Световые измерения это определение величен оптических излучений (свет и все что с ним связано), изучение отражения, прозрачности и т.д. оптических свойств материалов.
Измерение производят с помощью некоторых приборов в основу которых входят приемники света, с помощью этих приборов определяют эти световые величен и называться фотометры.
Методы световых измерений и соответственно применяемые при этом приборы, называемые фотометрами, разделяются на объективные и визуальные.
В первых обычно используется фотоэлектрический эффект и результаты измерений наблюдаются по шкале прибора, включенного в цепь фотоэлемента.
Визуальные измерения — сравнительные. Это связано с тем, что вследствие адаптации глаз плохо оценивает абсолютную величину яркости, но весьма чувствителен к разнице яркостей граничащих между собой поверхностей.
Поэтому в визуальных фотометрах с помощью глаза устанавливается равенство яркости двух смежных площадок одной и той же поверхности, которые освещаются двумя источниками света: одним, сила света которого известна, и другим, сила света которого определяется.
Для достижения равенства яркостей полей сравнения сила света более сильного источника ослабляется в необходимом отношении изменением расстояния от источника или применением поглощающих сред. Основу фотометра первого типа составляет так называемый фотометрический кубик.
Кубик (рис. , а) состоит из двух прямоугольных призм, плотно сложенных основаниями. У одной из призм края основания сошлифованы таким образом, что она соприкасается с другой призмой центральной круглой площадкой.
Если осветить грань АВ первой призмы, то в центральной части ее основания ВС свет пройдет без преломления насквозь по прямому направлению. В боковых частях грани ВС свет испытывает полное отражение и попадает на экран Э, образуя светлое кольцо О1.
Если от другого источника осветить грань ДЕ второй призмы, то в центральной части ее грани ДК свет пройдет насквозь (как показано толстой стрелкой) и даст на экране изображение в виде светлого кружка О, находящегося в центре кольца 0t (свет, падающий на боковые части грани ДК, испытывает полное отражение от сошлифованной части грани и не попадает на экран).
При этом яркости внутреннего кружка О и наружного кольца O1 обусловлены силами света, падающего на грани АВ и ДЕ призм.
В фотометрах второго типа на пути света от эталонного источника имеется клин П из светопоглощающей среды (рис. 2). При передвижении клина изменяется толщина светопоглощающего слоя и, следовательно, яркость соответствующей половины поля зрения фотометра. Клин снабжен шкалой Ш, на которой обозначен коэффициент К, характеризующий степень ослабления силы света.
Фотометры, приспособленные для измерения освещенности, называются люксметрами. В настоящее время пользуются исключительно фотоэлектрическим люксметром, который состоит из селенового фотоэлемента Aи подключенного к нему чувствительного измерительного прибора В .
Фотоэлемент устанавливается на поверхности, освещенность которой определяется.
При известной величине площади фотоэлемента можно считать, что образующийся в нем ток прямо пропорционален освещенности его активного слоя.
Поэтому шкала прибора градуируется непосредственно в люксах. Для приведения спектральной чувствительности селенового фотоэлемента к чувствительности среднего глаза перед ним помещают светофильтр.
Световой эталон представляет собой полный излучатель (абсолютно черное тело) и выполнен в виде трубки Т (рис. 3) из плавленой окиси тория, на одну треть высоты наполненной порошком этой окиси.
Трубка помещена в сосуд С (также из плавленой окиси тория), заполненный платиной П, которая подогревается током высокой частоты.
Сосуд С окружен тепловой изоляцией и помещен в кварцевый корпус К. Эталоном является излучение внутренней поверхности трубки Т при температуре застывания платины (2042°К), наблюдаемое или фотометрируемое через отверстие О.
Определение свечи в системе СИ сделано через яркость светового эталона: свеча — единица силы света, значение которой принимается таким, чтобы яркость полного излучателя при температуре затвердения платины была равна 60 св на квадратный сантиметр (60 св/см2).
Рабочими (вторичными) световыми эталонами, которыми пользуются на практике, являются специальные электрические лампы накаливания; сила света их устанавливается путем сравнения со световым эталоном (рис. 3). На рисунке обозначено: Э — световой эталон, П — призма, Л — объектив, центрирующий лучи на экране фотометра, Ф — фотометр, Д — диафрагма, Э — лампа, вторичный эталон.
Рабочим эталоном белого света является также лампа накаливания, но снабженная специальным светофильтром. Белый свет (с различными оттенками) воспроизводится также с помощью люминесцентных ламп с люминофором определенного состава.
Единица измерения светового потока является люмен (лм), равный световому потоку, в пределах телесного угла в один стерадиан от равномерно по всем направлениям излучающего точечного источника с силой света в одну свечу (1 лм = 1 св•стер).
Единицей освещенности является люкс (лк). Люкс равен освещенности, создаваемой световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на площадке в 1 м2 (1 лк = 1 лм/м2).
| Условия | Освещенность в лк |
| Под прямым солнечным светом (средние широты) | 100 000 |
| В помещении в яркий солнечный | 1000 |
| В помещении в светлый несолнечный | 100 |
| На рабочем месте для тонких работ | 200 |
| То же, для чтения и письма | 50 |
| То же, для грубых работ | 30 |
| Ночью при полной луне | 0,2—0,5 |
В литературе встречается также единица освещенности, называемая фот (ф) и равная световому потоку в 1 лм, равномерно распределенному на площади в 1 см2 (1 ф= 1 лм/см2= 104 лк).
Некоторые данные освещенности, создаваемой при различных условиях, приведены в таблице.
Светимость имеет такую же размерность, как и освещенность. Единицей светимости является люмен на квадратный метр (лм/м2); особого названия она не имеет. В иностранной литературе фот (или радфот) употребляется также в качестве единицы светимости.
За единицу яркости принимается нит (нт). Нит есть яркость равномерно светящейся поверхности, один квадратный метр которой дает в направлении, перпендикулярном поверхности, силу света в одну свечу : 1 нт = 1 св/м2.
Яркость светового эталона равняется 6•105 нт.
Наименьшая различимая средним глазом яркость составляет 10-6 нт. Яркость, превышающая 105 нт, особенно при значительной величине светящейся поверхности и длительном наблюдении, вызывает в глазу неприятное ощущение.
Наблюдение источников света более высокой яркости вызывает в глазу ощущение боли, сопровождающееся временным снижением светочувствительности.
Данные о яркости некоторых источников света приведены в таблице.
| Источники света | Яркость в нт |
| Лампа (фотовспышка длительностью 0,0005 сек) | 1•1010 |
| Поверхность Солнца (в зените) | 1,5•109 |
| Капилляр ртутной лампы сверхвысокого давления | 1,2•109 |
| Кратер электрической дуги | 1,5•108 |
| Спираль лампочки накаливания | 1,0•106 |
| Газосветная лампа | 5•104 |
| Ясное дневное небо | 1,5•103 |
| Ночное безлунное небо | 10-4 |
В литературе встречается единица яркости, называемая стильб.
Стильб (сб) есть яркость источника, дающего с 1 см2 в перпендикулярном направлении силу света в 1 св (1 сб = 1 се/см2; 1 сб = 104 нт).