Apgaismojuma daudzumi: gaismas plūsma, gaismas intensitāte, apgaismojums, spilgtums, spilgtums

1. Gaismas plūsma

Gaismas plūsma — starojuma enerģijas spēks, ko spriež pēc gaismas sajūtas, ko tā rada. Starojuma enerģiju nosaka kvantu skaits, ko emitētājs izstaro kosmosā. Starojuma enerģiju (starojuma enerģiju) mēra džoulos. Izstarotās enerģijas daudzumu laika vienībā sauc par starojuma plūsmu vai starojuma plūsmu. Starojuma plūsmu mēra vatos. Gaismas plūsmu apzīmē ar Fe.

kur: Qе — starojuma enerģija.

Starojuma plūsmu raksturo enerģijas sadalījums laikā un telpā.

Vairumā gadījumu, kad viņi runā par starojuma plūsmas sadalījumu laikā, viņi neņem vērā radiācijas izskata kvantu raksturu, bet saprot to kā funkciju, kas dod momentāno vērtību izmaiņas laikā. no starojuma plūsmas Ф (t). Tas ir pieņemami, jo avota izstaroto fotonu skaits laika vienībā ir ļoti liels.

Atbilstoši starojuma plūsmas spektrālajam sadalījumam avoti tiek iedalīti trīs klasēs: ar lineāru, svītrainu un nepārtrauktu spektru. Avota starojuma plūsma ar lineāru spektru sastāv no monohromatiskām plūsmām no atsevišķām līnijām:

kur: Фλ — monohromatiskā starojuma plūsma; Fe — starojuma plūsma.

Joslu spektra avotiem emisija notiek diezgan plašos spektra apgabalos - joslas, kuras viena no otras atdala tumšas spraugas. Lai raksturotu starojuma plūsmas spektrālo sadalījumu ar nepārtrauktiem un joslveida spektriem, izmanto lielumu, ko sauc par spektrālā starojuma plūsmas blīvumu.

kur: λ ir viļņa garums.

Spektrālā starojuma plūsmas blīvums ir raksturlielums starojuma plūsmas sadalījumam pa spektru un ir vienāds ar elementārās plūsmas ΔFeλ attiecību, kas atbilst bezgalīgi mazai sekcijai, pret šīs sekcijas platumu:

Spektrālā starojuma plūsmas blīvumu mēra vatos uz nanometru.

Apgaismojuma inženierijā, kur cilvēka acs ir galvenais starojuma uztvērējs, gaismas plūsmas jēdziens tiek ieviests, lai novērtētu starojuma plūsmas efektīvu darbību. Gaismas plūsma ir starojuma plūsma, kas novērtēta pēc tās ietekmes uz aci, kuras relatīvo spektrālo jutību nosaka pēc CIE apstiprinātās vidējās spektrālās efektivitātes līknes.

Apgaismojuma tehnoloģijā tiek izmantota arī šāda gaismas plūsmas definīcija: gaismas plūsma ir gaismas enerģijas spēks. Gaismas plūsmas mērvienība ir lūmens (lm). 1 lm atbilst gaismas plūsmai, ko vienā telpiskā leņķī izstaro izotropisks punktveida avots ar gaismas intensitāti 1 kandela.

1. tabula.Gaismas avotu tipiskās gaismas vērtības:

Lukturu veidi Elektriskās enerģijas veidi, W Luminous plūsma, LM gaismas efektivitāte LM / W Kvēlspuldzes 100 vati 1360 LM 13,6 LM / W Fluorescējošā lampa 58 vati 5400 LM 93 LM / W High Ewpressure nātrija lampa 100 vati 10000 lm 100 lm / w zems zems spiediena nātrija lampa 180 vati 33 000 lm 183 lm / W Augstspiediena dzīvsudraba lampa 1000 vati 58 000 lm 58 lm / W Metālu halogenīdu lampa 2000 vati 190 000 lm 95 gaismas plūsmas uz trīs daļām / W korpuss: pēc ķermeņa Фρuzsūcas Фα un garām Фτ... Plkst. apgaismojuma aprēķini izmantošanas koeficienti: atstarošanas ρ = Fρ/ F; absorbcija α= Fα/ F; pārraide τ= Fτ/ Ф.

