СВЕТ


СВЕТ
СВЕТ, вид лучистой энергии, воспринимаемой человеческим глазом. По шкале длин волн лучистой энергии видимый участок спектра простирается от 0,4 ju до 0,75 // (см. Лучистая энергия, Сеетоощущениё). Часто термину свет придают более широкое толкование, называя светом инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Однако при определении световых единиц пользуются термином С. в указанном выше смысле (см. например Общесоюзный стандарт на световые единицы—ОСТ 4891, утвержденный в 1932 г.).—Учение о свете распадается на несколько частей: 1) геометрическая оптика, 2) физ. оптика, 3) колориметрия, 4) светотехника, 5) физиологич. оптика. 1) Геометри-ческаяоптикане рассматривает вопроса о природе С, а занимается лишь геометрическими вопросами распространения световых лучей в различных оптических системах и средах и вопросами получения изображений при помощи этих систем (см. Глаз, диоптрика). 2) Физическая оптика посвящена вопросам, связанным с природой С, и рассматривает явления, в которых проявляются волновые и квантовые свойства С. (интерференция, диффракция, поляризация, квантовые свойства). В обоих этих разделах под С. понимают указанный более широкий спектральный участок. 3) Колориметрия посвящена вопросам цветности С. и методам ее измерения. 4) Светотехника занимается практическими вопросами, связанными с получением С. и с его рациональным использованием (конструирование источников С. и арматур, расчет освещения и измерения С). 5) Физиологическая оптик а — учение о зрении, т. е. о восприятии С, о структуре и работе органов зрения. В последних трех разделах под С. понимается видимый участок спектра. Наши воззрения на природу света претерпели большие изменения в процессе исторического развития (см. Оптика). В наст, время твердо установленными считаются электромагнитные (волновые) и квантовые свойства С. (см. Лу- чистая энергия, Квантов теория). Источники С. делятся на естественные и искусственные. Из естественных источников наиболее мощным является солнце. С медицинской точки зрения чрезвычайно важен спектральный состав излучения всякого источника, а не только его 'интенсивность. Солнце как источнике. Яркость солнца 150 000 стильбов в центре солнечного диска. По своему световому действию солнце эквивалентно источнику света с силой С. в 1,7 . 1027 свечей, помещенному на расстоянии, равном среднему расстоянию между солнцем и землей (1,5 . 108 %м). В одну минуту на 1 см2 поверхности земли падает в среднем 2,1 g/кал. солнечной энергии (солнечная постоянная). В спектре солнца максимум энергии приходится на 0,470 /л, что соответствует излучению черного тела при t° 6 250°. Спектр солнца пересечен рядом темных линий, объясняемых поглощением солнечного излучения атмосферой самого солнца и земной атмосферой. Эти линии носят название Фраунгоферовых линий и соответствуют линиям поглощения различных веществ (натрий, водород, железо и т. д.). С. от солнца, проходя сквозь земную атмосферу, частично поглощается и рассеивается воздухом. Более короткие волны при этом рассеиваются сильнее (см. ниже), так что фиолетовый конец спектра ослабляется сильнее красного и максимум энергии смещается в красную часть спектра. Рассеянием С. в воздухе объясняется голубой цвет неба и багровый цвет солнца при закате. В первом случае мы видим рассеянные лучи, среди к-рых преобладают сине-фиолетовые, во втором случае мы, наоборот, видим то, что осталось в световом луче после рассеяния сине-фиолетовой части спектра. Часто за эталон «белого» С. принимается излучение источника с t°, равной 5 000°, т. е. с максимумом энергии на 590 ти. Конечно выбор этот весьма условен, и чтобы не было ошибок надо всегда точно указывать, о каком «белом» свете идет речь. Искусственные источники С. Наиболее распространенные искусственные источники С—лампы накаливания—очень сильно отличаются по своим световым свойствам от солнца. Во-первых яркость их нити (см. Освещение) лежит в пределах от нескольких десятков до нескольких тысяч стильбов, что значительно ниже поверхностной яркости солнца; во-вторых спектральный состав излучения этих ламп отличен от солнечного спектра. Последнее обстоятельство чрезвычайно важно с биол. точки зрения. В спектре ламп накаливания максимум энергии лежит в инфракрасной части, что объясняется сравнительно низкой t° накаленной нити (1400—3 500°). По закону Вина длина волны, соответствующая максимуму энергии в излучении накаленного тела, обратно пропорциональна t° этого тела, поэтому чем выше t°, тем на более короткую длину волны приходится максимум излучения. У ламп накаливания t° нити растет с мощностью лампы, поэтому у более мощных ламп максимум энергии ближе к видимой части спектра, чем у менее мощных ламп. Благодаря этому спектральный состав С. мощных ламп накаливания ближе к спектру солнца, чем у маломощных ламп. Все же и у них процент энергии, приходящийся на фиолетовые и ультрафиолетовые лучи, значительно ниже, чем в солнечном С. С. обычных вольтовых дуг соответствует излучению накаленного тела при 4 000—4 500°. С, близкий к солнечному, дает мощная прожекторная вольтова дуга интенсивного горения. Температура кратера интенсивной дуги близка к t° солнца и вследствие этого такая дуга дает С, по своему спектральному составу близкий к солнечному С. Яркость кратера интенсивной дуги порядка 100 000 стильбов. Вообще у температурных источников света с повышением t° до 7 000° процент лучистой энергии, приходящейся на видимую часть спектра, растет, достигая при 7 000° максимальной цифры в 14%, а затем начинает падать.—Практически сейчас максимум еще далеко не достигнут. В последнее время стали широко применяться в качестве источников С. электрические разрядные трубки (газосветные трубки), наполненные разреженными газами и парами. В этих трубках свечение возбуждается ударениями электронов, летящих сквозь трубку, с атомами наполняющего ее вещества. Благодаря тому, что при таком методе возбуждения С; меньше энергии превращается в тепло, чем при температурном возбуждении, газосветные трубки обладают большим коеф. полезного действия, чем лампы накаливания. Газосветные трубки интенсивного горения отличаются от обычных Гейсле-ровыхтрубок тем, что у них низкий потенциал зажигания и большая яркость свечения, чем у последних. Достигается это применением подогретого катода (отрицательного электрода), являющегося мощным источником электронов. Спектр излучения газосветных трубок не непрерывный, как у тел накаливания, а состоит из отдельных линий. Трубка, наполненная неоном, дает красный С. и ее спектр состоит гл. обр. из красных и желтых линий. Трубка с парами натрия дает желтый С,—почти все ее излучение сосредоточено в одной двойной желтой линии натрия. Эта трубка удобна для лабораторных работ, при к-рых необходим источник монохроматического света (напр. для сахариметра). Кроме того ее применяют для освещения автомобильных дорог, так как при ее свете повышается разрешающая способность гла- 0.4 0.45 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.5 2.0(1

