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光度测量的基本定律

时间:2020-09-26 12:42来源:德光浦 作者:网络 点击:
当光度测量被认为是一种物理测量时,主要依靠两条著名的定律。我们不但要深入理解正确应用这些定律,而且要在实验中采取足够的预防措施并留心每个细节才能获得期望的结果。例
    当光度测量被认为是一种物理测量时,主要依靠两条著名的定律。我们不但要深入理解正确应用这些定律,而且要在实验中采取足够的预防措施并留心每个细节才能获得期望的结果。例如杂散光和光度计部件上的污物可能是两个主要误差源。光度标准灯和光度计都需要做周期性的核对。疲劳现象、温度影响、非线性、与人眼标准光效率曲线的不一致性、以及与余弦定律的偏离等,对所有这些因素考虑不到位都会影响光电光度计测量结果。还应该考虑光程中各个元件的选择性吸收。为了提高精度,需要适当地调整光心相对于光度器件的位置,并部署足够大的距离以便于把光源当作点光源考虑。
1、平方反比定律
    点光源在一个表面上产生的光照度,随着光源至表面的距离平方成反比的变化。如果把位于球心的发光点看作是发出球面波系的光源,则这个定律很容易被证明,当这种波从光源向外传播时,其球面积必然随着它的半径而增加,还必须认为光的能量均匀地分布在它的表面上,所以该能量的面密度一定会随着球面波半径的平方(即波至源的距离的平方)成反比变化。
2、余弦定律(朗伯定律)
    一个平面上接收的光能量随着表面法线和入射光线的夹角的余弦而变化。把位于球心的点光源当作发出球面波系的源就容易理解这个规律。因为运动的方向总是垂直于波前,所以只有元面积在该方向上投影的那部分面积才接收能量;就是说,被这个面积接收的能量面密度正比于cosθ,这里θ是表面法线与入射波传播方面间的夹角。就入射光而论,余弦定律适用于任何平面。
    另一个“余弦定律”是以朗伯(Lambert)命名的,它适用于完全漫射表面的出射(被反射、透射或自发光)情况,可表述如下:完全漫射表面是这样一个表面,从一给定面积发出的任意方向的光强度随着该方向与表面法线夹角的余弦而变化。在这种条件下,单位投影面积的光强度是一个常数,并且不管从哪个方向观察这个表面都呈现相等的光亮度。
3、组合定律
    只有当光源和被照表面都很小时,这些定律才适用于平面的问题。可是,在实际照明工程中难以实现这个想法。例如,要求出一个或几个光源在给定平面的不同点上产生的光照度,而光源与该面及所考虑各点的相对位置已经知道,则在这种条件下就不能认为平面与源至被照明之间的距离比较起来很小,而需要用普遍公式E=I0cos3θ/h2来计算光照度。式中θ是光源在θ方向上的光强度,h是光源到平面的垂直距离。
4、塔尔伯特(Talbot)定律
    假定一个带角形开孔的圆盘旋转在光源和接收器之间,使光源仅有确定的部分时间才射到接收器面上。并假定旋转速度是如此之快,以至于眼睛感觉不出闪烁光。那么,该表面的有效光亮度被减弱的程度等于露光时间与总时间之比值。减弱的因子是θ/360。这里的θ是以度表示的角形开孔。扇形盘比吸收媒质优越的地方在于:不随时间发生变化,而且只减弱光通量并不改变光谱成分,必须小心谨慎地使用扇形盘,以避免频闪效应,当使用闪烁光源和某种光电接收放大器时就会出现这种效应。


(配图来源于网络) (责任编辑:德光浦)
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