Каква е яркостта на източник на светлина и яркостта на отразяваща повърхност

За да се изчисли осветеността на различни повърхности, понякога е много удобно да се разглеждат източниците на светлина като точкови източници. Но в действителност няма точкови източници на светлина, те винаги имат някакъв конкретен размер и собствена форма. Лампа, полилей, подова лампа, прожектор и т.н. са истински, тоест не са точкови източници на светлина, които не могат да се характеризират само със силата на светлината.

Ако например разгледаме светеща топка, разположена в далечината, и я сравним с друга светеща топка, с точно същата интензивност на светлината, но с различен диаметър, се оказва, че въпреки че топките създават еднаква осветеност на равни разстояния, въпреки това за наблюдателя те изглеждат различно: топка с по-малък диаметър изглежда по-ярка от по-голяма топка.

Причината за това явление е, че макар светещата интензивност на топките да е еднаква, едната има по-голяма излъчваща повърхност, а другата има по-малка. Това означава, че силата на излъчваната светлина от единица площ не е еднаква за тези източници и този параметър очевидно е по-голям за малка топка.

Но дори и да започнем да разглеждаме някакъв вид източник на светлина от определено разстояние, тогава за нас това ще има значение не толкова действителната площ на излъчващата светлина повърхност, колкото видимата зона, тоест нейният размер в проекция върху наблюдателната равнина, перпендикулярна на посоката на нашия поглед.

По този начин, за да може наблюдателят напълно да характеризира истински източник на светлина с размери и форма, той трябва да знае както интензитета на светлината на източника, така и величината на интензитета на светлината за единица площ на видимата повърхност на източника.

Това съотношение се нарича яркостта L на източника на множеството и ако интензитетът на светлината е равен на I, а видимата площ е равна на s, тогава яркостта на източника на светлина ще бъде равна (интензитетът на светлината може да бъде описан тук чрез светлинния поток и плътен ъгъл, тогава яркостта ще бъде равна на светлинния поток, излъчен от единична площ на видимата повърхност на източника на светлина вътре в единия твърд ъгъл):

В източниците на светлина яркостта на различните им секции е различна: в луминесцентна лампа краищата на крушката са по-тъмни, а пламъкът на свещта е по-ярък в ореола около фитила и пр. Яркостта също силно зависи от коя страна гледаме източника.

Ако например погледнете случайно на заваръчната дъга, тогава в посока, перпендикулярна на изпускането, тя ще се окаже по-ярка, отколкото когато гледате същата дъга отстрани. Тоест, яркостта характеризира повърхността, излъчваща светлина в избрана, строго определена посока. Това е много важна характеристика, защото именно нашата яркост отговаря на яркостта (светеща интензивност на единица площ), а не на светещата интензивност сама по себе си.

Светлинната интензивност се измерва в кандела, съответно яркостта - в кандела на квадратен метър. Една кандела на квадратен метър е такава яркост, която притежава светеща равнина, която излъчва светлина от всеки квадратен метър със сила 1 кандела (Cd) в посока, перпендикулярна на равнината. Например, тук са приблизителните яркости на някои общи източници на светлина:

Действайки върху очите ни, източниците на светлина могат да бъдат опасни. Ако яркостта е над 160 000 кандели на квадратен метър, това ще причини болка в окото. За да избегне вредното въздействие на ярката светлина, човечеството е научило различни трикове.

Крушките на мощни лампи с нажежаема жичка са направени непрозрачни и големи по размер, за да разпръснат светлината, за да я излъчат не от малка площ на нишката, а от голяма повърхност на крушката или сянката. Така яркостта е намалена до безопасна за очите, а осветеността остава почти напълно непроменена.

Ако говорим за светлоотразителни повърхности, като боядисани стени, прожекционни екрани, декоративни изделия и т.н., те проявяват дифузни отражателни свойства по отношение на източника на светлина. Това означава, че те отразяват частично светлинния инцидент върху тях и сега самите те действат като източници на светлина със средна яркост, но на огромна площ.

Това играе в нашите ръце, тъй като стандартните светлинни източници (лампа, лампа, свещ, полилей, фенер) имат значителна яркост, но малка площ. Междувременно осветената повърхност ще има яркост, пропорционална на нейната излагане на светлина Д, тъй като колкото по-голям светлинен поток върху отразяващата повърхност пада, толкова по-голяма ще бъде неговата яркост.

А яркостта на тази повърхност ще бъде пропорционална на нейното албедо r (от лат. Albus - бял) - характеристиката на дифузната отразяваща способност на повърхността. Колкото по-голям е албедото, тоест, колкото по-голяма е частта от падащия светлинен поток, разпръснат по повърхността, толкова по-голяма е яркостта на такава повърхност.

И така, яркостта на осветената повърхност е пропорционална на произведението от албедо и осветеност, а в различни посоки яркостта ще бъде различна - в зависимост от модела на разсейване на осветената повърхност.

Ако повърхността равномерно разсейва падащата върху нея светлина, тогава яркостта във всяка посока се изчислява доста просто. Ако диаграмата на разсейване е сложна, изчисляването на яркостта ще се превърне в доста сложна задача.

За равномерно разсейване е достатъчно да използвате формулата (осветеност - в лукс, яркост - кандели на квадратен метър):

Да предположим, че има проекционен екран с албедо 0,8, а осветеността е 60 Lux, тогава яркостта ще бъде 0,8 * 60 / 3,14 = 15,3 кандела на квадратен метър. Ето примери за много често срещани повърхности и тяхната яркост:

Вижте и при нас:

Видове електрически лампи - кои са по-добри и каква е разликата

Светлинна ефективност на различни видове лампи

Как да изберем LED лампа по мощност