Mengder belysning: lysstrøm, lysintensitet, belysningsstyrke, lysstyrke, lysstyrke

1. Lysstrøm

Lysstrøm — kraften til strålingsenergi, bedømt av lysfølelsen den produserer. Strålingsenergi bestemmes av antall kvanter som sendes ut av emitteren til verdensrommet. Strålingsenergi (strålingsenergi) måles i joule. Mengden energi som sendes ut per tidsenhet kalles strålingsfluks eller strålingsfluks. Strålingsfluks måles i watt. Lysstrømmen er betegnet med Fe.

hvor: Qе — strålingsenergi.

Strålingsfluksen er preget av en fordeling av energi i tid og rom.

I de fleste tilfeller, når de snakker om fordelingen av strålingsfluksen over tid, tar de ikke hensyn til kvantenaturen til utseendet til stråling, men forstår det som en funksjon som gir en endring i tid av de øyeblikkelige verdiene av strålingsfluksen Ф (t). Dette er akseptabelt fordi antallet fotoner som sendes ut av kilden per tidsenhet er veldig stort.

I henhold til spektralfordelingen av strålingsfluksen er kildene delt inn i tre klasser: med lineære, stripete og kontinuerlige spektre. Strålingsfluksen til en kilde med et lineært spektrum består av monokromatiske flukser fra individuelle linjer:

hvor: Фλ — monokromatisk strålingsfluks; Fe — strålingsfluks.

For båndspektrumkilder skjer emisjon i ganske brede spektralområder - bånd atskilt fra hverandre av mørke hull. For å karakterisere spektralfordelingen av strålingsfluksen med kontinuerlige og båndede spektre, brukes en mengde kalt spektral strålingsflukstetthet

hvor: λ er bølgelengden.

Tettheten til den spektrale strålingsfluksen er en karakteristikk av fordelingen av strålingsfluksen over spekteret og er lik forholdet mellom den elementære fluksen ΔFeλ som tilsvarer en uendelig liten seksjon til bredden av denne seksjonen:

Den spektrale strålingsflukstettheten måles i watt per nanometer.

I lysteknikk, der det menneskelige øyet er hovedmottakeren av stråling, introduseres begrepet lysstrøm for å evaluere den effektive virkningen av strålingsstrømmen. Lysstrøm er strålingsfluksen estimert fra dens effekt på øyet, hvis relative spektrale følsomhet bestemmes av den gjennomsnittlige spektrale effektivitetskurven godkjent av CIE.

Følgende definisjon av lysstrøm brukes også i lysteknologi: lysstrøm er kraften til lysenergi. Enheten for lysstrøm er lumen (lm). 1 lm tilsvarer lysstrømmen som sendes ut ved en enkelt helvinkel av en isotrop punktkilde med en lysstyrke på 1 candela.

Tabell 1.Typiske lysverdier for lyskilder:

Typer lamper Elektrisk energi, W Lysstrøm, lm Lyseffektivitet lm / w Glødelampe 100 watt 1360 lm 13,6 lm / W Lysrør 58 watt 5400 lm 93 lm / W Høytrykksnatriumlampe 100 watt 1000 lm / 10000 lm trykknatriumlampe 180 watt 33000 lm 183 lm / W Høytrykks kvikksølvlampe 1000 watt 58000 lm 58 lm / W Metallhalogenlampe 2000 watt 190 000 lm 95 lm / W Lysstrømmen fordeles på tre komponenter Ф reflekteres i kroppen: av kroppen Фρabsorbert av Фα og den savnede Фτ... Kl lysberegninger utnyttelsesfaktorer: refleksjoner ρ = Fρ/ F; absorpsjon a= Fa/F; overføring τ= Fτ/Ф.

Tabell 2. Lysegenskaper til enkelte materialer og overflater

Materialer eller overflater Koeffisienter Refleksjon og transmisjonsadferd refleksjon ρ absorpsjon α transmisjon τ kritt 0,85 0,15 — Diffus Silikat-emalje 0,8 0,2 — Diffust aluminiumsspeil 0,85 0,15 — Spissspeil av glass 0,8 0 ,2 — Rettet frostet glass, 0, 0 Diffust rettet Bio melkeglass 0,22 0,15 0,63 Diffust rettet Opal silikatglass 0,3 0,1 0,6 Diffust Melkesilikatglass 0, 45 0,15 0,4 Diffust

2. Lysintensitet

Fordelingen av stråling fra en reell kilde i det omkringliggende rommet er ikke ensartet.Derfor vil ikke lysstrømmen være en uttømmende karakteristikk av kilden dersom strålingsfordelingen i forskjellige retninger av det omgivende rommet ikke bestemmes samtidig.

For å karakterisere fordelingen av lysfluksen, brukes konseptet med den romlige tettheten til lysstrømmen i forskjellige retninger av det omkringliggende rommet. Den romlige tettheten til lysstrømmen, som bestemmes av forholdet mellom lysstrømmen og helvinkelen med spissen på punktet der kilden er plassert, innenfor hvilket denne fluksen er jevnt fordelt, kalles lysintensiteten:

hvor: Ф — lysstrøm; ω — solid vinkel.

Enheten for lysintensitet er candela. 1 cd.

