Ποσότητες φωτισμού: φωτεινή ροή, ένταση φωτός, φωτεινότητα, φωτεινότητα, φωτεινότητα

1. Φωτεινή ροή

Φωτεινή ροή — η δύναμη της ακτινοβολούμενης ενέργειας, όπως κρίνεται από την αίσθηση φωτός που παράγει. Η ενέργεια ακτινοβολίας καθορίζεται από τον αριθμό των κβαντών που εκπέμπονται από τον πομπό στο διάστημα. Η ενέργεια ακτινοβολίας (ακτινοβολούμενη ενέργεια) μετριέται σε τζάουλ. Η ποσότητα ενέργειας που εκπέμπεται ανά μονάδα χρόνου ονομάζεται ροή ακτινοβολίας ή ροή ακτινοβολίας. Η ροή ακτινοβολίας μετριέται σε watt. Η φωτεινή ροή συμβολίζεται με Fe.

όπου: Qе — ενέργεια ακτινοβολίας.

Η ροή ακτινοβολίας χαρακτηρίζεται από κατανομή ενέργειας στο χρόνο και στο χώρο.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, όταν μιλούν για την κατανομή της ροής ακτινοβολίας με την πάροδο του χρόνου, δεν λαμβάνουν υπόψη την κβαντική φύση της εμφάνισης της ακτινοβολίας, αλλά την κατανοούν ως συνάρτηση που δίνει μια αλλαγή στο χρόνο των στιγμιαίων τιμών. της ροής ακτινοβολίας Ф (t). Αυτό είναι αποδεκτό επειδή ο αριθμός των φωτονίων που εκπέμπονται από την πηγή ανά μονάδα χρόνου είναι πολύ μεγάλος.

Σύμφωνα με τη φασματική κατανομή της ροής ακτινοβολίας, οι πηγές χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: με γραμμικά, ριγέ και συνεχή φάσματα. Η ροή ακτινοβολίας μιας πηγής με γραμμικό φάσμα αποτελείται από μονοχρωματικές ροές από μεμονωμένες γραμμές:

όπου: Φλ — μονοχρωματική ροή ακτινοβολίας. Fe — ροή ακτινοβολίας.

Για πηγές φάσματος ζώνης, η εκπομπή εμφανίζεται σε αρκετά ευρείες φασματικές περιοχές—ζώνες που χωρίζονται μεταξύ τους με σκοτεινά κενά. Για τον χαρακτηρισμό της φασματικής κατανομής της ροής ακτινοβολίας με συνεχή και ζωνοειδή φάσματα, χρησιμοποιείται μια ποσότητα που ονομάζεται πυκνότητα ροής φασματικής ακτινοβολίας

όπου: λ είναι το μήκος κύματος.

Η πυκνότητα της φασματικής ροής ακτινοβολίας είναι χαρακτηριστικό της κατανομής της ροής ακτινοβολίας στο φάσμα και είναι ίση με τον λόγο της στοιχειώδους ροής ΔFeλ που αντιστοιχεί σε απειροελάχιστο τμήμα προς το πλάτος αυτού του τμήματος:

Η φασματική πυκνότητα ροής ακτινοβολίας μετριέται σε watt ανά νανόμετρο.

Στη μηχανική φωτισμού, όπου το ανθρώπινο μάτι είναι ο κύριος δέκτης ακτινοβολίας, εισάγεται η έννοια της φωτεινής ροής για την αξιολόγηση της αποτελεσματικής δράσης της ροής ακτινοβολίας. Φωτεινή ροή είναι η ροή ακτινοβολίας που υπολογίζεται από την επίδρασή της στο μάτι, η σχετική φασματική ευαισθησία της οποίας προσδιορίζεται από τη μέση καμπύλη φασματικής απόδοσης που έχει εγκριθεί από το CIE.

Ο ακόλουθος ορισμός της φωτεινής ροής χρησιμοποιείται επίσης στην τεχνολογία φωτισμού: η φωτεινή ροή είναι η δύναμη της φωτεινής ενέργειας. Η μονάδα φωτεινής ροής είναι ο αυλός (lm). 1 lm αντιστοιχεί στη φωτεινή ροή που εκπέμπεται σε μία μόνο στερεά γωνία από μια ισότροπη σημειακή πηγή με φωτεινή ένταση 1 καντέλα.

