Фотометр

Сравнение световых потоков двух различных источников света и измерение силы света источника составляет практическую задачу, которая возникает при измерении фотометрических величин. Данная задача решается за счет сравнения освещенности двух смежных поверхностей, освещенных двумя различными источниками с использованием законов освещенности. Приборы, с помощью которых осуществляется этот процесс, называются фотометрами.

Фотометр является простым универсальным средством исследования оптических свойств. Он предназначен для измерения коэффициентов пропускания и отражения света, на основании которых можно легко вычислить оптическую плотность и другие характеристики материалов.
Визуальный фотометр предназначен для измерения соотношений коэффициентов пропускания к отражению (спектральных и интегральных), а также на их основании – оценки оптической плотности негативов и оттисков, белизны и блеска бумаги.

Законы освещенности

Освещенность – это характеристика не источника света, а той поверхности, на которую он падает.

Освещенность численно равна световому потоку, падающему на единицу площади освещаемой поверхности, т.е:

$E=\frac{d\Phi }{dS}$

Положив $dΦ$ - 1 лм и $dS$ = 1 м2, получим единицу освещенности – люмен на квадратный метр (лм / м2), или люкс (лк).

Если произвольно ориентированная поверхность $dS$ освещается точечным источником света $S'$: то

$dS=\frac{d{{S}_{0}}}{\cos \alpha }=\frac{{{r}^{2}}d\omega }{\cos \alpha }$

подставив выражение $dS$, получим формулу Ламберта

$E=\frac{d\Phi \cos \alpha }{{{r}^{2}}d\omega }=\frac{I\cos \alpha }{{{r}^{2}}}$

Данная формула выражает два закона освещенности, сформулированные немецким ученым И. Г. Ламбертом (1728-1777).

Законы освещенности гласят:

1. освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света;
2. освещенность прямо пропорциональна косинусу угла падения света.

Фотометр Люмера-Бродхуна

Излучение от двух источников можно сравнивать с помощью чувствительных фотоэлементов, болометров и термостолбик (для полного поглощения света поверхность болометра и внутренние спаи термостолбика зачерняют), а также визуальным способом.

Одним из распространенных визуальных фотометров является фотометр Люмера-Бродхуна:

Основной его частью является кубик, составленный из двух трехгранных призм 1, 2 (одинакового стекла), из которых одна имеет слегка выпуклую поверхность. На поверхности соприкосновения призм, благодаря хорошей шлифовке поверхностей, создается оптический контакт призм $ab$ (через эту область свет проходит без преломления и отражения). Поэтому лучи от источника $S_1$ проходят через контакт $ab$ в зрительную трубу $Т$, создавая в центре поля наблюдателя определенную освещенность $Е_1$. От источника $S_2$ в зрительную трубу $Т$ попадают только те лучи, которые испытывают полное внутреннее отражения в призме 2 вне оптического контакта $ab$. Эти лучи создают в поле зрения наблюдателя кольцо с освещенностью $Е_2$ Перемещением источников $S_1$ и $S_2$ достигают одинаковых освещенностей $I_1$ и $I_2$, тогда по формуле выражения законов освещенности Ламберта получим:

$\frac{{{I}_{1}}}{r_{1}^{2}}=\frac{{{I}_{2}}}{r_{2}^{2}}$

или

$\frac{{{I}_{1}}}{{{I}_{2}}}=\frac{r_{1}^{2}}{r_{2}^{2}}$

Если один из источников является эталонным, то по данной формуле можно определить силу света второго источника.

Не знаете, где заказать написание статьи по физике на заказ? Авторы Студворк к вашим услугам!

Тест по теме «Фотометр»