Определение зависимости освещенности поверхности от расстояния до источника света.

Суть эксперимента состоит в освоении методики замера освещенности при помощи люксметра и анализе точности его показаний на основе закона обратных квадратов.

Теоретические основы эксперимента

Закон обратных квадратов.

Доказали, что освещенность при изменении расстояния от точечного источника света в 2 раза, меняется в 4 раза.

Например: при увеличении расстояния в два раза освещенность уменьшается в четыре раза,

Это объясняется 4-кратным увеличением площади поверхности, на которую падает свет в 1 кд, если расстояние увеличивается в 2 раза. Это правило распространяется только для точечных источников света.

За точечный источник света приняли источники, у которых диаметр площади излучения превышает расстояние до освещаемого объекта в 7 раз и более. Идеально точечного источника света не существует, поэтому погрешности неизбежны.

Ход работы:

1) На эталонный источник света подавалось напряжение Uэт: 184 в.

2) По табличным расстояниям распологался светоприемник люкстера и измерились значение освещенности. (E.изм)

3) По формуле вычислялись значение и записали в такую же таблицу.

Е_выч= I_эт/L²

Последовательно мы построили графики зависимости Е_выч= f(L) и E_изм= f(L)

4) Далее мы стали вычислять погрешности измерений и перевести значения освещенности из люкс в фут-канделы по формуле

Е (фт-кд)= Е(лк)/ 10.76

Таблица 1-2

Эталонный источник : тип лампы – КГМ 220V / 650W, U_эт= 188 В, I

эт = 1000 кд.

L, м	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4
L 2,м2	0,09	0,16	0,25	0,36	0,49	0,64	0,81	1,0	1,44	1,96	2,56	3,24	4,00	4,84	5,76
Евыч= Iэт/L2, лк	11111	6250	4000	2778	2040	1562	1234	1000	694	510	390	309	250	207	174
Eизм, лк	14640	7138	4382	2939	2110	1604	1238	990	678	495	383	299	242	201	169
Абсолютная погрешность Δабс , лк	3529	888	382	162	70	42	4	-10	-16	-15	-7	-10	-8	-6	-5
Относительная погрешность Δотн , %	31,7%	14%	9,5%	5,8%	3,4%	2,6%	0,3%	0	-2,3%	-2,9%	-1,7%	-3,2%	-3,2%	-2,8%	-2,8%
Eизм(фут-кд)= Eизм(лк)/10,76	1344	682	418	280	201	153	118	94	64	47	36	28	23	19	16

Δабс = Еизм–Евыч , лк; .

Δабс Δотн = ————-— 100 % Евыч

Вывод:

Эксперимент показал, что закон обратных квадратов действует. Это очень хорошо видно почти во всех измерениях, где погрешность получилось — 7, это допустимая инструментальная погрешность прибора «Minolta», только при маленьких расстоянии (0,3 / 0,4 / 0,5) получается не допустимая погрешность (31,7% / 14% / 9,5%)

Можно сделать вывод, что допущена методическая и инструментальная погрешности. По таблице и графику видно, что в разделе с 0,3 по 1 метр относительная погрешность примерно равномерно уменьшалась. Причин её возникновения ошибки в измерении может быть много, но самая важная из них – на люксметр попадал свет, отраженный от кожуха лампы накаливания.

Даже допустив такую ошибку можно сказать, что полученные данные достаточно точны.

Задание 1. Экспериментальная проверка зависимости освещенности поверхности от расстояния до точечного источника света Описание установки

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина»

Кафедра физики

ФОТОМЕТРИЯ

Методические указания к лабораторной работе

по оптике №3.1

Иваново 2008

Составитель КАБАНОВ О.А.

Редактор КОСТЮК В.Х.

Содержат краткие теоретические сведения из раздела «Фотометрия», формулировки определений основных фотометрических величин, а также описание лабораторной установки и методические указания к выполнению лабораторной работы по оптике №3. 1.

Предназначены для студентов 2-го курса, изучающих курс общей физики, раздел «оптика».

Утверждены цикловой методической комиссией ИФФ

Рецензент

кафедра физики ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И.Ленина»

ФОТОМЕТРИЯ

Методические указания к лабораторной работе по оптике №3.1

Составитель КАБАНОВ Олег Альбертович

Редактор Н.С.Работаева

Лицензия ИД № 05285 от 4 июля 2001 года

Подписано в печать 17.12.08 Формат 60х84 .