Рисунок 1. Спектры важнейших газов и паров металлов; толщина линий обозначает интенсивность.

за. На рисунке 1 изображены спектры наиболее часто применяемых газов и паров. Спектр газосветной трубки зависит от целого ряда параметров, если даже трубка наполнена определенным газом или парами определенного металла. Наиболее существенными параметрами являются давление газа или паров и плотность тока. Напр. у ртутной лампы с ростом плотности электрического тока и плотности паров желтая линия, соответствующая 579 mfi, растет быстрее всех остальных линий в видимой части спектра, так что свет лампы желтеет с ростом электрического режима. Источником С, в котором соединены температурное излучение с излучением ртутных паров, является так называемая лампа «солнечного С.» (см. Баха ртутно-кварцевая лампа). Все искусственные источники С. обычно применяются "в соотв. арматурах или других осветительных устройствах (см. Освещение и Арматура осветительная). Для получения узкого направленного пучка лучей применяют зеркала, причем источник должен быть небольших размеров и большой яркости (кратер дуги); для получения широкого пучка лучей можно применять рассеивающие арматуры и большие источники С. На пути от источника до освещаемого предмета или до глаза наблюдателя С. обычно проходит ряд сред и отражается от ряда поверхностей. При этом происходит потеря световой энергии и превращение ее в другие виды энергии, напр. в тепловую или химическую. Отражение С. При падении луча С. на границу раздела двух сред происходит отражение части падающего светового потока обратно. Различают три вида отражения: 1) отражение зеркальное, или правильное, 2) отражение диффузное, или Ламбертово, и 3) смешанное отражение. 1) Зеркальное отражение подчиняется следующим законам: луч падающий и луч отраженный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к элементу отражающей поверхности в точке падения луча и составляют равные углы с ним (рис. 2). Зеркальным отражением обладают полированные поверхности различных веществ. Фотометрическим коеф. отражения называется отношение отраженного поверхностью светового потока к потоку падающему. Полированные металлы обладают как правило высоким коеф. отражения. Коеф. отражения для данного металла не является постоянной величиной, а зависит от длины волны падающего света. В прилагаемой таблице даны

Рисунок 2.

коеф. отражения по спектру нек-рых металлов. Длина волны в тц Металл Серебро (свежепосереб- 86,6 90,5 91,3 92,7 92,6 93,5 Серебро (старое) . . . 73,0 87,1 83,9 85,0 86,3 88,6 29,3 33,1 47,0 74,0 84,4 88,9 51,8 54,7 58,4 61,1 64,2 66,5 56,6 59,4 60,8 62,6 64,9 65,9 51,9 54,4 54,8 54,9 55,4 55,9 47,0 50,0 55,0 55,5 55,7 56,0 Поскольку коеф. отражения зависит от длины волны, энергетический-коеф. отражения не будет равен фотометрическому коеф. отражения, так как отраженный С. будет иметь спектральный состав, отличный от спектрального состава падающего света (см. ниже). Прозрачные среды, относящиеся к диэлектрикам, имеют значительно меньшие коеф. отражения. Отражение от них подчиняется закону Френеля, который для случая нормального падения пучка С. на полированную поверхность диэлектрика принимает очень простой вид: R=\J^-A , где R—коеф. отражения, п—показатель преломления диэлектрика относительно среды, из к-рой падает С. Напр. для стекла с п = 1,Ъ R = 4% и т. д. Коеф. отражения растет с углом падения. Коеф. отражения для падающего рассеянного С. имеет большее значение (ок. 9,5%).

Рисунок 3.

2)'Второй вид отражения—д и ф ф у з н о е— характеризуется законом Ламберта: яркость отражающей поверхности при падении на нее направленного пучка С. одинакова по всем направлениям наблюдения, а сила С. изменяется по косинусу угла наблюдения с перпендикуляром; падающий на такого рода поверхность С. рассеивается равномерно по всем направлениям (рис. 3). К такого типа отражению в той или иной степени приближается отражение от всех матовых поверхностей. Матированные металлы, стекло, шероховатая бумага, пластинки гипса, фарфора—все могут быть отнесены к разряду диффузных поверхностей. Поверхностью, дающей наиболее правильное диффузное отражение, принято считать плоскую поверхность, покрытую порошком магнезии (окиси магния).