2. tabula. Dažu materiālu un virsmu gaismas raksturlielumi

Materiāli vai virsmas Koeficienti Atstarošanās un caurlaidības uzvedība atstarošana ρ absorbcija α caurlaidība τ krīts 0,85 0,15 — difūzā silikāta emalja 0,8 0,2 — difūzais alumīnija spogulis 0,85 0,15 — smaila stikla spogulis 0,8 0 ,1 ,0 , 5 tiešs 0, 1 rostēts stikls Difūzais virziens Bio piena stikls 0,22 0,15 0,63 Difūzais virziens Opāla silikāta stikls 0,3 0,1 0,6 Difūzais piena silikāta stikls 0, 45 0,15 0,4 Difūzs

2. Gaismas intensitāte

Reāla avota radiācijas sadalījums apkārtējā telpā nav vienmērīgs.Tāpēc gaismas plūsma nebūs izsmeļošs avota raksturlielums, ja starojuma sadalījums dažādos apkārtējās telpas virzienos netiek noteikts vienlaicīgi.

Gaismas plūsmas sadalījuma raksturošanai tiek izmantots gaismas plūsmas telpiskā blīvuma jēdziens dažādos apkārtējās telpas virzienos. Gaismas plūsmas telpisko blīvumu, ko nosaka gaismas plūsmas attiecība pret telpisko leņķi ar virsotni vietā, kur atrodas avots, kurā šī plūsma ir vienmērīgi sadalīta, sauc par gaismas intensitāti:

kur: Ф — gaismas plūsma; ω — telpiskais leņķis.

Gaismas intensitātes mērvienība ir kandela. 1 cd.

Šī ir gaismas intensitāte, ko perpendikulāri izstaro melnā ķermeņa virsmas elements ar laukumu 1:600 ​​000 m2 platīna sacietēšanas temperatūrā.
Gaismas intensitātes mērvienība ir kandela, cd ir viens no galvenajiem lielumiem SI sistēmā un atbilst 1 lm gaismas plūsmai, kas vienmērīgi sadalīta 1 steradiāna telpiskā leņķī (sal.). Cietais leņķis ir telpas daļa, kas ietverta konusveida virsmā. Telpas leņķis ω, ko mēra ar laukuma attiecību, ko tā izgriež no patvaļīga rādiusa sfēras, pret tās kvadrātu.

3. Apgaismojums

Apgaismojums ir gaismas vai gaismas plūsmas daudzums, kas krīt uz vienības virsmas. To apzīmē ar burtu E un mēra luksos (lx).

Apgaismojuma vienību lukss, lx, mēra lūmenos uz kvadrātmetru (lm/m2).

Apgaismojumu var definēt kā gaismas plūsmas blīvumu uz apgaismotās virsmas:

Apgaismojums nav atkarīgs no gaismas plūsmas izplatīšanās virziena uz virsmu.

Šeit ir daži vispārpieņemti spilgtuma indikatori:

• Vasara, diena zem bez mākoņiem — 100 000 luksi

• Ielu apgaismojums — 5-30 luksi

• Pilnmēness skaidrā naktī — 0,25 luksi

4. Gaismas intensitātes (I) un apgaismojuma (E) saistība.

Apgrieztā kvadrāta likums

Apgaismojums noteiktā virsmas punktā, kas ir perpendikulārs gaismas izplatīšanās virzienam, tiek definēts kā gaismas intensitātes attiecība pret attāluma kvadrātu no šī punkta līdz gaismas avotam. Ja mēs pieņemam šo attālumu kā d, tad šo attiecību var izteikt ar šādu formulu:

Piemēram: ja gaismas avots izstaro gaismu ar jaudu 1200 cd virsmai perpendikulārā virzienā 3 metru attālumā no šīs virsmas, tad apgaismojums (Ep) vietā, kur gaisma sasniedz virsmu, būs 1200 /32 = 133 luksi. Ja virsma atrodas 6 m attālumā no gaismas avota, apgaismojums būs 1200/62 = 33 luksi. Šo attiecību sauc par apgriezto kvadrātu likumu.

