Základné svetelné charakteristiky. Základné koncepty osvetlenia: svetelný tok, osvetlenie a jas

Správne navrhnuté a efektívne prevedené osvetlenie výrobné priestory má pozitívny psychofyziologický účinok na pracovníkov, pomáha zlepšovať efektivitu a bezpečnosť, znižuje únavu a zranenia a udržuje vysoký výkon.

Pocit videnia nastáva pod vplyvom viditeľného žiarenia (svetla), čo je elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou 0,38...0,76 mikrónov. Citlivosť zraku je maximálna na elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou 0,555 mikrónov (žlto-zelená farba) a smerom k hraniciam viditeľného spektra klesá.

Osvetlenie sa vyznačuje kvantitatívnymi a kvalitatívnymi ukazovateľmi. Kvantitatívne ukazovatele zahŕňajú:

• svetelný tok F je časť žiarivého toku vnímaná ľuďmi ako svetlo; charakterizuje silu svetelného žiarenia, meranú v lúmenoch (lm);
• sila svetla J - priestorová hustota svetelný tok; je definovaný ako pomer svetelného toku dФ vychádzajúceho zo zdroja a rovnomerne sa šíriaceho vo vnútri elementárneho priestorového uhla dΩ k hodnote tohto uhla; J=d0/dQ; merané v kandelách (cd);
• osvetlenie Hustota svetelného toku E-povrchu; je definovaný ako pomer svetelného toku dF rovnomerne dopadajúceho na osvetlenú plochu dS (m 2 ) k jej ploche: E = dF/dS, merané v luxoch (lx);
• jas L plochy pod uhlom α k normále je pomer svietivosti dJ α vyžarovanej, osvetlenej alebo osvetlenej plochou v tomto smere k ploche dS priemetu tejto plochy na rovinu kolmú na tento smer; L = dJa/(dScosa), merané v cd m2.

Na kvalitatívne posúdenie podmienok vizuálnej práce sa používajú také ukazovatele ako pozadie, kontrast objektu s pozadím, pulzačný koeficient osvetlenia, index osvetlenia a spektrálne zloženie svetla.

• Pozadie - to je povrch, na ktorom sa objekt odlišuje. Pozadie sa vyznačuje schopnosťou povrchu odrážať svetelný tok dopadajúci naň. Táto schopnosť (koeficient odrazu p) je definovaná ako pomer svetelného toku Ф ref odrazeného od povrchu k svetelnému toku F, ktorý naň dopadá; p = F od /F pm.
  V závislosti od farby a štruktúry povrchu sú hodnoty koeficientu odrazu v rozsahu 0,02...0,95; keď p > 0,4 ​​sa pozadie považuje za svetlé; pri p = 0,2...0,4 - priemer a pri p
• Kontrast objektu s pozadím k - stupeň rozlišovania medzi objektom a pozadím - charakterizovaný pomerom jasu predmetného objektu (bod, čiara, znak, škvrna, prasklina, značka alebo iné prvky) a pozadia; k = (L op -L o)/L op sa považuje za veľké, ak k > 0,5 (objekt ostro vyniká na pozadí), priemerné, keď k = 0,2...0,5 (jasnosť objektu a pozadia sa výrazne líši) a malý pre k
• Koeficient pulzácie osvetlenia k E - toto je kritérium pre kolísanie hĺbky osvetlenia v dôsledku zmien svetelného toku v čase

  kE = 100(E max -E min)/(2E cp),

  kde E min, E max, E cf sú minimálne, maximálne a priemerné hodnoty osvetlenia pre periódu oscilácie; pre plynové výbojky K E = 25...65 %, pre klasické žiarovky k E = 7 %, pre halogénové žiarovky k E = 1 %.

• Index slepoty P o - kritérium hodnotenia oslnenia vytváraného osvetľovacím zariadením,

  Po = 1000 (V1/V2-1),

  kde V 1 A V 2 sú viditeľnosť predmetu diskriminácie, v tomto poradí, keď je tienený a v prítomnosti jasných svetelných zdrojov v zornom poli.