Печать плоская. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 200 экз. Заказ №

ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина»

Отпечатано в РИО ИГЭУ

153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34.

Лабораторная работа №3.1

ФОТОМЕТРИЯ

Цель работы: экспериментальная проверка закона освещенности.

Теоретическое обоснование

Фотометрия – раздел оптики, изучающий энергетические характеристики оптического излучения в процессах его испускания, распространения и взаимодействия с веществом. Основные фотометрические величины: световой поток, сила света, освещенность, яркость.

Световой поток () – мощность оптического излучения, оцениваемая по зрительному ощущению, или по его действию на селективный приемник света. Значение светового потока определяется выражением

.

В этом выражении – относительная спектральная чувствительность. Вид данной функции для среднего нормального человеческого глаза показан на рис.1.

Рис.1. Функция относительной спектральной чувствительности

человеческого глаза

Световое ощущение вызывают электромагнитные волны в диапазоне 0,4 – 0,76 мкм. Наиболее чувствителен глаз к излучению с длиной волны 0,555 мкм (зеленая часть спектра). Значение функции для этой длины волны равно единице.

– функция распределения потока энергии по длинам волн. Она определяется как , где – поток энергии, приходящийся на длины волн в диапазоне от  до +d.

Единица измерения светового потока – люмен (лм).

Световому потоку в 1 лм, образованному излучением с длиной волны 0,555 мкм, соответствует поток энергии, равный 0,00146 Вт.

Световому потоку в 1 лм, образованному излучением с другим значением длины волны, соответствует поток энергии, равный Вт.

Точечный источник света – источник света, размеры которого много меньше расстояния от него до освещаемой поверхности.

Сила света (I) – отношение светового потока d, распространяющегося от точечного источника света внутри элементарного телесного угла (рис.2), содержащего некоторое направление, к величине этого телесного угла d:

.

Рис.2. К пояснению определения силы света

Если сила света источника не зависит от направления излучения, то такие источники называются изотропными. Сила света (I) равна отношению полного светового потока , излучаемого точечным изотропным источником по всем направлениям, к величине полного телесного угла =4:

.

Единица измерения силы света – кандела (кд). Она воспроизводится по световым эталонам и входит в качестве основной единицы в Международную систему единиц. Первичным эталоном является так называемый полный излучатель, обладающий свойствами абсолютно черного тела. 1 кд – сила света, испускаемого с площади 1/600000 м² свечения полного излучателя в перпендикулярном этому к этому сечению направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины (2042 К), и давлении 101325 Па.

Освещенность (E) – отношение светового потока d, падающего на элемент поверхности, к площади этого элемента dS:

.

Единица измерения освещенности – люкс (лк). Освещенность в 1 лк создается световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным по поверхности площадью 1 м².

Светимость (M) – отношение светового потока d, исходящего от элемента поверхности во всех направлениях, к площади этого элемента dS:

.

Единица измерения светимости – люмен с квадратного метра (лм/м²).

Светимость характеризует излучение света данным элементом поверхности по всем направлениям.

Яркость (L), поверхностно-пространственная плотность светового потока, исходящего от поверхности, – отношение светового потока d к геометрическому фактору ddScos:

.

Здесь d – заполненный излучением телесный угол; dS – площадь участка, испускающего излучение;  – угол между нормалью к участку и направлением излучения (рис. 3).

Рис.3. К пояснению определения яркости

Из общего определения яркости следуют два частных выражения её взаимосвязи с другими световыми величинами:

1) – взаимосвязь яркости и силы света,

2) – взаимосвязь яркости и освещенности.

Единица измерения яркости – кандела на квадратный метр (кд/м²).

Яркость характеризует излучение света данным элементом поверхности в заданном направлении.

Из всех световых величин яркость наиболее связана со зрительными ощущениями, так как освещенность изображений на сетчатке глаза пропорциональна их яркости.

Закон освещенности

Пусть на некоторую поверхность (рис. 4) площадью dS падает

Рис.4. К пояснению закона освещенности

свет от точечного изотропного источника света с силой света I, расстояние от точечного источника до поверхности – r, угол между вектором нормали к поверхности n и направлением на источник (угол падения) – α.