3) Смешанное отражение. К разряду смешанного отражения относят все виды отражения, при к-рых часть светового потока отражается зеркально, а часть диффузно. В качестве примера можно привести отражение от фарфоровой эмали, применяемой для покрытия осветительных арматур (рис. 4). Падающий С. частично (по закону Френеля) отражается на поверхности эмали, часть же, проходящая внутрь эмали, рассеивается там на вкрапленных мелких частицах. Дисперсия и поглощеннее. При прохождении С. в однородных средах обнаруживаются два неразрывно связанных друг с другом явления: первое—зависимость скорости распространения от длины волны С. (цвета), и второе—поглощение проходящего светового потока частицами (молекулами, атомами) среды, причем степень поглощения также обычно зависит от длины волны проходящего света. Первое явление приводит к тому, что показатель преломления среды (см. Преломление света) также зависит от длины волны; это носит название дисперсии показателя преломления. Области спектра, в которых для данного вещества показатель преломления плавно убывает с длиной волны, называются областями нормальной дисперсии; области, в которых показатель преломления, претерпев разрыв, начинает расти с длиной волны, называются областями аномальной дисперсии. Поглощение света средой толщины d может быть представлено уравнением Бугэ: ТЛ=&,                            (1) где Td—пропускание среды толщиной d, a t—пропускание среды единичной толщины, t, a следовательно и Та являются функциями длины волны. Очень часто пишут уравнение (1) в несколько ином виде, положив в основу не коеф. пропускания слоя единичной толщины, а коеф. поглощения—К—такого слоя; тогда уравнение принимает вид: Тл = гкл.                           (2) К носит название удельного поглощения среды, I—основание нат. логарифма. Иногда пишут: Та=1(ГХ*.                          (3) Произведение K'd называют оптической плотностью и обозначают буквой D (density). Из (3) видно, что lg ip- — D. Принято называть величину, обратную пропусканию, ~ = 0— не- 73» прозрачностью (opacity). Изображая зависимость удельного поглощения К от длины волны А, графически мы будем иметь характеристику оптических свойств среды по спектру. Установлено, что в областях аномальной дисперсии К приобретает большие значения, образуя т. н. полосы поглощения. В области же нормальной дисперсии К изменяется мало, оставаясь небольшим и по абсолютной величине, так что в этой области вещество прозрачно вплоть до очень больших толщин. Поглощение особенно сильное носит название избирательного; величина коеф. поглощения К(Х) определяется собственными частотами молекул среды. Благодаря этому среда в проходящем белом С. кажется вообще говоря окрашенной. Этим свойством часто пользуются, чтобы получить светофильтры—приспособления, отделяющие некоторые области спектра от других. По виду кривой поглощения может быть дана классификация поглощающих сред. По Гибсону, все избирательно поглощающие среды делятся на три класса. Класс 1. Большое поглощение в области А, имеющих нек-рое значение^,,, и сильное пропускание в области А>ЛС. К этому классу принадлежат защитные светофильтры, служащие для защиты глаз от ультрафиолетовых лучей при работе с источниками, богатыми этими лучами (кварцевая, ртутная лампы, вольтова дуга, пламя при сварке и т. п.). Обычное стекло имеет границу пропускания около Ас = 300—400 т/л. В качестве защитных светофильтров особенно пригодны плохие зеленые стекла с большим содержанием солей железа (простое бутылочное стекло), граница поглощения которого лежит около Ас = 400 m/i, т. о. оно задерживает всю область эритемы. Увиолевое стекло (вита-глас) имеет границу пропускания Ас ^ 280—290 т/л. Вода имеет границу около Ас = 170 т/л. Область А < 120 т/л не пропускается твердыми телами и жидкостями. Из обычных газов Н2 наиболее прозрачен в этой области. Земная атмосфера имеет границу пропускания около Ас = 285 т/л, которая объясняется присутствием в высоких слоях атмосферы озона (03), поглощающего излучение короче 285 т/л. Светофильтры с границей пропускания 200—350 т/л могут быть получены применением некоторых органических жидкостей. В области 300—700 т/л очень удобны растворы многих солей и органических красителей. В качестве сред, пропускающих инфракрасную область и не пропускающих видимую, применяются различные лаки, смолы, эбонит, картон, черная бумага и т. п. Класс 2. Полное поглощение в широкой области спектра, где А имеет значение>АС, и большое пропускание в соседней области, где &<Ле. В области видимого спектра отделение инфракрасной части хорошо достигается водными растворами солей меди (CuS04 и др.), а также растворами квасцов [K2A12(S04)], полностью поглощающими инфракрасные лучи и обладающими равномерным и большим пропусканием в видимом спектре. В качестве твердых фильтров для этой цели употребляют слегка синие стекла, прокрашенные солями кобальта или меди. Такие стекла употребляются в качестве защитных очков при работе с источниками, богатыми тепловыми лучами (плавильные печи и т. п.). Отделение ультрафиолетовой части от видимой значительно сложнее. До сих пор неизвестен фильтр, задерживающий полностью видимый спектр и пропускаю- щий без заметного ослабления область ультра^ фиолетовых лучей 400—250 т/л. Для пропускания ближайшего к видимому свету ультрафиолетового спектра с длиной волны в пределах 400—300 т,и применяются черные увио^ левые стекла, изготовляемые различными иностранными фирмами, а также нек-рыми советскими ин-тами (Ин-т стекла в Москве). Эти стекла одновременно слабо пропускают крайние красные лучи. Для этой же цели отделения ближайших ультрафиолетовых лучей от видимого света могут служить спиртовые растворы n-нитрозодиметиланилина в комбинации с синими увиолевыми стеклами. Для отделения области 230—310 т/г годен жидкий фильтр растворов сернокислого никеля (NiS04) и сернокислого кобальта (CoS04) в кварцевой кювете. Класс 3. Большое поглощение всюду за исключением некоторых узких областей спектра (монохроматические светофильтры). Наиболее трудно выделение узких областей в ультрафиолетовой части, где лучший результат для области 254 т/л (выделение резонансной линии ртути) дают пары С1 и Вг при давлении 6—7 атмосфер в запаянных кварцевых сосудах. Для выделения области 290—350 т/л (или уже) хороший результат дают тонкие слои серебра (40—100 т/л толщиной), нанесенные на кварцевую пластинку; наносят их обычно методом катодного или термического распыления. Наиболее удобными светофильтрами для видимого спектра являются органические красители, употребляемые в виде растворов в стеклянных кюветах или в виде прокрашенных ими желатиновых пленок. Благодаря простоте изготовления область применения желатиновых светофильтров очень широка и техника их изготовления несложна и доступна всякой лаборатории. Употребляемая для светофильтров желатина должна обладать возможно большей прозрачностью, отсутствием мути и хорошей очисткой и консервацией. Рассеяние С. При распространении С. в неоднородной среде (не имеющей по всему объему однородного показателя преломления), кроме дисперсии и поглощения С, появляется рассеяние С. на неоднородностях среды. В воздухе роль таких неоднородностей играют местные уплотнения вследствие тепловых флюктуации, вкрапленные молекулы воды и т. п. Степень рассеяния зависит от длины волны А падающего света (закон Рэлея). Для воздуха неоднородности малы, порядка размера молекул; для таких частиц степень рассеяния обратно пропорциональна четвертой степени длины волны (-да-) • С увеличением размера рассеивающих частиц степень при А уменьшается и напр. для молочного стекла, в к-рое вкраплены частицы порядка 1—2 /л, рассеяние пропорционально -jj- . Закон ослабления проходящего С. для среды с рассеянием не отличается от закона для чистого поглощения, в этом случае лишь К является не коеф. поглощения, а суммой коеф. поглощения х) и коеф. рассеяния 2); К—Кг2 носит название коеф. экстинк-ции. Закон Бэра справедлив лишь для монохроматического излучения, поскольку К есть функция длины волны. Световые измерения. При световых измерениях определяют обычно энергию светового потока, спектральный состав, поляризацию и наконец воздействие на глаз. (Опре-

