Cantități de iluminare: flux luminos, intensitate luminoasă, iluminare, luminozitate, luminozitate

1. Fluxul luminos

Fluxul luminos - puterea energiei radiante, judecată după senzația de lumină pe care o produce. Energia radiantă este determinată de numărul de cuante emise de emițător în spațiu. Energia radiantă (energia radiantă) se măsoară în jouli. Cantitatea de energie emisă pe unitatea de timp se numește flux radiant sau flux radiant. Fluxul radiant se măsoară în wați. Fluxul luminos este notat cu Fe.

unde: Qе — energia radiației.

Fluxul de radiație este caracterizat de o distribuție a energiei în timp și spațiu.

În cele mai multe cazuri, când vorbesc despre distribuția fluxului de radiații în timp, nu iau în considerare natura cuantică a apariției radiației, ci o înțeleg ca o funcție care dă o modificare în timp a valorilor instantanee. a fluxului de radiaţii Ф (t). Acest lucru este acceptabil deoarece numărul de fotoni emiși de sursă pe unitatea de timp este foarte mare.

În funcție de distribuția spectrală a fluxului de radiații, sursele sunt împărțite în trei clase: cu spectre liniare, în dungi și continue. Fluxul de radiație al unei surse cu spectru liniar constă din fluxuri monocromatice din linii individuale:

unde: Фλ — flux de radiație monocromatic; Fe — flux de radiație.

Pentru sursele cu spectru de bandă, emisia are loc în regiuni spectrale destul de largi - benzi separate unele de altele prin goluri întunecate. Pentru a caracteriza distribuția spectrală a fluxului de radiație cu spectre continue și cu benzi, se utilizează o cantitate numită densitatea fluxului de radiație spectrală.

unde: λ este lungimea de undă.

Densitatea fluxului de radiație spectrală este o caracteristică a distribuției fluxului de radiație pe spectru și este egală cu raportul fluxului elementar ΔFeλ corespunzător unei secțiuni infinitezimale și lățimea acestei secțiuni:

Densitatea fluxului de radiație spectrală este măsurată în wați pe nanometru.

În ingineria luminii, unde ochiul uman este principalul receptor al radiației, conceptul de flux luminos este introdus pentru a evalua acțiunea efectivă a fluxului de radiație. Fluxul luminos este fluxul de radiație estimat din efectul său asupra ochiului, a cărui sensibilitate spectrală relativă este determinată de curba de eficiență spectrală medie aprobată de CIE.

Următoarea definiție a fluxului luminos este folosită și în tehnologia iluminatului: fluxul luminos este puterea energiei luminoase. Unitatea de măsură a fluxului luminos este lumen (lm). 1 lm corespunde fluxului luminos emis la un singur unghi solid de o sursă punctiformă izotropă cu o intensitate luminoasă de 1 candela.

Tabelul 1.Valorile luminoase tipice ale surselor de lumină:

Tipuri de lămpi Energie electrică, W Flux luminos, lm Eficiență luminoasă lm / w Lampă cu incandescență 100 wați 1360 lm 13,6 lm / W Lampă fluorescentă 58 wați 5400 lm 93 lm / W Lampă cu sodiu de înaltă presiune 100 wați 10000 lm / W10000 lm / W lampa cu sodiu sub presiune 180 wati 33000 lm 183 lm / W Lampa cu mercur de inalta presiune 1000 wati 58000 lm 58 lm / W Lampa cu halogenura metalica 2000 wati 190 000 lm 95 lm / W Fluxul luminos Ф este reflectat in trei componente Ф de corp Фρabsorbit de Фα și ratatul Фτ... At calcule de iluminare factori de utilizare: reflexii ρ = ​​Fρ/ F; absorbția α= Fα/ F; transmisie τ= Fτ/ Ф.

Tabelul 2. Caracteristicile luminii ale unor materiale și suprafețe

Materiale sau suprafețe Coeficienți Comportament de reflexie și transmisie reflexie ρ absorbție α transmisie τ cretă 0,85 0,15 — Smalț difuz silicat 0,8 0,2 — Oglindă difuză din aluminiu 0,85 0,15 — Oglindă din sticlă ascuțită 0,8 0 ,2 — Sticlă mată direcționată, 5 0,4 Sticlă de lapte bio dirijată difuză 0,22 0,15 0,63 Sticlă de silicat de opal direcționată difuză 0,3 0,1 0,6 Sticlă de silicat de lapte difuză 0, 45 0,15 0,4 difuză

2. Intensitatea luminii

Distribuția radiației dintr-o sursă reală în spațiul înconjurător nu este uniformă.Prin urmare, fluxul luminos nu va fi o caracteristică exhaustivă a sursei dacă distribuția radiației în diferite direcții ale spațiului înconjurător nu este determinată simultan.

Pentru a caracteriza distribuția fluxului luminos se folosește conceptul de densitate spațială a fluxului luminos în diferite direcții ale spațiului înconjurător. Densitatea spațială a fluxului luminos, care este determinată de raportul dintre fluxul luminos și unghiul solid cu vârful în punctul în care se află sursa, în care acest flux este distribuit uniform, se numește intensitate luminoasă:

unde: Ф — flux luminos; ω — unghi solid.

Unitatea de măsură a intensității luminii este candela. 1 cd.