Для освещенности поверхности справедлив закон освещенности.

Освещенность поверхности пропорциональна силе света, пропорциональна косинусу угла падения и обратно пропорциональна квадрату расстояния от точечного источника света до поверхности.

Математическая формулировка закона освещенности:

.

Для изотропного источника света математическая формулировка может выглядеть следующим образом:

.

Теоретические соображения, из которых получен данный закон, следующие. Пусть изотропный точечный источник света излучает свет ‑ электромагнитные волны, переносящие энергию W за единицу времени во всех направлениях. На рис. 5 изображен точечный источник и сечения двух концентричных с ним сферических поверхностей.

Рис. 5. К пояснению закона освещенности, с точки зрения закона сохранения энергии

Энергия, которую перенесут эти волны за единицу времени через произвольные выделенные сферические поверхности разных радиусов, будет одинакова (по размерности и смыслу это Ф). Различной будет величина энергии, переносимой волнами через единицу поверхности за единицу времени, т.е. , где – площадь поверхности сферы. С увеличением радиуса эта величина, имеющая размерность и смысл освещенности, уменьшается обратно пропорционально квадрату радиуса.

Внешний вид установки представлен на рис. 6.

Рис. 6. Внешний вид установки

Установка включает следующие элементы, обозначенные цифрами на рисунке:

1. – оптическая скамья;

2. – источник света ‑ лампа накаливания;

3. – фотоэлемент;

4. – блок контроля.

Внешний вид блока контроля представлен на рис.7. Блок контроля содержит следующие элементы, обозначенные цифрами на рисунке:

1. – регулятор напряжения фотоэлемента;

2. – микроамперметр, служащий для измерения силы тока, протекающего через фотоэлемент;

3. – вольтметр, служащий для измерения напряжения на фотоэлементе.

Блок контроля также содержит источники питания лампы накаливания и фотоэлемента.

Рис.7. Внешний вид блока контроля

Проведение эксперимента Включение установки

Блок контроля включить в сеть переменного напряжения 220 В. Включает лаборант!

Обеспечить затемнение помещения.

Порядок выполнения измерений

1. Вращением ручки перемещения суппорта штатива лампы накаливания (1 на рис.8) установить суппорт штатива так, чтобы измерительная риска (2 на рис.8) соответствовала делению «0» на измерительной линейке оптической скамьи.

2. Установить суппорт штатива фотоэлемента рядом (вплотную) с суппортом штатива лампы накаливания.

3. Регулятором напряжения фотоэлемента (1 на рис.7) установить значение напряжения в диапазоне 30 – 40 В, производя контроль по вольтметру (3 на рис. 7). При этом желательно, чтобы показания микроамперметра (2 на рис.7) являлись целым числом в диапазоне 17 – 20 мкА. Установленное значение показаний микроамперметра занести в табл. 1.

4. Определить расстояние от фотоэлемента до источника света по измерительной линейке оптической скамьи, т.е. значение, указываемое измерительной риской (2 на рис.9) на суппорте штатива фотоэлемента (рис.9). Результаты занести в табл. 1.

5. Увеличить расстояние от фотоэлемента до источника света, перемещая штатив фотоэлемента таким образом, чтобы показания микроамперметра уменьшились на 1 мкА. Показания микроамперметра занести в табл.1.

6. Выполнить пункты 4, 5 порядка выполнения измерений до достижения значения тока фотоэлемента, равного 1 мкА.

7. Удалить фотоэлемент на максимальное расстояние от лампы (насколько хватает длины провода). Показания микроамперметра (с точностью до десятых долей деления) записать как значение i_пар – значение силы тока, обусловленное влиянием паразитных источников света.

Рис.8. Суппорт штатива лампы Рис.9. Суппорт штатива фотоэлемента

Таблица 1. Зависимость силы тока фотоэлемента от расстояния между лампой и фотоэлементом

Сила тока фотоэлемента i, мкА	Расстояние между лампой и фотоэлементом r, см	ln(i)	ln(i–iпар)	ln(r)

Примечание. Размер таблицы должен обеспечить запись около 20 строк экспериментальных значений.

