§ 73. Яркость источников

До сих пор мы рассматривали только точечные источники света. В действительности источники обычно являются протяженными, т. е. рассматривая их с заданного расстояния, мы различаем их форму и размеры. Для характеристики протяженных источников, даже в том простейшем случае, когда они представляют собой равномерно светящиеся шарики, недостаточно одной только величины – силы света. Действительно, представим себе два светящихся шарика, испускающих свет равномерно во все стороны и имеющих одинаковую силу света, но разный диаметр. Освещенность, создаваемая каждым из этих шариков на одинаковом расстоянии от их центра, будет одинакова. Однако по своему виду эти шарики будут представлять сильно различающиеся источники света: маленький шарик оказывается более ярким, чем большой. Это происходит вследствие того, что при одинаковой силе света излучающая поверхность одного шарика больше, чем второго, и, следовательно, сила света, испускаемого с единицы площади источника, в том и другом случаях различна. Отметим, что когда мы рассматриваем какой-либо источник света, для нас имеет значение не площадь самой излучающей поверхности, а размеры видимой поверхности, т. е. проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную к направлению наблюдения (рис.159).

Рис. 159. Соотношение между действительной излучающей поверхностью  и поверхностью, видимой  по данному направлению

Итак, мы приходим к выводу, что для характеристики свойств протяженного источника света нужно знать силу света, рассчитанную на единицу площади видимой поверхности источника. Эта световая величина называется яркостью источника; мы будем ее обозначать буквой . Если источник имеет силу света  и площадь видимой светящейся поверхности его есть , то яркость этого источника равна

.                                      (73.1)

Пользуясь формулой (70,1), имеем также

,                                  (73.2)

т. е. можно сказать, что яркость источника равна световому потоку, испускаемому с единицы площади видимой поверхности источника внутри единичного телесного угла.

Яркость одних участков поверхности источника может отличаться от яркости других участков. Например, различные участки пламени свечи, лампы и т. п. имеют сильно различающиеся яркости. Кроме того, яркость зависит от направления, в котором происходит излучение источника. Это связано с тем, что сила света многих источников зависит от направления. Например, электрическая дуга по некоторым направлениям совсем не посылает света (рис. 160).

Рис. 160. Яркость электрической дуги, пропорциональная длине стрелок на рисунке, зависит от направления излучения

Итак, яркость может служить для характеристики излучения какого-либо участка поверхности источника в заданном направлении, Вместе с тем яркость имеет большое значение в силу того, что, как мы увидим ниже, это — та световая величина, на которую непосредственно реагирует глаз.

Единицей яркости является кандела на квадратный метр. Такой яркостью обладает светящаяся площадка, дающая с каждого квадратного метра силу света, равную  в направлении, перпендикулярном к площадке.

Характеристики яркости различных светящихся тел приведены в табл. 2.

Таблица 2. Яркость некоторых источников света

Яркость солнца
» капилляра ртутной дуги сверхвысокого давления
» кратера угольной дуги
» металлического волоска лампы накаливания
» пламени керосиновой лампы
» пламени стеариновой свечи
» ночного безлунного неба
Наименьшая различимая глазом яркость

Источники света с большой яркостью (свыше ) вызывают болезненное ощущение в глазу. Для того чтобы глаз не подвергался действию яркого света источников, применяют различные приспособления. Так, например, рассматривание раскаленной спирали лампы накаливания вредно и даже болезненно для глаза. Если же колба лампочки сделана из матового или молочного стекла или прикрыта арматурой в виде матового шара, то излучаемый ею световой поток исходит с большей поверхности. Благодаря этому яркость падает, тогда как световой поток практически не изменяется и, следовательно, освещенность, создаваемая лампой, также остается неизменной.