Количественное измерение света для измерительных целей

Применение правила (закона) квадратов расстояний. Применение сложения величин. Правило расстояний позволяет выполнять измерения очень точно, так как, кроме сравнения яркостей, требуется еще измерять расстояния, что может быть выполнено с малой неточностью (в обычных условиях – около 5 * 10 ^{- 4} до 1 * 10 ^{- 5} от измеряемого расстояния) [1, с. 258].

Поэтому и следует предпочитать его при точных и ответственных световых измерениях. Такое правило обыкновенно является для них основным. Если желают проверить опытным путем правильность или точность какого-либо другого способа изменения световой величины, то его сравнивают обычно со способом измене­ния по правилу квадратов расстояний [2, с. 156].

Пусть испытательная пластинка (S) (рис.) является одним из полей сравнения в светоизмерительном приборе. Освещенность ее (Е) по формуле 1.

   (1)

I – сила источника света;

L – расстояние от источника света до испытательной пластинки;

i – угол падения света с перпендикуляром к пластинке.

Рис. Испытательная пластинка

С изменением расстояния (L) меняется освещенность, притом непрерывно (плавно) и известным образом. Угол падения света обычно сохраняют неизменным. Предпочитают лучи света направлять пер­пендикулярно к испытательной пластинке (формула 2).

    (2)

Светомерные (фотометрические) скамьи основаны на применении этого правила. Выражения получены в предположении, что источник света имеет ничтожно малые размеры, следовательно, в иных случаях надо или вводить поправки, или рассчитывать изменения освещенности от источников некоторого конечного размера. Последние расчеты иногда произвести трудно или хлопотливо, как, например, для бликов от колбы ламп. Поэтому нередко правило квадратов расстояний применяется на практике с погрешностью, размер которой часто остается неопределенным, но обыкновенно малым с точки зрения задачи, поставленной при измерениях [3, с. 265].

В условиях необходимости повышать точность измерений или, например, опытным путем определять поправки к правилу расстояний иногда применяют наиболее точный способ количественного изменения света – способ сложения или наложения световых величин. Пусть имеется несколько источников света, которые могут освещать испытательную пластинку порознь (Е_L) или совместно (Е) в любых сочетаниях. Расстояния между источниками света и пластинкой не изменяются. Следовательно, освещенность пластинки (Е) может быть разной, но меняющейся скачками, в зависимости от числа осве­щающих источников и силы света каждого (формула 3).

E=E_L+…+E_k+…     (3)

Такой способ измерений несколько сложен для обыкновенных лабораторных условий, но его не следует упускать из вида, когда ищут самых безупречных и надежных способов измерений. Впрочем, при его осуществлении надо очень тщательно следить за всей обстановкой измерений, чтобы не внести новых источников погрешностей. Во всяком случае, способ сложения является исходным и основным для световых измерений (как и во многих других областях измерений), так как он вещественно воспроизводит основное представление: целое равняется сумме своих частей.

При испытании физических приемников в ответственных случаях освещают их так. Между источником света с равномерной яркостью, например, лампа в молочной колбе, и приемником ставят две линзы; фокус первой совпадает с источником света, а второй – с приемной поверхностью. Между обеими линзами, где проходит пучок параллельных лучей, помещается щиток с рядом отверстий. Закрывая отверстия в разных сочетаниях, нетрудно найти зависимость показаний приемника от переменных слагаемых и их сумм.

Надо иметь в виду, что при рассмотрении изменения освещенности с переменой расстояний вовсе не учитывалось поглощение и рассеяние света воздухом [1, с. 300].

Данному обстоятельству не придавалось до последнего времени никакого значения в лабораторных условиях. Международное бюро мер и весов произвело опыты (пользуясь законом сложения), которые показали, что ослабление светового потока (или освещенности и т. д.) составляет 0,2% на длине в 1 м.

Между тем, в фотометрической лаборатории этого Бюро приняты, казалось бы, сильные меры против пыли (чистота, мало людей, «кондиционированный воздух» и т. д.; но имеются бархатные занавески на светомерной скамье).

При точных измерениях, следовательно, надо считаться с поглощением и рассеянием света в воздухе: или учитывать и вводить поправки, или исключать соответственным способом измерений (например, при способе «замещения»).