Обработка результатов эксперимента

Заполнить таблицу результатов эксперимента значениями ln(i), ln(r). Значения величин должны содержать три значащих цифры.

Графический способ обработки результатов эксперимента заключается в следующем. Линеаризуем степенную функцию закона освещенности:

.

Для этого возьмем логарифмы от обеих частей уравнения

.

Преобразуем уравнение:

.

Сила тока (i), протекающего через фотоэлемент, пропорциональна освещенности (E). Эту зависимость можно представить как:

,

где γ – некоторая константа.

С учетом данного выражения уравнение приобретает вид

,

или _.

Это линейное уравнение вида:

,

где ; ; ; .

Геометрический смысл коэффициента k – тангенс угла наклона прямой, значение которого можно определить графически.

Построить график зависимости как функцию от . Размер графика должен быть не менее размера тетрадного листа. Масштаб единиц по каждой оси выбирается отдельно. Масштабные метки должны иметь целочисленные значения (не значения из таблицы). В поле графика проставляются точки, координаты которых заданы в таблице. Затем по линейке проводится прямая линия таким образом, чтобы удаление от каждой точки до прямой линии было минимальным. Образец графика приведен на рис.10.

Совпадение точек (экспериментальных данных) с прямой линией (теория) свидетельствует о том, что зависимость E(r) является степенной, т.е.

.

Рассчитать тангенс угла наклона прямой линии k. Для этого необходимо выбрать две точки на линии, желательно на максимальном удалении друг от друга для повышения точности. Точки выбираются произвольно из соображений удобства определения значений их координат. Они не должны являться экспериментальными точками. Далее следует определить координаты этих точек (ln(i₁), ln(r₁)), (ln(i₂), ln(r₂)). Достроить на графике прямоугольный треугольник, гипотенузой которого является ограниченный точками отрезок прямой линии, а катетами отрезки, проведенные из точек параллельно координатным осям.

Значение тангенса определится выражением

.

Рис.10. Образец графика зависимости силы фототока от расстоянияния

Полученное значение тангенса угла наклона прямой должно соответствовать теоретическому значению показателя степени расстояния от источника до поверхности в законе освещенности, то есть двум.

Рассчитать относительную погрешность экспериментально определенного значения показателя степени в законе освещенности (тангенса) по формуле

.

Дать оценку величины погрешности. Для этого оценить величину вклада различных факторов в значение погрешности. Рассмотрите следующие факторы.

Первый фактор. Закон освещенности выполняется для точечного источника света – модельного объекта. В экспериментальной установке в качестве источника света используется лампа накаливания – реальный объект. Рассчитать погрешность аппроксимации реального объекта модельным объектом. Для этого измерить длину нити накала лампы. Измеренное значение поделить на минимальное значение расстояния от лампы до фотоэлемента (взять из табл. 1) и умножить на 100%.

Второй фактор – паразитные источники света. В ходе эксперимента на фотоэлемент попадал свет не только от лампы, но и свет, отраженный от стен, других предметов, и свет от других ламп освещения. Вклад паразитных источников света в освещенность можно оценить в виде значения силы тока в цепи фотоэлемента при максимальном удалении фотоэлемента от лампы. Считая этот вклад постоянным, значение нужно вычесть из каждого измеренного значения силы тока фотоэлемента. На графике зависимости от достроить зависимость от . Через новую совокупность точек провести прямую линию. Следуя вышеизложенной методике, определить значение тангенса угла наклона для этой прямой линии.

Рассчитать новое значение погрешности определенного показателя степени расстояния в законе освещенности.

Сформулировать общий вывод в соответствии с целью работы на основании результатов, полученных при выполнении экспериментальных заданий.

Понимание закона обратных квадратов света

В этом сообщении в блоге я хотел бы поделиться с вами некоторыми соображениями относительно связи между апертурой и законом обратных квадратов света, а также их влиянием на падение света. выключенный.

Содержание

Шкала диафрагмы (диафрагма)

Позвольте мне облегчить ваше знакомство с этой темой, объяснив сначала диафрагму.

Переключение с максимальной диафрагмы на следующую меньшую уменьшает количество света, попадающего на объектив. Кроме того, диаметр диафрагмы каждый раз уменьшается в 1/√2 раза, что также сокращает поверхность линзы и, следовательно, количество света в 9 раз.0014 половина .

