Valgustuse kogused: valgusvoog, valguse intensiivsus, valgustus, heledus, heledus

1. Valgusvoog

Valgusvoog – kiirgusenergia võimsus, mida hinnatakse selle tekitatava valgustundlikkuse järgi. Kiirgusenergia määratakse emitteri poolt kosmosesse kiiratavate kvantide arvu järgi. Kiirgusenergiat (kiirgusenergiat) mõõdetakse džaulides. Ajaühikus emiteeritud energiahulka nimetatakse kiirgusvooguks või kiirgusvooguks. Kiirgusvoogu mõõdetakse vattides. Valgusvoogu tähistatakse Fe-ga.

kus: Qе — kiirgusenergia.

Kiirgusvoogu iseloomustab energia jaotus ajas ja ruumis.

Enamikul juhtudel, kui nad räägivad kiirgusvoo jaotusest ajas, ei võta nad arvesse kiirguse ilmumise kvantilist olemust, vaid mõistavad seda funktsioonina, mis annab hetkeväärtuste ajamuutuse. kiirgusvoo Ф (t). See on vastuvõetav, kuna allika poolt kiiratavate footonite arv ajaühikus on väga suur.

Kiirgusvoo spektraaljaotuse järgi jaotatakse allikad kolme klassi: lineaarse, triibulise ja pideva spektriga. Lineaarse spektriga allika kiirgusvoog koosneb üksikute joonte monokromaatilistest voogudest:

kus: Фλ — monokromaatiline kiirgusvoog; Fe — kiirgusvoog.

Ribaspektri allikate puhul toimub emissioon üsna laiades spektripiirkondades - ribad, mis on üksteisest eraldatud tumedate vahedega. Kiirgusvoo spektraaljaotuse iseloomustamiseks pidevate ja ribaspektritega kasutatakse suurust, mida nimetatakse spektraalseks kiirgusvoo tiheduseks.

kus: λ on lainepikkus.

Spektraalse kiirgusvoo tihedus on kiirgusvoo spektri jaotuse tunnus ja on võrdne lõpmata väikesele lõigule vastava elementaarvoo ΔFeλ ja selle lõigu laiuse suhtega:

Spektraalse kiirgusvoo tihedust mõõdetakse vattides nanomeetri kohta.

Valgustustehnikas, kus inimsilm on peamine kiirguse vastuvõtja, võetakse kiirgusvoo efektiivse toime hindamiseks kasutusele valgusvoo mõiste. Valgusvoog on selle silmale avaldatava mõju järgi hinnatud kiirgusvoog, mille suhteline spektraalne tundlikkus määratakse CIE poolt heaks kiidetud keskmistatud spektraalse efektiivsuse kõveraga.

Valgustustehnoloogias kasutatakse ka järgmist valgusvoo definitsiooni: valgusvoog on valgusenergia võimsus. Valgusvoo ühik on luumen (lm). 1 lm vastab valgusvoogule, mida kiirgab ühe ruuminurga all isotroopne punktallikas, mille valgustugevus on 1 kandela.

Tabel 1.Valgusallikate tüüpilised valgusväärtused:

Lampide tüübid elektrienergia, W helendav voog, LM helendav efektiivsus LM / W hõõglamp 100 vatti 1360 lm 13,6 lm / w Fluorestsentslamp 58 Watts 5400 LM 93 LM / W kõrgsurvega naatriumlamp 100 vatti 10000 LM 100 lm / w madal rõhuga naatriumlamp 180 vatti 33 000 lm 183 lm / W kõrgsurve elavhõbedalamp 1000 vatti 58 000 lm 58 lm / W metallhalogeniidlamp 2000 vatti 190 000 lm 95 lm / W valgustus: peegeldub kolmes komponendis keha poolt Фρ neeldunud Фα ja vahelejäänud Фτ... kl. valgustuse arvutused kasutustegurid: peegeldused ρ = Fρ/ F; neeldumine α= Fα/F; ülekanne τ= Fτ/ Ф.

Tabel 2. Mõnede materjalide ja pindade valgusomadused

Materjalid või pinnad Koefitsiendid Peegeldus ja ülekande käitumine peegeldus ρ neeldumine α läbilaskvus τ kriit 0,85 0,15 — hajus silikaatemail 0,8 0,2 — hajutatud alumiiniumpeegel 0,85 0,15 — teravklaaspeegel 0,8 0 ,1 0,4 — 50 Hajussuunaline Biopiimaklaas 0,22 0,15 0,63 Hajussuunaline Opaalsilikaatklaas 0,3 0,1 0,6 Difuusne piimasilikaatklaas 0, 45 0,15 0,4 Hajus

2. Valguse intensiivsus

Reaalsest allikast pärineva kiirguse jaotus ümbritsevas ruumis ei ole ühtlane.Seetõttu ei ole valgusvoog allika ammendav omadus, kui kiirguse jaotumist ümbritseva ruumi eri suundades ei määrata üheaegselt.

Valgusvoo jaotuse iseloomustamiseks kasutatakse valgusvoo ruumilise tiheduse mõistet ümbritseva ruumi eri suundades. Valgusvoo ruumilist tihedust, mis määratakse valgusvoo ja ruuminurga suhtega tipuga allika asukohapunktis, mille sees see valgusvoog on ühtlaselt jaotunud, nimetatakse valgustugevuseks:

kus: Ф — valgusvoog; ω — ruuminurk.

Valguse intensiivsuse ühik on kandela. 1 cd.

