Фотометры и люксметры. Принципы устройства

1. Принципы устройства. При фотометрических измерениях можно ставить различные задачи. Обычное применение фотометров по существу заключается в определении силы света источника по данному направлению по сравнению с силой света другого источника, принимаемого за стандартный.

Но нужно помнить, что, вообще говоря источник света по разным направлениям имеет разную силу света и по одному определению силы света, сделанном в одном направлении, нельзя делать заключение о полном световом потоке, исходящем от источника.

Отсюда вытекает вторая основная задача фотометрии — определение полного светового потока. Наконец, весьма часто для практических целей нас интересует не сам источник, а создаваемая им освещенность на изучаемой нами поверхности. Приборы, измеряющие освещенность, часто называются люксметрами. Иногда нас интересует световая отдача самой освещенной поверхности, тогда нам необходимо знать ее яркость, выраженную в стильбах.

Фотометр представляет собой обычно прибор для относительных измерений, и выражение полученных данных в международных единицах со сколько-нибудь большой точностью почти невозможно для школьной практики.

Относительные измерения в специальных фотометрических лабораториях делаются с точностью до 0,5%, а в условиях школы нельзя и думать получить точность, большую 10%. Абсолютные измерения до сих пор в центральных национальных лабораториях различаются на 2—3%, а в условиях школы они не смогут достичь и точности даже в 20°/0, так как единственным практическим эталоном для школы являются обычные лампы накаливания, силы света которых по стандарту не определяются точнее 15%.

Однако это не значит, чтобы не надо было вводить в школу демонстраций и лабораторных работ, дающих представление об абсолютных световых единицах. Всякий фотометр имеет две различные по своему назначению части.

Во-первых, при помощи того или другого приспособления в фотометре можно сравнивать освещенность двух полей, освещенных двумя источниками. Чтобы сравнение могло быть произведено возможно точнее и увереннее, поля должны лежать рядом друг с другом и не должны быть разделены заметной границей. Фотометрическое определение тем совершеннее, чем граница лучше исчезает при равенстве в освещении полей.

Во-вторых, должно быть приспособление для ослабления освещенности от одного из источников. По большей части это достигается отодвиганием от фотометра одного источника, что ослабляет освещенность обратно пропорционально квадрату расстояния.

Иногда на пути света от одного источника ставится поглощающая среда в виде клина (фотометрический клин). Видоизменением этого способа является применение диафрагмы, уменьшающей сечение пучка (трубчатый фотометр для исследования фотопластинок). Наконец, можно использовать наклон одного поля к направлению лучей для изменения освещенности по закону косинуса (фотометр Вигнера, люксметр Оптического института).

Последнее время значительное развитие получила так называемая объективная фотометрия при помощи различных фотоэлементов, имеющих характеристику по длинам волн, близкую к характеристике чувствительности глаза.

Теневой фотометр Румфорда. Перед белым экраном или стеной класса ставят лабораторный или другого вида штатив со стержнем достаточной толщины (d = 15—20 мм). Перед стержнем штатива ставят два источника света так, чтобы на стене получились две тени от палки близко друг от друга (на расстоянии, равном ширине тени или даже ближе) (рис. 475).

Рис. 475. Теневой фотометр Румфорда

При разной освещенности экрана тем и другим источником тени будут иметь различную темноту, причем тень, принадлежащая более сильно освещающему источнику, будет темнее. Передвигая или покачивая источники, легко дать представление о том, какая тень какому источнику принадлежит. Отодвигая более яркий источник от экрана, добиваемся одинаковой темноты обеих теней.

Измеряем расстояние от источников до экрана и возводим полученные числа в квадрат. Отношение квадратов расстояний равно отношению сил света, даваемых источниками. Равенство освещенности теней легко устанавливается только при полной одноцветности источников, поэтому в качестве сравниваемых источников удобно брать две электрические лампочки одинакового типа, но разной мощности (например газополные лампы в 50 и 100 вт).

При разноцветности источников сравнение выйдет гораздо увереннее, если в качестве экрана взять светло-зеленую матовую бумагу.