Temel aydınlatma özellikleri. Temel aydınlatma kavramları: ışık akısı, aydınlatma ve parlaklık

Düzgün tasarlanmış ve verimli bir şekilde yürütülen aydınlatma üretim tesisleriÇalışanlar üzerinde olumlu bir psikofizyolojik etkiye sahiptir, verimliliğin ve güvenliğin artırılmasına yardımcı olur, yorgunluk ve yaralanmaları azaltır ve yüksek performansı korur.

Görme hissi, 0,38...0,76 mikron dalga boyuna sahip elektromanyetik radyasyon olan görünür radyasyonun (ışık) etkisi altında meydana gelir. Görme hassasiyeti, dalga boyu 0,555 mikron olan (sarı-yeşil renk) elektromanyetik radyasyona karşı maksimum olup, görünür spektrumun sınırlarına doğru azalır.

Aydınlatma niceliksel ve niteliksel göstergelerle karakterize edilir. Nicel göstergeler şunları içerir:

• ışık akışı F, insanlar tarafından ışık olarak algılanan ışınım akışının bir parçasıdır; lümen (lm) cinsinden ölçülen ışık radyasyonunun gücünü karakterize eder;
• ışığın gücü J - uzaysal yoğunluk ışık akısı; kaynaktan yayılan ve temel katı açı dΩ içinde düzgün bir şekilde yayılan ışık akısının dФ'nin bu açının değerine oranı olarak tanımlanır; J=dФ/dΩ; kandela (cd) cinsinden ölçülür;
• aydınlatma E-yüzey ışık akısı yoğunluğu; aydınlatılan yüzey dS (m2) üzerine düzgün bir şekilde gelen ışık akısı dF'nin alanına oranı olarak tanımlanır: E = dF/dS, lüks (lx) cinsinden ölçülür;
• parlaklık Normal'e a açısına sahip bir yüzeyin L'si, bu yönde bir yüzey tarafından yayılan, aydınlatılan veya aydınlık olan dJα ışık yoğunluğunun, bu yüzeyin bu yöne dik bir düzlem üzerindeki izdüşümü alanına dS oranıdır; L = dJ α /(dScosa), cd m2 cinsinden ölçülür.

Görsel çalışma koşullarını niteliksel olarak değerlendirmek için arka plan, nesnenin arka planla kontrastı, aydınlatmanın nabız katsayısı, aydınlatma indeksi, ışığın spektral bileşimi gibi göstergeler kullanılır.

• Arka plan - bu, nesnenin ayırt edildiği yüzeydir. Arka plan, bir yüzeyin üzerine gelen ışık akısını yansıtma yeteneği ile karakterize edilir. Bu yetenek (yansıma katsayısı p), yüzeyden yansıyan ışık akısı Ф ref'nin, üzerine gelen ışık akısı F'ye oranı olarak tanımlanır; p = F /F pm'den.
  Yüzeyin rengine ve dokusuna bağlı olarak yansıma katsayısı değerleri 0,02...0,95 aralığında olup; p > 0,4 ​​olduğunda arka planın açık olduğu kabul edilir; p = 0,2...0,4 - ortalama ve p'de
• Nesnenin arka planla kontrastı k - bir nesne ile bir arka plan arasındaki ayrım derecesi - söz konusu nesnenin (nokta, çizgi, işaret, nokta, çatlak, işaret veya diğer unsurlar) ve arka planın parlaklığının oranıyla karakterize edilir; k = (L op -L o)/L op, eğer k > 0,5 ise (nesne arka planda keskin bir şekilde öne çıkarsa) büyük kabul edilir; k = 0,2...0,5 olduğunda ortalama (nesne ve arka plan parlaklık açısından fark edilir derecede farklılık gösterir) ve k için küçük
• Aydınlatma titreşim katsayısı k E - bu, zaman içinde ışık akısındaki değişikliklerin bir sonucu olarak aydınlatma dalgalanmalarının derinliği için bir kriterdir

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

  burada Е min, Е max, Е ср - salınım süresi için minimum, maksimum ve ortalama aydınlatma değerleri; gaz deşarjlı lambalar için K E = %25...65, geleneksel akkor lambalar için k E = %7, halojen akkor lambalar için k E = %1.