Aceasta este intensitatea luminoasă emisă perpendicular de un element de suprafață de corp negru cu o suprafață de 1:600.000 m2 la temperatura de solidificare a platinei.
Unitatea de măsură a intensității luminii este candela, cd este una dintre marimile principale din sistemul SI și corespunde unui flux luminos de 1 lm uniform distribuit într-un unghi solid de 1 steradian (cf.). Un unghi solid este porțiunea de spațiu închisă într-o suprafață conică. Un unghi solid ω măsurat prin raportul dintre suprafața pe care o decupează dintr-o sferă de rază arbitrară și pătratul acesteia din urmă.

3. Iluminat

Iluminarea este cantitatea de lumină sau flux luminos care cade pe suprafața unității. Se notează cu litera E și se măsoară în lux (lx).

Unitatea de iluminare lux, lx, se măsoară în lumeni pe metru pătrat (lm/m2).

Iluminarea poate fi definită ca densitatea fluxului de lumină pe suprafața iluminată:

Iluminarea nu depinde de direcția de propagare a fluxului luminos la suprafață.

Iată câțiva indicatori de luminanță acceptați în mod obișnuit:

• Vară, o zi sub un cer fără nori — 100.000 de lux

• Iluminat stradal — 5-30 lux

• Lună plină într-o noapte senină — 0,25 lux

4. Relația dintre intensitatea luminii (I) și iluminarea (E).

Legea inversului pătratului

Iluminarea într-un anumit punct de pe suprafață, perpendicular pe direcția de propagare a luminii, este definită ca raportul dintre intensitatea luminii și pătratul distanței de la acest punct la sursa de lumină. Dacă luăm această distanță ca d, atunci acest raport poate fi exprimat prin următoarea formulă:

De exemplu: dacă o sursă de lumină emite lumină cu o putere de 1200 cd într-o direcție perpendiculară pe suprafață la o distanță de 3 metri de această suprafață, atunci iluminarea (Ep) în punctul în care lumina ajunge la suprafață va fi de 1200 /32 = 133 lux. Dacă suprafața se află la o distanță de 6 m de sursa de lumină, iluminarea va fi 1200/62 = 33 lux. Această relație se numește legea inversului pătratului.

Iluminarea într-un anumit punct de pe o suprafață care nu este perpendiculară pe direcția de propagare a luminii este egală cu intensitatea luminii în direcția punctului de măsurare împărțită la pătratul distanței dintre sursa de lumină și un punct din plan înmulțit cu cosinusul unghiului γ (γ este unghiul format de direcția de incidență a luminii și perpendiculara pe acest plan).

Prin urmare:

Aceasta este legea cosinusurilor (Figura 1.).

Orez. 1. La legea cosinusurilor

5. Iluminare orizontală

Pentru a calcula iluminarea orizontală, se recomandă modificarea ultimei formule prin înlocuirea distanței d dintre sursa de lumină și punctul de măsurare cu înălțimea h de la sursa de lumină la suprafață.

Figura 2:

Apoi:

Primim:

Această formulă calculează iluminarea orizontală la punctul de măsurare.

Orez. 2. Iluminare orizontală

6. Iluminare verticală

Iluminarea aceluiași punct P într-un plan vertical orientat spre sursa de lumină poate fi reprezentată în funcție de înălțimea (h) sursei de lumină și unghiul de incidență (γ) al intensității luminii (I) (Figura 3). ).

Primim:

Orez. 3. Iluminare verticală

7. Iluminare

Pentru a caracteriza suprafețele care strălucesc datorită fluxului de lumină care trece prin ele sau reflectat de ele, se utilizează raportul dintre fluxul luminos emis de elementul de suprafață și aria acestui element. Această cantitate se numește luminozitate:

Pentru suprafete cu dimensiuni limitate:

Iluminarea este densitatea fluxului luminos emis de suprafața luminii. Unitatea de iluminare este lumenul pe metru pătrat al suprafeței luminoase, care corespunde unei suprafețe de 1 m2 care emite uniform un flux luminos de 1 lm. În cazul radiației totale se introduce conceptul de luminozitate energetică a corpului radiant (Me).

Unitatea de măsură a luminii radiante este W/m2.

În acest caz, luminozitatea poate fi exprimată prin densitatea spectrală a luminozității energetice a corpului emițător Meλ (λ)

Pentru o evaluare comparativă, aducem luminozitățile energetice în luminozitățile unor suprafețe:

• Suprafața solară — Me = 6 • 107 W / m2;

• Filament incandescent — Me = 2 • 105 W / m2;

• Suprafața soarelui la zenit — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Bec fluorescent — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Luminozitate

Luminozitate Luminozitatea luminii emise de o unitate de suprafață într-o anumită direcție. Unitatea de măsură pentru luminozitate este candela pe metru pătrat (cd/m2).

Suprafața în sine poate emite lumină, similară cu suprafața unei lămpi, sau poate reflecta lumina care provine dintr-o altă sursă, cum ar fi suprafața unui drum.

Suprafețele cu proprietăți reflectorizante diferite sub aceeași iluminare vor avea grade diferite de luminozitate.

Luminozitatea emisă de suprafața dA la un unghi Φ față de proiecția acestei suprafețe este egală cu raportul dintre intensitatea luminii emise într-o direcție dată și proiecția suprafeței emitente (Fig. 4).

Orez. 4. Luminozitate

Intensitatea luminii și proiecția suprafeței emitente sunt independente de distanță. Prin urmare, luminozitatea nu depinde de distanță.

Câteva exemple practice:

• Luminozitatea suprafeței solare - 2.000.000.000 cd / m2

• Luminozitatea lămpilor fluorescente - de la 5000 la 15000 cd / m2

• Luminozitatea suprafeței unei luni pline - 2500 cd / m2

• Iluminat artificial rutier — 30 lux 2 cd/m2