  Tienenie svetelných zdrojov sa vykonáva pomocou štítov, priezorov atď.

• Viditeľnosť V charakterizuje schopnosť oka vnímať predmet. Závisí od osvetlenia, veľkosti objektu, jeho jasu, kontrastu objektu s pozadím a trvania expozície. Viditeľnosť je určená počtom prahových kontrastov v kontraste objektu s pozadím, t.j. V = k/k pórov, kde k pórov je prah alebo najmenší kontrast viditeľný okom, s miernym poklesom, pri ktorom sa objekt stáva na tomto pozadí nerozoznateľným.

Svetlo dopadajúce na povrch našej planéty Zem zo Slnka je zdrojom života pre všetky jej živé organizmy. Slnečné lúče, šíriace sa rýchlosťou 300 000 km/h, majú na životné prostredie tieto účinky:

• účasť na fotosyntéze;
• viditeľné svetlo;
• teplý;
• dezinfekcia;
• ožarovanie.

Na základe toho je prirodzené svetlo žiarivá energia vo forme elektromagnetických vĺn, ktoré majú rôzne vlastnosti v závislosti od ich celkový ukazovateľ, čo je dĺžka. Dĺžka žiarenia sa meria v nanometroch (0,000000001 m) a mení sa pre infračervené vlny od 700 do 10 000 nm, viditeľné pre ľudské oko 400-750 nm, ultrafialové - 10-370 nm. a röntgenové žiarenie 0,00001-10 nm.

Pre ľudské oko sa za najoptimálnejšiu dĺžku viditeľných elektromagnetických vibrácií považuje 500 až 600 nm, horšie sú vnímané červené a fialové lúče a infračervené a ultrafialové lúče sú vnímané len zahrievaním a opaľovaním pokožky.

S rozvojom vedy a techniky sa ľudstvo naučilo vytvárať umelé zdroje všetkých druhov elektromagnetických vĺn používaných v rôznych priemyselných odvetviach, poľnohospodárstve a iných oblastiach činnosti. Uvažujme o základných konceptoch osvetlenia, ktoré odhaľujú všetky charakteristiky svetelných zdrojov.

Čo je to svetelný tok?

Svetelný tok je sila viditeľného žiarenia zo zdroja elektromagnetických vĺn, ktoré vníma ľudské oko. Označuje sa písmenom F a meria sa v lúmenoch (lm).

Tok svetelných lúčov, vzďaľujúci sa od zdroja, sa v priestore šíri nerovnomerne a stráca svoju hustotu. Táto priestorová hustota vyžarovania svetelného toku je charakterizovaná takou koncepciou, ako je intenzita osvetlenia ja(merané v kandelách - cd.), ktorý sa určí z pomeru svetelného toku Ф k priestorovému uhlu ω.

ja= Ф/ω.

Aby sme pochopili, ako tieto množstvá navzájom súvisia, pozrime sa na obrázok.

Ak zoberieme bodový zdroj svetla 0, ktorý bude svietiť v priestore, bude sa nachádzať vo vnútri osvetlenej gule. Teraz si predstavte, že svetelný tok Ф sa rozšíri do vybranej oblasti gule s plochou S, v dôsledku čoho sa vytvorí kužeľ, ktorého strana bude mať polomer gule. Tento priestorový uhol, ktorý je vrcholom kužeľa, je plný a je definovaný ako pomer plochy S k druhej mocnine polomeru gule.

Jednotkou priestorového uhla je steradián (sr), ktorý tvorí na povrchu svetelnej gule plochu rovnajúcu sa druhej mocnine jej polomeru.

Osvetlenie.

Osvetlenie charakterizuje, ako sa v priestore kvantitatívne mení hustota svetelného toku svetelného zdroja, ktorého lúče dopadajú na ľubovoľné povrchy umiestnené v rôznych vzdialenostiach od miesta žiarenia. Určené pomerom svetelného toku Ф k osvetlenej ploche S:

Pozrime sa znova na kresbu!