• Körlük indeksi P o - Aydınlatma kurulumunun yarattığı parlamayı değerlendirme kriteri,

  P o =1000(V 1 /V 2 -1),

  burada V 1 VE V 2, sırasıyla perdelendiğinde ve görüş alanında parlak ışık kaynaklarının varlığında ayrım nesnesinin görünürlüğüdür.

  Işık kaynaklarının ekranlanması, kalkanlar, vizörler vb. kullanılarak gerçekleştirilir.

• Görünürlük V gözün bir nesneyi algılama yeteneğini karakterize eder. Aydınlatmaya, nesnenin boyutuna, parlaklığına, nesnenin arka planla kontrastına ve pozlama süresine bağlıdır. Görünürlük, nesnenin arka planla kontrastındaki eşik kontrastlarının sayısına göre belirlenir; V = k/k gözenekler; burada k gözenekleri eşik veya gözle görülebilen en küçük kontrasttır; hafif bir azalma ile nesne bu arka plan karşısında ayırt edilemez hale gelir.

Güneş'ten Dünya gezegenimizin yüzeyine düşen ışık, tüm canlı organizmalar için yaşamın kaynağıdır. Saatte 300.000 km hızla yayılan güneş ışınlarının çevreye şu etkileri vardır:

• fotosenteze katılım;
• görülebilir ışık;
• ılık;
• dezenfeksiyon;
• ışınlama.

Buna göre doğal ışık, elektromanyetik dalgalar formundaki, özelliklerine bağlı olarak farklı özelliklere sahip ışıyan enerjidir. genel gösterge, uzunluk budur. Radyasyonun uzunluğu nanometre (0.000000001 m) cinsinden ölçülür ve 700 ila 10.000 nm arasında kızılötesi dalgalar için değişir, insan gözüyle görülebilen 400-750 nm, ultraviyole - 10-370 nm. ve X-ışını 0,00001-10 nm.

İnsan gözü için görünür elektromanyetik titreşimlerin en uygun uzunluğunun 500 ila 600 nm olduğu kabul edilir, kırmızı ve mor ışınlar daha kötü algılanır ve kızılötesi ve ultraviyole ışınlar yalnızca cildin ısıtılması ve bronzlaştırılmasıyla hissedilir.

Bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte insanlık, çeşitli endüstrilerde, tarımda ve diğer faaliyet alanlarında kullanılan her türlü elektromanyetik dalganın yapay kaynaklarını oluşturmayı öğrendi. Işık kaynaklarının tüm özelliklerini ortaya koyan temel aydınlatma kavramlarını ele alalım.

Işık akısı nedir?

Işık akışı insan gözüyle algılanan, elektromanyetik dalga kaynağından çıkan görünür radyasyonun gücüdür. F harfi ile gösterilir ve lümen (lm) cinsinden ölçülür.

Kaynaktan uzaklaşan ışık ışınlarının akışı uzayda düzensiz bir şekilde yayılarak yoğunluğunu kaybeder. Işık akısının bu uzaysal radyant yoğunluğu, ışık yoğunluğu gibi bir kavramla karakterize edilir. BEN(candelas - cd. cinsinden ölçülür), bu, ışık akısı Ф'nin katı açı ω'ye oranından belirlenir.

BEN=Ф/ω.

Bu büyüklüklerin birbirleriyle nasıl ilişkili olduğunu anlamak için şekle bakalım.

Uzayda parlayacak 0 noktasal ışık kaynağını alırsak, ışıklı topun içinde yer alacaktır. Şimdi, ışık akısının (Ф) S alanına sahip kürenin seçilen bir alanına yayılacağını, bunun sonucunda tarafı topun yarıçapı olacak bir koninin oluşacağını hayal edin. Koninin tepe noktası olan bu uzaysal açı katıdır ve S alanının kürenin yarıçapının karesine oranı olarak tanımlanır.

Katı açının birimi, ışıklı topun yüzeyinde yarıçapının karesine eşit değerde bir alan oluşturan steradyandır (sr).

Aydınlatma.

Aydınlatma Bir ışık kaynağının ışık akısı yoğunluğunun, ışınları radyasyon yerinden farklı mesafelerde bulunan herhangi bir yüzeye düşen uzayda niceliksel olarak nasıl değiştiğini karakterize eder. Işık akısının (Ф) aydınlatılmış yüzeye (S) oranıyla belirlenir:

Çizime tekrar bakalım!