Dette er lysstyrken som sendes ut vinkelrett av et overflateelement med svart legeme på 1:600 ​​000 m2 ved størkningstemperaturen til platina.
Enheten for lysintensitet er candela, cd er en av hovedstørrelsene i SI-systemet og tilsvarer en lysstrøm på 1 lm jevnt fordelt i en romvinkel på 1 steradian (jf.). En hel vinkel er den delen av rommet som er innelukket i en konisk overflate. En solid vinkel ω målt ved forholdet mellom arealet den skjærer ut av en kule med vilkårlig radius til kvadratet av sistnevnte.

3. Belysning

Belysning er mengden lys eller lysstrøm som faller på en enhetsoverflate. Det er merket med bokstaven E og måles i lux (lx).

Enheten for belysningsstyrke lux, lx, måles i lumen per kvadratmeter (lm/m2).

Belysning kan defineres som tettheten av lysstrøm på den opplyste overflaten:

Belysningen er ikke avhengig av forplantningsretningen til lysstrømmen til overflaten.

Her er noen vanlig aksepterte luminansindikatorer:

• Sommer, en dag under en skyfri himmel — 100 000 lux

• Gatebelysning — 5-30 lux

• Fullmåne på en klar natt — 0,25 lux

4. Forholdet mellom lysintensitet (I) og belysningsstyrke (E).

Omvendt kvadratlov

Belysning på et bestemt punkt på overflaten, vinkelrett på lysets utbredelsesretning, er definert som forholdet mellom lysintensiteten og kvadratet på avstanden fra dette punktet til lyskilden. Hvis vi tar denne avstanden som d, kan dette forholdet uttrykkes med følgende formel:

For eksempel: hvis en lyskilde sender ut lys med en styrke på 1200 cd i en retning vinkelrett på overflaten i en avstand på 3 meter fra denne overflaten, vil belysningen (Ep) på punktet der lyset når overflaten være 1200 /32 = 133 lux. Hvis overflaten er i en avstand på 6 m fra lyskilden, vil belysningen være 1200/62 = 33 lux. Dette forholdet kalles den omvendte kvadratloven.

Belysning i et bestemt punkt på en overflate som ikke er vinkelrett på lysets utbredelsesretning er lik lysintensiteten i retning av målepunktet delt på kvadratet på avstanden mellom lyskilden og et punkt i planet multiplisert med cosinus til vinkelen γ (γ er vinkelen som dannes av retningen for lysinnfall og vinkelrett på dette planet).

Derfor:

Dette er loven om cosinus (Figur 1.).

Ris. 1. Til cosinusloven

5. Horisontal belysning

For å beregne den horisontale belysningen anbefales det å modifisere den siste formelen ved å erstatte avstanden d mellom lyskilden og målepunktet med høyden h fra lyskilden til overflaten.

Figur 2:

Deretter:

Vi får:

Denne formelen beregner den horisontale belysningen ved målepunktet.

Ris. 2. Horisontal belysning

6. Vertikal belysning

Belysningen av det samme punktet P i et vertikalplan orientert mot lyskilden kan representeres som en funksjon av høyden (h) til lyskilden og innfallsvinkelen (γ) til lysintensiteten (I) (Figur 3) ).

Vi får:

Ris. 3. Vertikal belysning

7. Belysning

For å karakterisere overflater som lyser på grunn av lysstrømmen som passerer gjennom dem eller reflekteres fra dem, brukes forholdet mellom lysstrømmen som sendes ut av overflateelementet og området til dette elementet. Denne mengden kalles lysstyrke:

For overflater med begrensede dimensjoner:

Belysningsstyrke er tettheten til lysfluksen som sendes ut av lysoverflaten. Enheten for belysningsstyrke er lumen per kvadratmeter av lysoverflaten, som tilsvarer et areal på 1 m2 som jevnt avgir en lysstrøm på 1 lm. Når det gjelder total stråling, introduseres begrepet energilysstyrke til det utstrålende legemet (Me).

Enheten for strålende lys er W/m2.

Lysstyrken i dette tilfellet kan uttrykkes ved spektraltettheten til energiluminositeten til det emitterende legemet Meλ (λ)

For en sammenlignende vurdering bringer vi energilysstyrkene inn i lysstyrkene til noen overflater:

• Soloverflate — Me = 6 • 107 W / m2;

• Glødende filament — Me = 2 • 105 W / m2;

• Solens overflate i senit — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Fluorescerende lyspære — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Lysstyrke

Lysstyrke Lysstyrken til lyset som sendes ut av en overflateenhet i en bestemt retning. Måleenheten for lysstyrke er candela per kvadratmeter (cd / m2).

Selve overflaten kan avgi lys, lik overflaten til en lampe, eller reflektere lys som kommer fra en annen kilde, for eksempel en veibane.

Overflater med ulike reflekterende egenskaper under samme belysning vil ha ulike grader av lysstyrke.

Lysstyrken som sendes ut av overflaten dA ved en vinkel Φ i forhold til projeksjonen av denne overflaten er lik forholdet mellom intensiteten av lys som sendes ut i en gitt retning og projeksjonen av den utsendende overflaten (fig. 4).

Ris. 4. Lysstyrke

Intensiteten til lyset og projeksjonen av den emitterende overflaten er uavhengig av avstanden. Derfor er heller ikke lysstyrke avhengig av avstand.

Noen praktiske eksempler:

• Lysstyrke på soloverflaten — 2 000 000 000 cd / m2

• Lysstyrke på lysrør — fra 5000 til 15000 cd / m2

• Overflatelysstyrken til en fullmåne — 2500 cd / m2

• Kunstig veibelysning — 30 lux 2 cd / m2