ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Основні світлотехнічні величини

Освітлення– використання світлової енергії Сонця і штучних джерел світла для забезпечення зорового сприйняття навколишнього світу. Світлове випромінювання – видиме електромагнітне випромінювання, що оцінюється за світовим відчуттям, яке воно спричиняє на людське око. Потужність такого випромінювання є світловим потоком.

Через зоровий канал людини проходить біля 80 % обсягу інформації, носієм якої є електромагнітні хвилі видимого випромінювання (світло), довжини яких лежать в діапазоні 380 – 770 нм. Недостатня чи надмірна освітленість робочого місця впливає на здатність очей пристосуватися до ясного бачення предметів, які розташовані на різних відстанях (акомодація) і змінювати чутливість при зміні умов освітлення (адаптація зорова). Незадовільна освітленість не тільки втомлює зір, але й викликає втому організму в цілому. Нераціональне освітлення може стати причиною травматизму.

Освітлення характеризується кількісними і якісними показниками. До кількісних показників відносяться сила світла, світловий потік, освітленість, яскравість. Вказані величини розглядаються галуззю оптики – фотометрією, в якій розглядається вимірювання енергії, що переносяться електромагнітними хвилями оптичного діапазону.

До Міжнародної системи одиниць відносяться такі сім основних одиниць: метр (м), кілограм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвін (К), кандела (кд), моль (моль). Сила світла (І) вимірюється в канделах. Кандела(кд) – сила світла у даному напрямі від джерела, яке випускає монохроматичне випромінювання 540×1012 Гц , енергетична сила світла якого в цьому напрямі складає 1,683 Вт на стерадіан [1] (від лат candela – cвічка). Якщо точкове джерело має силу світла І, яка однакова у всіх напрямах, то це ізотропне джерело.

Світловий потік Ф– потужність світлового (видимого) випромінювання, що оцінюється по його дії на нормальне око. Розглянемо точкове джерело світла, тобто джерело, що випромінює сферичні хвилі. Одиниця світлового потоку – люмен (лм) – дорівнює потоку, який випромінюється точковим джерелом світла в 1 канделу в одиничному тілесному куті W, рівному 1 стерадіану. Як відомо з математики [9], тілесний кут – просторовий кут, частина простору, обмежена прямими, проведеними із одної точки (вершини) до всіх точків будь-якої замкненої кривої. При поміщенні точкового джерела світла у вершину тілесного кута, який опирається на сферичну поверхню радіусом R та площею S, маємо W = S / R2 . Тоді 1 стерадіан (ср) – одиничний тілесний кут, який утворює на сферичній поверхні радіусом R = 1 м поверхню, площа якої дорівнює S = 1 м2 .

Світловий потік dФ джерела силою світла І в елементарному тілесному куті dW складає

dФ = І × dW (1.1)

Для тілесного кута W, який опирається на сферичну поверхню радіусом R та площею S, маємо інтегральну формулу:

Ф = І × W, (1.2)

де одиниці розглянутих фізичних величин такі:

[W] = 1 ср ; [І] = 1 кд; [Ф] = 1 люмен (лм); ® 1 лм = 1 кд × 1 ср.

Люмендорівнює світовому потоку, що випускається точковим джерелом світла в тілесному куті 1 ср при силі світла 1 кд.

Повний світловий потік ізотропного точкового джерела

Ф0 = 4p × І . (1.3)

Зазначимо, що на відміну від ідеальних ізотропних джерел світла, реальні природні та штучні джерела світла є анізотропні, тобто випромінюють світловий потік в різних напрямах неоднаково. Тому сила світла І джерела є “кутовою щільністю” світлового потоку (І = dФ/dW) в даному напрямі.