деление поляризации—см. Поляризация, Поля-риметрия.) Световые измерения распадаются на две большие группы. 1) Измерения оптических характеристик источников и даваемого ими С. 2) Измерения оптических характеристик отражающих, преломляющих, рассеивающих и поглощающих свет веществ. При этом измерения производятся в энергетических единицах или в световых единицах (см. Освещение). Последние измерения носят название фотометрических измерений. Кроме того измерения разделяются на интегральные и спектральные. В первом случае измеряют все величины для неразложенного в спектр света; во втором случае измерения производятся для отдельных длин волн.

Измерения световой энергии. Для измерения количества энергии, излучаемой источником света, основными приборами являются приборы, основанные на тепловом действии С. Преимуществом таких приборов является то, что их чувствительность к С. не зависит от его спектрального состава. Наиболее простым по устройству является болометр. Действие болометра основано на изменении электрического сопротивления проводников при нагревании. С, падая на почерненную проволоку или полоску болометра, нагревает ее и по изменению сопротивления можно судить об интенсивности света. Для получения большой чувствительности проводник делают крайне тонким, например в виде почерненной платиновой полоски в несколько микронов шириной и в несколько десятых микрона толщиной, и помещают в вакуумный сосуд. Изменение сопротивления измеряют или при помощи компенсационной схемы типа мостика Уитстона (болометр Ланглея) или по изменению силы тока, текущего через проводник (болометр Зеддига). Для измерения токов приходится применять чрезвычайно чувствительные гальванометры (рис. 5). В наст, время часто пользуются вместо болометров термоэлементами и термостолбиками, более удобными в работе. Действие термоэлемента основано на термоэлектрическом эффекте: нагретый спай двух металлов является источником электродвижущей силы. Если взять два проводника из различных металлов и сварить их концы, то при нагреве одного из спаев в проводнике пойдет ток. Величина термотока растет с t° и зависит от комбинаций сваренных металлов. Употребляют следующие сочетания: висмут и серебро, манганин и кон-стантан, железо и висмут и т. д. Свет, попадая на такой почерненный спай, нагревает его и тем самым вызывает термотоки. При измерениях лучистой энергии термоэлемент делают из чрезвычайно тонких почерненных проволок (несколько микронов в диаметре). Чем тоньше проволока, тем выше чувствительность термоэлемента на единицу попадающей на него энергии. Но так как при этом его поверхность уменьшается, а следовательно уменьшается и величина поглощаемой энергии, то приходится иногда снабжать термоэлемент бляшками, увеличивающими поглощающую поверхность, или Рисунок 5. Схема болометра: вг—тонкая платиновая полоска, на которую падает свет; S-г—такая же пластинка, защищенная от света; Ri и Д2—известные сопротивления; G— гальванометр; Е— электрическая батарея.

Рисунок 6. Схема термоэлемента по Молю.

