Količine osvjetljenja: svjetlosni tok, intenzitet svjetlosti, osvijetljenost, svjetlina, svjetlina

1. Svjetlosni tok

Svjetlosni tok — snaga energije zračenja, procijenjena prema svjetlosnom osjetu koji proizvodi. Energija zračenja određena je brojem kvanta koje emiter emitira u svemir. Energija zračenja (energija zračenja) mjeri se u džulima. Količina energije koja se emitira u jedinici vremena naziva se tok zračenja ili tok zračenja. Tok zračenja mjeri se u vatima. Svjetlosni tok je označen sa Fe.

gdje je: Qe — energija zračenja.

Tok zračenja karakterizira raspodjela energije u vremenu i prostoru.

U većini slučajeva, kada govore o raspodjeli fluksa zračenja u vremenu, ne uzimaju u obzir kvantnu prirodu pojave zračenja, već ga shvaćaju kao funkciju koja daje promjenu u vremenu trenutnih vrijednosti toka zračenja F (t). To je prihvatljivo jer je broj fotona koje emitira izvor po jedinici vremena vrlo velik.

Prema spektralnoj raspodjeli toka zračenja, izvori se dijele u tri klase: s linearnim, prugastim i kontinuiranim spektrom. Tok zračenja izvora s linearnim spektrom sastoji se od monokromatskih tokova iz pojedinačnih linija:

gdje je: Fλ — monokromatski tok zračenja; Fe — tok zračenja.

Za izvore vrpce spektra, emisija se javlja u prilično širokim spektralnim područjima—trake međusobno odvojene tamnim prazninama. Za karakterizaciju spektralne distribucije toka zračenja s kontinuiranim i trakastim spektrom koristi se veličina koja se naziva spektralna gustoća toka zračenja.

gdje je: λ valna duljina.

Gustoća spektralnog toka zračenja je karakteristika distribucije toka zračenja po spektru i jednaka je omjeru elementarnog toka ΔFeλ koji odgovara infinitezimalnom odsječku prema širini ovog odsječka:

Spektralna gustoća toka zračenja mjeri se u vatima po nanometru.

U tehnici rasvjete, gdje je ljudsko oko glavni primatelj zračenja, uvodi se pojam svjetlosnog toka kako bi se ocijenilo učinkovito djelovanje toka zračenja. Svjetlosni tok je tok zračenja procijenjen na temelju njegovog učinka na oko, čija je relativna spektralna osjetljivost određena krivuljom prosječne spektralne učinkovitosti koju je odobrio CIE.

U rasvjetnoj tehnici koristi se i sljedeća definicija svjetlosnog toka: svjetlosni tok je snaga svjetlosne energije. Jedinica svjetlosnog toka je lumen (lm). 1 lm odgovara svjetlosnom toku koji pod jednim prostornim kutom emitira izotropni točkasti izvor sa svjetlosnom jakošću od 1 kandele.

Stol 1.Tipične svjetlosne vrijednosti izvora svjetlosti:

Vrste svjetiljki Električna energija, W Svjetlosni tok, lm Svjetlosna učinkovitost lm / w Žarulja sa žarnom niti 100 watta 1360 lm 13,6 lm / W Fluorescentna žarulja 58 watta 5400 lm 93 lm / W Visokotlačna natrijeva žarulja 100 watta 10000 lm 100 lm / W Low tlačna natrijeva žarulja 180 watta 33000 lm 183 lm / W Visokotlačna živina žarulja 1000 watta 58000 lm 58 lm / W Metalhalogena žarulja 2000 watta 190 000 lm 95 lm / W Svjetlosni tok F koji pada na tijelo raspoređuje se u tri komponente: reflektirana tijelom Fρapsorbiranim Fα i propuštenim Fτ... At proračuni rasvjete faktori iskorištenja: refleksije ρ = Fρ/ F; apsorpcija α= Fα/ F; prijenos τ= Fτ/ F.

Tablica 2. Svjetlosne karakteristike pojedinih materijala i površina

Materijali ili površine Koeficijenti Refleksija i transmisija refleksija ρ apsorpcija α transmisija τ kreda 0,85 0,15 — Difuzni silikatni emajl 0,8 0,2 — Difuzno aluminijsko zrcalo 0,85 0,15 — Šiljasto stakleno zrcalo 0,8 0,2 — Usmjereno matirano staklo 0,1 0,5 0,4 Difuzno usmjereno Bio mliječno staklo 0,22 0,15 0,63 Difuzno usmjereno Opal silikatno staklo 0,3 0,1 0,6 Difuzno Mliječno silikatno staklo 0, 45 0,15 0,4 Difuzno

2. Intenzitet svjetla

Raspodjela zračenja iz stvarnog izvora u okolnom prostoru nije ravnomjerna.Dakle, svjetlosni tok neće biti iscrpna karakteristika izvora ako se istovremeno ne odredi distribucija zračenja u različitim smjerovima okolnog prostora.

Za karakterizaciju raspodjele svjetlosnog toka koristi se koncept prostorne gustoće svjetlosnog toka u različitim smjerovima okolnog prostora. Prostorna gustoća svjetlosnog toka, koja je određena omjerom svjetlosnog toka i prostornog kuta s vrhom u točki gdje se nalazi izvor, unutar kojega je taj tok jednoliko raspoređen, naziva se svjetlosna jakost:

gdje je: F — svjetlosni tok; ω — prostorni kut.

Jedinica za intenzitet svjetlosti je kandela. 1 cd.