O halde, bir nokta ışık kaynağı olan A'yı da ele alalım, ışık şiddeti ben αışık akısı herhangi bir yüzeyin S alanına yönlendirilir. Işık kaynağı A ile alan arasındaki mesafe l'dir. Sonuç olarak, ışık yoğunluğu yönü arasında α açısı olan eğimli bir koni oluşur. ben α ve koninin tarafı ve uzaysal açı ω. Daha sonra:

ω=S*cosα/l 2 ve Ф= hesaplayın ben α*S*cosα/l 2 .

Aşağıdaki ifadeyi kullanarak elemanın aydınlatmasını belirleriz:

e= ben α*cosα/l 2 .

Böylece aydınlatma, aydınlatılan yüzeye olan mesafeye göre ışığın yoğunluğuna göre belirlenir, yani. Bir nesne görünür radyasyon kaynağından ne kadar uzaktaysa, üzerine o kadar az ışık düşer!

Aydınlatma birimine lüks denir ve (lx) ile gösterilir.

Parlaklık.

Bir ışık akımı bir nesnenin yüzeyine çarptığında kısmen emilir ve diğer kısmı yansıtılarak bu nesnenin uzaktan görsel algısı oluşturulur. Koyu ve açık renkli iki aydınlatılmış nesne insan gözünden aynı mesafeye yerleştirilirse, ışık nesnesi daha iyi görülebilecek, yani ışık kaynağının ışık akısını daha iyi yansıtacaktır. Karşılaştırma için, aynı ışıkta açık yeşil veya koyu kahverengi duvar kağıdına sahip bir odada nerede daha hafif olacak? Tabii ki açık yeşil duvarlı bir odada.

Böylece, altında parlaklık Aydınlatılan yüzey, bu yüzeyin rengine ve yansıtıcı özelliklerine bağlı olacak şekilde, gözlemcinin gözüne göre yansıyan ışık yoğunluğunun miktarı olarak anlaşılmaktadır.

Parlaklık L harfi ile gösterilir ve ışık yoğunluğunun aydınlatılan yüzeyin projeksiyon alanına oranına eşittir:

Formülden de görülebileceği gibi parlaklık metrekare başına kandela (cd/m2) cinsinden ölçülür.

Bu formül, gözlemcinin gözü yansıtıcı yüzeye 90 derecelik bir açıda ise geçerlidir, o zaman gelen ile yansıma açısı arasındaki açı 0 derece olacaktır ve cos0=1!

Aydınlatılan yüzey insan gözü tarafından belirli bir a açısıyla görülüyorsa, o zaman bu yüzeyin gözlemciye doğru 90° açıda bulunan bir düzlem üzerindeki izdüşümü alanını görecektir, o zaman parlaklık artacaktır. Eşit olmak:

Parlaklık terimi aynı zamanda çeşitli şekillerde yayan yüzeylere sahip ışık kaynakları için de kullanılır. Yani, örneğin, küresel ampullü bir akkor lamba alırsanız, o zaman radyasyonun uzaydaki izdüşümü, πD2/4 alanına sahip bir daire şeklinde olacaktır. Silindirik lambalar için (gaz deşarjı), projeksiyon, uzunluk ve genişliğin çarpımı olarak hesaplanan ve bu durumda ampulün çapının uzunluğuyla çarpılmasıyla hesaplanan bir dizi dikdörtgendir.

Enerji miktarları enerji açısından kapsamlıdır ancak radyasyonun görsel algısını ölçmezler. Görünür aralıktaki radyasyonun göz tarafından algılanması, yalnızca algılanan radyasyonun gücüyle değil, aynı zamanda spektral bileşimine de bağlıdır (çünkü göz, seçici bir radyasyon alıcısıdır). Işık özellikleri, ışığın spektral bileşimi dikkate alınarak radyasyon enerjisinin gözün görsel sistemi tarafından nasıl algılandığını tanımlar.

2.2.1. Hafif miktarlar

Hafif miktarlar enerji miktarlarına benzer şekilde belirtilir, ancak bir indeks yoktur.

Göz spektral analiz yapamadığı için ışık miktarlarının spektral yoğunluğu yoktur.

