Veličiny osvětlení: světelný tok, intenzita světla, osvětlenost, jas, jas

1. Světelný tok

Světelný tok — síla zářivé energie, jak se posuzuje podle světelného vjemu, který produkuje. Energie záření je určena počtem kvant emitovaných zářičem do prostoru. Energie záření (energie záření) se měří v joulech. Množství energie emitované za jednotku času se nazývá zářivý tok nebo zářivý tok. Zářivý tok se měří ve wattech. Světelný tok se značí Fe.

kde: Qе — energie záření.

Tok záření je charakterizován rozložením energie v čase a prostoru.

Ve většině případů, když mluví o rozložení toku záření v čase, neberou v úvahu kvantovou povahu vzhledu záření, ale chápou to jako funkci, která dává změnu v čase okamžitých hodnot. radiačního toku Ф (t). To je přijatelné, protože počet fotonů emitovaných zdrojem za jednotku času je velmi velký.

Podle spektrálního rozložení toku záření se zdroje dělí do tří tříd: s lineárním, pruhovaným a spojitým spektrem. Tok záření zdroje s lineárním spektrem se skládá z monochromatických toků z jednotlivých čar:

kde: Фλ — monochromatický tok záření; Fe — tok záření.

U zdrojů s pásmovým spektrem se emise vyskytuje v poměrně širokých spektrálních oblastech – pásech oddělených od sebe tmavými mezerami. Pro charakterizaci spektrálního rozložení toku záření se spojitými a pásovými spektry se používá veličina zvaná spektrální hustota toku záření

kde: λ je vlnová délka.

Hustota spektrálního toku záření je charakteristikou rozložení toku záření ve spektru a je rovna poměru elementárního toku ΔFeλ odpovídajícího nekonečně malému řezu k šířce tohoto řezu:

Hustota toku spektrálního záření se měří ve wattech na nanometr.

V osvětlovací technice, kde je lidské oko hlavním přijímačem záření, se pro hodnocení efektivního působení toku záření zavádí pojem světelný tok. Světelný tok je tok záření odhadovaný z jeho účinku na oko, jehož relativní spektrální citlivost je určena průměrnou křivkou spektrální účinnosti schválenou CIE.

V osvětlovací technice se také používá následující definice světelného toku: světelný tok je síla světelné energie. Jednotkou světelného toku je lumen (lm). 1 lm odpovídá světelnému toku vyzařovanému pod jedním prostorovým úhlem izotropním bodovým zdrojem o svítivosti 1 kandel.

Stůl 1.Typické světelné hodnoty světelných zdrojů:

Typy svítidel Elektrická energie, W Světelný tok, lm Světelná účinnost lm / w Žárovka 100 wattů 1360 lm 13,6 lm / W Zářivka 58 wattů 5400 lm 93 lm / W Vysokotlaká /W1 sodíková výbojka 100 watt 00lm 100m tlaková sodíková výbojka 180 wattů 33000 lm 183 lm / W Vysokotlaká rtuťová výbojka 1000 wattů 58 000 lm 58 lm / W Halogenidová výbojka 2000 wattů 190 000 lm 95 lm / W Světelný tok se odráží ve třech složkách: Ф se odráží světelný tok tělem Фρ pohlceno Фα a zmeškaným Фτ... At výpočty osvětlení faktory využití: odrazy ρ = Fρ/ F; absorpce a= Fa/F; přenos τ= Fτ/ Ф.

Tabulka 2. Světelné charakteristiky některých materiálů a povrchů

Materiály nebo povrchy Koeficienty Chování odrazu a prostupu odraz ρ absorpce α prostup τ křída 0,85 0,15 — Difuzní silikátový email 0,8 0,2 — Difuzní hliníkové zrcadlo 0,85 0,15 — Špičkové sklo zrcadlo 0,8 0 ,2 — Orientované matné sklo 0,4 0,4 Difuzně orientované Bio mléčné sklo 0,22 0,15 0,63 Difuzně orientované Opálové silikátové sklo 0,3 0,1 0,6 Difuzní Mléčné silikátové sklo 0, 45 0,15 0,4 Difuzní

2. Intenzita světla

Rozložení záření z reálného zdroje v okolním prostoru není rovnoměrné.Světelný tok tedy nebude vyčerpávající charakteristikou zdroje, pokud nebude současně určeno rozložení záření v různých směrech okolního prostoru.

Pro charakterizaci rozložení světelného toku se používá koncept prostorové hustoty světelného toku v různých směrech okolního prostoru. Prostorová hustota světelného toku, která je určena poměrem světelného toku k prostorovému úhlu s vrcholem v bodě, kde se nachází zdroj, ve kterém je tento tok rovnoměrně rozložen, se nazývá intenzita světla:

kde: Ф — světelný tok; ω — prostorový úhel.

Jednotkou intenzity světla je kandela. 1 cd.

Jedná se o svítivost kolmo vyzařovanou povrchovým prvkem černého tělesa o ploše 1:600 ​​000 m2 při teplotě tuhnutí platiny.
Jednotkou intenzity světla je kandela, cd je jednou z hlavních veličin v soustavě SI a odpovídá světelnému toku 1 lm rovnoměrně rozloženému v prostorovém úhlu 1 steradián (srov.). Prostorový úhel je část prostoru uzavřená v kuželové ploše. Prostorový úhel ω měřený poměrem plochy, kterou vyřízne z koule o libovolném poloměru, ke druhé mocnině této koule.

