Valaistusmäärät: valovirta, valon voimakkuus, valaistus, kirkkaus, kirkkaus

1. Valovirta

Valovirta — säteilyenergian voima sen tuottaman valoaistin perusteella arvioituna. Säteilyenergia määräytyy emitterin avaruuteen lähettämien kvanttien lukumäärän mukaan. Säteilyenergia (säteilyenergia) mitataan jouleina. Aikayksikköä kohti säteilevän energian määrää kutsutaan säteilyvuoksi tai säteilyvuoksi. Säteilyvirta mitataan watteina. Valovirta on merkitty Fe:llä.

missä: Qе — säteilyenergia.

Säteilyvuolle on ominaista energian jakautuminen ajassa ja tilassa.

Useimmissa tapauksissa, kun he puhuvat säteilyvuon jakautumisesta ajan myötä, he eivät ota huomioon säteilyn esiintymisen kvanttiluonnetta, vaan ymmärtävät sen funktiona, joka antaa muutoksen hetkellisten arvojen ajassa. säteilyvuosta Ф (t). Tämä on hyväksyttävää, koska lähteen lähettämien fotonien määrä aikayksikköä kohti on erittäin suuri.

Säteilyvuon spektrijakauman mukaan lähteet jaetaan kolmeen luokkaan: lineaarisiin, raidallisiin ja jatkuviin spektreihin. Lineaarisen spektrin lähteen säteilyvuo koostuu yksittäisten linjojen monokromaattisista virroista:

jossa: Фλ — yksivärinen säteilyvuo; Fe - säteilyvuo.

Kaistaspektrilähteillä emissio tapahtuu melko laajoilla spektrialueilla - kaistalla, jotka erotetaan toisistaan ​​tummilla aukoilla. Säteilyvuon spektrijakauman karakterisoimiseksi jatkuvilla ja kaistaisilla spektreillä käytetään suuruutta, jota kutsutaan spektrin säteilyvuon tiheydeksi.

missä: λ on aallonpituus.

Spektrisäteilyvuon tiheys on ominaisuus säteilyvuon jakautumiselle spektrin yli ja se on yhtä suuri kuin äärettömän pientä leikkausta vastaavan alkeisvuon ΔFeλ suhde tämän osan leveyteen:

Spektrin säteilyvuon tiheys mitataan watteina nanometriä kohti.

Valaistustekniikassa, jossa ihmissilmä on pääasiallinen säteilyn vastaanottaja, valovirran käsite otetaan käyttöön säteilyvirran tehokkaan toiminnan arvioimiseksi. Valovirta on sen vaikutuksesta silmään arvioitu säteilyvirta, jonka suhteellinen spektrinen herkkyys määräytyy CIE:n hyväksymän keskimääräisen spektritehokäyrän avulla.

Valaistustekniikassa käytetään myös seuraavaa valovirran määritelmää: valovirta on valoenergian teho. Valovirran yksikkö on lumen (lm). 1 lm vastaa valovirtaa, jonka säteilee yhdessä avaruuskulmassa isotrooppinen pistelähde, jonka valovoimakkuus on 1 kandela.

Pöytä 1.Valonlähteiden tyypilliset valoarvot:

Lampputyypit Sähköenergia, W-valovirta, LM-valotehokkuus LM / W hehkulamppu 100 wattia 1360 LM 13,6 LM / W Fluorescent Lamp 58 wattia 5400 LM 93 LM / W High-paineen natriumlamppu 100 wattia 10000 lm 100 Lm / W LOW Low painenatriumlamppu 180 wattia 33000 lm 183 lm / W korkeapaineelohopealamppu 1000 wattia 58000 lm 58 lm / W metallihalogenidilamppu 2000 wattia 190 000 lm 95 lm / W heijastuu kolmessa komponentissa. kehosta Фρ imeytynyt Фα ja ohitettu Фτ... Klo. valaistuslaskelmat käyttökertoimet: heijastukset ρ = Fρ/F; absorptio α = Fα/F; lähetys τ= Fτ/ Ф.

