Wielkości oświetlenia: strumień świetlny, natężenie światła, natężenie oświetlenia, jasność, jasność

1. Strumień światła

Strumień świetlny — moc energii promienistej, oceniana na podstawie wrażenia świetlnego, jakie wywołuje. Energia promieniowania jest określana przez liczbę kwantów emitowanych przez emiter w przestrzeń. Energia promieniowania (energia promieniowania) jest mierzona w dżulach. Ilość energii emitowanej w jednostce czasu nazywana jest strumieniem promieniowania lub strumieniem promieniowania. Strumień promieniowania jest mierzony w watach. Strumień świetlny jest oznaczony przez Fe.

gdzie: Qe — energia promieniowania.

Strumień promieniowania charakteryzuje się rozkładem energii w czasie i przestrzeni.

W większości przypadków, gdy mówią o rozkładzie strumienia promieniowania w czasie, nie biorą pod uwagę kwantowej natury pojawiania się promieniowania, ale rozumieją je jako funkcję dającą zmianę w czasie wartości chwilowych strumienia promieniowania Ф (t). Jest to do przyjęcia, ponieważ liczba fotonów emitowanych przez źródło w jednostce czasu jest bardzo duża.

Zgodnie z rozkładem widmowym strumienia promieniowania źródła dzielą się na trzy klasy: z widmami liniowymi, paskowymi i ciągłymi. Strumień promieniowania źródła o widmie liniowym składa się ze strumieni monochromatycznych z poszczególnych linii:

gdzie: Фλ — monochromatyczny strumień promieniowania; Fe — strumień promieniowania.

W przypadku źródeł o widmie pasmowym emisja występuje w dość szerokich obszarach widmowych — pasmach oddzielonych od siebie ciemnymi przerwami. Aby scharakteryzować rozkład widmowy strumienia promieniowania za pomocą widm ciągłych i pasmowych, stosuje się wielkość zwaną widmową gęstością strumienia promieniowania

gdzie: λ jest długością fali.

Gęstość widmowego strumienia promieniowania jest cechą rozkładu strumienia promieniowania w widmie i jest równa stosunkowi elementarnego strumienia ΔFeλ odpowiadającego nieskończenie małemu przekrojowi do szerokości tego przekroju:

Widmowa gęstość strumienia promieniowania jest mierzona w watach na nanometr.

W technice oświetleniowej, gdzie głównym odbiorcą promieniowania jest oko ludzkie, pojęcie strumienia świetlnego wprowadza się do oceny efektywnego działania strumienia promieniowania. Strumień świetlny to strumień promieniowania oszacowany na podstawie jego wpływu na oko, którego względna czułość widmowa jest określona przez uśrednioną krzywą wydajności widmowej zatwierdzoną przez CIE.

W technice oświetleniowej stosowana jest również następująca definicja strumienia świetlnego: strumień świetlny to moc energii świetlnej. Jednostką strumienia świetlnego jest lumen (lm). 1 lm odpowiada strumieniowi świetlnemu emitowanemu pod jednym kątem bryłowym przez izotropowe źródło punktowe o światłości 1 kandeli.

Tabela 1.Typowe wartości świetlne źródeł światła:

Rodzaje lamp Energia elektryczna, W Strumień świetlny, lm Skuteczność świetlna lm / w Żarówka 100 W 1360 lm 13,6 lm / W Świetlówka 58 W 5400 lm 93 lm / W Wysokoprężna lampa sodowa 100 W 10000 lm 100 lm / W Niska ciśnieniowa lampa sodowa 180 W 33 000 lm 183 lm / W Wysokociśnieniowa lampa rtęciowa 1000 W 58 000 lm 58 lm / W Lampa metalohalogenkowa 2000 W 190 000 lm 95 lm / W Strumień świetlny Ф padający na korpus rozkłada się na trzy składowe: odbity przez ciało Фρwchłonięte przez Фα i pominięte Фτ... At obliczenia oświetlenia współczynniki wykorzystania: odbicia ρ = Fρ/ F; absorpcja α= Fα/F; transmisja τ= Fτ/ Ф.