Ovo je intenzitet svjetlosti koji okomito emitira površinski element crnog tijela površine 1:600 ​​000 m2 na temperaturi skrućivanja platine.
Jedinica za jakost svjetlosti je kandela, cd je jedna od glavnih veličina u SI sustavu i odgovara svjetlosnom toku od 1 lm jednoliko raspoređenom u prostornom kutu od 1 steradijana (usp.). Puni kut je dio prostora zatvoren u konusnoj plohi. Prostorni kut ω mjeren omjerom površine koju izrezuje iz kugle proizvoljnog radijusa i kvadrata potonje.

3. Rasvjeta

Osvjetljenje je količina svjetlosti ili svjetlosnog toka koji pada na površinu jedinice. Označava se slovom E i mjeri u luksima (lx).

Jedinica osvijetljenosti lux, lx, mjeri se u lumenima po kvadratnom metru (lm/m2).

Osvijetljenost se može definirati kao gustoća svjetlosnog toka na osvijetljenoj površini:

Osvijetljenost ne ovisi o smjeru širenja svjetlosnog toka na površinu.

Evo nekih općenito prihvaćenih indikatora osvjetljenja:

• Ljeto, dan pod vedrim nebom — 100 000 luksa

• Ulična rasvjeta — 5-30 luksa

• Pun mjesec u vedroj noći — 0,25 luksa

4. Odnos između jakosti svjetlosti (I) i osvijetljenosti (E).

Zakon inverznog kvadrata

Osvijetljenost određene točke na površini, okomito na smjer širenja svjetlosti, definira se kao omjer intenziteta svjetlosti i kvadrata udaljenosti od te točke do izvora svjetlosti. Ako ovu udaljenost uzmemo kao d, tada se ovaj omjer može izraziti sljedećom formulom:

Na primjer: ako izvor svjetlosti emitira svjetlost snage 1200 cd u smjeru okomitom na površinu na udaljenosti od 3 metra od te površine, tada će osvjetljenje (Ep) na mjestu gdje svjetlost dopire do površine biti 1200 /32 = 133 luksa. Ako je površina udaljena 6 m od izvora svjetlosti, osvijetljenost će biti 1200/62 = 33 luksa. Ovaj odnos se naziva zakon inverznog kvadrata.

Osvijetljenost u određenoj točki na površini koja nije okomita na smjer širenja svjetlosti jednaka je intenzitetu svjetlosti u smjeru mjerne točke podijeljenom s kvadratom udaljenosti između izvora svjetlosti i točke u ravnini pomnoženom s kosinus kuta γ (γ je kut koji čine smjer upada svjetlosti i okomica na ovu ravninu).

Stoga:

To je zakon kosinusa (Slika 1.).

Riža. 1. Zakonu kosinusa

5. Horizontalna rasvjeta

Za izračun vodoravne osvijetljenosti preporuča se modificirati posljednju formulu zamjenom udaljenosti d između izvora svjetlosti i mjerne točke s visinom h od izvora svjetlosti do površine.

Slika 2:

Zatim:

Dobivamo:

Ova formula izračunava vodoravno osvjetljenje na točki mjerenja.

Riža. 2. Horizontalna rasvjeta

6. Vertikalna rasvjeta

Osvijetljenost iste točke P u vertikalnoj ravnini usmjerenoj prema izvoru svjetlosti može se prikazati kao funkcija visine (h) izvora svjetlosti i upadnog kuta (γ) intenziteta svjetlosti (I) (slika 3. ) .

Dobivamo:

Riža. 3. Vertikalna rasvjeta

7. Osvjetljenje

Za karakterizaciju površina koje svijetle zbog svjetlosnog toka koji prolazi kroz njih ili se odbija od njih, koristi se omjer svjetlosnog toka koji emitira površinski element i površine ovog elementa. Ova veličina se naziva luminoznost:

Za površine ograničenih dimenzija:

Osvijetljenost je gustoća svjetlosnog toka koju emitira svjetlosna površina. Jedinica za osvijetljenost je lumen po kvadratnom metru svjetlosne površine, što odgovara površini od 1 m2 koja ravnomjerno emitira svjetlosni tok od 1 lm. U slučaju ukupnog zračenja uvodi se pojam energetskog luminoziteta tijela koje zrači (Me).

Jedinica zračenja svjetlosti je W/m2.

Svjetlina se u ovom slučaju može izraziti spektralnom gustoćom luminoziteta energije emitirajućeg tijela Meλ (λ)

Za usporednu procjenu donosimo energetske svjetline u svjetline nekih površina:

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

• Žarna nit — Me = 2 • 105 W / m2;

• Površina sunca u zenitu — M = 3,1 • 109 lm / m2;

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

8. Svjetlina

Svjetlina Svjetlina svjetlosti koju emitira jedinica površine u određenom smjeru. Mjerna jedinica za svjetlinu je kandela po kvadratnom metru (cd/m2).

Sama površina može emitirati svjetlost, slično površini svjetiljke, ili reflektirati svjetlost koja dolazi iz drugog izvora, poput površine ceste.

Površine s različitim svojstvima refleksije pod istim osvjetljenjem imat će različite stupnjeve svjetline.

Svjetlina koju emitira površina dA pod kutom Φ u odnosu na projekciju te površine jednaka je omjeru intenziteta svjetlosti emitirane u određenom smjeru i projekcije emitirajuće površine (slika 4).

Riža. 4. Svjetlina

Intenzitet svjetlosti i projekcija emitirajuće površine neovisni su o udaljenosti. Stoga, svjetlina također ne ovisi o udaljenosti.

Nekoliko praktičnih primjera:

• Svjetlina sunčeve površine — 2 000 000 000 cd / m2

• Svjetlina fluorescentnih svjetiljki - od 5000 do 15000 cd / m2

• Površinska svjetlina punog mjeseca — 2500 cd/m2

• Umjetno osvjetljenje ceste — 30 lux 2 cd / m2