Τραπέζι 1.Τυπικές φωτεινές τιμές πηγών φωτός:

Τύποι λαμπτήρων Ηλεκτρική ενέργεια, W Φωτεινή ροή, lm Φωτεινή απόδοση lm / w Λαμπτήρας πυρακτώσεως 100 watt 1360 lm 13,6 lm / W Λαμπτήρας φθορισμού 58 watts 5400 lm 93 lm 1 watt 100 lamp υψηλής πίεσης νατρίου 100 watt 0 lm / W Χαμηλό λαμπτήρας νατρίου πίεσης 180 watt 33000 lm 183 lm / W λαμπτήρας υδραργύρου υψηλής πίεσης 1000 watts 58000 lm 58 lm / W λαμπτήρας αλογονιδίου μετάλλου 2000 watts 190 000 lm 95 lm που ανακλάται σε τρία μέρη / Wx από το σώμα Φρααπορροφήθηκε από Φα και το χαμένο Φτ... Στο υπολογισμοί φωτισμού συντελεστές χρήσης: ανακλάσεις ρ = Fρ/ F; απορρόφηση α= Fα/ F; μετάδοση τ= Fτ/ Ф.

Πίνακας 2. Χαρακτηριστικά φωτός ορισμένων υλικών και επιφανειών

Υλικά ή επιφάνειες Συντελεστές Ανάκλαση και συμπεριφορά μετάδοσης ανάκλαση ρ απορρόφηση α μετάδοση τ chalk 0,85 0,15 — Διάχυτο πυριτικό σμάλτο 0,8 0,2 — Διάχυτος καθρέφτης αλουμινίου 0,85 0,15 — μυτερός καθρέφτης από γυαλί 0,8 0 1,0, 2 — Directed glass Διάχυτο γυαλί Bio milk 0,22 0,15 0,63 Διάχυτο πυριτικό γυαλί Opal 0,3 0,1 0,6 Διάχυτο γυαλί πυριτικό γάλα 0, 45 0,15 0,4 Διάχυτο

2. Ένταση φωτός

Η κατανομή της ακτινοβολίας από μια πραγματική πηγή στον περιβάλλοντα χώρο δεν είναι ομοιόμορφη.Επομένως, η φωτεινή ροή δεν θα είναι εξαντλητικό χαρακτηριστικό της πηγής εάν η κατανομή της ακτινοβολίας σε διαφορετικές κατευθύνσεις του περιβάλλοντος χώρου δεν προσδιορίζεται ταυτόχρονα.

Για τον χαρακτηρισμό της κατανομής της φωτεινής ροής χρησιμοποιείται η έννοια της χωρικής πυκνότητας της φωτεινής ροής σε διαφορετικές κατευθύνσεις του περιβάλλοντος χώρου. Η χωρική πυκνότητα της φωτεινής ροής, η οποία καθορίζεται από τον λόγο της φωτεινής ροής προς τη στερεά γωνία με την κορυφή στο σημείο όπου βρίσκεται η πηγή, μέσα στο οποίο αυτή η ροή κατανέμεται ομοιόμορφα, ονομάζεται φωτεινή ένταση:

όπου: Ф — φωτεινή ροή. ω — στερεά γωνία.

Η μονάδα της έντασης του φωτός είναι το candela. 1 cd.

Αυτή είναι η φωτεινή ένταση που εκπέμπεται κάθετα από ένα στοιχείο επιφάνειας μαύρου σώματος εμβαδού 1:600.000 m2 στη θερμοκρασία στερεοποίησης της πλατίνας.
Η μονάδα έντασης φωτός είναι το candela, το cd είναι ένα από τα κύρια μεγέθη στο σύστημα SI και αντιστοιχεί σε φωτεινή ροή 1 lm ομοιόμορφα κατανεμημένη σε στερεά γωνία 1 στεραδίου (βλ.). Μια συμπαγής γωνία είναι το τμήμα του χώρου που περικλείεται σε μια κωνική επιφάνεια. Μια συμπαγής γωνία ω μετρούμενη από τον λόγο του εμβαδού που κόβει από μια σφαίρα αυθαίρετης ακτίνας προς το τετράγωνο της τελευταίας.

