Количества осветление: светлинен поток, интензитет на светлината, осветеност, яркост, яркост

1. Светлинен поток

Светлинен поток — силата на излъчващата енергия, оценена от светлинното усещане, което произвежда. Радиационната енергия се определя от броя кванти, излъчвани от излъчвателя в космоса. Излъчващата енергия (лъчиста енергия) се измерва в джаули. Количеството енергия, излъчвано за единица време, се нарича радиационен поток или лъчист поток. Радиационният поток се измерва във ватове. Светлинният поток се обозначава с Fe.

където: Qе — радиационна енергия.

Радиационният поток се характеризира с разпределение на енергията във времето и пространството.

В повечето случаи, когато говорят за разпределението на радиационния поток във времето, те не вземат под внимание квантовата природа на появата на радиация, а разбират това като функция, която дава промяна във времето на моментните стойности на радиационния поток Ф (t). Това е допустимо, тъй като броят на фотоните, излъчвани от източника за единица време, е много голям.

Според спектралното разпределение на радиационния поток източниците са разделени на три класа: с линейни, райета и непрекъснати спектри. Радиационният поток на източник с линеен спектър се състои от монохроматични потоци от отделни линии:

където: Фλ — монохроматичен радиационен поток; Fe — радиационен поток.

За източници с ивичен спектър, излъчването се случва в доста широки спектрални области — ленти, разделени една от друга с тъмни пролуки. За характеризиране на спектралното разпределение на радиационния поток с непрекъснати и ивични спектри се използва количество, което се нарича плътност на потока на спектралното излъчване

където: λ е дължината на вълната.

Плътността на спектралния радиационен поток е характеристика на разпределението на излъчващия поток по спектъра и е равна на отношението на елементарния поток ΔFeλ, съответстващо на безкрайно малък участък към ширината на този участък:

Плътността на спектралния радиационен поток се измерва във ватове на нанометър.

В осветителната техника, където човешкото око е основният приемник на радиация, се въвежда концепцията за светлинен поток за оценка на ефективното действие на радиационния поток. Светлинен поток е радиационният поток, оценен от ефекта му върху окото, чиято относителна спектрална чувствителност се определя от усреднената крива на спектралната ефективност, одобрена от CIE.

В осветителната техника се използва и следното определение на светлинния поток: светлинен поток е силата на светлинната енергия. Единицата за светлинен поток е лумен (lm). 1 lm съответства на светлинния поток, излъчван под единичен плътен ъгъл от изотропен точков източник със светлинен интензитет 1 кандела.

Таблица 1. Типични светлинни стойности на източниците на светлина:

Видове лампи Електрическа енергия, W Светлинен поток, lm Светеща ефикасност lm / w Лампа с нажежаема жичка 100 вата 1360 lm 13,6 lm / W Флуоресцентна лампа 58 вата 5400 lm 93 lm / W Натриева лампа с високо налягане 100 вата 10000 lm 100 lm / W Натриева лампа с ниско налягане 180 вата 33000 lm 183 lm / W Живачна лампа с високо налягане 1000 вата 58000 lm 58 lm / W Металохалогенидна лампа 2000 вата 190 000 lm 95 lm / W Светлинният поток Ф, падащ върху тялото, се разпределя в три компонента: отразени от тялото Фρабсорбирано от Фα и пропуснатия Фτ… При изчисления на осветлението коефициенти на използване: отражения ρ = Fρ/ F; абсорбция α= Fα/ F; предаване τ= Fτ/ Ф.

Таблица 2. Светлинни характеристики на някои материали и повърхности

Материали или повърхности Коефициенти Поведение на отражение и предаване отражение ρ абсорбция α предаване τ тебешир 0,85 0,15 — Дифузно Силикатен емайл 0,8 0,2 — Дифузно Огледало алуминий 0,85 0,15 — Посочен Стъклено огледало 0,8 0,2 — Посочен Матирано стъкло 0,1 0,5 0,4 Дифузно насочено Био чаша за мляко 0,22 0,15 0,63 Дифузно насочено Опалово силикатно стъкло 0,3 0,1 0,6 Дифузно Млечно силикатно стъкло 0,45 0,15 0,4 Дифузно

2. Интензивност на светлината

Разпределението на радиацията от реален източник в околното пространство не е равномерно. Следователно светлинният поток няма да бъде изчерпателна характеристика на източника, ако разпределението на радиацията в различни посоки на околното пространство не се определи едновременно.

За характеризиране на разпределението на светлинния поток се използва концепцията за пространствената плътност на светлинния поток в различни посоки на околното пространство. Пространствената плътност на светлинния поток, която се определя от съотношението на светлинния поток към твърдия ъгъл с върха в точката, където се намира източникът, в рамките на който този поток е равномерно разпределен, се нарича светлинен интензитет:

където: Ф — светлинен поток; ω — плътен ъгъл.

Единицата за интензитет на светлината е кандела. 1 cd.

Това е светлинният интензитет, излъчван перпендикулярно от повърхностен елемент от черно тяло с площ 1: 600 000 m2 при температурата на втвърдяване на платината.
Единицата за интензитет на светлината е кандела, cd е една от основните величини в системата SI и съответства на светлинен поток от 1 lm, равномерно разпределен в плътен ъгъл от 1 стерадиан (срв.). Плътният ъгъл е частта от пространството, затворена в конична повърхност. Плътен ъгъл ω измерено чрез съотношението на площта, която той изрязва от сфера с произволен радиус към квадрата на последната.

