Фотометрия - Photometria

Фотометрия это книга об измерении света Иоганн Генрих Ламберт опубликовано в 1760 году.[1] Он установил полную систему фотометрических величин и принципов; используя их для измерения оптических свойств материалов, количественной оценки характеристик зрения и расчета освещенности.

Титульный лист Ламберта Фотометрия

Содержание Фотометрия

Написанное на латыни, название книги представляет собой слово Ламберт, образованное от греческого: φῶς, φωτος (транслитерированные фос, фотографии) = свет и μετρια (транслитерированная метрия) = мера. Слова Ламберта нашли свое отражение в европейских языках как фотометрия, фотометрия, фотометрия. Фотометрия была первой работой, которая позволила точно определить самые фундаментальные фотометрические концепции, собрать их в согласованную систему фотометрических величин, определить эти величины с точностью, достаточной для математического утверждения, и построить на их основе систему фотометрических принципов. Эти концепции, количества и принципы используются до сих пор.

Ламберт начал с двух простых аксиом: свет распространяется по прямой линии в однородной среде, а пересекающиеся лучи не взаимодействуют. Как и Кеплер до него, он признал, что «законы» фотометрии - это просто следствия и прямо вытекают из этих двух предположений.[2] Таким образом Фотометрия продемонстрировал (а не предполагал), что

  1. Освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния от точечного источника света,
  2. Освещенность на поверхности изменяется как косинус угла падения, измеренного от перпендикуляра поверхности, и
  3. В поглощающей среде свет затухает экспоненциально.

Кроме того, Ламберт постулировал поверхность, которая излучает свет (либо как источник, либо путем отражения) таким образом, что плотность излучаемого света (сила света) изменяется как косинус угла, измеренного от перпендикуляра поверхности. В случае отражающей поверхности предполагается, что такая форма излучения имеет место независимо от направления падения света. Такие поверхности теперь называют «идеально диффузными» или «ламбертовскими». Видеть: Ламбертовский коэффициент отражения, Ламбертовский излучатель

Ламберт продемонстрировал эти принципы единственным доступным в то время способом: изобрел зачастую гениальные оптические устройства, которые могли заставить появиться два непосредственно соседних световых поля. одинаково яркий (то, что может быть определено только визуальным наблюдением), когда две физические величины, которые производят два поля, были неравный на определенную величину (вещи, которые можно измерить напрямую, например, угол или расстояние). Таким образом, Ламберт количественно оценил чисто визуальные свойства (такие как сила света, освещение, прозрачность, отражательная способность), связав их с физическими параметрами (такими как расстояние, угол, мощность излучения и цвет). Сегодня это известно как «визуальная фотометрия». Ламберт был одним из первых, кто сопровождал экспериментальные измерения оценками неопределенностей, основанными на теории ошибок и тем, что он экспериментально определил как пределы визуальной оценки.[3]

Хотя предыдущие работники[4][5] имел ярко выраженные фотометрические законы 1 и 3, Ламберт установил второй и добавил концепцию идеально диффузных поверхностей. Но что еще более важно, как отметил Андинг в своем немецком переводе книги Фотометрия, «Ламберт имел несравненно более ясные представления о фотометрии»[6] и вместе с ними была создана полная система фотометрических величин. Основываясь на трех законах фотометрии и предположении об идеально рассеянных поверхностях, Фотометрия разработали и продемонстрировали:

