Apšvietimo kiekiai: šviesos srautas, šviesos intensyvumas, apšvietimas, ryškumas, ryškumas

1. Šviesos srautas

Šviesos srautas – spinduliavimo energijos galia, vertinama pagal jos sukuriamą šviesos pojūtį. Spinduliavimo energija nustatoma pagal emiterio į erdvę išspinduliuojamų kvantų skaičių. Spinduliavimo energija (spinduliavimo energija) matuojama džauliais. Energijos kiekis, išskiriamas per laiko vienetą, vadinamas spinduliavimo srautu arba spinduliavimo srautu. Spinduliavimo srautas matuojamas vatais. Šviesos srautas žymimas Fe.

kur: Qе – spinduliuotės energija.

Spinduliuotės srautui būdingas energijos pasiskirstymas laike ir erdvėje.

Daugeliu atvejų, kai jie kalba apie spinduliuotės srauto pasiskirstymą laikui bėgant, jie neatsižvelgia į radiacijos atsiradimo kvantinį pobūdį, bet supranta tai kaip funkciją, kuri suteikia momentinių verčių laiko pasikeitimą. spinduliuotės srauto Ф (t). Tai priimtina, nes šaltinio išspinduliuojamų fotonų skaičius per laiko vienetą yra labai didelis.

Pagal spinduliuotės srauto spektrinį pasiskirstymą šaltiniai skirstomi į tris klases: su linijiniu, dryžuotu ir ištisiniu spektru. Linijinio spektro šaltinio spinduliuotės srautas susideda iš monochromatinių srautų iš atskirų linijų:

čia: Фλ — monochromatinės spinduliuotės srautas; Fe – spinduliuotės srautas.

Juostos spektro šaltiniuose emisija vyksta gana plačiuose spektro regionuose – juostose, atskirtose viena nuo kitos tamsiais tarpais. Spinduliuotės srauto spektriniam pasiskirstymui apibūdinti ištisiniais ir juostiniais spektrais naudojamas dydis, vadinamas spektrinio spinduliuotės srauto tankiu.

kur: λ yra bangos ilgis.

Spektrinio spinduliuotės srauto tankis yra spinduliuotės srauto pasiskirstymo spektre charakteristika ir yra lygus elementinio srauto ΔFeλ, atitinkančio be galo mažą atkarpą, ir šios atkarpos pločio santykiui:

Spektrinės spinduliuotės srauto tankis matuojamas vatais nanometrui.

Apšvietimo inžinerijoje, kur žmogaus akis yra pagrindinis spinduliuotės imtuvas, šviesos srauto sąvoka įvedama siekiant įvertinti efektyvų spinduliuotės srauto veikimą. Šviesos srautas yra spinduliuotės srautas, įvertintas pagal jo poveikį akiai, kurio santykinis spektrinis jautrumas nustatomas pagal CIE patvirtintą vidutinę spektrinio efektyvumo kreivę.

Apšvietimo technologijoje taip pat naudojamas toks šviesos srauto apibrėžimas: šviesos srautas yra šviesos energijos galia. Šviesos srauto vienetas yra liumenas (lm). 1 lm atitinka šviesos srautą, kurį vienu kietuoju kampu skleidžia izotropinis taškinis šaltinis, kurio šviesos stipris yra 1 kandela.

1 lentelė.Tipinės šviesos šaltinių šviesos vertės:

Lempų elektros energijos tipai, W Luminor Flux, LM šviesos efektyvumas LM / W kaitrinės lempos 100 vatų 1360 LM 13,6 LM / W fluorescencinė lemputė 58 vatai 5400 LM 93 LM / W Aukšto slėgio natrio lempos 100 vatų 10000 LM / W žemas žemiausias slėginė natrio lempa 180 vatų 33 000 lm 183 lm / W aukšto slėgio gyvsidabrio lempa 1000 vatų 58 000 lm 58 lm / W Metalo halogeno lempa 2000 vatų 190 000 lm 95 lm / W korpusas: atsispindi trimis komponentais kūnu Фρ sugertas Фα ir praleisto Фτ... Tuo apšvietimo skaičiavimai panaudojimo koeficientai: atspindžiai ρ = ​​Fρ/ F; sugertis α= Fα/ F; perdavimas τ= Fτ/ Ф.