3. Осветление

Осветление е количеството светлина или светлинен поток, падащ върху единица повърхност. Той се обозначава с буквата E и се измерва в лукси (lx).

Единицата за осветеност лукс, lx, има размерите на лумена на квадратен метър (lm / m2).

Осветяването може да се определи като плътността на светлинния поток върху осветената повърхност:

Осветяването не зависи от посоката на разпространение на светлинния поток към повърхността.

Ето някои общоприети индикатори за осветеност:

• Лято, ден под безоблачно небе — 100 000 лукса

• Улично осветление — 5-30 лукса

• Пълнолуние в ясна нощ — 0,25 лукса

4. Връзката между интензитета на светлината (I) и осветеността (E).

Обратен квадратен закон

Осветяването в определена точка на повърхността, перпендикулярна на посоката на разпространение на светлината, се определя като съотношението на интензитета на светлината към квадрата на разстоянието от тази точка до източника на светлина. Ако вземем това разстояние като d, тогава това съотношение може да бъде изразено чрез следната формула:

Например: ако източник на светлина излъчва светлина със сила 1200 cd в посока, перпендикулярна на повърхността, на разстояние 3 метра от тази повърхност, тогава осветлението (Ep) в точката, където светлината достига повърхността, ще бъде 1200/32 = 133 лукса. Ако повърхността е на разстояние 6 м от източника на светлина, осветеността ще бъде 1200/62 = 33 лукса. Тази връзка се нарича обратен квадратен закон.

Осветяването в определена точка на повърхност, която не е перпендикулярна на посоката на разпространение на светлината, е равна на интензитета на светлината в посоката на точката на измерване, разделена на квадрата на разстоянието между източника на светлина и точка в равнината, умножена по косинуса на ъгъла γ (γ е ъгълът, образуван от посоката на падане на светлината и перпендикуляра на тази равнина).

Следователно:

Това е законът на косинуса (Фигура 1.).

Ориз. 1. Към закона на косинуса

5. Хоризонтално осветление

За изчисляване на хоризонталното осветление е препоръчително да промените последната формула, като замените разстоянието d между източника на светлина и точката на измерване с височината h от източника на светлина до повърхността.

Фигура 2:

Тогава:

Получаваме:

Тази формула изчислява хоризонталното осветяване в точката на измерване.

Ориз. 2. Хоризонтално осветление

6. Вертикално осветление

Осветяването на една и съща точка P във вертикална равнина, ориентирана към източника на светлина, може да се представи като функция от височината (h) на източника на светлина и ъгъла на падане (γ) на интензитета на светлината (I) (Фигура 3) .

Получаваме:

Ориз. 3. Вертикално осветление

7. Осветеност

За характеризиране на повърхности, които светят поради светлинния поток, преминаващ през тях или отразяващ се от тях, се използва съотношението на светлинния поток, излъчван от повърхностния елемент, към площта на този елемент. Това количество се нарича светимост:

За повърхности с ограничени размери:

Осветеност е плътността на светлинния поток, излъчван от светлинната повърхност. Единицата за осветеност е луменът на квадратен метър от светлинната повърхност, който съответства на площ от 1 m2, която равномерно излъчва светлинен поток от 1 lm. В случай на обща радиация се въвежда понятието за енергийна светимост на излъчващото тяло (Me).

Единицата за сияйна светлина е W / m2.

Яркостта в този случай може да се изрази чрез спектралната плътност на енергийната светимост на излъчващото тяло Meλ (λ)

За сравнителна оценка внасяме енергийните яркости в светимостите на някои повърхности:

• Слънчева повърхност — Me = 6 • 107 W / m2;

• Нажежаема жичка с нажежаема жичка — Me = 2 • 105 W / m2;

• Повърхността на слънцето в зенита му — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Крушка с флуоресцентна лампа — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Яркост

Яркост Яркостта на светлината е излъчена от единица повърхност в определена посока. Мерната единица за яркост е кандела на квадратен метър (cd / m2).

Самата повърхност може да излъчва светлина, подобно на повърхността на лампата, или да отразява светлината, която идва от друг източник, например пътна настилка.

Повърхностите с различни отразяващи свойства при едно и също осветление ще имат различна степен на яркост.

Яркостта, излъчвана от повърхността dA под ъгъл Φ спрямо проекцията на тази повърхност, е равна на отношението на интензитета на светлината, излъчвана в дадена посока, към проекцията на излъчващата повърхност (фиг. 4).

Ориз. 4. Яркост

Интензитетът на светлината и проекцията на излъчващата повърхност не зависят от разстоянието. Следователно яркостта също не зависи от разстоянието.

Някои практически примери:

• Яркост на слънчевата повърхност — 2 000 000 000 cd / m2

• Яркост на флуоресцентни лампи — от 5000 до 15000 cd / m2

• Повърхностна яркост на пълнолуние — 2500 cd / m2

• Изкуствено пътно осветление — 30 лукса 2 cd / m2