光強度。 目に優しい明るさの照明

したがって、幾何光学では、光波は光線と考えることができます。 ただし、光線自体は各点での光の伝播方向のみを決定します。 空間内の光強度の分布については疑問が残ります。

検討中のビームのいずれかの波面上の微小要素を選択してみましょう。 微分幾何学から、すべての表面は、一般に、各点で 2 つの異なる主曲率半径を持っていることが知られています。

(図 7) を、波面の特定の要素上に描かれた主曲率円の要素とします。 次に、点 a と点 c を通過する光線は対応する曲率中心で交差し、点 b と点 d を通過する光線は別の曲率中心で交差します。

所定の開口角度に対して、セグメントの長さから発する光線は、対応する曲率半径 (つまり、長さと ) に比例します。 表面要素の面積は長さの積に比例します。つまり、特定の数の光線によって制限された波面の要素を考慮すると、それらに沿って移動するときの面積は比例します。この要素は比例して変化します。

一方、強度、つまりエネルギー束密度は、所定量の光エネルギーが通過する表面積に反比例します。 したがって、強度は次のとおりであるという結論に達します。

この式は次のように理解されます。 与えられた各光線 (図 7 の AB) 上には、この光線と交差するすべての波面の曲率中心である点と が存在します。 波面と光線の交点の点 O から点までの距離は、点 O における波面の曲率半径です。したがって、式 (54.1) は、与えられた光線上の点 O における光の強度を次のように決定します。この光線上の特定の点までの距離の関数。 この公式は、次のような強度の比較には適していないことを強調します。 異なる点同じ波面です。

強度は場の係数の二乗によって決まるため、光線に沿って場自体を変更するには、次のように書くことができます。

ここで、位相係数 R は両方として理解でき、両方の曲率中心間の距離である差 は一定であるため、量は定数 (特定のビームの) 係数だけ互いに異なります。

波面の両方の曲率半径が一致する場合、(54.1) と (54.2) は次の形式になります。

これは、特に、光が点光源から放射される場合に常に発生します (波面は同心球になり、R は光源までの距離です)。

(54.1) から、点、つまり波面の曲率の中心で強度が無限大になることがわかります。 これをビーム内のすべての光線に適用すると、特定のビーム内の光の強度は、一般的に 2 つの表面、つまり波面のすべての曲率中心の幾何学的軌跡上で無限大になることがわかります。 これらのサーフェスはコースティクスと呼ばれます。 球面波面を持つ光線の特別なケースでは、両方のコースティクスが 1 つの点 (焦点) にマージされます。

微分幾何学から知られる一群の曲面の曲率中心の軌跡の特性に従って、光線はコースティクスに接触することに注意してください。

（凸状の波面の場合）波面の曲率中心は光線自体上ではなく、光線が発せられる光学系を超えた光線の延長線上にあることが判明する可能性があることに留意する必要があります。 このような場合、私たちは想像上のコースティクス (または想像上のフォーカス) について話します。 この場合、光の強度はどこにも無限大に達しません。

強度を無限大にすると、もちろん、実際には、コースティクスの点での強度は大きくなりますが、有限のままです (§ 59 の問題を参照)。 無限大への正式な変換は、幾何光学近似がいずれの場合もコースティクス付近では適用できなくなることを意味します。 同じ状況は、光線に沿った位相の変化がコースティクスとの接触点を含まない光線のセクションでのみ式 (54.2) によって決定できるという事実にも関連しています。 以下 (§ 59) では、実際には、コースティクスを通過するときに場の位相が だけ減少することが示されます。 これは、最初のコースティックに接触する前のレイのセクションでフィールドが乗数 (レイに沿った座標) に比例する場合、コースティックを通過した後、フィールドは の点付近で比例することを意味します。 2 番目のコースティックが接触し、この点を超えるとフィールドは比例します。

波の過程に関与する媒質の粒子の変位 x と、ある瞬間における振動源 O からのこれらの粒子の距離 y との関係を確立してみましょう。より明確にするために、横波を考えてみましょう。その後のすべての考慮事項

縦波にも当てはまります。 ソース振動が高調波であるとします (§ 27 を参照)。

ここで、A は振動の振幅、円周周波数です。 すると、媒質のすべての粒子も同じ周波数と振幅で調和振動しますが、 異なるフェーズ。 図に示すように、正弦波が媒質内に現れます。 58.

