Свет представляет собой видимые глазом электромагнитные волны оптического диапазона длиной 380 - 760 нм, воспринимаемые сетчатой оболочкой зрительного анализатора.
Чувствительность глаза к излучениям различных длин волн неодинакова. Свойства глаза по-разному оценивать одинаковую лучистую мощность различных длин волн видимого спектра называется спектральной чувствительностью глаза.
Глаз лучше всего воспринимает ощущение желто-зеленого цвета, а именно: лучи с длиной волны (λ) = 555 нм. Таким образом, если чувствительность глаза к излучению с длиной волны 555 нм принять за единицу, то чувствительность глаза к излучениям других волн видимого диапазона при одинаковой мощности будет меньше единицы.
Cветовой поток (Ф) - мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению. Измеряется в люменах (лм).
Единица светового потока - люмен (лм) - световой поток, испускаемый точечным источником в телесном угле (в 1 стерадиан при силе света 1 кандела). Световой поток можно оценивать в пространстве по силе света или на поверхности по освещенности.
Стерадиан (единица телесного угла) - телесный угол, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную квадрату ее радиуса.
Кандела (кд) - единица силы света, равная силе света, испускаемого с площади 1/600 000 м 2 сечения полного излучателя в перпендикулярном к этому сечению направлении при температуре затвердевания платины (2042 К) и давлении 101325 н/м 2 .
Сила света - световой поток, распространяющийся внутри телесного угла, равного 1 стерадиану. Единица силы света - кандела (кд).
Освещенность (Е) представляет собой распределение светового потока (Ф) на поверхности площадью S и может быть выражена формулой E = Ф/S.
Единицей измерения освещенности является люкс (лк) - освещенность поверхности площадью 1 м 2 световым потоком в 1 лм (лм/м 2). Освещенность поверхности не зависит от ее световых свойств.
С точки зрения гигиены труда освещенность имеет существенное значение, по ней нормируются условия освещения в производственных помещениях и рассчитываются осветительные установки. В физиологии зрительного восприятия важное значение придается не падающему световому потоку, а уровню яркости освещаемых производственных и других объектов, которая отражается от освещаемой поверхности в направлении глаза. Зрительное восприятие определяется не освещенностью, а яркостью, под которой понимают характеристику светящихся тел, равную отношению силы света в каком-либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению. Яркость измеряется в нитах (нт, 1 нт = 10 -4 Кд/см 2). Яркость освещенных поверхностей зависит от их световых свойств, степени освещенности и угла, под которым поверхность рассматривается.
Светимость - величина, полного светового потока, испускаемого единицей поверхности источника света. Светимость измеряется в люменах на квадратный метр (лм/м 2).
Световой поток, падающий на поверхность, частично отражается, поглощается или пропускается сквозь освещаемое тело. Поэтому световые свойства освещаемой поверхности характеризуются не только величиной падающего на нее светового потока, но и коэффициентами отражения ρ, пропускания r и поглощения а, причем во всех случаях ρ + r + а = 1.
Коэффициент отражения (ρ) - отношение отраженного телом светового потока (Ф р) к падающему:
Отражение светового потока поверхностями зависит от их окраски, состояния и строения. Так, коэффициент отражения светлой деревянной поверхности равен 35 - 40 %, чистого побеленного потолка – 75 - 80 %.
Коэффициент пропускания равен отношению светового потока, прошедшего через среду, к падающему.
Коэффициент поглощения равен отношению поглощенного телом светового потока к падающему. Поверхности, яркость которых в отраженном или пропущенном свете одинакова во всех направлениях, называются диффузными. Близки по свойствам к диффузным поверхностям и часто приравниваются к ним в отраженном свете матовые поверхности бумаги, ткани, дерева, необработанные металлы и др.; в проходящем свете - только молочные стекла.
