Как се нарича единицата за измерване на интензитета на светлината? Как се измерва интензитетът на светлината

Частица или вълна?

В началото на двадесети век учените бяха озадачени от поведението на светлинните кванти - фотоните. От една страна, интерференцията и дифракцията говореха за тяхната вълнова същност. Следователно светлината се характеризира със свойства като честота, дължина на вълната и амплитуда. От друга страна, експериментите на Лебедев убедиха научната общност, че фотоните придават импулс на повърхностите. Това би било невъзможно, ако частиците нямат маса. Така физиците трябваше да признаят: електромагнитното излъчване е едновременно вълна и материален обект.

Фотонна енергия

Както Айнщайн доказа, масата е енергия. Този факт доказва централното ни светило Слънцето. Термоядрена реакция превръща маса от силно компресиран газ в чиста енергия. Но как да се определи мощността на излъчената радиация? Защо сутрин, например, интензивността на слънчевата светлина е по-ниска, отколкото на обяд? Характеристиките, описани в предходния параграф, са свързани помежду си чрез специфични взаимоотношения. И всички те сочат към енергията, която носи електромагнитното излъчване. Тази стойност се променя нагоре, когато:

намаляване на дължината на вълната;
нарастваща честота.

Каква е енергията на електромагнитното излъчване?

Фотонът е различен от другите частици. Неговата маса и следователно енергията му съществуват само докато се движи в пространството. При сблъсък с препятствие квантът светлина увеличава вътрешната си енергия или му придава кинетичен момент. Но самият фотон престава да съществува. В зависимост от това какво точно действа като пречка, настъпват различни промени.

Ако препятствието е твърдо тяло, тогава най-често светлината го нагрява.Възможни са и следните сценарии: фотон променя посоката си, стимулира химическа реакция или кара един от електроните да напусне своята орбита и да премине в друго състояние (фотоелектричен ефект).
Ако препятствието е една молекула, например от разреден облак от газ в космоса, тогава фотонът кара всичките му връзки да вибрират по-силно.
Ако препятствието е масивно тяло (например звезда или дори галактика), тогава светлината се изкривява и променя посоката на движение. Този ефект се основава на способността да се "погледне" в далечното минало на Космоса.

Наука и хуманност

Научните данни често изглеждат като нещо абстрактно, неприложимо в живота. Това се случва и с характеристиките на светлината. Когато става въпрос за експериментиране или измерване на радиацията на звездите, учените трябва да знаят абсолютните стойности (те се наричат фотометрични). Тези понятия обикновено се изразяват като енергия и мощност. Спомнете си, че мощността се отнася до скоростта на промяна на енергията за единица време и като цяло показва количеството работа, което системата може да произведе. Но човекът е ограничен в способността си да усеща реалността. Например, кожата усеща топлина, но окото не вижда фотона на инфрачервеното лъчение. Същият проблем с единиците за светлинен интензитет: мощността, която радиацията действително показва, е различна от силата, която човешкото око може да възприеме.

Спектрална чувствителност на човешкото око

Напомняме ви, че дискусията по-долу ще се съсредоточи върху средните показатели. Всички хора са различни. Някои изобщо не възприемат отделните цветове (далтонисти). За други културата на цвета не съвпада с приетата научна гледна точка. Например японците не правят разлика между зелено и синьо, а британците - синьо и синьо. На тези езициразличните цветове се обозначават с една дума.

Единицата за интензитет на светлината зависи от спектралната чувствителност на средното човешко око. Максималната дневна светлина пада върху фотон с дължина на вълната 555 нанометра. Това означава, че в светлината на слънцето човек вижда най-добре зеления цвят. Максимумът на нощното виждане е фотон с дължина на вълната 507 нанометра. Следователно под луната хората виждат по-добре сините предмети. Привечер всичко зависи от осветлението: колкото по-добро е, толкова по-зелен става максималният цвят, който човек възприема.