3. Osvětlení

Osvětlení je množství světla nebo světelného toku dopadajícího na povrch jednotky. Označuje se písmenem E a měří se v luxech (lx).

Jednotka osvětlení lux, lx, se měří v lumenech na metr čtvereční (lm/m2).

Osvětlení lze definovat jako hustotu světelného toku na osvětleném povrchu:

Osvětlení nezávisí na směru šíření světelného toku k povrchu.

Zde jsou některé běžně přijímané indikátory jasu:

• Léto, den pod bezmračným nebem — 100 000 luxů

• Pouliční osvětlení — 5-30 luxů

• Úplněk za jasné noci — 0,25 luxu

4. Vztah mezi intenzitou světla (I) a osvětlením (E).

Zákon inverzní čtverce

Osvětlení v určitém bodě povrchu, kolmém na směr šíření světla, je definováno jako poměr intenzity světla ke druhé mocnině vzdálenosti od tohoto bodu ke zdroji světla. Pokud vezmeme tuto vzdálenost jako d, pak tento poměr lze vyjádřit následujícím vzorcem:

Například: pokud světelný zdroj vyzařuje světlo o síle 1200 cd ve směru kolmém k povrchu ve vzdálenosti 3 metrů od tohoto povrchu, pak osvětlení (Ep) v místě, kde světlo dosáhne povrchu, bude 1200 /32 = 133 luxů. Pokud je povrch ve vzdálenosti 6 m od zdroje světla, bude osvětlení 1200/62 = 33 luxů. Tento vztah se nazývá zákon inverzní čtverce.

Osvětlení v určitém bodě na povrchu, který není kolmý ke směru šíření světla, se rovná intenzitě světla ve směru bodu měření dělené druhou mocninou vzdálenosti mezi zdrojem světla a bodem v rovině vynásobené kosinus úhlu γ (γ je úhel, který svírá směr dopadu světla a kolmice k této rovině).

Proto:

Toto je zákon kosinů (obrázek 1.).

Rýže. 1. K zákonu kosinusů

5. Horizontální osvětlení

Pro výpočet horizontálního osvětlení se doporučuje upravit poslední vzorec nahrazením vzdálenosti d mezi světelným zdrojem a bodem měření výškou h od světelného zdroje k povrchu.

Obrázek 2:

Pak:

Dostaneme:

Tento vzorec vypočítá horizontální osvětlení v místě měření.

Rýže. 2. Horizontální osvětlení

6. Vertikální osvětlení

Osvětlení stejného bodu P ve svislé rovině orientované ke zdroji světla lze znázornit jako funkci výšky (h) zdroje světla a úhlu dopadu (γ) intenzity světla (I) (obrázek 3 ).

Dostaneme:

Rýže. 3. Vertikální osvětlení

7. Osvětlení

Pro charakterizaci povrchů, které září v důsledku světelného toku, který jimi prochází nebo se od nich odráží, se používá poměr světelného toku vyzařovaného povrchovým prvkem k ploše tohoto prvku. Tato veličina se nazývá svítivost:

Pro povrchy s omezenými rozměry:

Osvětlenost je hustota světelného toku vyzařovaného světelným povrchem. Jednotkou osvětlenosti je lumen na metr čtvereční světelné plochy, což odpovídá ploše 1 m2, která rovnoměrně vyzařuje světelný tok 1 lm. V případě celkového záření se zavádí pojem energetické svítivosti vyzařujícího tělesa (Me).

Jednotkou sálavého světla je W/m2.

Jas lze v tomto případě vyjádřit spektrální hustotou svítivosti energie emitujícího tělesa Meλ (λ)

Pro srovnávací posouzení uvádíme energetické jasy do svítivosti některých povrchů:

• Sluneční plocha — Me = 6 • 107 W / m2;

• Žárovka — Me = 2 • 105 W / m2;

• Povrch Slunce v zenitu — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Fluorescenční žárovka — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Jas

Jas Jas světla vyzařovaného jednotkou povrchu v určitém směru. Jednotkou měření jasu je kandela na metr čtvereční (cd / m2).

Samotný povrch může vyzařovat světlo, podobně jako povrch lampy, nebo odrážet světlo, které pochází z jiného zdroje, například z povrchu vozovky.

Povrchy s různými odrazovými vlastnostmi při stejném osvětlení budou mít různé stupně jasu.

Jas vyzařovaný plochou dA pod úhlem Φ vůči průmětu této plochy je roven poměru intenzity světla vyzařovaného v daném směru k průmětu vyzařující plochy (obr. 4).

Rýže. 4. Jas

Intenzita světla a projekce vyzařující plochy jsou nezávislé na vzdálenosti. Jas tedy také nezávisí na vzdálenosti.

Několik praktických příkladů:

• Jas slunečního povrchu — 2 000 000 000 cd/m2

• Svítivost zářivek — od 5000 do 15000 cd / m2

• Povrchová jasnost Měsíce v úplňku — 2500 cd/m2

• Umělé silniční osvětlení — 30 luxů 2 cd / m2