Monokromaattisen säteilyn spektraalinen valotehokkuus

Monokromaattisen säteilyn spektraalinen valotehokkuus
$K$
Ulottuvuus	J L -2 M -1 T 3
Yksiköt
SI	lm W- 1
Huomautuksia
Skalaari

Yksivärisen säteilyn spektraalinen valotehokkuus on fysikaalinen suure , joka kuvaa ihmissilmän herkkyyttä monokromaattiselle valolle . Merkitään , kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) on mitat lm / W. Vanhentunut nimi on näkyvyys . $K(\lambda )$

On kätevää ja tarkoituksenmukaista esittää valotehokkuus kahden tekijän tulona: missä on maksimissaan saavutettu arvo, ja se on aallonpituuden dimensioton funktio , joka saa maksimissaan yksikön arvon. Funktiota kutsutaan monokromaattisen säteilyn suhteelliseksi spektriseksi valotehokkuudeksi , sen fyysinen merkitys on, että se edustaa keskimääräisen (normaalin) ihmissilmän suhteellista spektriherkkyyttä [1] . $K(\lambda )$ $K(\lambda )=K_{m}V(\lambda ),$ $K_{m}$ $K(\lambda )$ $V(\lambda)$ $V(\lambda)$

Määritelmät

Kuten tiedät, ihmisellä on kaksi päämekanismia valon havaitsemiseen. Yksi niistä on toteutettu kartioiden avulla suhteellisen korkealla kirkkaudella ja valaistuksella ja sitä kutsutaan päivänäkyksi . Toinen - sauva - tapahtuu matalilla kirkkauden ja valaistuksen arvoilla, ja sitä kutsutaan yönäöksi [2]. Nämä mekanismit eroavat merkittävästi toisistaan sekä valoherkkyyden suuruuden että valoherkkyyden riippuvuuden luonteen suhteen. silmä siihen vaikuttavan valon aallonpituudella. Näin ollen fotometriassa määritetään kaksi erilaista suhteellisen spektrisen valotehokkuuden funktiota : yksi niistä on päivänäkemiseen, toinen on yönäköön. $V(\lambda)$ $V'(\lambda )$

Päivän visio

Mittausmenettelyyn perustuva määritelmä on muotoiltu seuraavasti [3] . $V(\lambda)$

Monokromaattisen säteilyn suhteellinen spektraalinen valotehokkuus päivänäkemiseen aallonpituudella on kahden säteilyvuon suhde, vastaavasti aallonpituuksilla ja , jotka aiheuttavat samanvoimaisia visuaalisia tuntemuksia tarkasti määritellyissä olosuhteissa; tässä tapauksessa aallonpituus valitaan siten, että tämän suhteen maksimiarvo on yhtä suuri kuin yksikkö. $V(\lambda)$ $\lambda$ $\lambda _{m}$ $\lambda$ $\lambda _{m}$

Mittausolosuhteet valitaan erityisesti siten, että näkökentän kulmakoko mittausten aikana on 2 astetta, mikä vastaa verkkokalvon makulan keskipaimenteen kulmakokoa .

1800-luvulla alkaneen suuren työn tuloksena saatiin arvosarja aallonpituusalueelle 380–770 nm. Arvot saatiin laskemalla keskiarvo tiedoista, jotka on saatu suurella määrällä tarkkailijoita. Vuonna 1924 kansainvälinen valaistuskomissio (CIE) [4] hyväksyi tämän sarjan standardiksi, minkä jälkeen siitä tuli kansainvälisesti tunnustettu ja sitä on käytetty sellaisenaan tähän päivään asti. Tämä standardi on voimassa myös Venäjän federaatiossa [3] . $V(\lambda)$ $V(\lambda)$

Riippuvuus näkyy kuvassa. Sen maksimi sijaitsee aallonpituudella 555 nm. SI- järjestelmässä valovoiman yksikkö , kandela , määritellään siten, että monokromaattisen säteilyn maksimi valotehokkuus päivänäön kannalta on 683 lm/W [5] . Näin ollen tehdään seuraavaa: $V(\lambda)$ $K_{m}$ $K(\lambda )=683V(\lambda ).$

Pimeänäkö

Valotehokkuuden määritelmäksi pimeänäön tapauksessa yllä oleva formulaatio soveltuu sen jälkeen, kun siinä määritettävän suuren nimi on asianmukaisesti korvattu.