Благодаря этой градации мы просто адаптируем выдержку и диафрагму к существующему освещению: каждое число f (f-stop) является результатом предыдущего, умноженного на √2 (что равно 1,414). Мы округляем результат до 1,4, чтобы, например, апертура 4 — согласно расчету 4 x 1,4 — превратилась в следующее большее значение апертуры 5,6.

Вот отрывок из этой известной последовательности, которая выглядит следующим образом:

f/1 f/1,4 f/2 f/2,8 f/4 f/5,6 f/8 f/11 f/16 f/22 f /32

В редких случаях существуют также макрообъективы с максимальным числом f 45. Поскольку макрообъективы часто располагаются очень близко к объекту, большое число f позволяет достичь хорошей глубины резкости (несмотря на близость).

Закон обратных квадратов света

Мы создаем идеальное освещение для каждого сценария с помощью закона обратных квадратов. Закон обратных квадратов работает следующим образом: если вы удвоите расстояние между объектом и источником света, он освещает площадь поверхности, в четыре раза большую, чем предыдущая.

Обычно мы умножаем расстояние на себя, чтобы рассчитать увеличение площади этой поверхности. Однако большая площадь поверхности приводит к интенсивности света, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния, поскольку такое же количество света должно быть распределено на большую площадь поверхности соответственно.

Таким образом, мы видим ослабление света, что означает уменьшение интенсивности света.

С технической точки зрения закон обратных квадратов выглядит следующим образом: Энергия (в нашем случае: интенсивность света) в точке А (области объекта) уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния А до источника энергии (например, нашей вспышки). голова).

Чтобы записать закон обратных квадратов (его формулу), потребуются лишь базовые математические знания. Однако физика, стоящая за этим, как правило, очень сложна. По этой причине мы собираемся подойти к этому закону только иллюстративно и с точки зрения фотографии. По этой причине мы имеем в виду экспозицию датчика изображения или пленки и освещение объекта. При использовании вспышки и прожектора закон обратных квадратов особенно удобен.

Интенсивность света, например, увеличивается в четыре раза (4) при уменьшении вдвое (1/2) расстояния до источника света и объекта. Соответственно, интенсивность света уменьшится до четверти, если мы удвоим расстояние. В соответствии с этим эти примерные пары цифр действительны (расстояние: 3-кратное; интенсивность: 1/9) и (4; 1/16), если мы умножим расстояние соответственно.

В общем, закон обратных квадратов объясняет непропорциональное падение света с увеличением расстояния от объекта до источника света. Эти знания помогают нам лучше понять, как соотнести свет и освещение с расстоянием до объекта и его яркостью.

Практическое применение

Из-за обратно-квадратичной зависимости описанного закона интенсивность света довольно сильно падает, когда объект сначала удаляется от источника света. После этого она непрерывно снижается на более слабом уровне. Например: если мы увеличим расстояние между источником света и объектом с 1 метра до 2 метров, 75 процентов интенсивности света будет потеряно на объекте. Но когда мы увеличиваем дистанцию ​​с 4 до 10 метров, мы теряем всего 5 процентов.

Таким образом, интенсивность света вблизи источника света имеет особенно высокие значения. Но на расстоянии эта интенсивность достигает лишь крошечного значения. Вот как мы создаем соответствующее освещение: при постоянной выдержке значение f увеличивается, чем ближе объект находится к источнику света — чем меньше диафрагма, тем меньше света попадает в камеру.

И наоборот: значение f уменьшается по мере увеличения расстояния от объекта до источника света. В обоих случаях соответствующие снимки выглядят почти одинаково: просто потому, что через объектив проходит одинаковое количество света.

Так мы теоретически создаем правильное значение f для каждой комбинации расстояния, интенсивности света и скорости затвора.

Освещение только одного объекта

Для статических объектов достаточно одного фиксированного значения f. Однако для движущихся объектов требуются гибкие значения f, особенно когда они находятся очень близко к источнику света: из-за закона обратных квадратов небольшое изменение расстояния до источника света приводит к резкому изменению освещения. В свою очередь, одного фиксированного значения f достаточно для объекта, находящегося на большом расстоянии, даже если он перемещается в большем масштабе.