波形グラフ (図 58) は調和振動グラフ (図 46) と表面的には似ていますが、本質的には異なります。 振動グラフは、特定の粒子の変位を時間の関数として表します。 波形グラフは、特定の瞬間における、媒体のすべての粒子の変位の、振動源までの距離への依存性を表します。 まるで波のスナップショットのようです。

振動源 (粒子 O) から距離 y に位置する特定の粒子 C を考えてみましょう。 粒子 O がすでに振動している場合、粒子 C は振動が から C まで伝播する時間、つまり波が経路 y を伝播する時間にのみ振動し続けていることは明らかです。 すると、粒子 C の振動方程式は次のように書けます。

しかし、波の伝播速度はどこにあるのでしょうか? それから

関係式 (23) は、いつでも波上の任意の点の変位を決定できるようにするもので、波動方程式と呼ばれます。 波長 X を、同じ位相にある波の最も近い 2 点間の距離、たとえば、隣接する 2 つの波頭間の距離として考慮することにより、波動方程式に異なる形式を与えることができます。 明らかに、波長は振動が一定の速度で伝わる距離に等しい。

ここで、 は波の周波数です。 次に、方程式に代入し、他の形式の波動方程式が得られることを考慮すると、次のようになります。

波の通過には媒質の粒子の振動が伴うため、振動のエネルギーは波とともに空間を移動します。 ビームに垂直な単位面積を通って単位時間当たりに波によって伝達されるエネルギーは、波の強度（またはエネルギー束密度）と呼ばれます。 波の強度の式が得られます。

光の波。

幾何（光線）光学の法則

光の波。 光強度。 軽い流れ。 幾何光学の法則。 全内部反射

光学は、光放射の性質、その伝播、物質との相互作用を研究する物理学の分野です。 光の波の性質を研究する光学の分野は、波動光学と呼ばれます。 光の波の性質は、干渉、回折、偏光などの現象の基礎となります。 光の波動特性を考慮せず、光線の概念に基づく光学の分野は、幾何光学と呼ばれます。

§ 1. 光の波

によると 現代のアイデア、光が表す 複雑な現象: 場合によっては電磁波のように動作し、別の場合には特殊な粒子 (光子) の流れのように動作します。 この性質を粒子波二元性（微粒子－粒子、二元性－二元性）といいます。 講義コースのこの部分では、光の波動現象について考えます。

光波は、真空中で次の範囲の波長を持つ電磁波です。

屈折率

他の電磁波と同様、媒質中の光の伝播速度は次のようになります ((7.3) を参照)。

媒体の光学特性を特徴付けるために、屈折率が導入されます。 真空中の光の速度と特定の媒体中の光の速度の比は次のように呼ばれます。 絶対屈折率:

ほとんどの透明な物質ではμ=1であるため。

式 (8.2) は、物質の光学的特性と電気的特性を結び付けます。 真空以外の媒体の場合、n> 1。真空の場合、n = 1、気体の場合、 通常の状態 n≈ 1。

屈折率は特徴を表します 光学密度環境。 屈折率が高い媒体は、光学的に高密度であると呼ばれます。 と表しましょう 絶対的な指標 2 つの媒体の屈折:

電磁波の場合、n = n(ν) または n = n(λ) - 屈折率は光の波長に依存します (講義番号 16、17 を参照)。

屈折率の波長 (または周波数) への依存性を分散といいます。

他の電磁波と同様、光波でもベクトル E と H は互いに垂直に振動します。

ベクトルv. 経験上、生理学的、光化学的、光電的、その他の種類の効果が電気ベクトルの振動によって引き起こされることがわかっています。 したがって、光ベクトルは強度ベクトルです。 電界光（電磁）波。

単色の光波の場合、光ベクトルがそれに沿った方向に投影される時間と空間の変化。

ここで、k は波数です。 r – 波の伝播方向に沿って測定された距離。 E m は光波の振幅です。 平面波の場合は E m = const、球面波の場合は 1/r として減少します。

§ 2. 光の強度。 ライトフロー

光波の周波数は非常に高いため、受光器または目は時間平均光束を記録します。 光の強度は、空間内の特定の点における時間平均エネルギー密度の係数です。 光波の場合、他の電磁波と同様、強度 ((7.8) を参照) は次と等しくなります。