Зазначимо, що лампа розжарювання потужністю 40 Вт створює світловий потік 415 – 460 лм, а люмінесцентна лампа ЛД 40 такої же потужності – 2340 лм [7]. Енергозберігаючі лампи, зокрема типу LUXEL, споживають на 80 % менше електричної енергії, ніж звичні лампи розжарювання. У першому наближенні, одна енергозберігаюча лампа замінює 5 ламп розжарювання (енергозберігаюча лампа потужністю 20 Вт еквівалентна лампі розжарювання потужності 100 Вт). Термін служби енергозберігаючої лампи LUXEL майже у 12 разів довше, ніж у лампи розжарювання.

Освітленість ЕА в точці поверхні А – величина, рівна відношенню світлового потоку dФ, який падає на елемент поверхні, до площі dS цього елемента

ЕА = dФ / dS , (1.4)

де [ЕА] = 1 лм / 1 м2 = 1 люкс (лк). Люкс рівний освітленості поверхні площею 1 м2 при падаючому на неї світлового потоку 1 лм. Очевидно, що інтегральна освітленість поверхні, площею S, світловим потоком Ф, є поверхневою густиною світлового потоку та визначається за формулою:

Е = Ф / S , (1.5)

де Е – освітленість, яка визначається за умови рівномірного розподілу світлового потоку Ф, який перпендикулярний освітлювальній поверхні S.

Нехай освітленість створюється ізотропним точковим джерелом, силою світла І. Освітлення елементарної поверхні dS, яка знаходиться на відстані r від джерела, якщо промені світлового потоку падають під кутом j до нормалі поверхні (кут між радіусом-вектором , проведеним із джерела до елемента dS освітлювальної поверхні, та одиничним вектором , нормальним до площадки), визначається за формулою

Е = І × cos j / r2 . (1.6)

Наприклад, освітленість поверхні у повний місяць дорівнює 0,2 – 0,3 лк, білої ночі – 2 – 3 лк, влітку опівдні – 68000 – 99000 лк [7].

Яскравість L плоскої поверхні площі S, що світиться, – поверхнева густина сили світла, що визначається як відношення сили світла І в напрямі спостереження до проекції поверхні, що світиться, на площину, яка перпендикулярна до напряму спостереження:

L = І / (S× cos a), (1.7)

де a – кут між нормаллю до поверхні, що світиться, і напрямом зору. За одиницю яскравості прийнято [В] = 1 кд /м2 (стара одиниця – ніт).

Яскравість поверхні, яка створена падаючим потоком Ф, залежить від величини потоку Ф¢, який розсіюється цією поверхнею:

Ф¢ = a × Ф, (1.8)

де a – коефіцієнт альбедо, що означає ступінь білизни поверхні:

· абсолютно біле тіло a = 1;

· очищена крейда a = 0,85 – 0,95;

· білий папір для рисування a = 0,7 – 0,8;

· свіжовипавший сніг a = 0,78;

· пісок a = 0,25 – 0,3;

· чорний бархат a = 0,001 – 0,002.

Яскравість ідеального розсіювача:

L = a × Е / p, (1.9)

де Е – освітленість, яка створена потоком, що падає на поверхню.

Дослідження показують, що око людини спроможне функціонувати у діапазоні 1×10-6 – 1×104 кд /м2. Для ефективного бачення предмета фонова яскравість повинна знаходитися в діапазоні 10 – 500 кд /м2. Для порівняння відзначимо, що яскравість люмінесцентних ламп лежить в діапазоні 5×103 – 1×105 кд /м2, а ламп розжарювання – 5,5×106 кд /м2.

Світність R в точці М поверхні – відношення світлового потоку dФ, що виходить від елемента поверхні, до площі dS цього елемента:

R = dФ / dS, (1.10)

де [R] = 1 лм / м2. Люмен на квадратний метр дорівнює світності поверхні площею 1м2, яка випромінює світловий потік 1лм. Для плоскої поверхні з однорідним світловим потоком маємо

R = Ф / S. (1.11)

Якщо Ф – світловий потік, що падає на поверхню, а Фr, Фt, Фb – відповідно відбитий, поглинений та той, що пройшов через поверхню, світлові потоки, то коефіцієнти відбиття r, пропускання t та поглинання b поверхонь визначаються за відповідними формулами:

r = Фr / Ф, t = Фt / Ф, b = Фb / Ф , (1.12)

r + t + b = 1 . (1.13)

Наприклад, коефіцієнт відбиття білої поверхні r = 0,75 – 0,8, світло синьої r = 0,55, коричневої r = 0,23, чорної r = 0,07– 0,1.