помещать его в фокусе собирающего лучи оптического прибора. Для увеличения чувствительности и постоянства термоэлементов их помещают в вакуумный сосуд. При этом достигают увеличения чувствительности в 400 раз (рис. 6). В нек-рых случаях из термоэлементов составляют термостолбик. Термостолбик представляет собой ряд термоэлементов, включенных последовательно (рис. 7). Для измерения термотоков применяются чувствительные гальванометры с небольшим внутренним сопротивлением. Термоэлементами и термостолбиками пользуются как для интегральных измерений световой энергии, так и для спектральных измерений. Так как результаты измерений часто интет ресно иметь в калориях, то градуируют все эти приборы по эталону, излучающему известное количество энергии. При этом помещают эталон на определенном расстоянии и, зная размеры приемника, рассчитывают количество поглощаемой энергии. Сопоставляя отсчет гальванометра с этой величиной, получают чувствительность прибора в калориях. Как указывалось, спектральный состав излучения при этом не существен. Следующим распространенным прибором для измерения энергии является фотоэлемент. Действие фотоэлемента основано на вырывании светом электронов из металлов. Основным недостатком фотоэлемента с точки зрения измерения энергии светового'потока является его неодинаковая чувствительность в различных частях спектра (см. ниже). Из-за этого обстоятельства при помощи фотоэлемента нельзя сравнивать между собой источники, дающие С. различного спектрального состава. Для получения определенных результатов необходимо знать распределение энергии по спектру источников и кривую спектральной чувствительности фотоэлемента. Преимуществом фотоэлементов являются большая чувствительность (в особенности применяемых в последнее время фотоэлементов с полупроводящим слоем) и удобство усиления фототоков при помощи катодных ламп. Фотоэлементы также необходимо градуировать по эталону, причем чувствительность нек-рых из них (газополные фотоэлементы) меняется с временем.—Для исследования сла-Рисунок 7. бых или мгновенных источников С. при-термо1-меняют также фотографический стол- метод. При этом об интенсивности энер-бика. гии светового потока судят по почернению фотопластинки (см. Фотография). Недостатком фотографического метода является то, что почернение пластинки не пропорционально падающей на нее интенсивности света и что фотоэмульсия имеет различную чувствительность к различным длинам волн. В виду первого обстоятельства приходится градуировать пластинку, нанося на нее марки при помощи источника с изменяемой по известному закону интенсивностью; в виду второго обстоятельства фотографический метод мало пригоден для сравнения световых потоков различного спектрального состава. Фотометрические измерения. Указанные выше объективные методы не годны без соответствующих изменений для оценки эффекта действия на глаз данного светового потока. Вместе с тем оценка этого действия и исследование влияния на него различных факторов чрезвычайно важны. Как было указано, фотометрия занимается измерениями светового потока не как просто энергетической величины, а как вида энергии, воздействующего на глаз. Различие между энергетическими(измерениями и фотометрическими измерениями чрезвычайно велико, так как при последних большую роль играет неодинаковая чувствительность глаза к различным частям спектра (цветоощущение). Как известно, глаз имеет максимум чувствительности в зеленой части спектра. Поэтому, если применять термоэлемент в качестве фотометра, необходимо перед ним поместить соответствующий зеленый светофильтр с максимумом пропускания в зеленой части спектра. Ясно, что такая комбинация будет эквивалентна глазу, надо только проградуировать прибор по световому эталону. Нек-рые фотоэлементы имеют в видимой части спектра кривую чувствительности, близкую к глазу (цезиевые, селеновые); применяя светофильтры, такие фотоэлементы легко приравнять точно к глазу и пользоваться ими в качестве фотометров и люксметров. Фотометры, в которых роль измерительного аппарата играет человеческий глаз, называются визуальными, в противоположность вышеуказанным объективным, в которых световая ^энергия, трансформируясь в какую-либо иную, напр. электрическую, измеряется каким-либо прибором. Принципиальны!* отличием глаза от всех ныне применяемых приемников энергии в объективных фотометрах является то, что глаз реагирует на яркость, а эти приемники реагируют на величину светового потока. Все визуальные фотометры основаны на нулевом методе, поле зрения прибора разделено на две части, одна из которых освещена известным источником света (эталоном), а другая измеряемым источником. Каким-либо затенителем затеняют световой поток того из источников, поле которого ярче, до равенства яркостей обеих половин. В этот момент отношение световых потоков, падающих от обоих источников на фотометр, равно степени затенения. Наиболее распространенным стационарным фотометром является фотометрическая ,                А А                      скамья. Скамья - - - —---------------L представляет собой две параллельные горизонтально. укрепленные штанги, на которых может свободно ходить ряд кареток. На одной из кареток укреплен собственно фотометр,так назыв. фотометрическая головка Люм-мер-Бродхуна (рис. 8). Двусторонняя белая, обычно фарфоровая пластинка АХА2 освещается двумя источниками Lx и L2; С. от нее, отражаясь зеркалами 8Х и S.2, попадает в фотометрический кубик Р, который составлен из двух прямоугольных призм. Гипотенуза одной из призм сошлифована на краях так, что призмы, будучи обращены друг к другу гипотенузами и сжаты, образуют оптический контакт только в середине; в этом месте лучи от обоих источников проходят свободно сквозь призмы. Ставя окуляр О, а за ним и глаз в од-

Рисунок 8.