Освещение нескольких объектов

Иногда все объекты располагаются достаточно близко к источнику света в виде прожектора или т.п. В таких случаях передний объект может быть переэкспонирован, тогда как тот, что сзади, останется недоэкспонированным.

Например, три объекта, расположенные друг за другом, пересекают значения f в диапазоне от f/22 до f/11. У этой проблемы есть простое решение, позволяющее равномерно осветить все объекты: просто расположите все объекты подальше от источника света. Таким образом, их относительные размеры по отношению друг к другу остаются одинаковыми, и всем им требуется только одно и то же значение f для хорошей экспозиции, например, f/4.

Вы можете очень хорошо увидеть различия в нашем примере ниже. Если освещение расположено на расстоянии 8 метров от первой модели, падение света до 4-й модели составляет всего около 2/3 ступеней. Однако, если бы вы разместили источник света всего в 2 метрах, разница в яркости между 1-й и 4-й моделями составила бы в общей сложности 2 1/3 ступени (например, диафрагма 8 -> 3,5)!

Специальная задача: Правильное освещение фона

В наших изображениях мы, конечно, часто также хотим видеть контрасты вместо равномерной яркости: Мы хотим, чтобы части изображения были светлее и темнее. Например, нам нужен достаточно темный фон, на котором наша привлекательная модель будет правильно и ярко освещена – близко к источнику света! Квадратичный спад света к более дальнему фону приводит к недоэкспонированному и, следовательно, темному фону. Вот как сильный контраст работает в нашу пользу благодаря закону обратных квадратов.

В свою очередь, мы также используем этот «закон обратных квадратов», когда хотим получить равномерное и хорошее освещение модели и фона: Затем мы размещаем источник света на значительном расстоянии как от модели, так и от фона — таким образом мы достигаем очень ровное освещение.

Как видно на примере ниже, уже достаточно разместить источник света на расстоянии 4 метров от модели, чтобы равномерно осветить и модель, и фон. Разница между моделью и фоном теперь составляет всего 2/2 стопа. Если бы модель была еще ближе к фону, падение света можно было бы уменьшить еще больше.

Кстати, если источник света расположить слишком близко к модели (всего 1 метр здесь), как видно на верхнем примере, то падение света на корпусе модели уже настолько велико, что – в случае снимка в полный рост — ноги будут недоэкспонированы. Поэтому такое позиционирование стоит рассматривать только для портретного снимка.

Связь между головкой вспышки, мощностью, ISO и диафрагмой

Чтобы еще лучше увидеть зависимости, мы установили как можно больше значений относительно друг друга, как показано на графическом рисунке ниже.

Мы предполагаем головку вспышки мощностью 1000 Вт с гигантским диапазоном регулирования от 1 до 10. Значения диафрагмы и ISO были выбраны для отображения зависимости между этими цифрами. Значение ISO или диафрагмы (имеется в виду только одно из этих двух значений) необходимо установить в соответствии с таблицей, чтобы всегда получать одинаковое освещение (яркость) объекта при регулировке выходного контроллера головки вспышки.

Что сразу бросается в глаза, так это то, что выходная мощность головки вспышки (ватт/секунды) должна быть удвоена на каждую диафрагму. Таким образом, выход в верхнем диапазоне между 9и 10 увеличивается в общей сложности на 500 Вт, тогда как выходная мощность в нижнем диапазоне между 1 и 2 изменяется только прибл. 0,2 Вт. Теперь, взглянув на эти довольно экстремальные различия в мощности, вы поймете, какая большая работа по разработке потребовалась производителям головок вспышки, чтобы сделать все возможное с такой исключительно высокой точностью.

Заключение

Так что же вам обязательно следует помнить?

Относительно диафрагмы : Разница от одного диафрагменного числа к другому всегда приводит либо к удвоению, либо к уменьшению вдвое яркости. Для вспышки это также всегда означает удвоение или уменьшение вдвое мощности (Ws). Например, если мощность вспышки изменить с 5 на 6, то это в точности равно одному диафрагменному числу.

Относительно расстояния : Если объект расположен близко к источнику света, падение света на указанном объекте будет очень большим по сравнению с фоном. Легкий спад на площадь! При удвоении расстояния до объекта требуется в 4 раза больше световой энергии, чтобы сбалансировать разницу в яркости.