光波 μ≈ 1 の場合、(7.5) から次のようになります。

μ0 H =ε0 ε E、

したがって、(8.2) を考慮すると、次のようになります。

式 (8.4) と (8.5) を (7.8) に代入してみましょう。 平均すると次のようになります。

したがって、光の強度は光波の振幅と屈折率の二乗に比例します。 注意してください。

真空と空気 n = 1 なので、I ~ E 2 m ((7.9) と比較)。

視覚を引き起こす能力を考慮して光の強度を特徴付けるために、光束と呼ばれる値 F が導入されます。 光が目に与える影響は波長に大きく依存します。 ほとんど

目は波長 λ × = 555 nm (緑色) の放射線に敏感です。

他の波の場合、目の感度はより低く、間隔 (400 ～ 760 nm) の外側では目の感度はゼロになります。

光束は視覚によって評価される光エネルギーの流れです。 光束の単位はルーメン（lm）です。 したがって、強度はエネルギー単位 (W/m2) または光単位 (lm/m2) で測定されます。

光強度は、波の伝播方向に対して垂直に配置されたサイトの単位面積を通って単位時間当たりに光波によって伝達される平均エネルギーの数値を特徴付けます。 光エネルギーが伝わる線は光線と呼ばれます。 光の伝播の法則を研究する光学の分野

光線に関する考え方に基づく放射線は、幾何光学または光線光学と呼ばれます。

§ 3. 幾何光学の基本法則

幾何光学は、光が特定の線、つまり光線 (光線光学) に沿って伝播するという仮定の下で光の伝播を大まかに考察したものです。 この近似では、λ→ 0 と仮定して、光の波長の有限性は無視されます。

幾何光学により、多くの場合、光学系を非常に適切に計算することができます。 しかし、多くの場合、光学システムの実際の計算では、光の波の性質を考慮する必要があります。

幾何光学の最初の 3 つの法則は古代から知られていました。 1. 光の直進の法則。

光の直進の法則は次のように述べています。

均質な媒質では、光は直線的に伝播します。

媒質が不均質である場合、つまり屈折率が点ごとに異なる場合、または n = n(r) の場合、光は直進しません。 で

不透明なスクリーンの穴、これらのスクリーンの境界などの鋭い不均一性が存在する場合、直線伝播からの光の偏りが観察されます。

2. 光線の独立の法則は次のように述べています。 光線は交差するときに互いに邪魔をしません。 強度が高い場合、この法則は守られず、光は光によって散乱されます。

3 と 4. 反射と屈折の法則は次のように述べています。 2 つの媒体間の界面では、光線の反射と屈折が発生します。 反射光線と屈折光線は、入射光線と同じ平面内にあります。

入射点の界面に復元された光線と垂線

入射角は反射角に等しい：

どのインジケーター

明るさは大きく異なる可能性があり、人間の目は明るさに適応する能力を備えているため、視覚的に照明の程度を判断することはできません。 異なる照明。 一方で、照明の強さは非常に強く、 重要幅広い活動分野で活躍中。 たとえば、映画やビデオ撮影のプロセスだけでなく、成長する過程も捉えることができます。 屋内植物.

人間の目は 380 nm の光を知覚します ( 紫) 最大 780 nm (赤色)。 私たちは、植物にとって最適ではない長さの波を最もよく認識します。 明るくて目に心地よい照明は、光合成に重要な波を十分に受けられない可能性がある温室内の植物には適していない可能性があります。

光の強さはルクスで測定されます。 明るく晴れた午後、我が家では 真ん中のレーンおよそ100,000ルクスに達し、夕方には25,000ルクスまで低下します。 濃い日陰では、その値はこれらの値の 10 分の 1 になります。 屋内では、木々や木々によって光が弱められるため、太陽光の強度ははるかに低くなります。 窓ガラス。 最も 明るい照明（夏の南側の窓ガラスのすぐ後ろ） 最良のシナリオ 3〜5千ルクス、部屋の中央（窓から2〜3メートル） - わずか500ルクス。 これは植物が生きていくために必要な最低限の照明です。 通常の成長には、気取らないものでも少なくとも800ルクスが必要です。

光の強さを目で判断することはできません。 この目的のための装置があり、その名前はルクスメーターです。 購入する際には測定する波長範囲を明確にする必要があります。 デバイスの機能は可能性よりも広い 人間の目, しかし、それでも限られています。