Vezmime si teda aj bodový svetelný zdroj A, svietivosť Ja α ktorého svetelný tok smeruje do oblasti S akéhokoľvek povrchu. Vzdialenosť medzi zdrojom svetla A a plochou je l. V dôsledku toho sa vytvorí kužeľ so sklonom, s uhlom α medzi smerom intenzity svetla Ja α a stranu kužeľa a priestorový uhol ω. potom:

ω=S*cosα/l 2 a vypočítajte Ф= Ja α*S*cosα/l2.

Osvetlenie prvku určíme pomocou nasledujúceho výrazu:

E= Ja α*cosα/l 2 .

Osvetlenie je teda určené intenzitou svetla vzdialenosťou od osvetlenej plochy, t.j. Čím ďalej je objekt od zdroja viditeľného žiarenia, tým menej svetla naň dopadá!

Jednotka osvetlenia sa nazýva lux a označuje sa ako (lx).

Jas.

Keď svetelný prúd dopadne na povrch objektu, je čiastočne absorbovaný a druhá časť je odrazená, čím vzniká vizuálny vnem tohto objektu na diaľku. Ak sú dva osvetlené objekty tmavej a svetlej farby umiestnené v rovnakej vzdialenosti od ľudského oka, potom bude svetlý objekt lepšie viditeľný, to znamená, že bude lepšie odrážať svetelný tok svetelného zdroja. Pre porovnanie, kde to bude svetlejšie, v miestnosti so svetlozelenou alebo tmavohnedou tapetou v rovnakom svetle? Samozrejme, v miestnosti so svetlozelenými stenami.

Teda pod jas Osvetleným povrchom sa rozumie množstvo intenzity odrazeného svetla vzhľadom na oko pozorovateľa, ktoré bude závisieť od farby a reflexných vlastností tohto povrchu.

Jas je označený písmenom L a rovná sa pomeru intenzity osvetlenia k projekčnej ploche osvetlenej plochy:

Ako je zrejmé zo vzorca, jas sa meria v kandelách na meter štvorcový (cd/m2).

Tento vzorec platí, ak je oko pozorovateľa v uhle 90 stupňov k odrazovej ploche, pretože potom bude uhol medzi dopadajúcim a odrazovým uhlom 0 stupňov a cos0=1!

Ak je osvetlený povrch pozorovaný ľudským okom pod určitým uhlom a, potom uvidí oblasť projekcie tohto povrchu na rovinu umiestnenú pod uhlom 90° smerom k pozorovateľovi, potom jas bude rovnať sa:

Pojem jas sa používa aj pre svetelné zdroje s vyžarovacími plochami rôznych tvarov. Napríklad, ak si vezmete žiarovku s guľovou žiarovkou, potom bude projekcia žiarenia v priestore vo forme kruhu s plochou πD2/4. V prípade valcových žiaroviek (plynový výboj) je projekcia súborom obdĺžnikov, ktoré sú vypočítané ako súčin dĺžky a šírky, a v tomto prípade vynásobením priemeru žiarovky jej dĺžkou.

Energetické veličiny sú z energetického hľadiska komplexné, ale nekvantifikujú zrakový vnem žiarenia. Vnímanie žiarenia vo viditeľnej oblasti okom je určené nielen silou vnímaného žiarenia, ale závisí aj od jeho spektrálneho zloženia (keďže oko je selektívny prijímač žiarenia). Charakteristiky svetla opisujú, ako je energia žiarenia vnímaná zrakovým systémom oka, berúc do úvahy spektrálne zloženie svetla.

2.2.1. Ľahké množstvá

Ľahké množstvá sú označené podobne ako energetické veličiny, ale bez indexu.

Svetelné množstvá nemajú spektrálnu hustotu, pretože oko nemôže vykonávať spektrálnu analýzu.

Sila svetla:

Ak je v energetických veličinách počiatočnou jednotkou energia, tak vo svetelných veličinách je počiatočnou jednotkou intenzita svetla (tak sa to stalo historicky). Intenzita svetla sa určuje podobne ako energetická intenzita svetla:

,

(2.2.1)

Sila žiarenia štandardu (referenčný žiarič alebo čierne teleso) pri teplote tuhnutia platiny () oblasti .