Taulukko 2. Joidenkin materiaalien ja pintojen valoominaisuudet

Materiaalit tai pinnat Kertoimet Heijastus ja läpäisykäyttäytyminen Heijastus ρ absorptio α läpäisy τ liitu 0,85 0,15 — Diffuusi silikaattiemali 0,8 0,2 — Diffuusi alumiinipeili 0,85 0,15 — Terävä lasipeili 0,8 0 ,4 — 50 Frosted lasi Diffuusi suunnattu Biomaitolasi 0,22 0,15 0,63 Diffuusi suunnattu Opaalisilikaattilasi 0,3 0,1 0,6 Diffuusi Maitosilikaattilasi 0, 45 0,15 0,4 Diffuusi

2. Valon voimakkuus

Todellisesta lähteestä tulevan säteilyn jakautuminen ympäröivässä tilassa ei ole tasaista.Siksi valovirta ei ole lähteen tyhjentävä ominaisuus, jos säteilyn jakautumista ympäröivän tilan eri suuntiin ei määritetä samanaikaisesti.

Valovirran jakautumisen karakterisoimiseksi käytetään käsitettä valovirran tilatiheys ympäröivän tilan eri suuntiin. Valovirran spatiaalista tiheyttä, joka määräytyy valovirran suhteesta avaruuskulmaan, jossa lähde sijaitsee, jossa valovirta jakautuu tasaisesti, kutsutaan valovoimaksi:

jossa: Ф — valovirta; ω - avaruuskulma.

Valon voimakkuuden yksikkö on kandela. 1 cd.

Tämä on 1:600 ​​000 m2:n pinta-alaltaan 1:600 ​​000 m2:n mustan kappaleen pinta-elementin kohtisuorassa säteilemä valovoima platinan jähmettymislämpötilassa.
Valon voimakkuuden yksikkö on kandela, cd on yksi SI-järjestelmän pääsuureista ja vastaa 1 lm:n valovirtaa tasaisesti jakautuneena 1 steradiaanin avaruuskulmassa (vrt.). Kiinteä kulma on kartiopinnan sisällä oleva tilan osa. Avaruuskulma ω mitattuna sen pinta-alan suhteella, jonka se leikkaa mielivaltaisen säteisestä pallosta jälkimmäisen neliöön.

3. Valaistus

Valaistus on yksikköpinnalle putoavan valon tai valovirran määrä. Se on merkitty kirjaimella E ja mitataan lukseina (lx).

Valaistusvoimakkuuden yksikkö lux, lx, mitataan lumeneina neliömetriä kohti (lm/m2).

Valaistus voidaan määritellä valovirran tiheydeksi valaistulla pinnalla:

Valaistus ei riipu valovirran leviämissuunnasta pintaan.

Tässä on joitain yleisesti hyväksyttyjä luminanssiindikaattoreita:

• Kesä, päivä pilvettömän taivaan alla - 100 000 luksia

• Katuvalaistus - 5-30 luksia

• Täysikuu kirkkaana yönä - 0,25 luksia

4. Valon voimakkuuden (I) ja valaistuksen (E) välinen suhde.

Käänteinen neliölaki

Valaistus tietyssä pinnan kohdassa, kohtisuorassa valon etenemissuuntaa vastaan, määritellään valon intensiteetin suhteeksi tämän pisteen ja valonlähteen välisen etäisyyden neliöön. Jos otamme tämän etäisyyden d:nä, tämä suhde voidaan ilmaista seuraavalla kaavalla:

Esimerkiksi: jos valonlähde lähettää valoa teholla 1200 cd pintaan nähden kohtisuorassa suunnassa 3 metrin etäisyydellä tästä pinnasta, niin valaistus (Ep) kohdassa, jossa valo saavuttaa pinnan, on 1200 /32 = 133 luksia. Jos pinta on 6 metrin etäisyydellä valonlähteestä, valaistus on 1200/62 = 33 luksia. Tätä suhdetta kutsutaan käänteisen neliön laiksi.