Işığın gücü:

Enerji niceliklerinde başlangıç ​​birimi enerji ise, ışık niceliklerinde başlangıç ​​birimi ışığın yoğunluğudur (tarihsel olarak bu böyle olmuştur). Işık şiddeti, ışığın enerji yoğunluğuna benzer şekilde belirlenir:

,

(2.2.1)

Platin () alanının katılaşma sıcaklığında standardın (referans yayıcı veya siyah cisim) radyasyon gücü.

Saf siyah gövde- üzerine düşen enerjiyi tamamen emen bir cisimdir. Siyah gövde modeli, iç yüzeyi siyah boyalı, içi boş bir gövdedir. Küçük bir delikten radyasyon akısı vücuda girer ve burada çoklu yansımalar sonucunda tamamen emilir (Şekil 2.2.1).

Şekil 2.2.1. Tamamen siyah gövde. Radyasyon akışı:

Bu, ışık yoğunluğuna sahip bir kaynak tarafından katı açıda yayılan bir akı:
.

Aydınlatma:

Akısı her metrekare için böyle bir yüzeyin aydınlatılması.

parlaklık:

Parlaklık birimi, eşit bir ışık akısı yayan bir yüzeyin parlaklığı olarak alınır.

Parlaklık:

Parlaklığın birimi, dik yönde c ışık şiddeti yayan düz bir yüzeyin parlaklığı olarak alınır.

2.2.2. Işık ve enerji miktarları arasındaki ilişki

Işık ve enerji miktarları arasındaki bağlantı, deneysel olarak iyi çalışılmış olan görsel algı yoluyla kurulmaktadır. Görünürlük işlevi monokromatik radyasyonun bağıl spektral verimlilik eğrisidir. Gözün farklı spektral bileşime sahip radyasyonu nasıl algıladığını gösterir. - aynı görsel hissi veren monokromatik güçlerle ters orantılı bir değer ve bir dalga boyuna sahip bir radyasyon akısının etkisi geleneksel olarak birlik olarak alınır. Gözün görme fonksiyonu sarı-yeşil renk bölgesinde (550-570 nm) maksimum olup, kırmızı ve mor ışınlarda sıfıra düşmektedir (Şekil 2.2.2).

Şekil 2.2.2. Göz görünürlüğü işlevi.

Belirli bir ışık miktarı (akı, ışık şiddeti, parlaklık vb.), genel formül kullanılarak karşılık gelen enerji miktarının spektral yoğunluğundan belirlenebilir:

(2.2.4)

gözün görünürlük fonksiyonu nerede, 680 deneysel olarak belirlenmiş katsayıdır (güç ve dalga boyuna sahip radyasyon akısı, ışık akısına karşılık gelir).

Örneğin, ışığın gücü:
(2.2.5)
parlaklık:
(2.2.6)

Işık miktarlarının diğer ölçü birimleri:

ışığın gücü
parlaklık
aydınlatma

Enerji ve ışık birimlerinin karşılaştırılması:

Enerji		Işık
İsim ve atama	Birimler	İsim ve atama	Birimler
radyasyon akışı		ışık akışı
ışığın enerji gücü		ışığın gücü
parlaklık		aydınlatma
enerjik parlaklık		parlaklık
enerji parlaklığı		parlaklık

2.2.3. Pratik ışık miktarları ve örnekleri

Işığa maruz kalma

Işığa maruz kalma- bu, belirli bir süre boyunca birim alan başına enerji miktarıdır (ile arasındaki süre boyunca biriken aydınlatma):

,

(2.2.7)

Aydınlatma sabitse, pozlama şu ifadeyle belirlenir:

Parlamak

Genişletilmiş bir kaynak için gözle algılanan özellik parlaklıktır. Bir nokta kaynağı için gözle algılanan özellik parlaklıktır (parlaklık ne kadar büyükse, parlaklık da o kadar fazla görünür). Parlaklık, bir nokta ışık kaynağının görsel gözleminde kullanılan bir niceliktir.

Parlamak gözlemcinin gözbebeği düzlemindeki bir nokta kaynak tarafından oluşturulan aydınlatmadır, .

Gök cisimlerinin görünen parlaklığı şu şekilde tahmin edilmektedir: yıldız büyüklükleri. Büyüklük ölçeği aşağıdaki deneysel ilişkiyle belirlenir:

Büyüklük ne kadar düşük olursa parlaklık o kadar büyük olur. Örneğin:
- işyerinin aydınlatılması,
- dolunaydan aydınlatma,
- parlaklık eşiği (yaklaşık 8'inci büyüklük).