Энергетические величины являются исчерпывающими с энергетической точки зрения, но они не позволяют количественно оценить визуальное восприятие излучения. Восприятие глазом излучения видимого диапазона определяется не только мощностью воспринимаемого излучения, но также зависит от его спектрального состава (так как глаз - селективный приемник излучения). Световые характеристики описывают, как энергию излучения воспринимает зрительная система глаза с учетом спектрального состава света.
2.2.1. Световые величины
Световые величины обозначаются аналогично энергетическим величинам, но без индекса.
У световых величин нет никакой спектральной плотности, так как глаз не может провести спектральный анализ.
Сила света:Если в энергетических величинах исходная единица - это энергия, то в световых величинах исходная единица - это сила света (так сложилось исторически). Сила света определяется аналогично энергетической силе света:
| (2.2.1) |
Сила излучения эталона (эталонный излучатель или черное тело) при температуре затвердевания платины () площадью .
Абсолютно черное тело - это тело, которое полностью поглощает падающую на него энергию. Модель абсолютно черного тела представляет собой полое тело, внутренняя поверхность которого выкрашена в черный цвет. Через небольшое отверстие поток излучения поступает внутрь тела, где в результате многократного отражения полностью поглощается (рис.2.2.1).Рис.2.2.1. Абсолютно черное тело.
Поток излучения:
Это поток, который излучается источником с силой света в телесном угле :
.
Освещенность такой поверхности, на каждый квадратный метр которой равномерно падает поток в .
Светимость:За единицу светимости принимают светимость такой поверхности, которая излучает с световой поток, равный .
Яркость:За единицу яркости принята яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света с .
2.2.2. Связь световых и энергетических величин
Связь световых и энергетических величин связь устанавливается через зрительное восприятие, которое хорошо изучено экспериментально. Функция видности - это относительная спектральная кривая эффективности монохроматического излучения. Она показывает, как глаз воспринимает излучение различного спектрального состава. - величина, обратно пропорциональная монохроматическим мощностям, дающим одинаковое зрительное ощущение, причем воздействие потока излучения с длиной волны условно принимается за единицу. Функция видности глаза максимальна в области желто-зеленого цвета (550-570 нм) и спадает до нуля для красных и фиолетовых лучей (рис.2.2.2).
Рис.2.2.2. Функция видности глаза.
Определить некую световую величину (поток, сила света, яркость, и т.д.), по спектральной плотности соответствующей ей энергетической величины можно по общей формуле:
| (2.2.4) |
где - функция видности глаза, 680 - экспериментально установленный коэффициент (поток излучения мощностью с длиной волны соответствует светового потока).
Например, сила света:
(2.2.5)
яркость:
(2.2.6)
| сила света | ||
| яркость | ||
| освещенность |
Сопоставление энергетических и световых единиц:
| Энергетические | Световые | ||
| Наименование и обозначение | Единицы измерения | Наименование и обозначение | Единицы измерения |
| поток излучения | световой поток | ||
| энергетическая сила света | сила света | ||
| энергетическая освещенность | освещенность | ||
| энергетическая светимость | светимость | ||
| энергетическая яркость | яркость | ||
2.2.3. Практические световые величины и их примеры
Световая экспозиция
Световая экспозиция - это величина энергии, приходящейся на единицу площади за некоторое время (освещенность, накопленная за время от до ):
| (2.2.7) |
Если освещенность постоянна, то экспозиция определяется выражением:
Блеск
Для протяженного источника характеристика, воспринимаемая глазом - яркость. Для точечного источника характеристика, воспринимаемая глазом - блеск (чем больше блеск, тем больше кажется яркость). Блеск - это величина, применяемая при визуальном наблюдении точечного источника света.
Блеск - это освещенность, создаваемая точечным источником в плоскости зрачка наблюдателя, .Видимый блеск небесных тел оценивается в звездных величинах . Шкала звездных величин устанавливается следующим экспериментальным соотношением:
Чем меньше звездная величина, тем больше блеск. Например:
- освещенность рабочего места,
- освещенность от полной луны,
- порог блеска (примерно 8-ая звездная величина).