光の強度は、カメラや写真露出計を使用して測定することもできます。 確かに、受け取ったユニットをスイートに再計算する必要があります。 測定するには、次の場所を配置する必要があります ホワイトリスト紙に紙を当て、それにカメラを向けます。感度は 100、絞りは 4 に設定されています。シャッター スピードを決定したら、その分母に 10 を掛ける必要があります。結果の値は、ルクス単位の照明にほぼ対応します。 例えばシャッタースピードが1/60秒の場合。 照明は約600ルクス。

花の栽培や世話に興味があるなら、もちろん、植物が通常の光合成を行うために光エネルギーが不可欠であることはご存知でしょう。 光は、花の成長速度、方向、発達、葉の大きさと形に影響を与えます。 光の強度が低下すると、植物内のすべてのプロセスが比例して遅くなります。 その量は、光源の距離、窓が向いている地平線の側、およびシェーディングの程度によって異なります。 街路樹、カーテンやブラインドの存在から。 どうやって 明るい部屋、植物はより活発に成長し、より多くの水、熱、肥料が必要になります。 植物が日陰で育つ場合、手入れはそれほど必要ありません。

映画やテレビ番組を撮影する場合、照明は非常に重要です。 テレビスタジオのような特殊なランプを使用した約1000ルクスの照度で高画質な撮影が可能です。 ただし、照明が少なくても許容できる画質を得ることができます。

スタジオ内の光の強度は、ビデオカメラに接続された露出計または高品質カラーモニターを使用して、撮影前および撮影中に測定されます。 撮影前に、露出計を持ってセット全体を歩き回って、暗い部分や明るすぎる部分を特定し、危険を回避することをお勧めします。 ネガティブな現象映像を見るとき。 さらに、照明を正しく調整することで、撮影シーンの表現力をさらに高め、必要な演出効果を得ることができます。

光は、すべての人が素晴らしい気分と精神的健康を保つために必要なものです。 そのおかげで、私たちは物体を見て、その形や材料の構造を区別する機会を得ることができます。 日照時間効率と生産性を向上させることができます。 自分で器具やランプを選択するときは、照明を正しく選択する必要があることを忘れないでください。 屋内 さまざまな目的のために照明強度に対する可変的なアプローチは許容されます。 適切なランプを選択するには、光がどのように測定されるかを知る必要があります。

そして人工的な

人間の健康の専門家は全員、人間にとって最良の光源は自然光源であると異口同音に宣言します。 体内の多くのビタミンや微量元素の生成を促進し、目にも最も有益です。 各項目は、 自然光歪みや映り込みなく見ることができます。

しかし残念ながら、 現代世界はその条件を決定し、私たちはもはや人工光源なしではやっていけません。 暗い時間そうしないと、都市の生活が完全に停止してしまうでしょう。 各アパートメントには多くのものが含まれています さまざまなランプ、さまざまな壁取り付け用燭台、フロアランプ、ランプシェードを購入するときに、店で光がどのように測定され、何に注意する必要があるのか​​がわからないことがよくあります。

どんな光があるのでしょうか？

光の強度の選択と同じくらい重要なのは、照明のカテゴリまたはタイプです。 すでに述べたように、最も快適で安全な光は自然光源です。 彼は持っています 暖かい日陰そして目にもほとんど害がありません。 同様の色調に最も近いものは、光出力が赤みがかった古い白熱灯でした。 彼らは目を刺激せずにコピーしました 日光アパートの窓に落ちる。

現代のランプには、動作要素と光の種類に多くのバリエーションがあります。 新しいランプを購入する前に、パッケージに表示されているランプの種類を必ずご確認ください。 例えば、 暖かい光住宅用地に最適でしょう。 ニュートラルは通常オフィスや大規模な場所で使用されます。 生産施設。 冷光は時計製造のワークショップでよく使用され、その青みがかった光は見分けるのに役立ちます。 小さな部品。 冷たい光の色合いは、亜熱帯の国でも歓迎されており、空気の涼しさと透明感がさらに増します。

上記に基づいて、リラックスした家の雰囲気に希望​​の雰囲気と快適さのレベルを作り出す適切なタイプの電球をいつでも選択できます。 心理学者は、照明の種類が企業内の作業雰囲気の形成に重要な役割を果たすことを証明しました。 当然、労働生産性もこれに依存します。

光の強度を測定するためにどのようなパラメータが使用されますか?

