Световые измерения и измерительные приборы

Световые измерения и измерительные приборы. Из­мерение световых величин может производиться непосред­ственно с помощью глаза (визуальные методы) или с по­мощью фотоэлемента, или термостолбика (объективные ме­тоды). Приборы, служащие для измерения световых вели­чин, называются фотометрами.

Визуальные методы основаны на свойстве глаза очень хорошо устанавливать равенство яркостей двух смежных поверхностей. В то же время с помощью глаза очень трудно оценить, во сколько раз яркость одной поверх­ности больше яркости второй. Поэтому во всех визуальных фотометрах роль глаза сводится к установлению

равенства яркостей двух смежных площадок, ос­вещаемых сравниваемыми ис­точниками.

Так как сравниваемые по­верхности делаются диффузно отражающими, то равенство их яркостей соответствует, согласно сказанному в предыдущем параграфе, равенству освещенностей. Освещенность площадки, на которую падает свет от более сильного источника, ослабляется тем или иным способом в известное число раз. Установив равенство освещенностей обеих площадок и зная, во сколько раз ослаблен свет одного из источников, мы можем количественно срав­нить силы света обоих источников. Таким образом, во вся­ком фотометре должны быть два смежных световых поля, одно из которых освещено только одним источником, вто­рое — только другим. Вид сравниваемых полей может быть различен. В большинстве случаев они имеют форму двух смежных полукругов (рис. 164, а) или двух концентриче­ских кругов (рис. 164, б). Оба сравниваемых поля должны освещаться каждое своим источником под одним и тем же углом; глаз наблюдателя также должен рассматривать оба поля под одинаковыми углами зрения.

Рис. 164. Вид сравниваемых по­лей в фотометре

На рис. 165 показано устройство одного из простейших фотометров. Свет от сравниваемых источников S ₁ и S ₂ пада­ет на белые грани призмы ABC, помещенной внутри зачер­ненной трубки. Глаз наблюдателя рассматривает призму по направлению СО.

Простой фотометр был предложен немецким физиком и химиком Робертом Бунзеном (1811—1899). В этом фотометре световое поле представляет собой экран из белой бумаги, в середине которого небольшая часть поверхности промаслена и благо­даря этому просвечивает. Мас­ляное пятно должно иметь резкие края. Два источника света помещаются по обе стороны от экрана и путем ослаб­ления одного из них добиваются, что­бы масляное пятно и остальная часть экрана сделались одинаково яркими. На этом принципе «просвечивающего участка» построены многие более со­вершенные фотометры.

Для того чтобы получить одина­ковую освещенность обеих площадок

Рис. 165. Устройство прос­тейшего фотометра

фотометра, наиболее простым средством является изменение расстояний сравниваемых источников от фотометра при условии применимости закона обратных квадратов (см. § 71). Как мы знаем, освещенность площадки пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату его расстояния от площадки. Если освещенности обеих площадок фотометра одинаковы, то

где I ₁ и I ₂ — силы света, а R ₁, R ₂ — расстояния от источников до фото­метра. Измерив R ₁ и R ₂, мы можем сказать, во сколько раз сила света одного источника больше или меньше силы света другого. Этот способ имеет тот недостаток, что варьировать рас­стояния R ₁ и R ₂ практически можно «лишь в не очень широких пределах.

Другой способ ослабления светово­го потока от одного из источников сос­тоит в том, что на пути его вводится поглощающее тело, представляющее со­бой два скользящих друг относительно Друга клина, сделанных из материала, Поглощающего свет (рис. 166). Пере­двигая их, мы изменяем толщину пог­лощающего слоя и тем самым изменя­ем степень поглощения светового по­тока. Предварительно производится градуирование ослабителя: устанавли­вается, насколько меняется поглощение при смещении клина на оп­ределенное расстояние.

Рис. 166. Устройство для ос­лабления светового потока, обеспечивающее прохожде­ние лучей без отклонения

Существуют фотометры, приспособленные для непосред­ственного измерения освещенности; такие фотометры назы­ваются люксметрами.

В фотометрах воспринимающим свет устройством является фотоэлемент. Под действием света фотоэле­мент дает электрический ток тем больший, чем больше освещенность фотоэлемента, конечно, при условии, что вся поверхность фотоэлемента равномерно освещена. Та­ким образом, измерение освещенности с помощью объектив­ного фотометра сводится к из­мерению тока, протекающего через гальванометр, соединен­ный с. фотоэлементом (под­робнее см. § 181).

На рис. 167 представлен схематически люксметр. Он

Рис. 167. Люксметр: 1 — фото­элемент, 2 — гальванометр со шкалой, градуированной в люк­сах

Рис. 168. Экспонометр: 1 — фо­тоэлемент, 2 — гальванометр,

3— шкала времени экспозиции, 4— шкала чувствительности фо­томатериалов, 5 — указатель, 6 — шкала диаметра диафрагмы

состоит из фотоэлемента 1, соединенного с помощью шнура с гальванометром 2. Шкала гальванометра градуи­рована непосредственно в люксах. Для измерения осве­щенности с помощью этого прибора достаточно положить фотоэлемент на поверхность, освещенность которой хотят определить, и сделать отсчет по шкале. Фотоэлектрические люксметры очень удобны в работе и позволяют быстро и без утомления проводить измерения.

Нередко фотоэлемент и гальванометр заключают в об­щий футляр. Подобные люксметры применяются фотолюби­телями для определения освещенности фотографируемого объекта и, следовательно, для правильного выбора времени экспозиции; их называют поэтому экспонометрами (рис. 168). Шкала гальванометра экспонометра, проградуированная в продолжительностях экспозиции, нанесена на полу­окружности вращающегося кольца 3, На секторе 4, вращающемся вместе с кольцом 3, нанесены деления, соответст­вующие чувствительности применяемых фотоматериалов. Указатель 5 устанавливается на деление неподвижной шка­лы 6, соответствующее диаметру применяемой при съемке диафрагмы; затем кольцо 3 вращается до совпадения с ука­зателем 5 нужного деления на секторе 6. Тогда стрелка галь­ванометра указывает экспозицию, нужную для съемки с выбранной диафрагмой при данных фотоматериалах.