1.1. Лучистая энергия , лучистый поток , световой поток
1.2. Пространственная и поверхностная плотность светового потока
1.3. Яркость . Световые свойства тел
Все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, способны излучать в окружающее пространство лучистую энергию, которая распространяется в виде электромагнитных колебаний с различной длиной волны. Частота этих колебаний зависит от длины волны излучения. Под длиной волны излучения понимается расстояние, которое проходит волна за время полного периода колебания:
λ = с / f , (1)
где λ - длина волны, м;
с - скорость света, равная 3×10 8 м/с;
f - частота электромагнитных колебаний, Гц.
Обычно длины волн излучения измеряются в нанометрах: 1 нм=10 -9 м=10 -6 мм. Мощностью лучистой энергии или лучистым потоком называется количество энергии, излучаемой в единицу времени. Единицей измерения лучистого потока является 1 Вт. Из всей лучистой энергии, существующей в природе, человеческий глаз воспринимает как световое ощущение только незначительную часть с длинами волн от 380 до 760 нм. За пределами этих длин волн лучистая энергия для человека невидима. Каждой длине волны в пределах 380-760 нм соответствует определенная цветность излучения. Переход одного цвета к другому происходит постепенно.
Часть лучистой энергии, воспринимаемую человеческим глазом как световое ощущение, называют световой энергией, а мощность ее излучения -световым потоком Ф. Световой поток, так же как и лучистый поток, может быть измерен в ваттах. Однако, на практике за единицу измерения светового потока принят люмен (лм).
Примерное представление о величине люмена дает следующий пример: лампа накаливания мощностью 15 Вт напряжением 220 В имеет световой поток в 105 лм.
1.2. Пространственная и поверхностная
плотность светового потока
Источники света, которые можно представить в виде светящейся точки, излучают световую энергию равномерно во всех направлениях. Применяемые для освещения помещений светильники распределяют световую энергию в разных направлениях неодинаково, вследствие чего она имеет различную плотность. Пространственная плотность световой энергии называется силой света.
При неравномерном излучении источником света световой энергии сила света I численно определяется как отношение бесконечно малого светового потока dФ , равномерно распределенного в пределах бесконечно малого телесного угла d w с вершиной у источника света, к величине этого телесного угла:
I = dФ / d w . (2)
При равномерном распределении световой энергии в пределах телесного угла, имеющего конечные размеры, сила света в направлении оси угла определяется по формуле
I =Ф /w . (3
Под телесным или пространственным углом понимается часть пространства, ограниченная конической поверхностью. Величина телесного угла определяется как отношение площади участка сферы S , на которую телесный угол опирается, к квадрату радиуса R сферы
w = S / R 2 . (4)
Единицей пространственного угла является стерадиан (ср). Величина телесного угла в 1 ср представляет собой телесный угол, который вырезает на поверхности сферы площадь, равную квадрату радиуса данной сферы:
w = S / R 2 = R 2 / R 2 = 1 ср. (5)
За единицу измерения силы света принята кандела (кд), 1 кд представляет силу света точечного источника, излучающего равномерно световую энергию мощностью 1 лм, внутри телесного угла в 1 ср.
Световая энергия, падая на любую поверхность, освещает ее. Для количественной оценки плотности светового потока на освещаемой поверхности пользуются понятием освещенности. В случае неравномерного освещения поверхности освещенность Е определяется выражением
Е = dФ / dS , (6)
где dФ - бесконечно малая величина светового потока, равномерно распределяющегося в пределах бесконечно малого участка dS освещаемой поверхности. Средняя освещенность при неравномерном распределении светового потока по освещаемой поверхности
Еср =Ф / S . (7)
Единица освещенности носит название люкс (лк). Освещенность, равная 1 лк, будет иметь место, если на освещаемую поверхность в 1 м 2 будет падать равномерно распределенная световая энергия мощностью в
1 лк=1лм/1м 2 . (8)
Освещенность в какой-либо точке освещаемой поверхности может быть определена по силе света, соотношение между освещенностью поверхности и силой света точечного источника может быть определено по рис. 1.
