Količine osvetlitve: svetlobni tok, jakost svetlobe, osvetlitev, svetlost, svetlost

1. Svetlobni tok

Svetlobni tok — moč sevalne energije, ocenjena glede na svetlobni občutek, ki ga proizvaja. Energija sevanja je določena s številom kvantov, ki jih oddaja sevalec v vesolje. Energija sevanja (energija sevanja) se meri v joulih. Količina oddane energije na časovno enoto se imenuje sevalni tok ali sevalni tok. Radiacijski tok se meri v vatih. Svetlobni tok je označen z Fe.

kjer: Qе — energija sevanja.

Za sevalni tok je značilna porazdelitev energije v času in prostoru.

V večini primerov, ko govorijo o porazdelitvi toka sevanja v času, ne upoštevajo kvantne narave pojava sevanja, ampak ga razumejo kot funkcijo, ki daje časovno spremembo trenutnih vrednosti. sevalnega toka Ф (t). To je sprejemljivo, ker je število fotonov, ki jih odda vir na časovno enoto, zelo veliko.

Glede na spektralno porazdelitev sevalnega toka delimo vire v tri razrede: z linearnimi, črtastimi in zveznimi spektri. Tok sevanja vira z linearnim spektrom je sestavljen iz monokromatskih tokov iz posameznih linij:

kjer je: Фλ — tok monokromatskega sevanja; Fe — tok sevanja.

Pri virih pasovnega spektra se emisije pojavljajo v precej širokih spektralnih območjih – pasovi, ki so drug od drugega ločeni s temnimi vrzelmi. Za karakterizacijo spektralne porazdelitve toka sevanja z zveznimi in trakastimi spektri se uporablja količina, imenovana gostota spektralnega toka sevanja

kjer je: λ valovna dolžina.

Gostota spektralnega toka sevanja je značilnost porazdelitve toka sevanja po spektru in je enaka razmerju osnovnega toka ΔFeλ, ki ustreza neskončno majhnemu odseku, do širine tega odseka:

Spektralna gostota toka sevanja se meri v vatih na nanometer.

V svetlobni tehniki, kjer je človeško oko glavni sprejemnik sevanja, je koncept svetlobnega toka uveden za oceno učinkovitosti delovanja sevalnega toka. Svetlobni tok je tok sevanja, ocenjen glede na njegov učinek na oko, katerega relativna spektralna občutljivost je določena s povprečno krivuljo spektralne učinkovitosti, ki jo je odobril CIE.

V svetlobni tehniki se uporablja tudi naslednja definicija svetlobnega toka: svetlobni tok je moč svetlobne energije. Enota za svetlobni tok je lumen (lm). 1 lm ustreza svetlobnemu toku, ki ga pod enim prostorskim kotom oddaja izotropni točkasti vir s svetlobno jakostjo 1 kandela.

Tabela 1.Tipične svetlobne vrednosti svetlobnih virov:

Vrste svetilk Električna energija, W Svetlobni tok, lm Svetlobni izkoristek lm/w Žarnica z žarilno nitko 100 vatov 1360 lm 13,6 lm/W Fluorescentna sijalka 58 vatov 5400 lm 93 lm/W Visokotlačna natrijeva sijalka 100 vatov 10000 lm 100 lm/W Nizka tlačna natrijeva sijalka 180 vatov 33000 lm 183 lm / W Visokotlačna živosrebrna sijalka 1000 vatov 58000 lm 58 lm / W Metalhalogena sijalka 2000 vatov 190 000 lm 95 lm / W Svetlobni tok Ф, ki pada na telo, se porazdeli v tri komponente: odbit s strani telesa, ki ga absorbira Фα in zamujeno Фτ... At izračuni osvetlitve faktorji izkoristka: refleksije ρ = Fρ/ F; absorpcija α= Fα/ F; prenos τ= Fτ/ Ф.

Tabela 2. Svetlobne lastnosti nekaterih materialov in površin

Materiali ali površine Koeficienti Odboj in prepustnost odboj ρ absorpcija α prepustnost τ kreda 0,85 0,15 — Difuzni silikatni emajl 0,8 0,2 — Difuzno aluminijasto zrcalo 0,85 0,15 — Koničasto zrcalo 0,8 0,2 — Usmerjeno motno steklo 0,1 0,5 0,4 Difuzno usmerjeno Bio mlečno steklo 0,22 0,15 0,63 Difuzno usmerjeno Opalno silikatno steklo 0,3 0,1 0,6 Difuzno Mlečno silikatno steklo 0, 45 0,15 0,4 Difuzno

2. Jakost svetlobe

Porazdelitev sevanja realnega vira v okoliškem prostoru ni enakomerna.Zato svetlobni tok ne bo izčrpna značilnost vira, če porazdelitev sevanja v različnih smereh okoliškega prostora ni določena hkrati.

Za karakterizacijo porazdelitve svetlobnega toka se uporablja koncept prostorske gostote svetlobnega toka v različnih smereh okoliškega prostora. Prostorska gostota svetlobnega toka, ki je določena z razmerjem svetlobnega toka in prostorskega kota z vrhom v točki, kjer se nahaja vir, znotraj katerega je ta tok enakomerno porazdeljen, se imenuje svetlobna jakost:

kjer je: F - svetlobni tok; ω — prostorski kot.

Enota jakosti svetlobe je kandela. 1 cd.