Окрім вище розглянутих кількісних показників існують якісні показники, а саме: фон зоровий, контраст об’єкта розпізнавання з фоном, видимість, показники засліпленості та дискомфорту, коефіцієнт пульсації освітленості.

Фон (зоровий) – поверхня, яка прилягає безпосередньо до об’єкта розрізнення (розпізнавання, спостереження), відбиття поверхні, що безпосередньо прилягає до об’єкта розрізнення, на якій він розглядається.

Об’єкт розрізнення – предмет, що розглядається, окрема його частина або дефект, які треба розрізняти в процесі роботи.

Фон оцінюється за коефіцієнтом відбиття поверхні r і розрізняється на світлий фон (r > 0,4), середній фон (r = 0,2…0,4) і темний фон (r < 0,2).

Якщо Lоб. – яскравість об’єкта спостереження, а Lф – яскравість фону, то контраст Коб’єкта спостереження та фону визначається різницею між їх яскравості:

К = (Lоб – Lф) / Lф . (1.14)

Очевидно, контраст вважається великим при К > 0,5, середнім при К = 0,2…0,5 і малим при К < 0,2.

Видимість V– величина, яка характеризує здатність ока сприймати об’єкт, і залежить від освітлення, розміру об’єкта розпізнавання, його яскравості, контрасту між об’єктом і фоном, тривалості експозиції:

V=К / Кпор. , (1.15)

де К – контраст між об’єктом розпізнавання та фоном, Кпор. – порогів контраст, тобто найменший контраст, що розрізняється оком за даних умов. Нормальне зорове сприйняття відповідає V=10– 15.

Якщо видимість при екрануванні блискучих джерел позначити символом V1 , а коли відблискові джерела є у полі зору – V2 , то коефіцієнт осліпленості S = V1 / V2 , звідси показник осліпленості c, який є критерієм сліпучої дії освітлювальної установки, визначається таким чином:

c = (S – 1) × 1000 . (1.16)

Зазначимо, що осліплююча яскравість залежить від розміру поверхні, яка світиться, яскравості сигналу та рівня адаптації зору і має такий діапазон: 6,4×10–15,9×104 кд /м2 [7].

Показник дискомфорту М– критерій оцінки дискомфортної відблисковості, яка викликає неприємні відчуття при нерівномірному розподілі яскравостей у полі зору:

М = Lдж × W0,5 / (j × ) , (1.17)

де W – кутовий розмір відблискового джерела; j – індекс позиції відблискового джерела відносно лінії зору; Lдж – яскравість відблискового джерела; Lад – яскравість адаптації.

Показник пульсації освітленості k характеризує відносну глибину коливань освітленості в результаті змін у часі світлового потоку газорозрядних ламп, які живляться змінним струмом:

k = (Еmax – Еmin) × 100 / (2× Еср), % , (1.18)

де Еmax, Еmin , Еср – відповідно найбільше, найменше і середнє значення освітленості за період його коливань.

Серія світлових імпульсів сприймається як безупинний сигнал, якщо інтервали між імпульсами порівняні з часом інерції зору, тобто з проміжком часу зберігання зорового відчуття (0,2 – 0,3 с). Критична частота мерехтіння дорівнює 70 Гц. Таким чином, для забезпечення стабільного зображення частота регенерації сигналу повинна бути не нижчою 70 Гц. Наприклад, у сучасних моніторах частота регенерації зображення складає не менше 85 Гц.

 

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти