Vzorec osvětlení. Síla světla. Světelný tok. Světelné zdroje

Dnes vám řekneme vše o vzorci osvětlení pro otevřené prostory a prostory a také poskytneme hodnoty světelného toku za různých okolností.

Svíčka a Kolovrat

Před rozsáhlou elektrifikacízdrojem světla bylo slunce, měsíc, táborák a svíčka. Vědci již v patnáctém století věděli, jak vytvořit systém čoček pro zvýšení osvětlení, ale většina lidí pracovala a žila při svíčkách.

Některým bylo líto utrácet peníze za vosksvětelné zdroje, nebo tento způsob prodloužení dne jednoduše nebyl k dispozici. Pak použili alternativní možnosti paliva - olej, živočišný tuk, dřevo. Například ruské rolnické ženy ve středním pruhu tkaly po celý život len ​​len pochodní. Čtenář se může zeptat: „Proč se to muselo dělat v noci?“ Koneckonců, koeficient přirozeného světla během dne je mnohem vyšší. Faktem je, že během denního světla měly rolnické ženy mnoho dalších obav. Proces tkaní je navíc velmi pečlivý a vyžaduje klid. Pro ženy bylo důležité, aby nikdo na plátno nešlapal, aby si děti nepletly nitky a muži nerozptylovali pozornost.

Ale s takovým životem existuje jedno nebezpečí: světelný tok (uvedeme vzorec níže) z pochodně je velmi nízký. Oči byly přetížené a ženy rychle ztratily zrak.

Osvětlení a školení

Když žáci prvního ročníku nejdřív chodí do školyV září úzkostlivě očekávají zázraky. Jsou zajaty pravítkem, květinami, krásným tvarem. Zajímá je, jaký bude jejich učitel, s nímž budou sedět u jednoho stolu. A člověk si tyto pocity pamatuje po celý život.

Ale dospělí, když dávají své děti do školy,musí myslet na věci prozaičtější než potěšení nebo zklamání. Rodiče a učitelé se zajímají o pohodlí stolu, velikost třídy, kvalitu křídy a vzorec pro osvětlení místnosti. Tyto ukazatele mají normy pro děti všech věkových skupin. Školáci by proto měli být vděční za to, že si lidé předem promysleli nejen učební plán, ale i materiální stránku problému.

Osvětlení a práce

Nenadarmo se inspekce provádějí ve školách, v nichžje použit vzorec pro výpočet osvětlení místností pro třídy. Děti mají deset nebo jedenáct let a dělají to, co čtou a píší. Večer pak dělají domácí úkoly, aniž by se rozešli s pery, poznámkovými bloky a učebnicemi. Poté se moderní adolescenti také pohřbívají na různých obrazovkách. Výsledkem je, že celý život studenta je spojen se zátěží vidění. Ale škola je jen začátek života. Všichni dále čekají na univerzitu a práci.

Každý typ práce vyžaduje svůj vlastní světelný tok.Výpočetní vzorec vždy zohledňuje to, co člověk dělá 8 hodin denně. Například hodinář nebo klenotník musí zvážit nejmenší detaily a odstíny barev. Proto pracoviště lidí této profese vyžaduje velké a jasné lampy. A botanik, který studuje rostliny deštného pralesa, naopak, musí být neustále v soumraku. Orchideje a bromélie jsou zvyklé na to, že horní vrstva stromů odebírá téměř veškeré sluneční světlo.

Vzorec

Přicházíme přímo k receptuře pro osvětlení. Jeho matematické vyjádření vypadá takto:

E_υ = dΦ_υ / dσ.

Pojďme se na výraz podívat blíže. Je zřejmé, že E_υ - toto je osvětlení, pak Φ_υ Je světelný tok a σ je malá jednotkaoblast, na kterou padá potok. Je vidět, že E je integrální hodnota. To znamená, že jsou brány v úvahu velmi malé úseky a kousky. To znamená, že vědci sečtou osvětlení všech těchto malých ploch, aby získali konečný výsledek. Jednotkou osvětlení je lux. Fyzický význam jednoho luxu je takový světelný tok, pro který je jeden lumen připočítán k jednomu metru čtverečnímu. Lumen je zase velmi specifická hodnota. Označuje světelný tok, který vyzařuje bodový izotropní zdroj (proto je světlo monochromatické). Svítivost tohoto zdroje se rovná jedné kandele na plný úhel jednoho steradanu. Jednotka osvětlení je komplexní veličina, která zahrnuje koncept „kandely“. Fyzikální význam druhé definice je následující: intenzita světla ve známém směru ze zdroje, který vyzařuje monochromatické záření s frekvencí 540 10¹² Hz (vlnová délka leží ve viditelné oblasti spektra) a intenzita světla se rovná 1/683 W / sr.

Koncepty osvětlení

Všechny tyto koncepty jsou samozřejmě na první pohled podobné.na kulovém koni ve vakuu. Takové zdroje v přírodě neexistují. A pozorný čtenář si jistě položí otázku: „Proč je to nutné?“ Fyzici však musí něco porovnávat. V důsledku toho musí zavést určité normy, kterými se mají řídit. Vzorec osvětlení je jednoduchý, ale hodně může být matoucí. To odhalíme podrobněji.