U=>J

ном из пучков, выходящих из кубика, напр. в правом, мы увидим поле состоящим из двух частей, наружной и внутренней. Наружная часть поля освещена стороной пластинки А2, а следовательно и лампой L2, а внутренняя—■ стороной пластинки Ах и лампой Lx. Т. к. освещенность сторон пластинки обратно пропорциональна квадратам расстояний до ламп, то при различной.силе С. источников Lx и Ьг можно, двигая фотометр по скамье и меняя тем самым расстояния от пластинки А до ламп, сравнять освещенность полей фотометра; в этот момент силы С. ламп будут относиться обратно пропорционально квадратам расстояний до них. Если сила света одной из ламп известна, то сила света другой определяется простым вычислением. Чтобы устранить ошибку, происходящую от различных коефициентов отражения сторон Ах и А2, фотометр переворачивают на 180° и повторяют измерение; в этом случае сторона Ах будет освещена лампой 1>2, а сторона А2—лампой Lx. Проделав в каждом случае вычисления и взяв среднее геометрическое из обеих величин, мы получим истинную силу света лампы. Одной из наиболее распространенных систем переносных визуальных фотометров является тубус-фото- /и, метр (рис. 9). В нем лампочка сравнения L твердо соединена с самим фотометром. Пучок от лампочки падает на молочное стекло М, к-рое может передвигаться вдоль трубы АВ, и тем самым изменяется его яркость. С. от измеряемого источника падает на молочное стекло Мх. Передвигая молочное стекло М, добиваются равенства его яркости в кубике Люммер-БродхунаР. Для увеличения диапазона фотометра можно вставлять ряд затенителей как в плечо измеряемой лампы, так и в плечо лампы сравнения. Кроме того существует ряд специальных фотометров для исследования оптических свойств тел. Рефлектометрами измеряют коеф. отражения зеркал и различных поверхностей. Денситометрами измеряют пропускание экспонированных фотографических пластинок и других поглощающих С. тел. Для измерения пропускания мелких деталей на фотоснимках служат микрофотометры визуальные и объективные. Во всех этих приборах обычно сравнивают световой поток, идущий непосредственно от источника, со световым потоком, ослабленным поглощением в веществе (при отражении от его поверхности или при прохождении через вещество). Наконец есть ряд универсальных фотометров: штуфенфото-метр Пульфриха, униметр Блоха, служащих для измерения целого ряда самых разнообразных величин (силы света, яркости, коефици-ента отражения, поглощения, рассеивания, цветности и т. д.). В фототерапии крайне важным является исследование спектрального распределения в С. источника, с одной стороны, и спектральные характеристики отражающих и поглощающих С. тел. Этими вопросами занимается с п е к т -рофотометрия. Для фотометрирования в различных частях спектра применяются приборы, называемые спектрофотометрами. В них пучок С. от исследуемого источника и от лампы сравнения сначала проходит сквозь призму и разлагается в спектр, а затем попадает в фотометр. Переходя из одной области спектра в другую, измеряют отношение световой энергии в данной спектральной области у неизвестного источника и эталона. В наиболее распространенном спектрофотометре Кениг-Мартенса разложенный в спектр свет от обоих источников падает на призму Волластона, где поляризуется в двух взаимно перпендикулярных направлениях. За призмой Волластона стоит призма Николя; поворачивая призму Николя, изменяют интенсивность обоих проходящих сквозь последнюю пучков света и добиваются их равенства. При этом отношение интенсивностей обоих пучков света будет пропорционально квадрату тангенса угла поворота призмы Николя: y~ = tg2 г.—В объективных спектрофотометрах свет от измеряемого источника проходит сквозь монохроматор и падает на какой-либо приемник: термоэлемент, болометр или фотоэлемент. Если измерения производятся первыми двумя приемниками, то даваемый ими ток просто пропорционален энергии источника в данной области спектра, если же фотоэлементом, то благодаря его различной чувствительности по спектру необходимо промерить источник с известным распределением энергии по спектру, тогда отношение показаний прибора для каждой длины волны даст отношение энергий источников. Вводя на пути одного из лучей в спектрофотометре отражающую поверхность или поглощающее вещество, можно определить спектрофотометром коефициент отражения или коефи-циент пропускания вещества как функцию длины волны света. Таким методом исследуют светофильтры и окрашенные отражающие поверхности.                            В. Гинзбург, В. Фабрикант. Биологическое действие света чрезвычайно многообразно. Относящиеся сюда факты описаны как в биологической, так и агрономической и мед. литературе. Одним из наиболее заметных проявлений биол. действия С. является его влияние на рост растений, в частности на всхожесть семян; в этом смысле среди растений можно различать три группы: 1) всхожесть к-рых стимулируется С. (растущие днем), 2) растения с пониженной всхожестью при действии С. (растущие ночью), 3) индиферентные в отношении С. Для рассматриваемого эффекта повидимому действителен закон «произведение из интенсивности на время воздействия есть величина постоянная», т. е. одинаковый эффект может быть достигнут как кратковременным воздействием источника большой интенсивности, так и длительным воздействием слабого источника. Механизм действия С. в этом случае не вполне ясен, эффект обусловливается либо развитием в семенах хим. веществ типа катализаторов, определяющих наступление развития, либо, по мнению не к-рых, наоборот, разрушением каких-то гипотетических веществ, тормозящих развитие и определяющих особое анабиотическое состояние покоящихся семян. — Несомненно можно отметить влияние С. на ряд различных процессов, связанных с жизнью растений, в частности