3. Φωτισμός

Ο φωτισμός είναι η ποσότητα φωτός ή φωτεινής ροής που πέφτει σε μια επιφάνεια μονάδας. Συμβολίζεται με το γράμμα Ε και μετριέται σε lux (lx).

Η μονάδα φωτισμού lux, lx, μετράται σε lumens ανά τετραγωνικό μέτρο (lm/m2).

Ο φωτισμός μπορεί να οριστεί ως η πυκνότητα της φωτεινής ροής στη φωτισμένη επιφάνεια:

Ο φωτισμός δεν εξαρτάται από την κατεύθυνση διάδοσης της ροής φωτός στην επιφάνεια.

Ακολουθούν ορισμένοι κοινώς αποδεκτοί δείκτες φωτεινότητας:

• Καλοκαίρι, μια μέρα κάτω από έναν ουρανό χωρίς σύννεφα — 100.000 lux

• Φωτισμός δρόμου — 5-30 lux

• Πανσέληνος σε καθαρή νύχτα — 0,25 lux

4. Η σχέση μεταξύ της έντασης του φωτός (Ι) και της φωτεινότητας (Ε).

Αντίστροφος τετράγωνος νόμος

Ο φωτισμός σε ένα ορισμένο σημείο της επιφάνειας, κάθετο προς την κατεύθυνση διάδοσης του φωτός, ορίζεται ως ο λόγος της έντασης του φωτός προς το τετράγωνο της απόστασης από αυτό το σημείο προς την πηγή φωτός. Αν πάρουμε αυτή την απόσταση ως d, τότε αυτή η αναλογία μπορεί να εκφραστεί με τον ακόλουθο τύπο:

Για παράδειγμα: εάν μια φωτεινή πηγή εκπέμπει φως με ισχύ 1200 cd σε κατεύθυνση κάθετη προς την επιφάνεια σε απόσταση 3 μέτρων από αυτήν την επιφάνεια, τότε ο φωτισμός (Ep) στο σημείο που το φως φτάνει στην επιφάνεια θα είναι 1200 /32 = 133 lux. Εάν η επιφάνεια βρίσκεται σε απόσταση 6 m από την πηγή φωτός, ο φωτισμός θα είναι 1200/62 = 33 lux. Αυτή η σχέση ονομάζεται νόμος αντίστροφου τετραγώνου.

Ο φωτισμός σε ένα ορισμένο σημείο μιας επιφάνειας που δεν είναι κάθετος προς την κατεύθυνση διάδοσης του φωτός είναι ίσος με την ένταση φωτός προς την κατεύθυνση του σημείου μέτρησης διαιρούμενο με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ της φωτεινής πηγής και ενός σημείου στο επίπεδο πολλαπλασιαζόμενο επί το συνημίτονο της γωνίας γ (γ είναι η γωνία που σχηματίζεται από τη διεύθυνση πρόσπτωσης του φωτός και η κάθετη σε αυτό το επίπεδο).

Επομένως:

Αυτός είναι ο νόμος των συνημιτόνων (Εικόνα 1.).

Ρύζι. 1. Στο νόμο των συνημιτόνων

5. Οριζόντιος φωτισμός

Για τον υπολογισμό του οριζόντιου φωτισμού, συνιστάται να τροποποιήσετε τον τελευταίο τύπο αντικαθιστώντας την απόσταση d μεταξύ της φωτεινής πηγής και του σημείου μέτρησης με το ύψος h από την πηγή φωτός στην επιφάνεια.

Σχήμα 2:

Επειτα:

Παίρνουμε:

Αυτός ο τύπος υπολογίζει τον οριζόντιο φωτισμό στο σημείο μέτρησης.