Tarvittavien mittausten ja tutkimusten tuloksena saatiin riippuvuus . CIE hyväksyi sen taulukkoarvot vuonna 1951 standardina. Se on esitetty graafisesti kuvassa. Kuten kuvasta näkyy, käyrä on siirtynyt suhteessa lyhyen aallonpituuden puolelle, kun taas sen maksimi on 507 nm:ssä. $V'(\lambda )$ $V'(\lambda )$ $V(\lambda)$

Twilight vision

Sekä kartiot että tangot osallistuvat hämäränäön samaan aikaan. Tässä tapauksessa kunkin tyyppisten reseptorien suhteellinen osuus muuttuu valaistustason muutoksen myötä, ja myös valotehokkuus muuttuu vastaavasti. Siksi hämäränäköä ei voida yhdistää mihinkään standarditoimintoon, joka kuvaa valotehokkuuden spektririippuvuutta.

Käyttö

Ihminen viettää aktiivisen osan elämästään pääasiassa sellaisissa valaistusolosuhteissa, kun päivänäkö toimii. Sitä käyttämällä hän saa suurimman osan visuaalisesta tiedosta. Näistä syistä päivänvaloon liittyvää spektritehokkuutta käytetään pääasiassa käytännössä . Hän (yhdessä kertoimen kanssa ) on valon fotometristen suureiden järjestelmän taustalla . $V(\lambda)$ $K_{m}$

Fotometristen suureiden järjestelmä on järjestetty siten, että tietty valomäärä vastaa mitä tahansa energiamäärää . Yksivärisen valon tapauksessa niiden välistä suhdetta kuvaa relaatio $X_{e}(\lambda )$ $X_{v}(\lambda )$

X_{v}(\lambda )=K_{m}X_{e}(\lambda )V(\lambda ).

Ei-monokromaattiselle valolle merkitykseltään samankaltaisella suhteella on muoto:

X_{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}X_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda ,

missä on suuren spektritiheys . Spektritiheys määritellään arvon suhteeksi, joka johtuu pienestä spektrivälistä, joka sijaitsee tämän intervallin välissä ja leveyteen: $X_{{e,\lambda }}(\lambda )$ $X_{e}(\lambda )$ $dX_{e}(\lambda ),$ $\lambda$ $\lambda +d\lambda,$

X_{e,\lambda }(\lambda )={\frac {dX_{e}(\lambda )}{d\lambda )).

Kun otetaan huomioon numeerinen arvo , käy ilmi: $K_{m}$

X_{v}=683\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}X_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda .

Suhteellisen valotehokkuuden käyttö mahdollistaa siis valon energiaominaisuuksien tuntemisen, laskea sen valoparametrit. $V(\lambda)$

Muistiinpanot

↑ Tietyn tarkkailijan silmän herkkyys normissa voi poiketa huomattavasti keskimääräisen tarkkailijan silmän herkkyydestä. Erot tulevat vieläkin merkittävämmiksi iän tai patologisten poikkeamien myötä normista.
↑ Hämäränäkö erotetaan myös erikseen , kun sekä kartiot että tangot toimivat samanaikaisesti.
↑ 1 2 GOST 8.332-78. Valtion järjestelmä mittausten yhtenäisyyden varmistamiseksi. Valon mittaukset. Yksivärisen säteilyn suhteellisen spektraalisen valotehokkuuden arvot päivänäön kannalta. (uuspr.) . Valtion asiakirjat . Haettu 10. heinäkuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 29. maaliskuuta 2022.
↑ Kansainvälinen valaistuskomissio (CIE) . Haettu 18. kesäkuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 2. elokuuta 2011. (määrätön)
↑ Luku 683 lm/W on likimääräinen , tarkempi arvo on 683.002 lm/W. Katso lisätietoja Kandelan artikkelista . $K_{m}$

Kirjallisuus

Gurevich M. M. Fotometria. Teoria, menetelmät ja laitteet. - L . : Energoatomizdat. Leningradin haara, 1983. - 272 s. - 7500 kappaletta.
Gutorov M. M. Valaistustekniikan perusteet ja valonlähteet. - M .: Energoatomizdat, 1983. - 384 s. - 20 000 kappaletta.