Глава 1 Общие свойства излучения

1.5. Цветовая температура источников света

Фотографическое действие света в числе других факторов зависит от его спектрального состава. Поэтому фотографические свойства источников связаны с распределением испускаемого ими лучистого (или светового) потока по спектру, т. е. с формой спектральной кривой (напр., рис. 1.5, а). Для того чтобы оцепить свойства некоторого источника, строить ее не обязательно. Достаточно найти один параметр, а затем, пользуясь семейством эталонных кривых, например, по справочнику, можно выбрать из них ту, положение которой определяется найденным параметром. Им может служить характеристика, ,называемая цветовой температурой данного источника, а эталоном - семейство спектральных кривых абсолютно черного тела при разных его температурах.

Абсолютно черным называется тело, которое полностью поглощает все падающие на него излучения. Поэтому, согласно закону Кирхгофа *, оно испускает при данной температуре большую энергию, чем любой другой источник.

Модель такого излучателя, близкая к идеалу, представляет собой зачерненную полость с отверстием. Излучения, проникающие через него внутрь, поглощаются практически полностью, так как претерпевают многократные внутренние отражения, при каждом из которых теряется большая доля энергии. Лишь ее пренебрежимо малая часть выходит из отверстия. Нагревание модели приводит к тому, что отверстие испускает световое излучение по тому же закону, как и нагретое до той же температуры абсолютно черное тело.

Формула Планка даст возможность вычислить распределение энергии в спектре абсолютно черного тела при любой температуре:
формула 1.5

где

-спектральная интенсивность энергетической светимости - лучистый поток, испускаемый с 1 м2 поверхности светящегося тела и приходящийся на единичный спектральный интервал;

C1 и C2 - постоянные;
C1 - 3,74*10-16 Вт*м-2, C2 = 1,44*10-2 м*К;
е - основание натуральных логарифмов.

Задаваясь значением температуры (К) и подставляя поочередно в формулу (1.5) длины волн, нетрудно построить кривую распределения спектральной интенсивности светимости абсолютно черного тела по длинам волн. На рис. 1.6 показаны такие характеристики, полученные для разных температур. С увеличением температуры кривая не только поднимается вверх, но ее максимум смещается в сторону коротких волн. Изменение положения максимума управляется правилом Вина:

max T=b
где

max - длина волны, на которую приходится максимальное значение

Т -температура в градусах абсолютной шкалы (К);
b -постоянная, экспериментально найденное значение которой сотавляет 0,0029 м*К.

Смещение максимума показывает, что с изменением температуры меняется цветность абсолютно черного тела. Изменение цветности тел при их нагревании общеизвестно. Железный прут, нагреваемый до разных температур, дает вишневое, красное, желтое, белое, голубовато-белое свечения. Однако излучения реальных тел имеют при данной температуре иное, чем указывается законом Планка, распределение мощности по спектру. Во-первых, кривая их испускания лежит ниже, чем кривая, выражающая этот закон. Во-вторых, максимум испускания реального тела сдвинут относительно планковской кривой в сторону коротких волн (рис. 1.7).


Рис. 1.6. Кривые спектрального распределения энергетической светимости абсолютно черного тела при разных температурах, К: 1 - 3000; 2 - 4000; 3 - 5000	Рис. 1.7. Кривые спектрального распределения энергетической светимости разных тел: 1 - вольфрам при температуре 2450 К; 2 и 3 - абсолютно черное тело при температурах 2450 и 2500 К

* Закон Кирхгофа: отношение испускательной способности к поглощательной является для всех тел одной и той же функцией длины волны и температуры. Следовательно, с возрастанием способности тела поглощать спет растет и его испускательная способность.

Оптические основы фотографии

Продолжение