平均的な購入者は、光がどのように測定されるか、そしてこの情報がどれほど重要であるかについてさえ考えません。 結局のところ、測定される光は、多くの定量的および定性的パラメーターに従って測定されます。 アパートの改修を計画し、各部屋に必要な電球の数を数えるときは、それらを考慮する必要があります。

光は次の特性に従って測定できます。

• 強度;
• 強さ;
• 輝度

同様に、「目で」必要なパラメータをすべて決定することはできないため、視力と前向きな状態を維持するのに役立つデバイスの購入に注意する必要があります。 心理的態度一日中いつでも。

光の明るさはどのように測定されるのでしょうか？

明るさはとても 重要な特性光源。 照明の明るさによって、私たちの周りのすべての物体をはっきりとコントラストを付けて見ることができます。 明るさにより、空間認識と白と黒の露出が向上します。 また、読書時の快適さを決めるのは光源の明るさです。 印刷されたテキスト、そしてこれは目の健康に直接影響することが知られています。

明るさについて話している場合、光がどのような単位で測定されるかを思い出すのは非常に簡単です。 カンデラは、光源の明るさを測定するために最もよく使用されます。 この単位は、1 つのキャンドルの燃焼の明るさを示し、そこから他のすべてのキャンドルがはじかれます。 計測器。 専門家は、ランベルトやアポスティルベといった他の測定単位を使用することもあります。

照明の明るさを測定できる装置は何ですか?

最新の専門機器店はいつでもお客様に提供する準備ができています。 たくさんの光の明るさを測定するためのさまざまな機器。 明るさ計と比色計が最もよく機能します。 特定の部屋の明るさの度合いだけでなく、部屋の色温度も決定することができます。

高度な機能を備えたデバイスは、スタジオ撮影に携わるプロの写真家に適しています。 そして、のために 家庭のニーズ追加オプションのない通常の明るさメーターで十分です。

何で

光パワー - 学校の物理コースによれば、一定時間内にある点から別の点に移動できる光のエネルギーとして特徴づけられます。 このエネルギーは、指定された軌道に応じて方向を変えることができます。

光エネルギーはカンデラで測定されます。 つまり、家庭用の明るさ計を購入すれば、明るさだけでなく光の強さもいつでも測定できます。

光の強さ：それは何で測定されますか？

光の強さは照度と呼ばれることが多く、照明器具や照明器具を選択する際にも重要です。 さまざまな種類ランプ ここではいくつかのニュアンスを考慮する必要がありますが、子供でも光の強度がどのように測定されるかを覚えています。

特定の表面に何かが落ちることについて話している場合、それをルーメンで測定する必要があります。 しかし、物体や表面の照度を知りたい場合は、ルクスについて話す必要があります。

このような微妙な点は、光がルーメンで測定されることをどこかで聞いたことがある購入者を怖がらせたり、電球のパッケージに表示されている理解できない測定単位に当惑したりすることがよくあります。 非常に一般的なデバイスである照度計は、部屋の照明の程度を決定する問題に対処するのに役立ちます。

ルクスメーター - 健康な視力を維持するデバイス

光の測定単位を思い出すのが難しい場合は、ルクスメーターを使用すると時間と神経細胞を節約できます。 このデバイスには、 小さいサイズおよび重量、ほとんどの場合、表示部と測定部で構成されます。

このアシスタントは自宅でも使用できます。 教育機関または オフィスの敷地。 データを取得するには、光源をオンにして測定するだけです。 数秒以内に結果がディスプレイに表示され、電球やランプが目にどれだけ安全であるかを示します。

アパートやその他の住宅用

目に快適な照明を選択するには、光の測定方法を知るだけでは十分ではありません。 また、場所を計画するときに使用する必要がある照明基準に関する情報も必要です。 照明器具アパートで。

各部屋と空間には、ルクスで測定される独自の必要な照度レベルがあります。 たとえば、子供部屋はアパートの中で最も明るい部屋である必要があります。 ここには 200 室未満のスイートはあり得ません。そうしないと、赤ちゃんの健康が大きな危険にさらされます。

キッチンや他の部屋は 150 ルクスの明るさで照らすことができますが、ユーティリティ ルームや廊下は 50 ルクスで問題ありません。 これらの基準を遵守することで、家族に快適な生活、ワシさえも羨むような優れた気分と視力が保証されます。

家族を大切に思うなら、アパートのランプにどのような電球が取り付けられているかを正確に知っておくべきです。 結局のところ、正気の人は皆、仕事から元気な子供たちと思いやりのある妻が待っている家に戻ることを夢見ています。 良いロケーション精神。 そして、夢を最終的に現実にする上で重要な役割を果たすのは、適切に選択された照明です。