Ρύζι. 2. Οριζόντιος φωτισμός

6. Κατακόρυφος φωτισμός

Ο φωτισμός του ίδιου σημείου P σε ένα κατακόρυφο επίπεδο προσανατολισμένο προς την πηγή φωτός μπορεί να αναπαρασταθεί ως συνάρτηση του ύψους (h) της φωτεινής πηγής και της γωνίας πρόσπτωσης (γ) της έντασης φωτός (I) (Εικόνα 3 ) .

Παίρνουμε:

Ρύζι. 3. Κατακόρυφος φωτισμός

7. Φωτισμός

Για τον χαρακτηρισμό επιφανειών που λάμπουν λόγω της ροής φωτός που διέρχεται από αυτές ή ανακλάται από αυτές, χρησιμοποιείται η αναλογία της ροής φωτός που εκπέμπεται από το επιφανειακό στοιχείο προς την περιοχή αυτού του στοιχείου. Αυτή η ποσότητα ονομάζεται φωτεινότητα:

Για επιφάνειες με περιορισμένες διαστάσεις:

Η φωτεινότητα είναι η πυκνότητα της φωτεινής ροής που εκπέμπεται από την επιφάνεια φωτός. Η μονάδα φωτισμού είναι ο αυλός ανά τετραγωνικό μέτρο της φωτεινής επιφάνειας, που αντιστοιχεί σε επιφάνεια 1 m2 που εκπέμπει ομοιόμορφα φωτεινή ροή 1 lm. Στην περίπτωση της ολικής ακτινοβολίας, εισάγεται η έννοια της ενεργειακής φωτεινότητας του ακτινοβολούμενου σώματος (Me).

Η μονάδα ακτινοβολούμενου φωτός είναι W/m2.

Η φωτεινότητα σε αυτή την περίπτωση μπορεί να εκφραστεί από τη φασματική πυκνότητα της ενεργειακής φωτεινότητας του εκπεμπόμενου σώματος Meλ (λ)

Για μια συγκριτική αξιολόγηση, φέρνουμε τις ενεργειακές φωτεινότητες στις φωτεινότητες ορισμένων επιφανειών:

• Ηλιακή επιφάνεια — Me = 6 • 107 W / m2;

• Νήμα πυρακτώσεως — Me = 2 • 105 W / m2;

• Η επιφάνεια του ήλιου στο ζενίθ του — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Λαμπτήρας φθορισμού — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Φωτεινότητα

Φωτεινότητα Η φωτεινότητα του φωτός που εκπέμπεται από μια μονάδα επιφάνειας σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Η μονάδα μέτρησης για τη φωτεινότητα είναι η καντέλα ανά τετραγωνικό μέτρο (cd / m2).

Η ίδια η επιφάνεια μπορεί να εκπέμπει φως, παρόμοιο με την επιφάνεια ενός λαμπτήρα, ή να ανακλά το φως που προέρχεται από άλλη πηγή, όπως ένα οδόστρωμα.

Οι επιφάνειες με διαφορετικές ανακλαστικές ιδιότητες κάτω από τον ίδιο φωτισμό θα έχουν διαφορετικούς βαθμούς φωτεινότητας.

Η φωτεινότητα που εκπέμπεται από την επιφάνεια dA υπό γωνία Φ σε σχέση με την προβολή αυτής της επιφάνειας είναι ίση με την αναλογία της έντασης του φωτός που εκπέμπεται σε μια δεδομένη κατεύθυνση προς την προβολή της επιφάνειας εκπομπής (Εικ. 4).

Ρύζι. 4. Φωτεινότητα

Η ένταση του φωτός και η προβολή της επιφάνειας εκπομπής είναι ανεξάρτητα από την απόσταση. Επομένως, η φωτεινότητα δεν εξαρτάται επίσης από την απόσταση.

Μερικά πρακτικά παραδείγματα:

• Φωτεινότητα της ηλιακής επιφάνειας — 2.000.000.000 cd / m2

• Φωτεινότητα λαμπτήρων φθορισμού — από 5000 έως 15000 cd / m2

• Επιφανειακή φωτεινότητα πανσελήνου — 2500 cd / m2

• Τεχνητός οδικός φωτισμός — 30 lux 2 cd / m2