напр. красные лучи стимулируют «рост растяжения» (Streckenwachs-tum); в связи с этим отмечается рост в ширину развивающихся на С. растений, в противоположность чрезвычайной вытянутости лишенных света хлоротических растений. Свет влияет также на такие процессы, как цветение, образование листьев, созревание плодов и т. д. Проблема влияния С. на растения представляет значительный практический интерес, в частности она усиленно разрабатывается у нас в Союзе в специальном Агрофизическом ин-те (Ленинград). Особого упоминания заслуживает влияние С. на образование хлорофиловых зерен; уже внешний вид этиолированных растений показывает, что в отсутствие С. зеленение их является невозможным; достаточно однако ничтожных количеств С. (воздействие продолжительностью в несколько секунд) для того, чтобы вызвать появление хлоропластов; механизм происходящего здесь фотохим. процесса во многом неясен, очевидно речь идет об «освобождении» какой-то заранее подготовленной реакции. Интересно отметить, что тот же эффект может быть получен также и на убитых растениях. Чрезвычайное значение имеет С. в процессах ассимиляции С02 растением, где, как известно, энергетической базой сложных и мало изученных химических процессов является использование химических лучей солнечного С, именно фиолетовой и отчасти красной его части. Значительно менее богат фактический материал, касающийся влияния G. на рост животных клеток и тканей; большинство имеющихся здесь данных относится к наблюдениям над ростом культуры тканей. Повидимому наиболее активными являются ультрафиолетовые лучи, причем как общее правило (не лишенное, вероятно, исключений) следует принять, что малое время воздействия лучей стимулирует рост, бблыная продолжительность, точно так же как и высокая интенсивность воздействия, приводит к торможению развития, а затем и к гибели клеточных элементов, связанной повидимому всегда при действии С. с изменением физ.-хим. состояния коллоидов протоплазмы—уменьшением степени дисперсности, укрупнением частиц, необратимым выпадением хлопьев осадка и т. д.—Отмечается также влияние света на течение митоза (в частности наиболее чувствительными являются промежуточные фазы процесса — метафаза и анафаза) и на развитие. И здесь сохраняется обычная последовательность стимуляции и торможения. Классич. работами Леба и др. показана возможность активации партеногенетич. развития яиц морских животных при действии ультрафиолетовых лучей, а также получения при чрезмерных дозах С. уродств в зародышах. Следует упомянуть о роли коротких ультрафиолетовых митогенетических лучей в процессах деления и развития (см. Митогенетические лучи). В развитии высших животных наличие С. (в частности небольших количеств ультрафиолетовых лучей) оказывается физиол. фактором первостепенной важности. При недостатке этих лучей возникает комплекс болезненных явлений, определяемый прежде всего понятием рахита и характеризующийся недостатком солей Са в костях, а также повидимому и неправильным ходом всего гистогенеза костной ткани. Эти изменения связаны с отсутствием витамина В. Этот последний возникает в организме, как показывают специальные исследования, при воздействии ультрафиолетовых лучей на эр-гостерин. Наряду с костной системой одной из наиболее чувствительных к действию света во взрослом организме систем является система кроветворных органов, где отмечается увеличение количества красных и белых кровяных элементов, а также отмечается увеличение количества гемоглобина. Весьма значительное действие оказывает С. на жизнедеятельность микроорганизмов. Короткие лучи (в особенности ультрафиолетовые) являются одними из наиболее мощных бактерицидных факторов, как это установлено еще в 1878 г. работами Доунса и Блента (Downes, Blunt). Действие С. сводится как к задержке развития микроорганизмов, так и к их гибели при продолжительном воздействии, протекающей при явлениях необратимой коагуляции белков протоплазмы. Вопрос о наиболее активной в смысле этого действия длине волны разрешается различными исследователями несколько по-разному, повидимому максимальный эффект достигается между 2 000 и 3 000 А и 3 000—3 400 А. Длинные лучи оказывают значительно менее выраженное действие и то лишь при условии специальной подготовки культуры, ее сенсибилизации (см ниже). Помимо бактерицидного действия отмечается ряд других эффектов воздействия света, как например измерение подвижности двигающихся форм, изменение патогенных свойств, изменение проницаемости при действии ультрафиолетовых лучей (сначала увеличение проницаемости, затем в связи с понижением степени дисперсности—уменьшение; работы академика Надсона и его школы над дрожжами). Ультрафиолетовые лучи в" л и~я ю т на целый ряд веществ в организме—ферменты, токсины и антитела; так, описано ослабление действия яда змей, уменьшение анафилаксии и т. д. Механизм влияния С. сводится здесь повидимому к изменению физ.-хим. состояния этих веществ описанным выше способом, т. е. путем укрупнения коллоидальных частиц. Влияние света на обмен веществ в организме сказывается прежде всего в изменении свойств крови; помимо влияния на количество форменных элементов описано повышение бактерицидной способности, понижение способности свертываться и т. д. (лучи с длиной ок. 500 тц). При продолжительном действии ультрафиолетовых лучей отмечается наступление гемолиза. Описано также влияние С. на такие процессы в организме, как дыхание, колебание щелочного резерва, минеральный обмен и т. д. Выше было уже отмечено значение света для кальциевого обмена. В области органического обмена отмечается понижение содержания в крови сахара, увеличение жира в тканях и т. д. Нек-рое влияние отмечается также и в отношении азотистого обмена (уменьшение содержания в моче мочевины и мочевой к-ты). Имеются указания на усиление фагоцитарной способности лейкоцитов; быть может в соответствии с этим стоит отмеченное многими авторами влияние С. на течение различных'заболеваний, а также усиление иммунитета при действии С.