Apgaismojums noteiktā punktā uz virsmas, kas nav perpendikulārs gaismas izplatīšanās virzienam, ir vienāds ar gaismas intensitāti mērīšanas punkta virzienā, kas dalīts ar kvadrātu attālumam starp gaismas avotu un punktu plaknē, kas reizināts ar leņķa γ kosinuss (γ ir leņķis, ko veido gaismas krišanas virziens un perpendikulārs šai plaknei).

Tāpēc:

Tas ir kosinusu likums (1. attēls).

Rīsi. 1. Uz kosinusu likumu

5. Horizontālais apgaismojums

Lai aprēķinātu horizontālo apgaismojumu, ir ieteicams modificēt pēdējo formulu, aizstājot attālumu d starp gaismas avotu un mērīšanas punktu ar augstumu h no gaismas avota līdz virsmai.

2. attēls:

Pēc tam:

Mēs iegūstam:

Šī formula aprēķina horizontālo apgaismojumu mērījuma punktā.

Rīsi. 2. Horizontālais apgaismojums

6. Vertikālais apgaismojums

Tā paša punkta P apgaismojumu vertikālā plaknē, kas orientēta uz gaismas avotu, var attēlot kā gaismas avota augstuma (h) un gaismas intensitātes (I) krišanas leņķa (γ) funkciju (3. attēls). ) .

Mēs iegūstam:

Rīsi. 3. Vertikālais apgaismojums

7. Apgaismojums

Lai raksturotu virsmas, kas mirdz caur tām ejošās vai no tām atstarotās gaismas plūsmas dēļ, tiek izmantota virsmas elementa izstarotās gaismas plūsmas attiecība pret šī elementa laukumu. Šo lielumu sauc par spilgtumu:

Virsmām ar ierobežotiem izmēriem:

Apgaismojums ir gaismas virsmas izstarotās gaismas plūsmas blīvums. Apgaismojuma mērvienība ir lūmenis uz gaismas virsmas kvadrātmetru, kas atbilst 1 m2 laukumam, kas vienmērīgi izstaro gaismas plūsmu 1 lm. Kopējā starojuma gadījumā tiek ieviests izstarojošā ķermeņa enerģijas spožuma (Me) jēdziens.

Izstarotās gaismas mērvienība ir W/m2.

Spilgtumu šajā gadījumā var izteikt ar izstarojošā ķermeņa enerģijas spilgtuma spektrālo blīvumu Meλ (λ)

Salīdzinošam novērtējumam mēs ņemam vērā enerģijas spilgtumu dažu virsmu spožumā:

• Saules virsma — Me = 6 • 107 W / m2;

• Kvēldiegs — Me = 2 • 105 W / m2;

• Saules virsma tās zenītā — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Luminiscences spuldze — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Spilgtums

Spilgtums Virsmas vienības izstarotās gaismas spilgtums noteiktā virzienā. Spilgtuma mērvienība ir kandela uz kvadrātmetru (cd / m2).

Pati virsma var izstarot gaismu, kas ir līdzīga lampas virsmai, vai atstarot gaismu, kas nāk no cita avota, piemēram, ceļa virsmas.

Virsmām ar dažādām atstarojošām īpašībām vienā apgaismojumā būs dažādas spilgtuma pakāpes.

Virsmas dA izstarotais spilgtums leņķī Φ attiecībā pret šīs virsmas projekciju ir vienāds ar noteiktā virzienā izstarotās gaismas intensitātes attiecību pret izstarojošās virsmas projekciju (4. att.).

Rīsi. 4. Spilgtums

Gaismas intensitāte un izstarojošās virsmas projekcija nav atkarīga no attāluma. Tāpēc arī spilgtums nav atkarīgs no attāluma.

Daži praktiski piemēri:

• Saules virsmas spilgtums - 2 000 000 000 cd / m2

• Luminiscences spuldžu spilgtums - no 5000 līdz 15000 cd / m2

• Pilnmēness virsmas spilgtums - 2500 cd / m2

• Mākslīgais ceļa apgaismojums — 30 luksi 2 cd/m2