Пусть сила света источника, находящегося в точке О , в направлении
элемента поверхности dS равна I a . Расстояние между источником света и элементом dS равно l , угол между нормалью к поверхности dS и направлением силы света обозначен a . Величина телесного угла d w согласно (4) определяется выражением
где dS × cos a -площадь участка сферы, на которую телесный угол опирается.
Рис. 1. Поясняющая схема к определению освещенности
Световой поток, падающий на элемент dS , выразим из соотношения (2)
d Ф= I α d ω = (9)
Освещенность элемента dS при этом будет равна
Е = = (10)
т.е. освещенность данной точки поверхности, расположенной под углом a к падающему световому потоку, прямо пропорциональна силе света, направленного к ней, и косинусу угла между падающим лучом и нормалью к освещаемой поверхности и обратно пропорциональна квадрату расстояния освещенной точки от источника света.
Если свет падает перпендикулярно освещаемой поверхности, то освещенность можно определить как
Е = I / l 2 . (11)
1.3. Яркость . Световые свойства тел
Свет от источника, падая на поверхность какого-либо предмета, частично ею отражается. В глаз наблюдателя попадает лишь часть отраженного от поверхности предмета светового потока, которая вызывает зрительное восприятие. Чем большая часть отражаемого светового потока попадает в глаз наблюдателя, тем сильнее будет зрительное ощущение этого предмета. Поверхности предметов, имеющие различные окраски и отражающие свойства, при равной освещенности воспринимаются глазом наблюдателя по-разному.
Освещенный предмет будет тем лучше виден, чем большую силу света будет иметь отраженный поток в направлении глаз наблюдателя. Условия видения количественно характеризуются величиной яркости.
Яркостью освещаемой поверхности (L ) в каком-либо направлении называется отношение силы света, излучаемой поверхностью в данном направлении, к площади проекции освещаемой поверхности на плоскость, перпендикулярную к тому же направлению.
Рис. 2. Поясняющая схема к определению яркости поверхности
Если рассматривать освещенную поверхность под углом a , ограниченным нормалью к этой поверхности и линией зрения (рис.2), то будет видна часть этой поверхности, т.е. площадь ее проекции на плоскость, перпендикулярную к линии зрения S α = S × cos α. Для равномерно освещенной поверхности яркость в любом направлении будет равна
Если лучи от плоской освещаемой поверхности, направленные к глазу человека, перпендикулярны к этой поверхности, то яркость освещаемой поверхности определится выражением
L = I / S . (13)
Понятие яркости применимо не только к освещаемым поверхностям, но и к
источникам света. Единицей измерения яркости служит кд/м 2 . Тела, в зависимости от их физических свойств и состояния поверхностей обладают способностью отражать, пропускать и поглощать свет. Для суждения о светотехнических качествах тел служат коэффициенты отражения r , поглощения a и пропускания t , которые показывают, какая часть от общей падающей на поверхность световой энергии соответственно отражается,
пропускается и поглощается.
Коэффициенты отражения, поглощения и пропускания соответственно
где Ф p ,Ф α ,Ф r -отраженный, поглощенный и пропущенный световые потоки;
Ф пад. - падающий на поверхность световой поток.
Падающий световой поток Фпад . всегда равен сумме трех составляющих потоков:
а коэффициенты связаны зависимостью
p +α +t = 1. (16)
Все тела по характеру распределения в пространстве отраженного и пропущенного световых потоков можно разделить на три группы. К первой группе относятся тела с направленным отражением (зеркальные поверхности) или пропусканием (оконное стекло), ко второй группе относятся тела с рассеянным (диффузным) отражением (гипс, мел) или пропусканием (молочное или матовое стекло). К третьей группе относятся тела со смешанным отражением и пропусканием. Зная световые свойства тел, можно выбрать
наиболее рациональный материал для изготовления светильников, отделки стен
и потолков.
