Световой поток — физическая величина, характеризующая «количество» световой энергии в соответствующем потоке излучения. Иными словами, «cветовой поток является величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза»^[1].

• Обозначение: Φ_ν
• Единица измерения СИ: люмен

Вычисление

Для определения величины светового потока, сначала необходимо спектральную плотность мощности излучения умножить на величину относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения V_λ, затем проинтегрировать в пределах видимого диапазона длин волны (то есть от 380 до 780 нм). Затем полученный результат (Φ_e; измеряется в Вт) нужно умножить на фотометрический эквивалент излучения (K_m; константа=683 лм/Вт))^[2].

Измерение

Измерение светового потока от источника света производится при помощи специальных приборов — сферических фотометров, либо фотометрических гониометров. Трудность измерения заключается в том, что необходимо измерить поток, который испускается во всех направлениях — в телесный угол 4π.

Для этого можно использовать сферический фотометр — прибор, представляющий собой сферу с внутренним покрытием, имеющим коэффициент отражения близкий к 1. Исследуемый источник света помещается в центр сферы и при помощи фотоэлемента, вмонтированного в стенку сферы и покрытого фильтром с кривой пропускания, равной кривой спектральной чувствительности глаза, измеряется сигнал, пропорциональный освещенности фотоэлемента, которая, в свою очередь, в данном устройстве пропорциональна световому потоку от источника света (фотоэлемент измеряет только рассеяный свет, так как заслонён от прямого излучения источника специальным экраном). Путём сравнения полученного сигнала с сигналом от эталонного источника света можно измерить абсолютный световой поток источника света.

Другая возможность состоит в применении фотометрических гониометров. В этом случае производится измерение освещённости, создаваемой исследуемым источником, на воображаемой сферической поверхности. Для этого люксметр проходит последовательно при помощи гониометра все позиции на сфере. Интегрируя измеренные освещённости (измеряются в люксах: 1 люкс = 1 люмен/м²) по площади сферы (м²), получим абсолютный световой поток источника света (в люменах). Условием получения абсолютных значений является калиброванный в абсолютных величинах люксметр. Можно также использовать простой фотоэлемент, если сравнивать измеренный поток с потоком от эталонного источника.

Пояснения

Значение фотометрического эквивалента излучения K_m однозначно задаётся определением основной фотометрической величины — канделы, а именно, одна кандела — это сила света, излучаемая в каком-либо направлении источником монохроматического излучения с частотой 540·10¹² Гц, имеющим в этом направлении мощность излучения 1/683 Ватт/стерадиан. Излучение с частотой 540·10¹² Гц соответствует в воздухе длине волны 555 нм^[3], то есть максимуму кривой спектральной чувствительности светоадаптированного глаза. Поэтому коэффициент K_m находится из тождества

1 кд = K_m·V_λ(555)·1/683 Вт/ср,

откуда K_m = 683 (кд·ср)/Вт = 683 лм/Вт.

Для случая ночного зрения значение фотометрического эквивалента излучения изменяется. Поскольку величина канделы не зависит от вида кривой спектральной чувствительности, то все предыдущие соображения остаются справедливыми. Для определения величины фотометрического эквивалента излучения ночного зрения K'_m достаточно заменить значение на (на значение кривой спектральной чувствительности для ночного зрения на длине волны 555 нм). При этом получим K'_m=1699 лм/Вт.

Человеческий глаз считается светлоадаптированным при яркостях более 100 кд/м². Ночное зрение наступает при яркостях менее 10⁻³ кд/м². В промежутке между этими величинами человеческий глаз функционирует в режиме сумеречного зрения.

Примечания

1. ↑ Гуревич М. М. Фотометрия. Теория, методы и приборы. — 2-е изд. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1983. — С. 24. — 272 с. — 7 500 экз.
2. Теория измерений. Точность средств измерений: Учебное пособие
3. ↑ Более точное значение – 555,016 нм. Учёт отличия этого значения от величины 555 нм приводит лишь к незначительным для практики поправкам и поэтому здесь не производится.