Tabela 2. Charakterystyki świetlne niektórych materiałów i powierzchni

Materiały lub powierzchnie Współczynniki Odbicie i przepuszczalność odbicie ρ absorpcja α przepuszczalność τ kreda 0,85 0,15 — Rozproszone Emalia krzemianowa 0,8 0,2 — Rozproszone Lustro aluminiowe 0,85 0,15 — Lustro ze szkła spiczastego 0,8 0,2 — Skierowane Szkło matowe 0,1 0,5 0,4 Rozproszone Bio szkło mleczne 0,22 0,15 0,63 Rozproszone Mleczne szkło krzemianowe 0,3 0,1 0,6 Rozproszone Mleczne szkło krzemianowe 0,45 0,15 0,4 Rozproszone

2. Natężenie światła

Rozkład promieniowania z rzeczywistego źródła w otaczającej przestrzeni nie jest równomierny.Zatem strumień świetlny nie będzie wyczerpującą charakterystyką źródła, jeśli nie zostanie określony jednocześnie rozkład promieniowania w różnych kierunkach otaczającej przestrzeni.

Aby scharakteryzować rozkład strumienia świetlnego, stosuje się pojęcie gęstości przestrzennej strumienia świetlnego w różnych kierunkach otaczającej przestrzeni. Gęstość przestrzenna strumienia świetlnego, która jest określona przez stosunek strumienia świetlnego do kąta bryłowego z wierzchołkiem w punkcie, w którym znajduje się źródło, w którym strumień ten jest równomiernie rozłożony, nazywana jest światłością:

gdzie: Ф — strumień świetlny; ω — kąt bryłowy.

Jednostką natężenia światła jest kandela. 1 płyta CD

Jest to światłość emitowana prostopadle przez element powierzchni ciała doskonale czarnego o powierzchni 1:600 ​​000 m2 w temperaturze krzepnięcia platyny.
Jednostką natężenia światła jest kandela, cd jest jedną z głównych wielkości w układzie SI i odpowiada strumieniowi świetlnemu 1 lm rozłożonemu równomiernie w kącie bryłowym 1 steradian (por.). Kąt bryłowy to część przestrzeni zawarta w powierzchni stożkowej. Kąt bryłowy ω mierzony stosunkiem pola powierzchni kuli o dowolnym promieniu do kwadratu tej kuli.

3. Oświetlenie

Oświetlenie to ilość światła lub strumienia świetlnego padającego na powierzchnię jednostki. Jest oznaczony literą E i jest mierzony w luksach (lx).

Jednostka natężenia oświetlenia luks, lx, jest mierzona w lumenach na metr kwadratowy (lm/m2).

Oświetlenie można zdefiniować jako gęstość strumienia świetlnego na oświetlanej powierzchni:

Oświetlenie nie zależy od kierunku rozchodzenia się strumienia świetlnego na powierzchnię.

Oto kilka powszechnie akceptowanych wskaźników luminancji:

• Lato, dzień pod bezchmurnym niebem — 100 000 luksów

• Oświetlenie uliczne — 5-30 luksów

• Księżyc w pełni w pogodną noc — 0,25 luksa

4. Zależność między natężeniem światła (I) a natężeniem oświetlenia (E).

Prawa odwrotnych kwadratów

Oświetlenie w pewnym punkcie powierzchni, prostopadłym do kierunku rozchodzenia się światła, definiuje się jako stosunek natężenia światła do kwadratu odległości tego punktu od źródła światła. Jeśli przyjmiemy tę odległość jako d, to stosunek ten można wyrazić następującym wzorem:

Na przykład: jeśli źródło światła emituje światło o mocy 1200 cd w kierunku prostopadłym do powierzchni w odległości 3 metrów od tej powierzchni, to oświetlenie (Ep) w punkcie, w którym światło dociera do powierzchni, wyniesie 1200 /32 = 133 luksów. Jeśli powierzchnia znajduje się w odległości 6 m od źródła światła, oświetlenie wyniesie 1200/62 = 33 luksy. Ta zależność jest nazywana prawem odwrotnych kwadratów.