2 lentelė. Kai kurių medžiagų ir paviršių šviesos charakteristikos

Medžiagos arba paviršiai Koeficientai Atspindėjimas ir perdavimo elgsena atspindys ρ sugertis α pralaidumas τ kreida 0,85 0,15 — Difuzinis silikatinis emalis 0,8 0,2 — Difuzinis aliuminio veidrodis 0,85 0,15 — Smailaus stiklo veidrodis 0,8 0 ,1 ,0 , 0 Tiesioginis 0, 0,2 Difuzinis nukreiptas Bio pieno stiklas 0,22 0,15 0,63 Difuzinis nukreiptas Opalinis silikatinis stiklas 0,3 0,1 0,6 Difuzinis pieno silikatinis stiklas 0, 45 0,15 0,4 Difuzinis

2. Šviesos intensyvumas

Realaus šaltinio spinduliuotės pasiskirstymas supančioje erdvėje nėra vienodas.Todėl šviesos srautas nebus baigtinė šaltinio charakteristika, jei spinduliuotės pasiskirstymas skirtingomis aplinkinės erdvės kryptimis nenustatomas vienu metu.

Šviesos srauto pasiskirstymui apibūdinti naudojama šviesos srauto erdvinio tankio skirtingomis supančios erdvės kryptimis samprata. Šviesos srauto erdvinis tankis, kuris nustatomas pagal šviesos srauto ir erdvės kampo santykį su viršūne toje vietoje, kur yra šaltinis, kuriame šis srautas yra tolygiai pasiskirstęs, vadinamas šviesos stipriu:

čia: Ф — šviesos srautas; ω — erdvinis kampas.

Šviesos intensyvumo vienetas yra kandela. 1 cd.

Tai šviesos intensyvumas, kurį statmenai skleidžia juodo kūno paviršiaus elementas, kurio plotas 1:600 ​​000 m2, esant platinos kietėjimo temperatūrai.
Šviesos intensyvumo vienetas yra kandela, cd yra vienas iš pagrindinių SI sistemos dydžių ir atitinka 1 lm šviesos srautą, tolygiai paskirstytą 1 steradiano erdvės kampu (plg.). Kietasis kampas yra erdvės dalis, uždaryta kūginiame paviršiuje. Kietasis kampas ω, matuojamas ploto, kurį jis iškerta iš savavališko spindulio sferos, ir pastarosios kvadrato santykio.

3. Apšvietimas

Apšvietimas yra šviesos arba šviesos srauto, krentančio ant vieneto paviršiaus, kiekis. Jis žymimas raide E ir matuojamas liuksais (lx).

Apšviestumo vienetas liuksas, lx, matuojamas liumenais kvadratiniam metrui (lm/m2).

Apšvietimą galima apibrėžti kaip šviesos srauto tankį apšviestame paviršiuje:

Apšvietimas nepriklauso nuo šviesos srauto sklidimo į paviršių krypties.

Štai keletas visuotinai priimtų skaisčio rodiklių:

• Vasara, diena po debesuotu dangumi – 100 000 liuksų

• Gatvių apšvietimas — 5-30 liuksų

• Pilnatis giedrą naktį — 0,25 liukso

4. Ryšys tarp šviesos intensyvumo (I) ir apšvietimo (E).

Atvirkštinis kvadrato dėsnis

Apšvietimas tam tikrame paviršiaus taške, statmenai šviesos sklidimo krypčiai, apibrėžiamas kaip šviesos intensyvumo ir atstumo nuo šio taško iki šviesos šaltinio kvadrato santykis. Jei šį atstumą laikysime d, tai šis santykis gali būti išreikštas šia formule:

Pavyzdžiui: jei šviesos šaltinis skleidžia 1200 cd galios šviesą paviršiui statmena kryptimi 3 metrų atstumu nuo šio paviršiaus, tai taške, kur šviesa pasiekia paviršių, apšvietimas (Ep) bus 1200 /32 = 133 liuksai. Jei paviršius yra 6 m atstumu nuo šviesos šaltinio, apšvietimas bus 1200/62 = 33 liuksai. Šis ryšys vadinamas atvirkštinio kvadrato dėsniu.