1. Просто заметные отличия
В первом разделе Фотометрия, Ламберт установил и продемонстрировал законы фотометрии. Он сделал это с помощью визуальной фотометрии и, чтобы установить связанные с этим неопределенности, описал ее приблизительные пределы, определив, насколько малую разницу яркости может определить визуальная система.
Пример визуальной фотометрии из Фотометрия. Вертикальный экран дает поле EFDC, освещенное одной свечой, и соседнее поле GFDB, освещенное двумя свечами. Расстояния свечей меняются до тех пор, пока яркость по обе стороны от FD не станет одинаковой. Относительную силу освещения можно определить по расстоянию до свечей.
2. Отражение и коэффициент пропускания стекла и других распространенных материалов.
Используя визуальную фотометрию, Ламберт представил результаты многих экспериментальных определений зеркального и диффузного отражения, а также пропускания стекол и линз. Среди самых изобретательных экспериментов, которые он провел, был эксперимент по определению отражательной способности интерьер поверхность оконного стекла.
3. Передача светового излучения между поверхностями.
Предполагая диффузные поверхности и три закона фотометрии, Ламберт использовал исчисление, чтобы найти перенос света между поверхностями различных размеров, форм и ориентаций. Он положил начало концепции переноса потока на единицу между поверхностями и в Фотометрия показал замкнутую форму для многих двойных, тройных и четверных интегралов, которые дали уравнения для многих различных геометрических конфигураций поверхностей. Сегодня эти фундаментальные величины называют Посмотреть факторы, Коэффициенты формы или коэффициенты конфигурации и используются в лучистая теплопередача И в компьютерная графика.
4. Яркость и размер зрачка.
Ламберт измерил диаметр своего зрачка, рассматривая его в зеркало. Он измерил изменение диаметра, рассматривая большую или меньшую часть пламени свечи. Это первая известная попытка количественной оценки зрачковый световой рефлекс.
5. Атмосферная рефракция и поглощение
Используя законы фотометрии и большую часть геометрии, Ламберт рассчитал время и глубину сумерек.
6. Астрономическая фотометрия.
Предполагая, что планеты имеют диффузно отражающие поверхности, Ламберт попытался определить величину их отражательной способности, учитывая их относительную яркость и известное расстояние от Солнца. Спустя столетие Цёлльнер изучил Фотометрия и продолжил там, где остановился Ламберт, и положил начало области астрофизики.[7]
7. Демонстрация аддитивного смешения цветов и колориметрии.
Ламберт первым записал результаты аддитивное смешение цветов.[8] Путем одновременного пропускания и отражения от оконного стекла он наложил изображения двух разноцветных участков бумаги и отметил полученный аддитивный цвет.
8. Расчет дневного света
Предполагая, что небо представляет собой светящийся купол, Ламберт вычислил освещенность световым светом через окно, а свет перекрывался и отражался от стен и перегородок.

Природа Фотометрия

Книга Ламберта в основе своей экспериментальная. Сорок экспериментов, описанных в Фотометрия проводились Ламбертом между 1755 и 1760 годами, после того как он решил написать трактат по измерениям света. Его интерес к получению экспериментальных данных охватывал несколько областей: оптика, термометрия, пирометрия, гидрометрия и магнетизм. Этот интерес к экспериментальным данным и их анализу, столь очевидный в Фотометрия, также присутствует в других статьях и книгах, выпущенных Ламбертом.[9] Для его оптических работ было достаточно крайне ограниченного оборудования: несколько стекол, выпуклые и вогнутые линзы, зеркала, призмы, бумага и картон, пигменты, свечи и средства измерения расстояний и углов.

Книга Ламберта тоже математическая. Хотя он знал, что физическая природа света неизвестна (пройдет 150 лет, прежде чем будет установлена ​​дуальность волна-частица), он был уверен, что взаимодействие света с материалами и его влияние на зрение можно измерить. Математика была для Ламберта не только незаменимой для количественной оценки, но и бесспорным признаком строгости. Он широко использовал линейную алгебру и исчисления с прозаической уверенностью, что было необычно для оптических работ того времени.[10] Исходя из этого, Фотометрия, безусловно, нехарактерна для произведений середины 18 века.

Написание и издание Фотометрия

Ламберт начал проводить фотометрические эксперименты в 1755 году и к августу 1757 года имел достаточно материала, чтобы начать писать.[11] Из ссылок в Фотометрия и каталог его библиотеки, проданный с аукциона после его смерти, ясно, что Ламберт консультировался с оптическими работами Ньютона, Бугера, Эйлера, Гюйгенса, Смита и Кестнера.[12] Он закончил Фотометрия в Аугсбурге в феврале 1760 года, и к июню 1760 года типография получила книгу.

Мария Якобина Клетт (1709–1795) была владелицей Эберхарда Клетта Верлага, одного из самых важных аугсбургских «протестантских возвещателей». Она опубликовала множество технических книг, в том числе книгу Ламберта. Фотометрия, и еще 10 его работ. Клетт использовал для печати Кристофа Питера Детлеффсена (1731–1774). Фотометрия. Его первый и единственный тираж был явно небольшим, и в течение 10 лет было трудно получить экземпляры. В обзоре оптики Джозефа Пристли 1772 года «Фотометрия Ламберта» фигурирует в списке еще не приобретенных книг. Пристли конкретно упоминает Фотометрия; что это важная книга, но ее невозможно достать.[13]

Сокращенный немецкий перевод Фотометрия появился в 1892 г.,[6] французский перевод в 1997 году,[14] и английский перевод в 2000 году.[15]