Čisto čierne telo- je to teleso, ktoré úplne absorbuje energiu, ktorá naň dopadá. Čierny model karosérie je duté telo, ktorého vnútorný povrch je lakovaný čiernou farbou. Malým otvorom sa tok žiarenia dostáva do telesa, kde sa v dôsledku viacnásobných odrazov úplne pohltí (obr. 2.2.1).

Obr.2.2.1. Úplne čierne telo. Tok žiarenia:

Ide o tok, ktorý je vyžarovaný zdrojom so svietivosťou v priestorovom uhle:
.

Osvetlenie:

Osvetlenie takého povrchu na každý štvorcový meter, ktorého tok .

Svietivosť:

Za jednotku svietivosti sa považuje svietivosť povrchu, ktorý vyžaruje svetelný tok rovný .

Jas:

Za jednotku jasu sa považuje jas rovného povrchu, ktorý vyžaruje svetelnú intenzitu c v kolmom smere.

2.2.2. Vzťah medzi množstvom svetla a energie

Spojenie medzi množstvom svetla a energie sa vytvára prostredníctvom vizuálneho vnímania, ktoré bolo dobre experimentálne študované. Funkcia viditeľnosti je krivka relatívnej spektrálnej účinnosti monochromatického žiarenia. Ukazuje, ako oko vníma žiarenie rôzneho spektrálneho zloženia. - hodnota nepriamo úmerná monochromatickým mohutnostiam, ktoré poskytujú rovnaký vizuálny vnem, a účinok toku žiarenia s vlnovou dĺžkou sa bežne považuje za jednotu. Funkcia viditeľnosti oka je maximálna v oblasti žltozelenej farby (550-570 nm) a pri červených a fialových lúčoch klesá na nulu (obr. 2.2.2).

Obr.2.2.2. Funkcia viditeľnosti očí.

Určité množstvo svetla (tok, svietivosť, jas atď.) možno určiť zo spektrálnej hustoty zodpovedajúceho množstva energie pomocou všeobecného vzorca:

(2.2.4)

kde je funkcia viditeľnosti oka, 680 je experimentálne stanovený koeficient (tok žiarenia s výkonom a vlnovou dĺžkou zodpovedá svetelnému toku).

Napríklad, sila svetla:
(2.2.5)
jas:
(2.2.6)

Ďalšie jednotky merania množstva svetla:

sila svetla
jas
osvetlenie

Porovnanie energetických a svetelných jednotiek:

Energia		Svetlo
Meno a označenie	Jednotky	Meno a označenie	Jednotky
tok žiarenia		svetelný tok
energetická sila svetla		sila svetla
ožiarenia		osvetlenie
energetická svietivosť		svietivosť
energetický jas		jas

2.2.3. Praktické svetelné veličiny a ich príklady

Svetelná expozícia

Svetelná expozícia- je to množstvo energie na jednotku plochy za určité časové obdobie (osvetlenie nahromadené v čase od do):

,

(2.2.7)

Ak je osvetlenie konštantné, potom je expozícia určená výrazom:

Lesknite sa

Pre rozšírený zdroj je charakteristikou vnímanou okom jas. Pre bodový zdroj je vlastnosť vnímaná okom lesk (čím väčší lesk, tým väčší jas sa objavuje). Lesk je veličina používaná pri vizuálnom pozorovaní bodového svetelného zdroja.

Lesknite sa je osvetlenie vytvorené bodovým zdrojom v rovine zrenice pozorovateľa, .

Zdanlivá jasnosť nebeských telies sa odhaduje na hviezdne magnitúdy. Stupnica magnitúdy je stanovená nasledujúcim experimentálnym vzťahom:

Čím nižšia je magnitúda, tým väčšia je jasnosť. Napríklad:
- osvetlenie pracoviska,
- osvetlenie od splnu,
- prah jasu (približne 8. magnitúda).

Ortuťovo-volfrámové oblúkové lampy, kúpiť plastové rúrky. Stabilizátor napätia 1.