Удвоение/Уменьшение вдвое расстояния всегда равно 2 ступеням диафрагмы относительно разницы яркости!

Большее расстояние между источником света и объектом приводит к более равномерному освещению как объекта, так и фона, потому что с увеличением расстояния уменьшается ослабление света. Поэтому этот эффект оказывает огромное влияние на дизайн освещения.

---

P.S. Вы можете экспериментировать с расстояниями, апертурой и светоотдачей в set.a.light 3D, который был показан здесь еще в 2013 году. Оно того стоит! Как только вы полностью поймете взаимосвязь между расстоянием, апертурой и ослаблением света, вы сможете легко использовать эти эффекты, чтобы улучшить свой дизайн освещения и выборочно управлять им.

---

Об авторе : Йоханнес Даунер является основателем и генеральным директором Elixxier, компании-разработчика программного обеспечения set.a.light 3D, которое позволяет фотографам планировать технические детали фотосессии в виртуальной среде. Эта статья также была опубликована здесь.

Освещенность и яркость — в чем разница?

Когда вы покупаете светильник любого типа, вы столкнетесь с множеством технических терминов, которые кажутся похожими, но имеют совершенно разные значения. Лучший пример этого — между яркостью и освещенностью. Хотя многие бренды используют оба эти термина взаимозаменяемо, вы будете удивлены, узнав разницу между их определениями и измерениями.

Во многих случаях одно или другое упоминается вместе с лампочкой или любым источником света. Поэтому, чтобы знать, какой продукт вы покупаете и подходит ли он вам или нет, вы должны знать разницу между освещенностью и яркостью.

Схема

Что такое освещенность?

Освещенность — довольно простой термин, и вы, вероятно, читали о нем в школе, изучая физику. Освещенность — это в основном интенсивность или количество света, попадающего на поверхность, такую ​​как площадь стены или стола. Как вы можете заметить, этот термин зависит от площади поверхности, на которую падает свет, а не от самого источника света.

Таким образом, освещенность не имеет ничего общего со способностью источника света излучать свет. Он по-прежнему будет варьироваться в зависимости от площади поверхности или расстояния между источником света и площадью поверхности.

Если площадь поверхности находится близко к источнику света, значение освещенности будет высоким. И по мере того, как область удаляется от источника света, значение продолжает уменьшаться. Но если бы мы сравнили освещенность двух источников света на одной и той же площади поверхности с одного и того же расстояния, мы могли бы получить представление об общей интенсивности каждого источника света.

Таким образом, косвенно освещенность может дать вам приблизительное представление об интенсивности источника света, но площадь поверхности должна находиться на равном расстоянии от сравниваемых источников.

Существуют также различные типы освещения. Если свет падает на горизонтальную поверхность, например на стол, это называется горизонтальной освещенностью. С другой стороны, свет, падающий на стены, называется вертикальным освещением.

Как измерить освещенность

Измерение освещенности — довольно простая задача. Единицей, используемой для измерения освещенности, является люмен на квадратный фут или фут-кандел. Вы также можете найти рейтинги, указанные в люменах на квадратный метр, если производитель использует метрические единицы измерения. А для измерения освещенности требуется прибор, который называется люксметр.

Свеча-фут — это единица освещенности, создаваемая одним люменом света, попадающим на единицу площади поверхности в квадратном футе. Вы можете разбить его на количество света, которое вы видите на поверхности в один фут от свечи в темноте.

Вы также можете получить представление об освещенности, сравнив свет вокруг нас днем ​​и ночью. В ясный день освещенность составляет около 150 000 лк, тогда как в пасмурную погоду эта величина снижается до 1000 лк. С другой стороны, лунный свет имеет освещенность 0,3 лк.

Что такое яркость?

С другой стороны, яркость — это совершенно другой термин, и вы должны обратить внимание на разницу между ними, чтобы лучше понять. По определению яркость — это количество света, отраженного от плоской поверхности. Любой объект, который вы видите вокруг себя, имеет свет, отражающийся от его поверхности, поэтому он виден вашим глазам. Таким образом, количество света, отраженного от его поверхности, в основном дает вам значение его яркости.