Apšvietimas tam tikrame paviršiaus taške, kuris nėra statmenas šviesos sklidimo krypčiai, yra lygus šviesos intensyvumui matavimo taško kryptimi, padalytam iš atstumo tarp šviesos šaltinio ir plokštumos taško kvadrato, padauginto iš kampo γ kosinusas (γ – kampas, sudarytas pagal šviesos kritimo kryptį ir statmeną šiai plokštumai).

Todėl:

Tai kosinusų dėsnis (1 pav.).

Ryžiai. 1. Į kosinusų dėsnį

5. Horizontalus apšvietimas

Norint apskaičiuoti horizontalų apšvietimą, paskutinę formulę rekomenduojama modifikuoti, atstumą d tarp šviesos šaltinio ir matavimo taško pakeičiant aukščiu h nuo šviesos šaltinio iki paviršiaus.

2 pav.

Tada:

Mes gauname:

Ši formulė apskaičiuoja horizontalų apšvietimą matavimo taške.

Ryžiai. 2. Horizontalus apšvietimas

6. Vertikalus apšvietimas

To paties taško P apšvietimas vertikalioje plokštumoje, nukreiptoje į šviesos šaltinį, gali būti pavaizduotas kaip šviesos šaltinio aukščio (h) ir šviesos intensyvumo (I) kritimo kampo (γ) funkcija (3 pav. ).

Mes gauname:

Ryžiai. 3. Vertikalus apšvietimas

7. Apšvietimas

Norint apibūdinti paviršius, kurie švyti dėl pro juos praeinančio arba nuo jų atsispindinčio šviesos srauto, naudojamas paviršiaus elemento skleidžiamo šviesos srauto ir šio elemento ploto santykis. Šis dydis vadinamas šviesumu:

Ribotų matmenų paviršiams:

Apšvietimas yra šviesos srauto, kurį skleidžia šviesos paviršius, tankis. Apšviestumo vienetas yra liumenas vienam kvadratiniam metrui šviesos paviršiaus, kuris atitinka 1 m2 plotą, kuris tolygiai skleidžia 1 lm šviesos srautą. Suminės spinduliuotės atveju įvedama spinduliuojančio kūno energijos šviesumo (Me) sąvoka.

Spinduliavimo šviesos vienetas yra W/m2.

Ryškumą šiuo atveju galima išreikšti spinduliuojančio kūno energijos šviesumo spektriniu tankiu Meλ (λ)

Palyginimui, energijos ryškumą įtraukiame į kai kurių paviršių šviesumą:

• Saulės paviršius — Me = 6 • 107 W / m2;

• Kaitinamasis siūlas — Me = 2 • 105 W / m2;

• Saulės paviršius zenite — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Liuminescencinė lemputė — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Ryškumas

Ryškumas Tam tikra kryptimi paviršiaus vieneto skleidžiamos šviesos ryškumas. Ryškumo matavimo vienetas yra kandela kvadratiniam metrui (cd / m2).

Pats paviršius gali skleisti šviesą, panašią į lempos paviršių, arba atspindėti šviesą, sklindančią iš kito šaltinio, pavyzdžiui, kelio dangos.

Paviršiai su skirtingomis atspindinčiomis savybėmis tuo pačiu apšvietimu turės skirtingą ryškumo laipsnį.

Paviršiaus dA skleidžiamas ryškumas kampu Φ šio paviršiaus projekcijos atžvilgiu yra lygus tam tikra kryptimi skleidžiamos šviesos intensyvumo ir spinduliuojančio paviršiaus projekcijos santykiui (4 pav.).

Ryžiai. 4. Ryškumas

Šviesos intensyvumas ir spinduliuojančio paviršiaus projekcija nepriklauso nuo atstumo. Todėl ryškumas taip pat nepriklauso nuo atstumo.

Keletas praktinių pavyzdžių:

• Saulės paviršiaus ryškumas – 2 000 000 000 cd / m2

• Liuminescencinių lempų ryškumas - nuo 5000 iki 15000 cd / m2

• Mėnulio pilnaties paviršiaus ryškumas – 2500 cd/m2

• Dirbtinis kelio apšvietimas - 30 liuksų 2 cd / m2