Що таке яскравість джерела світла і яскравість поверхні, що відбиває

Для розрахунків освітленості різних поверхонь часом дуже зручно розглядати джерела світла як точкові. Але в реальності точкових джерел світла не буває, вони завжди мають якийсь певний розмір і власну форму. Світильник, люстра, торшер, прожектор і т. Д. – це реальні, тобто не точкові джерела світла, які не можна охарактеризувати тільки силою світла.

Якщо, наприклад, розглянути розташований далеко куля, що світиться, і порівняти його з іншим світловим кулею, з точно такою ж силою світла, але іншого діаметру, то виявиться, що хоча кулі і створюють на рівних відстанях однакову освітленість, проте для спостерігача вони виглядають по різному: куля меншого діаметра виглядає більш яскравим, ніж більший кулю.

Причина даного явища полягає в тому, що хоча сила світла у куль і однакова, один з них має більшу випромінює поверхнею, а інший – менший. Значить сила світла, випромінюваного з одиниці площі у даних джерел не однакова, і у маленького кулі цей параметр очевидно більше.

Але навіть якщо ми станемо розглядати який-небудь джерело світла з деякої відстані, то для нас буде мати значення не стільки реальна площа випромінює світло поверхні, скільки видима площа, тобто її розмір в проекції на площину спостереження, перпендикулярну напрямку нашого погляду.

Таким чином, щоб спостерігачеві досить повно охарактеризувати реальний джерело світла, що володіє розмірами і формою, йому необхідно знати і силу світла джерела, і величину сили світла, що припадає на одиницю площі видимої поверхні джерела.

Це співвідношення і називається яскравістю L джерела сету, і якщо сила світла дорівнює I, а видима площа дорівнює s, то яскравість джерела світла буде дорівнює (силу світла можна тут розписати через світловий потік і тілесний кут, тоді яскравість буде дорівнює світловому потоку, що випускається з одиничної площі видимої поверхні джерела світла всередині одиничного тілесного кута):

У джерел світла яскравості різних їх ділянок відрізняються: у люмінесцентної лампи краю колби темніші, а полум’я свічки більш яскраво в ореолі навколо гнота і т. Д. Ще яскравість сильно залежить від того, з якого боку ми дивимося на джерело.

Якщо, наприклад, випадково подивитися на зварювальну дугу, то в перпендикулярному розряду напрямку вона виявиться більш яскравою, ніж при погляді на ту ж дугу збоку. Тобто яскравість характеризує випромінює світло поверхню в обраному, строго визначеному напрямку. Це дуже важлива характеристика, оскільки саме на яскравість (сила світла на одиницю площі) реагує наше око, а зовсім не на силу світла як таку.

Сила світла вимірюється в канделах, відповідно яскравість – в канделах на квадратний метр. Одна кандела на квадратний метр – це така яскравість, якою володіє світиться площину, що віддає з кожного квадратного метра світло силою в 1 кандела (Кд) в напрямку, перпендикулярному площині. Для прикладу, ось приблизні яскравості деяких поширених джерел світла:

По дії на наші очі джерела світла можуть виявитися небезпечними. Якщо яскравість буде вище 160000 кд на квадратний метр, то це викличе хворобливі відчуття в оці. Щоб уникнути згубного дії яскравого світла, людство навчилося різних хитрощів.

Колби потужних ламп розжарювання роблять матовими і великого розміру, щоб як-би розвіяти світло, зробити його випромінюваним ні з маленькій площі нитки розжарювання, а з великої площі поверхні колби або плафона. Так яскравість знижується до безпечної для очей, а освітленість залишається майже повністю незмінною.

Якщо говорити про відображають поверхнях, таких як пофарбовані стіни, проекційні екрани, декоративні вироби і т. Д., То вони проявляють по відношенню до джерела світла дифузно-відбивні властивості. Це означає, що вони частково відбивають падаюче на них світло, і самі тепер виступають в ролі джерел світла середньої яскравості, але великої площі.

Це грає нам на руку, оскільки стандартні джерела світла (лампа, світильник, свічка, люстра, ліхтар) мають значну яскравістю, але малою площею поверхні. Тим часом, освітлена поверхня матиме яскравістю, пропорційною її освітленості Е, адже чим більшою світловий потік на поверхню, що відбиває падає, тим вище буде і її яскравість.

І яскравість цієї поверхні буде пропорційна її альбедо r (від лат. Albus – білий) – характеристиці дифузійної відбивної здатності поверхні. Чим більше альбедо r, тобто чим більша частина падаючого світлового потоку розсіюється поверхнею, – тим більше і яскравість такої поверхні.

Так, яскравість освітленої поверхні пропорційна добутку альбедо і освітленості, причому в різних напрямках яскравість буде різною – залежно від діаграми розсіювання освітленій поверхні.

Якщо поверхня рівномірно розсіює падаюче на неї світло, то яскравість в будь-якому напрямку обчислюється досить просто. Якщо діаграма розсіювання складна – обчислення яскравості перетвориться в досить складну задачу.

Для рівномірного розсіювання досить скористатися формулою (освітленість – в люксах, яскравість – канделах на квадратний метр):

Припустимо, є проекційний екран з альбедо 0,8, а освітленість дорівнює 60 Лк, тоді яскравість буде дорівнює 0,8 * 60 / 3,14 = 15,3 кандели на квадратний метр. Ось приклади вельми поширених поверхонь і їх яркостей:

Дивіться також у нас:

Типи електричних ламп – які краще і в чому різниця

Світлова віддача ламп різних типів

Як вибрати світлодіодну лампу за потужністю

Андрій повну 

Ссылка на основную публикацию