Структурата на човешкото око

Почти винаги, когато става въпрос за визия, казваме това, което окото вижда. Това е неправилно твърдение, защото мозъкът възприема преди всичко. Окото е само инструмент, който предава информация за светлинния поток към главния компютър. И като всеки инструмент, цялата система за възприемане на цветовете има своите ограничения.

В човешката ретина има два различни типа клетки - колбички и пръчици. Първите отговарят за дневното зрение и възприемат по-добре цветовете. Последните осигуряват нощно виждане, благодарение на пръчките, човек прави разлика между светлина и сянка. Но те не възприемат добре цветовете. Пръчките също са по-чувствителни към движение. Ето защо, ако човек върви през лунен парк или гора, той забелязва всяко полюшване на клоните, всеки полъх на вятъра.

Еволюционната причина за това разделение е проста: имаме едно слънце. Луната свети с отразена светлина, което означава, че нейният спектър не се различава много от спектъра на централното светило. Затова денят се разделя на две части – светла и тъмна. Ако хората живееха в система от две или три звезди, тогава нашата визия вероятно щеше да има повече компоненти, всеки от които беше адаптиран към спектъра на едно светило.

Трябва да кажа, че на нашата планета имасъщества, чието зрение е различно от това на човека. Обитателите на пустинята например улавят инфрачервена светлина с очите си. Някои риби могат да виждат почти ултравиолетово, тъй като това лъчение прониква най-дълбоко във водния стълб. Нашите домашни котки и кучета възприемат цветовете по различен начин и техният спектър е намален: те са по-добре адаптирани към светлотеницата.

Но всички хора са различни, както споменахме по-горе. Някои представители на човечеството виждат близка инфрачервена светлина. Това не означава, че те няма да имат нужда от термокамери, но те са в състояние да възприемат малко по-червени нюанси от повечето. Други са разработили ултравиолетовата част от спектъра. Такъв случай е описан например във филма "Планетата Ка-Пакс". Главният герой твърди, че идва от друга звездна система. Изследването разкри, че има способността да вижда ултравиолетова радиация.

Това доказва ли, че Прот е извънземен? Не. Някои хора могат да го направят. В допълнение, близкият ултравиолетов спектър е близо до видимия спектър. Нищо чудно, че някои хора вземат малко повече. Но Супермен определено не е от Земята: рентгеновият спектър е твърде далеч от видимото, за да може такова виждане да бъде обяснено от човешка гледна точка.

Абсолютни и относителни единици за определяне на светлинния поток

Изброяване и сравнение на абсолютни и относителни стойности

За да разберем в какво се измерва силата на светлината, е необходимо да сравним "абсолютните" и "човешките" стойности. Вдясно са чисто физически понятия. Отляво са стойностите, в които те се превръщат при преминаване през системата на човешкото око.

Силата на радиацията се превръща в сила на светлината. Понятията се измерват в кандели.
Енергийната яркост се превръща в яркост. Количестваизразено в кандели на квадратен метър.

Характеристики на концепцията за "кандела"

Вече споменахме този термин по-горе. Ние също така обяснихме защо една и съща дума се използва за обозначаване на напълно различни концепции на физиката, свързани със силата на електромагнитното излъчване. И така, мерната единица за интензитета на светлината се нарича кандела. Но на какво е равно? Една кандела е интензитетът на светлината в известна посока от източник, който излъчва строго монохроматично лъчение с честота 5,4 * 10 14, а енергийната сила на източника в тази посока е 1/683 вата на единица телесен ъгъл. Четецът може лесно да преобразува честотата в дължина на вълната, формулата е много лесна. Ще ви подскажем: резултатът е във видимата област.

Единицата за измерване на интензитета на светлината се нарича "кандела" с причина. Тези, които знаят английски, помнят, че свещта е свещ. Преди много области на човешката дейност се измерваха в естествени параметри, например конски сили, милиметри живак. Така че не е изненадващо, че мерната единица за интензитета на светлината е кандела, една свещ. Само една свещ е много особена: със строго определена дължина на вълната и произвежда определен брой фотони в секунда.