Позднее влияние

Фотометрия представлял значительный прогресс, и, возможно, именно поэтому его появление было встречено всеобщим безразличием. Центральный оптический вопрос середины XVIII века заключался в следующем: какова природа света? Работа Ламберта вообще не имела отношения к этой проблеме, и поэтому Фотометрия не получил немедленной систематической оценки и не был включен в основное русло оптической науки. Первая оценка Фотометрия появилась в 1776 году в немецком переводе Георга Клюгеля обзора оптики Пристли 1772 года.[16] Подробная переработка и аннотация появились в 1777 году.[17] Фотометрия Серьезно не оценивался и не использовался почти через столетие после его публикации, когда наука астрономия и торговля газовым освещением нуждались в фотометрии.[18] Через пятьдесят лет после этого компания Illuminating Engineering взяла результаты Ламберта за основу для расчетов освещения, которые сопровождали огромное распространение освещения в начале 20 века.[19] Через пятьдесят лет после этого компьютерная графика взял результаты Ламберта как основу для расчет радиосвязи требуется для создания архитектурных визуализаций. Фотометрия оказала значительное, хотя и давно отложенное влияние на технологии и торговлю, когда промышленная революция уже шла полным ходом, и является причиной того, что это была одна из книг, перечисленных в Печать и разум человека.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ламберт, Иоганн Генрих, Фотометрия, sive de mensura et gradibus luminis, colorum et umbrae, Аугсбург: Эберхард Клетт, 1760.
  2. ^ Мах, Э., Принципы физической оптики: историко-философский подход, пер. J.S. Андерсон и А.Ф.А. Янг, Даттон, Нью-Йорк, 1926 год.
  3. ^ Шейнин, О.Б., J.H. Работа Ламберта о вероятности, Архив истории точных наук, т. 7. 1971. С. 244–256.
  4. ^ Гал О. и Чен-Моррис Р., "Археология закона обратных квадратов", История науки, Том 43, декабрь 2005 г., стр. 391–414.
  5. ^ Ариотти, П. и Марколонго, Ф.Дж., "Закон освещения до Бугера (1720 г.)", Анналы науки, Vol. 33, №4, стр. 331–340.
  6. ^ а б Андин, Э., Фотометрия Ламберта, № 31, 32, 33 из Klassiker der Exakten Wissenschaften Оствальда, Энгельманн, Лейпциг, 1892.
  7. ^ Zöllner, J.C.F., Photometrische Untersuchungen mit Besonderer Rücksicht auf die Physische Beschaffenheit der Himmelskörper, Лейпциг, 1865.
  8. ^ Руд О.Н., Современная хроматика, Appleton, New York, 1879, стр. 109–139.
  9. ^ Ламберт, Дж. Х., Pyrometrie oder vom Maaße des Feuers und der Wärme, Берлин, 1779 г.
  10. ^ Бухвальд, Дж. З., Возникновение волновой теории света, Чикаго, 1989, стр. 3
  11. ^ Бопп, К., «Иоганн Генрих Ламбертс Monatsbuch», Abhandlungen der Königlich Bayerischen Akademie der Wissenshaften, Mathematisch-Physikalische Klasse, XXVII. Группа 6. Мюнхен, 1916 год.
  12. ^ Verzeichniß der Bücher und Instrumente, weich der verstorbene Köinig. Ober Baurath und Professor Herr Heinrich Lambert hinterlassen hat, und die den Weistbiethenden sollen verkauft werden. Берлин, 1778 г.
  13. ^ Пристли, Дж., История и современное состояние открытий, касающихся зрения, света и цветов, Лондон, 1772 г.
  14. ^ Бой, Дж., Дж. Коути и М. Сайлар, Photométrie ou de la Mesure et de la Gradation de la lumière, des couleurs et de l’Ombre, L’Harmattan, Париж, 1997.
  15. ^ ДиЛаура, Д.Л., Фотометрия, или, О мере и градациях света, цвета и тени, Перевод с латыни Дэвидом Л. ДиЛаурой. Нью-Йорк, Общество инженеров освещения, 2001.
  16. ^ Клюгель, Г. С., Geschichte und gegenwärtiger zustand der Optik nach der Englischen Priestelys bearbeitet, Лейпсиг, 1776, стр. 312–327.
  17. ^ Карстен, W.J.G., Lehrbegrif der gesamten Mathematic; Der Achte Theil, Die Photometrie, Грайфсвальд, 1777.
  18. ^ ДиЛора, Д.Л., "Мера света: история промышленной фотометрии до 1909 г." ЛЕЙКОС, Январь 2005 г., том 1, № 3, стр. 75–149.
  19. ^ Ямаути, З., «Дальнейшее изучение геометрического расчета освещенности за счет света от светящихся поверхностных источников простой формы», Исследования электротехнической лаборатории, №, 194, Токио, 1927, п. 1, стр. 3.

внешняя ссылка