, розташований між
і
до ширини цього інтервалу:
З урахуванням чисельного значення виходить:
Таким чином, використання відносної світлової ефективності дозволяє, знаючи енергетичні характеристики світла, розраховувати його світлові параметри.
Примітки
Література
- Гуревич М. М. Фотометрия. Теория, методы и приборы. — Л. : Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1983. — 272 с. — 7 500 прим. (рос.)
- Гуторов М. М. Основы светотехники и источники света. — М. : Энергоатомиздат, 1983. — 384 с. — 20 000 прим. (рос.)