—Материалы о'влиянии света на различные системы органов не носят систематического характера. Бблыпая часть данных касается влияния на эндокринную, кровеносную и отчасти нервную системы. Из органов внутренней секреции наибольшей чувствительностью обладает паращитовидная железа, в которой удается отметить морфол. изменения типа гиперплазии при воспитании животных за цветными стеклами. В несколько меньшей степени влияние С. сказывается на надпочечнике, гипофизе и щитовидной железе. В области кровеносной системы помимо отме- ченного уже выше наблюдается действие С. на сосуды, выражающееся в изменении пульса и уменьшении кровяного давления; последнее связано повидимому с расширением сосудов, возникающим при действии С. При этом наблюдается также освобождение таких больших резервуаров крови, как селезенка. Эффект действия С. на кровеносную систему следует считать чрезвычайно сложным и вряд ли первичным; повидимому здесь имеет место влияние на иннервацию сосудов скорее всего путем образования особых стимулирующих работу нервной системы веществ. Необходимо упомянуть о специфическом влиянии С. на глаз, вызывающем акт зрения (см. Зрение), действии на рецепторные элементы сетчатки и о воздействии на промежуточные среды—роговицу, хрусталик, стекловидное тело и т. д. Существующее предположение о роли С. в возникновении ряда заболеваний глаз (катаракта) кажется мало обоснованным.—Значение света в возникновении различных заболеваний сказывается прежде всего в группе специфических заболеваний, связанных с воздействием С. на белых животных при наличии сенсибилизации. Течение ряда кожных б-ней (экзема, пеллагра, кожный рак) также находится в тесной зависимости от действия С. Общеизвестно влияние чрезмерного действия С. (гл. обр. ультрафиолетовых лучей), вызывающее явление «светового удара», а при действии на мелких животных—«световой смерти». Одним из наиболее важных проявлений биологического действия света является вызывание направленных реакций у растений и животных—фототропизмов и фототаксисов (см. Тропизмы). Специального рассмотрения заслуживает вопрос о морфол. изменениях клеток и тканей при действии С. Имеющиеся пока данные чрезвычайно скудны и почти целиком ограничиваются сообщенными выше фактами, касающимися изменения коллоидального состояния, проницаемости и т. д. Здесь остается еще большое поле для исследований, т. к. не подлежит сомнению, что правильная дозировка должна привести к изменениям в строении взрослого и растущего организма. Специальному исследованию подвергнут был вопрос о непосредственном влиянии С. на воспринимающую часть организма, т. е. на кожу (в частности кожу человека). Как первый эффект такого воздействия следует рассматривать эритему, т. е. местную реакцию кожи, связанную с гиперемией, повышением t° и т. д. Дальнейшим результатом воздействия С. является образование пигмента, располагающегося в нижних (цилиндрических) клетках эпителиального слоя кожи. Образование пигмента имеет защитное значение, задерживая продвижение лучей в глубь тканей. Нужно предполагать однако, что пигменту принадлежит какое-то значительное место в обмене веществ. О механизме возникновения пигмента наиболее распространенным является представление о том, что пигмент возникает при действии света в результате взаимодействия белкового тела тирозина и фермента тирозиназы. По мнению некоторых авторов, речь идет о действии особого фермента. Большое место в учении о биол. действии С. играет представление о сенсибилизации биол. объектов к С., т. е. о действии ряда веществ на организм (главн.; обр. различных красок—эозина, эритрозина, порфирина и др.), при наличии к-рых значительно усиливается эффект воздействия С. Среди сенсибилизаторов приходится различать экзогенные и эндогенные вещества. К числу последних принадлежит гематопорфирин крови. Значение сенсибилизаторов наиболее полно изучено Таппейнером и Иодльбауером (Tappeiner, Jodlbauer), вводящими понятие о фотодинамическом действии. Помимо красок значение сенсибилизаторов приходится приписать еще нек-рым солям, в частности солям Fe. Механизм фотодинамического действия сводится повидимому к адсорп-ции энергии сенсибилизаторами и к перенесению этой энергии на биол. объекты. По мнению Нейберга (Neuberg) механизм фотодинамического действия сводится к сложным окислительным процессам. Фотодинамическим эффектом обладает в частности и хинин. Комбинированное действие на организм лекарственных веществ типа сенсибилизаторов и С. должно быть подвергнуто в современной медицине детальному исследованию.                  с. залшшд. Лит.: Вавилов С, Глаз и ' солнце, М., 1933; Ньютон И., Оптика, М.—Л., 1927; Р и б о, Оптическая пирометрия, М., 1933; Сиротинский Л., Основы техники электрического освещения, М., 1925; Техническая энциклопедия, Справочник физических, химических и технологических величин, под ред. С. Вавилова, т. VІII и ІX, М., 1932; Хвольсон О., Курс физики, т. I—II, Берлин, 1923; Born M., Optik, В., 1933; Bruchat G., Cours d'optique, P., 1931; Forster-llng K., Lehrbuch der Optik, Lpz., 1928; Handbuch der Physik, hrsg. v. H. Geiger u. K. Sheel, B. ХVІII, ХХI, В., 1927-—29; Houstoun R., A treatise on light. L., 1924; J e s i о n e k, Lichtbiologie u. Lichtpa-thologie, Wiesbaden—Munchen, 1912; Pinkussen L., Biologische Lichtwirkung, Erg. d. Physiol., B. XІX, 1921; о н ж e, Photobiologie, Grundlagen und Ergebnisse—Aus-blicke, Lpz., 1930; Weigert, Optische Metnoden der Chemie, Lpz., 1927.

Большая медицинская энциклопедия. 1970.

Синонимы:

Антонимы: