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  звездным  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.