В природе нет ни одного материала, у которого хотя бы один из трех коэффициентов был равен 1. Наибольшее диффузное отражение имеют свежевыпавший снег (p ≈ 1) и химически чистые сернокислый барий и окись магния (p ≈ 0, 96). Наиболее зеркальное отражение у чистого полированного серебра (p ≈0, 92) и у специально обработанного алюминия (p ≈ 0, 95).
Величина коэффициента пропускания указывается в справочниках для толщины материала в 1 см. К наиболее прозрачным материалам можно отнести особо чистый кварц и некоторые марки органического стекла, у которых p = 0, 99 см.
Вещество с коэффициентом поглощения, равным 1, называется «абсолютно черным телом».
С точки зрения гигиены труда основной светотехнической характеристикой является освещенность (Е), которая представляет собой распределение светового потока (Ф) на поверхности площадью (S) и может быть выражена формулой
освещение ночной искусственный световой
Световой поток (Ф) - мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению. Измеряется в люменах (лм).
В физиологии зрительного восприятия важное значение придается не падающему потоку, а уровню яркости освещаемых объектов, которая отражается от освещаемой поверхности в направлении глаза. Зрительное восприятие определяется не освещенностью, а яркостью, под которой понимают характеристику светящихся тел, равную отношению силы света в каком-либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению. Яркость измеряется в нитах (нт). Яркость освещенных поверхностей зависит от их световых свойств, степени освещенности и угла, под которым поверхность рассматривается.
Сила света - световой поток, распространяющийся внутри телесного угла, равного 1 стерадианту. Единица силы света - кандела (кд).
Световой поток, падающий на поверхность, частично отражается, поглощается или пропускается сквозь освещаемое тело. Поэтому световые свойства освещаемой поверхности характеризуются также следующими коэффициентами:
- 1) коэффициент отражения - отношение отраженного телом светового потока к падающему;
- 2) коэффициент пропускания - отношение светового потока, прошедшего через среду, к падающему;
- 3) коэффициент поглощения - отношение поглощенного телом светового потока к падающему.
Необходимые уровни освещенности нормируются в соответствии со СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение" в зависимости от точности выполняемых производственных операций, световых свойств рабочей поверхности и рассматриваемой детали, системы освещения".
К гигиеническим требованиям, отражающим качество производственного освещения, относятся:
- 1) равномерное распределение яркостей в поле зрения и ограничение теней;
- 2) ограничение прямой и отраженной блесткости;
- 3) ограничение или устранение колебаний светового потока.
Равномерное распределение яркости в поле зрения имеет важное значение для поддержания работоспособности человека. Если в поле зрения постоянно находятся поверхности, значительно отличающиеся по яркости (освещенности), то при переводе взгляда с ярко - на слабоосвещенную поверхность глаз вынужден переадаптироваться. Частая переадаптация ведет к развитию утомления зрения и затрудняет выполнение производственных операций.
Степень неравномерности определяется коэффициентом неравномерности - отношением максимальной освещенности к минимальной. Чем выше точность работ, тем меньше должен быть коэффициент неравномерности.
Чрезмерная слепящая яркость (блесткость) - свойство светящихся поверхностей с повышенной яркостью нарушать условия комфортного зрения, ухудшать контрастную чувствительность или оказывать одновременно оба эти действия.
Светильники - источники света, заключенные в арматуру, - предназначены для правильного распределения светового потока и защиты глаз от чрезмерной яркости источника света. Арматура защищает источник света от механических повреждений, а также дыма, пыли, копоти, влаги, обеспечивает крепление и подключение к источнику питания.