See on plaatina tahkestumise temperatuuril 1:600 ​​000 m2 pindalaga musta keha pinnaelemendi risti kiirgav valgustugevus.
Valguse intensiivsuse ühik on kandela, cd on SI-süsteemis üks peamisi suurusi ja vastab 1 lm suurusele valgusvoogule, mis on ühtlaselt jaotunud 1 steradiaani ruuminurgas (vrd). Täisnurk on ruumi osa, mis on ümbritsetud koonilise pinnaga. Ruuminurk ω, mida mõõdetakse suvalise raadiusega sfäärist välja lõigatud pindala ja viimase ruudu suhtega.

3. Valgustus

Valgustus on ühikulisele pinnale langeva valguse või valgusvoo hulk. Seda tähistatakse tähega E ja mõõdetakse luksides (lx).

Valgustustiheduse ühikut luksi lx mõõdetakse luumenites ruutmeetri kohta (lm/m2).

Valgustatust saab määratleda kui valgusvoo tihedust valgustatud pinnal:

Valgustus ei sõltu valgusvoo pinnale levimise suunast.

Siin on mõned üldtunnustatud heledusnäitajad:

• Suvi, päev pilvitu taeva all — 100 000 luksi

• Tänavavalgustus — 5-30 luksi

• Täiskuu selgel ööl — 0,25 luksi

4. Valguse intensiivsuse (I) ja valgustustiheduse (E) seos.

Ruudu pöördseadus

Valgustus pinna teatud punktis, mis on risti valguse levimise suunaga, on defineeritud kui valguse intensiivsuse suhe kauguse ruudust sellest punktist valgusallikani. Kui võtame selle kauguse kui d, saab seda suhet väljendada järgmise valemiga:

Näiteks: kui valgusallikas kiirgab valgust võimsusega 1200 cd pinnaga risti olevas suunas 3 meetri kaugusel sellest pinnast, siis valgustus (Ep) kohas, kus valgus pinnale jõuab, on 1200 /32 = 133 luksi. Kui pind asub valgusallikast 6 m kaugusel, on valgustus 1200/62 = 33 luksi. Seda seost nimetatakse pöördruuduseaduseks.

Valgustus pinna teatud punktis, mis ei ole valguse levimise suunaga risti, võrdub valguse intensiivsusega mõõtmispunkti suunas, mis on jagatud valgusallika ja tasandi punkti vahelise kauguse ruudu ruuduga, mis on korrutatud nurga γ koosinus (γ on valguse langemise suuna ja selle tasandiga risti moodustatud nurk).

Seetõttu:

See on koosinuste seadus (joonis 1.).

Riis. 1. Koosinusseadusele

5. Horisontaalne valgustus

Horisontaalse valgustuse arvutamiseks on soovitatav muuta viimast valemit, asendades valgusallika ja mõõtmispunkti vahelise kauguse d kõrgusega h valgusallikast pinnani.

Joonis 2:

Seejärel:

Saame:

See valem arvutab horisontaalse valgustuse mõõtmispunktis.

Riis. 2. Horisontaalne valgustus

6. Vertikaalne valgustus

Sama punkti P valgustust valgusallika poole orienteeritud vertikaaltasapinnal saab esitada valgusallika kõrguse (h) ja valguse intensiivsuse (I) langemisnurga (γ) funktsioonina (joonis 3). ) .

Saame:

Riis. 3. Vertikaalne valgustus

7. Valgustus

Pindade iseloomustamiseks, mis helendavad neid läbiva või neilt peegelduva valgusvoo tõttu, kasutatakse pinnaelemendi poolt kiiratava valgusvoo ja selle elemendi pindala suhet. Seda suurust nimetatakse heleduseks:

Piiratud mõõtmetega pindadele:

Valgustus on valguspinna poolt kiiratava valgusvoo tihedus. Valgustiheduse ühik on luumen valguspinna ruutmeetri kohta, mis vastab 1 m2 suurusele alale, mis kiirgab ühtlaselt 1 lm valgusvoogu. Kogukiirguse puhul võetakse kasutusele kiirgava keha energiaheleduse (Me) mõiste.

Kiirgusvalguse ühik on W/m2.

Heledust saab sel juhul väljendada kiirgava keha energia heleduse spektraaltihedusega Meλ (λ)

Võrdlevaks hindamiseks toome energia heleduse osade pindade heledustesse:

• Päikese pind — Me = 6 • 107 W / m2;

• Hõõgniit — Me = 2 • 105 W / m2;

• Päikese pind seniidis — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Luminofoorlamp — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Heledus

Heledus Pinnaühiku poolt teatud suunas kiirgava valguse heledus. Heleduse mõõtühik on kandela ruutmeetri kohta (cd / m2).

Pind ise võib kiirata valgust, mis sarnaneb lambi pinnale, või peegeldada valgust, mis tuleb teisest allikast, näiteks teepinnalt.

Erinevate peegeldusomadustega pindadel sama valgustuse korral on erinev heledusaste.

Pinna dA poolt kiirgav heledus nurga Φ selle pinna projektsiooni suhtes on võrdne antud suunas kiirgava valguse intensiivsuse ja kiirgava pinna projektsiooni suhtega (joonis 4).

Riis. 4. Heledus

Valguse intensiivsus ja kiirgava pinna projektsioon ei sõltu kaugusest. Seetõttu ei sõltu heledus ka kaugusest.

Mõned praktilised näited:

• Päikese pinna heledus — 2 000 000 000 cd / m2

• Luminofoorlampide heledus - 5000 kuni 15000 cd / m2

• Täiskuu pinna heledus - 2500 cd / m2

• Kunstlik teevalgustus — 30 luksi 2 cd / m2