Oświetlenie w pewnym punkcie na powierzchni, która nie jest prostopadła do kierunku rozchodzenia się światła, jest równe natężeniu światła w kierunku punktu pomiarowego podzielonemu przez kwadrat odległości źródła światła od punktu na płaszczyźnie pomnożonej przez cosinus kąta γ (γ to kąt utworzony przez kierunek padania światła i prostopadłą do tej płaszczyzny).

Dlatego:

Jest to twierdzenie cosinusów (Rysunek 1.).

Ryż. 1. Do twierdzenia cosinusów

5. Oświetlenie poziome

Aby obliczyć poziome oświetlenie, zaleca się modyfikację ostatniego wzoru poprzez zastąpienie odległości d między źródłem światła a punktem pomiarowym wysokością h od źródła światła do powierzchni.

Rysunek 2:

Następnie:

Otrzymujemy:

Ta formuła oblicza poziome oświetlenie w punkcie pomiarowym.

Ryż. 2. Oświetlenie poziome

6. Oświetlenie pionowe

Oświetlenie tego samego punktu P w płaszczyźnie pionowej skierowanej w stronę źródła światła można przedstawić w funkcji wysokości (h) źródła światła i kąta padania (γ) natężenia światła (I) (Rysunek 3 ) .

Otrzymujemy:

Ryż. 3. Oświetlenie pionowe

7. Oświetlenie

Aby scharakteryzować powierzchnie, które świecą z powodu strumienia światła przechodzącego przez nie lub odbitego od nich, stosuje się stosunek strumienia światła emitowanego przez element powierzchniowy do powierzchni tego elementu. Ta wielkość nazywana jest jasnością:

Dla powierzchni o ograniczonych wymiarach:

Natężenie oświetlenia to gęstość strumienia świetlnego emitowanego przez powierzchnię światła. Jednostką natężenia oświetlenia jest lumen na metr kwadratowy powierzchni świetlnej, co odpowiada powierzchni 1 m2, która równomiernie emituje strumień świetlny o wartości 1 lm. W przypadku promieniowania całkowitego wprowadzono pojęcie jasności energetycznej ciała promieniującego (Me).

Jednostką promieniowania jest W/m2.

Jasność w tym przypadku można wyrazić gęstością widmową jasności energii ciała emitującego Meλ (λ)

Do oceny porównawczej wprowadzamy jasności energii do jasności niektórych powierzchni:

• Powierzchnia słoneczna — Me = 6 • 107 W/m2;

• Żarnik żarowy — Me = 2 • 105 W/m2;

• Powierzchnia Słońca w zenicie — M = 3,1 • 109 lm/m2;

• Świetlówka — M = 22 • 103 lm/m2.

8. Jasność

Jasność Jasność światła emitowanego przez jednostkę powierzchni w określonym kierunku. Jednostką miary jasności są kandele na metr kwadratowy (cd/m2).

Sama powierzchnia może emitować światło, podobnie jak powierzchnia lampy, lub odbijać światło pochodzące z innego źródła, na przykład nawierzchni drogi.

Powierzchnie o różnych właściwościach odblaskowych w tym samym oświetleniu będą miały różne stopnie jasności.

Jasność emitowana przez powierzchnię dA pod kątem Φ względem rzutu tej powierzchni jest równa stosunkowi natężenia światła emitowanego w danym kierunku do rzutu powierzchni emitującej (rys. 4).

Ryż. 4. Jasność

Intensywność światła i projekcja powierzchni emitującej są niezależne od odległości. Dlatego jasność również nie zależy od odległości.

Kilka praktycznych przykładów:

• Jasność powierzchni słonecznej — 2 000 000 000 cd/m2

• Jasność świetlówek — od 5000 do 15000 cd/m2

• Jasność powierzchniowa księżyca w pełni — 2500 cd/m2

• Sztuczne oświetlenie drogowe — 30 luksów 2 cd/m2