Rejstřík „υ“

Index υ znamená, že hodnota není úplněfotometrické. A to díky skutečnosti, že lidské schopnosti jsou omezené. Například oko vnímá pouze viditelné spektrum elektromagnetického záření. Lidé navíc vidí střední část této stupnice (označuje zelenou) mnohem lépe než okrajové oblasti (červená a fialová). To znamená, že člověk ve skutečnosti nevnímá 100% fotonů žluté nebo modré barvy. Zároveň existují zařízení, která takovou chybu postrádají. Snížené hodnoty používané vzorcem osvětlení (například světelný tok) a které jsou označeny řeckým písmenem „υ“, jsou opraveny pro lidské vidění.

Generátor monochromatického záření

Samotný základ, jak již bylo uvedeno výše, jepočet fotonů se specifickou vlnovou délkou, které jsou emitovány v určitém směru za jednotku času. I ten nejvíce monochromatický laser má určitou distribuci vlnových délek. A určitě se musí něčeho držet. To znamená, že fotony nejsou emitovány všemi směry. Ale vzorec zahrnuje takový koncept jako „bodový světelný zdroj“. Toto je další model navržený ke sjednocení určité hodnoty. A žádný objekt ve vesmíru se tak nemůže nazvat. Bodovým světelným zdrojem je tedy fotonový generátor, který emituje stejný počet kvant elektromagnetického pole ve všech směrech, jeho velikost se rovná matematickému bodu. Existuje však jeden trik, který může ze skutečného objektu udělat bodový zdroj: je-li vzdálenost, kterou fotony dosáhnou, ve srovnání s velikostí generátoru velmi velká. Naše centrální hvězda, Slunce, je tedy disk, zatímco vzdálené hvězdy jsou body.

Altán, dobře, zaparkujte

Pozorný čtenář si jistě všiml následujícího:za jasného slunečného dne vypadá otevřená plocha mnohem osvětlenější než mýtina nebo trávník uzavřený na jedné straně. Pobřeží proto láká: je tam vždy slunečno a teplo. Ale i velká mýtina v lese je temnější a chladnější. A mělká studna je v nejjasnější den špatně osvětlena. Je to proto, že pokud člověk vidí pouze část oblohy, do jeho oka se dostane méně fotonů. Koeficient přirozeného osvětlení se vypočítá jako poměr světelného toku z celé oblohy k viditelné oblasti.

Kruh, ovál, roh

Všechny tyto pojmy souvisejí s geometrií.Nyní se však zaměříme na jev, který přímo souvisí s vzorcem pro osvětlení a následně s fyzikou. Až do tohoto bodu se předpokládalo, že světlo dopadá na povrch kolmo, přímo dolů. Toto je samozřejmě také přibližné. Pokud je tato podmínka splněna, vzdálenost od zdroje světla znamená, že pokles osvětlení je úměrný druhé mocnině vzdálenosti. Takže hvězdy, které člověk vidí pouhým okem na obloze, se buď nenacházejí tak daleko od nás (všechny patří do galaxie Mléčná dráha), nebo jsou velmi jasné. Pokud ale světlo dopadá na povrch pod určitým úhlem, je vše jinak.

Představte si baterku.Poskytuje kulaté světlo, když je nasměrováno přísně kolmo ke zdi. Pokud jej nakloníte, místo změní tvar na oválný. Jak je známo z geometrie, plocha oválu je větší. A protože svítilna je stále stejná, znamená to, že intenzita světla je stejná, ale je jakoby „rozmazaná“ na velké ploše. Intenzita světla závisí na úhlu dopadu podle kosinového zákona.

Jaro, zima, podzim

Název zní jako název krásného filmu.Avšak přítomnost ročních období přímo závisí na úhlu, pod kterým světlo dopadá v nejvyšším bodě na povrchu planety. A v tuto chvíli nemluvíme jen o Zemi. Roční období existují na jakémkoli objektu sluneční soustavy, jehož osa otáčení je nakloněna vzhledem k ekliptice (například na Marsu). Čtenář již pravděpodobně uhodl: čím větší je úhel náklonu, tím méně fotonů je na čtvereční kilometr povrchu za sekundu. To znamená, že bude chladnější sezóna. V okamžiku největší odchylky planety na polokouli vládne zima, v okamžiku nejmenšího - léta.

Čísla a fakta

Abychom nebyli neopodstatnění, zde je několikdata. Varujeme vás: všechny jsou zprůměrovány a nejsou vhodné k řešení konkrétních problémů. Kromě toho existují příručky pro osvětlení povrchu různými typy zdrojů. Při výpočtech je lepší na ně odkazovat.

1. Ve vzdálenosti od Slunce do kteréhokoli bodu ve vesmíru, která se přibližně rovná vzdálenosti od Země, je osvětlení sto třicet pět tisíc luxů.
2. Naše planeta má atmosféru, která absorbuje část záření. Proto je povrch Země osvětlen maximálně stotisícem luxů.
3. V létě jsou střední poledne osvětleny v poledne sedmnácti tisíci luxů za jasného počasí a patnácti tisíci luxů za oblačného počasí.
4. Za noci úplňku je osvětlení dvě desetiny luxu. Světlo hvězd za bezměsíčné noci dává jen jednu až dvě tisíciny setiny.
5. Pro čtení knihy je nutné osvětlení minimálně třicet až padesát luxů.
6. Když člověk sleduje film v kině,světelný tok je asi sto luxů. Nejtmavší scény budou mít indikátor osmdesáti luxů a obraz jasného slunečného dne „vytáhne“ sto dvacet.
7. Západ slunce nebo východ slunce nad mořem dáosvětlení asi jednoho tisíce luxů. V tomto případě bude v hloubce padesáti metrů osvětlení asi 20 luxů. Voda velmi dobře absorbuje sluneční světlo.