Світлотехніка світловий потік, освітленість, яскравість

Світло, що падає на поверхню нашої планети Земля від Сонця, є джерелом життя для всіх її живих організмів. Сонячні промені, поширюючись зі швидкістю 300000 км / ч. надають такі дії на навколишнє середовище:

• участь у фотосинтезі;
• видиме світло;
• тепло;
• знезараження;
• опромінення.

Виходячи з цього природне світло - це промениста енергія у вигляді електромагнітних хвиль, що володіють різними властивостями в залежності від їх загального показника, яким є довжина. Довжина випромінювань вимірюється в нанометрів (0,000000001 м) і варіюється для інфрачервоних хвиль від 700 до 10000 нм. видимих ​​людському оку 400-750 нм. ультрафіолетових - 10-370 нм. і рентгенівських 0,00001-10 нм.

Для людського ока найбільш оптимальною вважається довжина видимих ​​електромагнітних коливань від 500 до 600 нм. гірше сприймаються червоні і фіолетові промені, а інфрачервоні і ультрафіолетові відчуваються тільки по нагріванню і загару шкірного покриву.

З розвитком науки і техніки людство навчилося створювати штучні джерела всіх різновидів електромагнітних хвиль, використовуваних в різних галузях промисловості і сільського господарства та інших сферах діяльності. Розглянемо основні світлотехнічні поняття, що розкривають усі характеристики джерел світла.

Що таке світловий потік?

Світловий потік - це потужність видимого випромінювання джерела електромагнітних хвиль, яке відчуває людське око. Позначається буквою Ф і вимірюється в люменах (лм).

Потік променів світла, віддаляючись від джерела, в просторі поширюється нерівномірно, втрачаючи свою щільність. Цю просторову променисту щільність світлового потоку характеризує таке поняття як сила світла I (вимірюється в канделах - кд.), Яке визначається з відношення світлового потоку Ф до тілесного кута ω.

Щоб розібратися, як ці величини взаємопов'язані один з одним звернемося до малюнка.

Якщо взяти точкове джерело світла 0, який буде світити в просторі, то буде знаходитися всередині освітленого кулі. Тепер уявімо, що світловий потік Ф буде поширюватися на обрану ділянку сфери площею S, в результаті утворюється конус, стороною якого буде радіус кулі. Цей просторовий кут, який є вершиною конуса, і є тілесним і визначається, як відношення площі S до квадрату радіуса сфери.

Одиницею тілесного кута є стерадіан (ср), який утворює на поверхні кулі, що світиться площа, рівну за значенням квадрату його радіуса.

Освітленість.

Освітленість характеризує те, як кількісно змінюється щільність світлового потоку джерела світла в просторі, промені якого падають на будь-які поверхні, віддалені на різні відстані від місця випромінювання. Визначається відношенням світлового потоку Ф до освітлюваної поверхні S:

Знову звернемося до малюнка!

Отже, візьмемо також точкове джерело світла А, сила світла Iα світлового потоку якого спрямована на ділянку площею S будь-якої поверхні. Відстань між джерелом світла А і площею одно l. В результаті утворюється конус з нахилом, з кутом α між напрямком сили світла Iα і стороною конуса і просторовим кутом ω. тоді:

ω = S * cosα / l 2 і обчислюємо Ф = Iα * S * cosα / l 2.

Визначаємо освітленість елемента за наступним виразом:

Таким чином, освітленість визначається силою світла відстанню до освітлюваної поверхні, тобто чим далі знаходиться предмет від джерела видимого випромінювання, тим менше на нього потрапляє світла!

Одиниця освітленості називається люксом і позначається як (лк).

При попаданні світлового потоку на поверхню будь-якого предмета, то він частково поглинається, а інша його частина відбивається, створюючи зорове сприйняття цього предмета на відстані. Якщо два освітлених об'єкта темного і світлого кольору розмістити на одному і тому ж відстані від людського ока, то краще буде видно світлий об'єкт, тобто він краще відображає світловий потік джерела світла. Для порівняння, де буде світліше, в кімнаті зі світло-зеленими або темно-коричневими шпалерами при однаковій освітленості? Звичайно ж, в кімнаті зі світло-зеленим покриттям стін.

Таким чином, під яскравістю поверхні, що освітлюється розуміють ту кількість відбитої сили світла щодо очі спостерігача, яке буде залежати від забарвлення і властивостей, що відображають цієї поверхні.

Яскравість позначається буквою L і дорівнює відношенню сили світла до площі проекції поверхні, що освітлюється:

Як видно з формули, яскравість вимірюється в кандела на один квадратний метр (кд / м2).

Дана формула справедлива в тому випадку, якщо око спостерігача знаходиться під кутом 90 градусів до поверхні, що відбиває, так як тоді кут між падаючим і відображає кутом складе 0 градусів, а cos0 = 1!

Якщо освітлюється поверхня буде розглядатися людським оком під деяким кутом а, то він побачить площа проекції цієї поверхні на площину, що знаходиться під кутом 90 ° у напрямку до спостерігача, тоді яскравість буде дорівнює:

Також термін яскравість використовується і для джерел світла, що мають випромінюють поверхні різних форм. Так, наприклад, якщо взяти лампу розжарювання з колбою у формі кулі, то проекція випромінювання в просторі буде у вигляді кола з площею πD2 / 4. Для циліндричних ламп (газорозрядні) проекція є безліч прямокутників, які обчислюються як добуток довжини і ширини, а в даному випадку множення діаметра колби на її довжину.