Valaistus tietyssä pisteessä pinnalla, joka ei ole kohtisuorassa valon etenemissuuntaa vastaan, on yhtä suuri kuin valon intensiteetti mittauspisteen suunnassa jaettuna valonlähteen ja tason pisteen välisen etäisyyden neliöllä kerrottuna kulman γ kosini (γ on kulma, jonka muodostavat valon tulosuunta ja kohtisuora tähän tasoon nähden).

Siksi:

Tämä on kosinien laki (kuva 1.).

Riisi. 1. Kosinusten lakiin

5. Vaakasuora valaistus

Vaakasuuntaisen valaistuksen laskemiseksi on suositeltavaa muokata viimeistä kaavaa korvaamalla valonlähteen ja mittauspisteen välinen etäisyys d korkeudella h valonlähteestä pintaan.

Kuva 2:

Sitten:

Saamme:

Tämä kaava laskee vaakasuuntaisen valaistuksen mittauspisteessä.

Riisi. 2. Vaakasuora valaistus

6. Pysty valaistus

Saman pisteen P valaistus valonlähdettä kohti suuntautuvassa pystytasossa voidaan esittää valonlähteen korkeuden (h) ja valon voimakkuuden (I) tulokulman (γ) funktiona (kuva 3). ) .

Saamme:

Riisi. 3. Pysty valaistus

7. Valaistus

Niiden läpi kulkevan tai niistä heijastuneen valovirran vuoksi hehkuvien pintojen karakterisoimiseksi käytetään pintaelementin lähettämän valovirran suhdetta tämän elementin pinta-alaan. Tätä määrää kutsutaan valovoimaksi:

Pinnoille, joiden mitat ovat rajalliset:

Valaistusvoimakkuus on valopinnan lähettämän valovirran tiheys. Valaistusvoimakkuuden yksikkö on valopinnan lumeni neliömetriä kohti, joka vastaa 1 m2:n aluetta, joka lähettää tasaisesti 1 lm:n valovirran. Kokonaissäteilyn tapauksessa otetaan käyttöön säteilevän kappaleen (Me) energiavaloisuuden käsite.

Säteilyvalon yksikkö on W/m2.

Kirkkaus voidaan tässä tapauksessa ilmaista emittoivan kappaleen energiavaloisuuden spektritiheydellä Meλ (λ)

Vertailevaa arviointia varten tuomme energiakirkkauden joidenkin pintojen luminositeettiin:

• Auringon pinta — Me = 6 • 107 W / m2;

• Hehkulanka — Me = 2 • 105 W / m2;

• Auringon pinta zeniitissä — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Loistelamppu — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Kirkkaus

Kirkkaus Pintayksikön tietyssä suunnassa lähettämän valon kirkkaus. Kirkkauden mittayksikkö on kandela neliömetriä kohti (cd / m2).

Pinta itsessään voi lähettää valoa, joka on samanlainen kuin lampun pinta, tai heijastaa valoa, joka tulee toisesta lähteestä, kuten tienpinnasta.

Pinnoilla, joilla on erilaiset heijastusominaisuudet samassa valaistuksessa, on eri kirkkausaste.

Pinnan dA säteilemä kirkkaus kulmassa Φ tämän pinnan projektioon nähden on yhtä suuri kuin tietyssä suunnassa emittoidun valon intensiteetin suhde emittoivan pinnan projektioon (kuvio 4).

Riisi. 4. Kirkkaus

Valon intensiteetti ja säteilevän pinnan projektio ovat riippumattomia etäisyydestä. Siksi kirkkaus ei myöskään riipu etäisyydestä.

Muutamia käytännön esimerkkejä:

• Auringon pinnan kirkkaus — 2 000 000 000 cd / m2

• Loistelamppujen kirkkaus - 5000 - 15000 cd / m2

• Täysikuun pinnan kirkkaus - 2500 cd / m2

• Keinotekoinen tievalaistus — 30 luksia 2 cd / m2