Спектральна світлова ефективність монохроматичного випромінення

фізична величина, що характеризує чутливість людського ока до впливу на нього монохроматичного світла
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].

ВизначенняРедагувати

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 зірРедагувати

Докладніше: Денний зір
 
Відносна спектральна світлова ефективність для денного (червона лінія) і нічного (синя лінія) зору.

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 зірРедагувати

Докладніше: 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 зірРедагувати

Докладніше: 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.

ВикористанняРедагувати

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.

ПриміткиРедагувати

  1. Чутливість ока конкретного спостерігача в нормі може помітно відрізнятися від чутливості ока середнього спостерігача. Відмінності стають ще значнішими за вікових або патологічних відхилень від норми.
  2. Окремо виділяють також сутінковий зір, коли одночасно діють і колбочки, і палички.
  3. а б ДСТУ ГОСТ 8.332:2008 Державна система забезпечення єдності вимірювань. Світлові вимірювання. Значення відносної спектральної світлової ефективності монохроматичного випромінювання для денного зору
  4. International Commission on Illumination (CIE)
  5. Число 683 лм/Вт є наближеним значенням  , точніше значення — 683,002 лм/Вт. Подробиці наведено в статті Кандела.

ЛітератураРедагувати

  • 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.)

Див. такожРедагувати