Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>>Фотометрия. Световой поток. Сила света

• Вы  все знаете, что без темных очков невозможно смотреть на  по­луденное  солнце.  Вместе  с  тем,  мы  можем  долго  любоваться  звезд ным  небом,  и  это не вызывает  никаких неприятных ощущений. По чему это так? Ответить на эти вопросы нам поможет фотометрия (от  греч.  fotos  —  свет).  Фотометрия  —  раздел  оптики,  в  котором рассматриваются  энергетические  характеристики  света  в  процес­сах  его  излучения, распространения и  взаимодействия  со средой.

1. Убеждаемся  в  необходимости  изучения  энергетических  характеристик  света

Действие  света  может  быть  разным:  от  теплового,  которое  проявля­ется  в нагревании  тел,  поглощающих  свет,  до  электрического,  химического и  механического.  Такое  действие  света  становится  возможным  благодаря наличию  у  света  энергии,  поэтому  очень  важно  знать  об  энергетических характеристиках  света.

Различное действие света лежит в основе работы технических устройств. Например,  системы  охраны  разнообразных  объектов  работают  на  чувстви­тельных  приемниках  света  —  фотоэлементах.  Тонкие  пучки  света,  кото­рые  буквально  пронизывают  пространство  вокруг  охраняемого  объекта, направлены  на  фотоэлементы  (рис.  3.7),  и  если  перекрыть  один  из  таких лучей,  то фотоэлемент перестанет получать световую энергию  и немедленно «сообщит»  об этом —  прозвучит  сигнал  тревоги.

Рис. 3. 7. В современных охранных системах применяются чувствительные фотоэлементы

Рис. 3. 8. Внешнее освещение в больших городах включается автоматически только в темное время суток

Другие  технические  устройства  способны  ре­агировать  не  только  на  факт  наличия  световой энергии,  но  и  на  ее  количество.  Так,  освещение улиц больших городов (рис. 3.8) включается авто­матически в момент, когда количество получаемой световой энергии Солнца уменьшается до опреде­ленного значения. Работа подобных устройств со­риентирована  на восприятие  света человеческим глазом.  Поэтому  очевидной  является  важность рассмотрения  энергетических  характеристик света,  основанных  на  непосредственном  воспри­ятии  света  глазом —  на  зрительном  ощущении.

2. Учимся различать световой поток и силу света

Зрительные  ощущения  являются  очень субъективными.  Как  их  оценить?  Ваша  мама зовет  вас  вечером:  «Иди  домой,  уже  темно!» А вам кажется, что для игр еще достаточно све­та. Кроме того,  чувствительность  глазу  к  свету разного  цвета различна.  Так,  зрительные  ощу­щения  от  зеленого  цвета приблизительно  в  сто раз  более  сильные,  чем  от  красного  (например, зеленую  лампу  глаз  воспринимает  как  более мощную,  недели  красную,  при  одинаковой мощности  обеих ламп).

Чтобы  все  это  выяснить,  ученые  провели сотни  опытов  и  установили  средние  характе­ристики  зрительных  ощущений  человека.  На этой  базе  созданы  приборы,  способные  изме­рять  физические  величины,  характеризующие зрительные ощущения. Одну из таких величин называют  световым  потоком.

Световой  поток  —   это  физическая  величина, численно  равная  количеству  оцениваемой  по зрительным  ощущениям  световой  энергии,  па­дающей  на  поверхность  за  единицу  времени.

Световой  поток  обозначается  символом  Ф и  вычисляется  по формуле:

где W —  оцениваемая  по  зрительным  ощуще­ниям  световая  энергия,  падающая  на  опреде­ленную поверхность;  t —  время падения  световой энергии на эту поверхность.

За  единицу  светового  потока  принят  люмен  (лм)  (от  латин.  Iumen  — свет).  Оказалось,  например,  что  световой  поток  от  звездного  неба,  падаю­щий  на  сетчатку  глаза,  —  около  0,000000001  лм,  световой  поток  от  полу­денного  солнца —  8  лм.  Именно  поэтому  мы  не  можем  смотреть  на  яркое солнце невооруженным  глазом.

В повседневной жизни в  качестве источников света очень часто применя­ют  электрические  лампы  накаливания,  которые  отличаются  друг  от  друга мощностью  (обозначается P  и  измеряется  в  ваттах,  Вт).  Для  определения полного  светового потока некоторых ламп накаливания приводим соответс­твующую таблицу:

Световой  поток  создается  источником  света.  Физическая  величина,  ха­рактеризующая  свечение  источника  света  в  определенном  направлении, называется силой света.

Если  источник  излучает  видимый  свет  равномерно  во  все  стороны,  то сила света  вычисляется  по формуле:

где  Ф  —  полный  световой  поток,  испускаемый  источником;  к  —  постоян­ная  величина,  приблизительно равная  3,14.

За  единицу  силы  света  в Международной  системе  единиц  (СИ)  приня­та  кандела  (кд)  (от латин.  candela —  свеча). Кандела —  одна  из  основных единиц СИ.

3. Учимся решать задачи

Задача.  Вычислите  полный  световой  поток,  излучаемый  лампой  накалива­ния,  сила света которой равна 30 кд. Определите мощность лампы.

• Подводим итоги
  

Раздел  оптики,  в  котором  рассматриваются  энергетические  характе­ристики  света  в  процессе  его  испускания,  распространения  и  взаимодейст­вия  со средой,  называется фотометрией.

Световое излучение  источника характеризуется  световым  потоком  и си­лой  света.

Физическая  величина,  численно  равная  количеству  оцениваемой  по зрительным  ощущениям  световой  энергии W1   падающей  на  поверхность  за единицу  времени  t,  называется  световым  потоком  (ф).  

Световой  поток  из­меряется в люменах  (лм).

Физическая величина,  характеризующая свечение источника света в оп­ределенном  направлении,  называется  силой  света  (/).   Единица  силы  све­та —  кандела  (кд),  одна из  семи основных  величин СИ.

• Контрольные вопросы

1.  Приведите примеры технических устройств, которые реагируют на поступление  световой  энергии. 

2.  Что называют  световым  потоком? В  каких  единицах  он  измеряется? 

3.  К  свету  какого  цвета —  зеле­ного  или  красного  —  чувствительность  глаза  выше? 

4.  По  какой формуле  определяют  силу  света? В каких  единицах  она  измеряется?

• Упражнения

1.  Сила  света  точечного  источника  составляет  100  кд.  Определите полный световой  поток,  испускаемый  этим источником.

2  Полный световой поток электрической лампы равен  1884 лм. Опре­делите  силу  света этого источника.

3  Почему днем тяжело рассмотреть через окно внутреннее пространс­тво  неосвещенной  комнаты,  если  не  приближать  лицо  вплотную к  стеклу?

4  Предположим,  что  от  красного  и  зеленого  сигналов  светофора  на сетчатку глаза падает приблизительно одинаковый световой поток. Одинаковой ли мощности лампы установленные  в  светофоре?  Если нет,  то мощность  какой лампы больше —  зеленой или  красной?

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Содержание урока
 конспект урока и опорный каркас
 презентация урока
 интерактивные технологии 
 акселеративные методы обучения

Практика
 тесты, тестирование онлайн
 задачи и упражнения 
 домашние задания
 практикумы и тренинги
 вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
 видео- и аудиоматериалы
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
 рефераты
 шпаргалки 
 фишки для любознательных 
 статьи (МАН)
 литература основная и дополнительная
 словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 календарные планы
 учебные программы
 методические рекомендации  
 обсуждения

 Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.