Проще говоря, яркость — это то, что мы видим, и то, как мы можем воспринимать окружающий мир. Вы также можете назвать яркостную яркость, поскольку она зависит от того, насколько ярким будет казаться вам объект. Самый простой пример этого — ваш смартфон. Под прямыми солнечными лучами вам придется увеличить яркость вашего смартфона, чтобы увидеть его содержимое. Но, поскольку количество света, отражаемого от его поверхности, не меняется, вы изменяете не его яркость, а его световой поток.

Чтобы было понятнее, рассмотрим тот же уровень яркости вашего смартфона в темной комнате сейчас. Как вы можете себе представить, определенный уровень яркости будет слишком ярким в темной комнате, но не будет достаточно ярким под прямыми солнечными лучами. Дело в том, что яркость — это качественная мера внешнего вида объекта, зависящая от контраста. Таким образом, яркость и освещенность, хотя и различны, в некоторой степени зависят друг от друга.

Как измерить яркость

В отличие от освещенности, яркость измеряется в канделах на квадратный фут или в канделах на квадратный метр для метрических расчетов. Вы также увидите, что единицы FL или «фут-ламберты» упоминаются в некоторых местах для яркости, но это то же самое, что и канделы на квадратный фут.

Опять же, давайте проверим изменение яркости на основе самого яркого объекта вокруг нас, солнца. Яркость солнца составляет около 1 600 000 000 кандел на квадратный метр. С другой стороны, яркость Луны составляет всего около 2500 кандел на квадратный метр.

Итак, когда вы смотрите прямо на солнце, вы видите примерно 1,6 миллиарда свечей, размещенных на квадратном метре поверхности. Это должно дать вам представление о том, как работает единица яркости и что такое яркость.

Как вы понимаете, любой источник света с более высоким значением яркости дает более яркий свет. Таким образом, при выборе лампочки или любого другого источника света всегда следует отдавать предпочтение уровню яркости, а не освещенности. Это также должно помешать вам купить слишком яркий источник света для вашего приложения.

Что такое световой поток?

Световой поток также является важным фактором, который вы, вероятно, проверили бы перед покупкой лампочки. Количество света, излучаемого источником света, называется световым потоком или световой мощностью лампы. Это просто измерение видимого света, исходящего от источника. Это, вероятно, самый важный фактор, поскольку он измеряется в единицах «люмен», что вы, должно быть, видели сотни раз раньше, поскольку мощность источника света всегда упоминается в люменах.

Количество люменов или количество светового потока, создаваемого источником света, в основном определяет уровень его яркости. Таким образом, вы должны обязательно проверить рейтинг люменов, когда вы выбираете источник света. Однако не стоит основывать свой выбор только на этом факторе.

Хотя световой поток дает вам оценку света, излучаемого источником света, он не указывает, является ли это оценкой только света, видимого человеческим глазом, или нет. Таким образом, в большинстве случаев вы можете найти источники света с высоким люменом, которые кажутся тусклыми по сравнению с ними, поскольку фактическое значение света, излучаемого источником, который виден человеческому глазу, ниже.

В чем разница между освещенностью и яркостью?

До сих пор мы видели, что представляют яркость, освещенность и световой поток и что эти факторы означают по определению. Таким образом, теперь вы можете легко отличить эти функции друг от друга и получить представление о том, что они представляют в продукте. Но чтобы на самом деле понять разницу между яркостью и освещенностью, нужно сравнить их ключевые моменты. Поэтому мы предлагаем следующую таблицу различий, которая позволит вам четко понять разницу между яркостью и освещенностью.

Освещенность	Яркость
Освещенность не воспринимается человеческим глазом.	Яркость воспринимается человеческим глазом.
Освещенность — это мера падающего света, падающего на горизонтальную или вертикальную поверхность.	Яркость — это количество света, отраженного поверхностью, что в конечном итоге делает поверхность видимой для человеческого глаза.
Освещенность не зависит от типа поверхности.	Яркость зависит от типа поверхности.
Освещенность изменяется с изменением расстояния между источником света и поверхностью.	Яркость изменяется в зависимости от способности объекта отражать падающий свет.
Освещенность не зависит от количества источников света	Яркость зависит от количества источников света
Освещенность не зависит от направления источника света	Изменение яркости при изменении направления падающего света

Заключение

Сегодня мы предоставили вам всю необходимую информацию о яркости и освещенности.