To je svetlobna jakost, ki jo oddaja pravokotno površinski element črnega telesa s površino 1:600.000 m2 pri temperaturi strjevanja platine.
Enota svetlobne jakosti je kandela, cd je ena glavnih veličin v sistemu SI in ustreza svetlobnemu toku 1 lm, ki je enakomerno porazdeljen v prostorskem kotu 1 steradiana (prim.). Polni kot je del prostora, zaprt v stožčasti površini. Prostorski kot ω, izmerjen z razmerjem med površino, ki jo izreže iz krogle poljubnega polmera, in kvadratom slednje.

3. Razsvetljava

Osvetlitev je količina svetlobe ali svetlobnega toka, ki pade na površino enote. Označujemo ga s črko E in merimo v luksih (lx).

Enota osvetljenosti luks, lx, se meri v lumnih na kvadratni meter (lm/m2).

Osvetlitev lahko definiramo kot gostoto svetlobnega toka na osvetljeni površini:

Osvetlitev ni odvisna od smeri širjenja svetlobnega toka na površino.

Tukaj je nekaj splošno sprejetih indikatorjev svetilnosti:

• Poletje, dan pod nebom brez oblačka — 100.000 luksov

• Ulična razsvetljava - 5-30 luksov

• Polna luna v jasni noči - 0,25 luksa

4. Razmerje med jakostjo svetlobe (I) in osvetljenostjo (E).

Inverzni kvadratni zakon

Osvetljenost na določeni točki na površini, pravokotni na smer širjenja svetlobe, je opredeljena kot razmerje med jakostjo svetlobe in kvadratom razdalje od te točke do vira svetlobe. Če vzamemo to razdaljo kot d, lahko to razmerje izrazimo z naslednjo formulo:

Na primer: če vir svetlobe oddaja svetlobo z močjo 1200 cd v smeri, ki je pravokotna na površino na razdalji 3 metre od te površine, potem bo osvetljenost (Ep) na točki, kjer svetloba doseže površino, 1200 /32 = 133 luksov. Če je površina oddaljena 6 m od vira svetlobe, bo osvetljenost 1200/62 = 33 luksov. Ta odnos se imenuje inverzni kvadratni zakon.

Osvetljenost na določeni točki na površini, ki ni pravokotna na smer širjenja svetlobe, je enaka jakosti svetlobe v smeri merilne točke, deljeni s kvadratom razdalje med virom svetlobe in točko v ravnini, pomnoženo z kosinus kota γ (γ je kot, ki ga tvorita smer vpadanja svetlobe in navpičnica na to ravnino).

Zato:

To je kosinusni zakon (slika 1.).

riž. 1. K kosinusnemu zakonu

5. Horizontalna razsvetljava

Za izračun horizontalne osvetljenosti je priporočljivo spremeniti zadnjo formulo tako, da razdaljo d med svetlobnim virom in merilno točko nadomestimo z višino h od svetlobnega vira do površine.

Slika 2:

Nato:

Dobimo:

Ta formula izračuna vodoravno osvetlitev na merilni točki.

riž. 2. Horizontalna razsvetljava

6. Vertikalna osvetlitev

Osvetlitev iste točke P v navpični ravnini, usmerjeni proti svetlobnemu viru, je mogoče predstaviti kot funkcijo višine (h) svetlobnega vira in vpadnega kota (γ) svetlobne jakosti (I) (slika 3 ) .

Dobimo:

riž. 3. Vertikalna osvetlitev

7. Osvetlitev

Za karakterizacijo površin, ki svetijo zaradi svetlobnega toka, ki prehaja skozi njih ali se odbija od njih, se uporablja razmerje med svetlobnim tokom, ki ga oddaja površinski element, in površino tega elementa. Ta količina se imenuje svetilnost:

Za površine z omejenimi dimenzijami:

Osvetljenost je gostota svetlobnega toka, ki ga oddaja svetlobna površina. Enota za osvetljenost je lumen na kvadratni meter svetlobne površine, kar ustreza površini 1 m2, ki enakomerno oddaja svetlobni tok 1 lm. Pri totalnem sevanju je uveden pojem energijske luminoznosti sevalnega telesa (Me).

Enota sevanja svetlobe je W/m2.

Svetlost v tem primeru lahko izrazimo s spektralno gostoto energijske svetilnosti sevalnega telesa Meλ (λ)

Za primerjalno oceno vnesemo energijske svetilnosti v svetilnosti nekaterih površin:

• Sončna površina — Me = 6 • 107 W / m2;

• Žarilna nitka — Me = 2 • 105 W / m2;

• Površina sonca v zenitu — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Fluorescentna sijalka — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Svetlost

Svetlost Svetlost svetlobe, ki jo oddaja enota površine v določeni smeri. Merska enota za svetlost je kandela na kvadratni meter (cd/m2).

Sama površina lahko oddaja svetlobo, podobno kot površina svetilke, ali odbija svetlobo, ki prihaja iz drugega vira, kot je površina ceste.

Površine z različnimi odbojnimi lastnostmi bodo imele pod isto osvetlitvijo različne stopnje svetlosti.

Svetlost, ki jo oddaja površina dA pod kotom Φ glede na projekcijo te površine, je enaka razmerju jakosti svetlobe, oddane v določeni smeri, do projekcije sevalne površine (slika 4).

riž. 4. Svetlost

Jakost svetlobe in projekcija sevalne površine sta neodvisni od razdalje. Zato tudi svetlost ni odvisna od razdalje.

Nekaj ​​praktičnih primerov:

• Svetlost sončne površine - 2.000.000.000 cd / m2

• Svetlost fluorescentnih sijalk - od 5000 do 15000 cd / m2

• Površinska svetlost polne lune je 2500 cd / m2

• Umetna osvetlitev cest — 30 luksov 2 cd/m2