По светораспределению светильники подразделяются на светильники прямого, рассеянного и отраженного света. Светильники прямого света более 80% светового потока направляют в нижнюю полусферу за счет внутренней отражающей эмалевой поверхности. Светильники рассеянного света излучают световой поток в обе полусферы: одни - 40-60% светового потока вниз, другие - 60-80% вверх. Светильники отраженного света более 80% светового потока направляют вверх на потолок, а отражаемый от него свет направляется вниз в рабочую зону.
Для защиты глаз от блесткости светящейся поверхности ламп служит защитный угол светильника - угол, образованный горизонталью от поверхности лампы (края светящейся нити) и линией, проходящей через край арматуры.
Светильники для люминисцентных ламп в основном имеют прямое светораспределение. Мерой защиты от прямой блесткости служат защитный угол, экранирующие решетки, рассеиватели из прозрачной пластмассы или стекла.
С помощью соответствующего размещения светильников в объеме рабочего помещения создается система освещения. Общее освещение может быть равномерным или локализованным. Общее размещение светильников (в прямоугольном или шахматном порядке) для создания рациональной освещенности производят при выполнении однотипных работ по всему помещению, при большой плотности рабочих мест. Общее локализованное освещение предусматривается для обеспечения на ряде рабочих мест освещенности в заданной плоскости (термическая печь, кузнечный молот и др.), когда около каждого из них устанавливается дополнительный светильник (например, кососвет), а также при выполнении на участках цеха различных по характеру работ или при наличии затеняющего оборудования.
Местное освещение предназначено для освещения рабочей поверхности и может быть стационарным и переносным, для него чаще применяются лампы накаливания, так как люминисцентные лампы могут вызвать стробоскопический эффект.
Аварийное освещение устраивается в производственных помещениях и на открытой территории для временного продолжения работ в случае аварийного отключения рабочего освещения (общей сети). Оно должно обеспечивать не менее 5% освещенности от нормируемой при системе общего освещения.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Подобные документы
Установки электрического освещения в помещениях. Принцип действия и недостатки источников света. Ламы накаливания, люминесцентные лампы низкого и высокого давления, галогенные лампы, светодиодные лампы. Обслуживание осветительных электроустановок.
курсовая работа , добавлен 03.01.2013
Классификация и основные параметры электрических источников света. Лампы накаливания. Люминесцентные лампы низкого и высокого давления. Схемы питания люминесцентных ламп. Основные светотехнические величины. Техника безопасности.
курсовая работа , добавлен 21.09.2006
Путь развития искусственного освещения. Проектирование англичанином Деларю первой лампы накаливания (с платиновой спиралью). Г. Гебель - изобретатель электрической лампы накаливания. Томас Эдисон - запатентовал лампу накаливания с угольной нитью.
презентация , добавлен 12.08.2012
Стандарты измерения интенсивности света. Основные единицы измерения интенсивности света. Телесный угол, световой поток, освещенность в точке поверхности. Вторичная яркость. Основные показатели светимости. Световая энергия. Сущность фотометрического тела.
презентация , добавлен 26.10.2013
Устройство фотометрической головки. Световой поток и мощность источника света. Определение силы света, яркости. Принцип фотометрии. Сравнение освещенности двух поверхностей, создаваемой исследуемыми источниками света.
лабораторная работа , добавлен 07.03.2007
Система электрического освещения – массовый потребитель электрической энергии. Возможность применения электрической дуги для освещения. Первые лампы накаливания: конструкции с нитью накаливания из различных материалов. Сравнение эффективности ламп.
презентация , добавлен 21.11.2011
Исследование основных первичных источников света. Типичные источники излучения. Прямой солнечный свет. Виды ламп накаливания общего и специального назначения. Сущность и основные показатели световой отдачи. Излучение черного тела. Лампы с отражателем.
презентация , добавлен 26.10.2013
Проектирование системы офисного помещения с помощью программного пакета DIALux. Расчет освещения комнаты, его особенности. Мощность светильников, их классификация. План расположения светильников. Общий световой поток. Удельная подсоединенная мощность.
курсовая работа , добавлен 24.05.2014