Ljusmängder: ljusflöde, ljusintensitet, belysningsstyrka, ljusstyrka, ljusstyrka

1. Ljusflöde

Ljusflöde — kraften hos strålningsenergi, bedömd av ljuskänslan den producerar. Strålningsenergi bestäms av antalet kvanta som sänds ut av sändaren i rymden. Strålningsenergi (strålningsenergi) mäts i joule. Mängden energi som avges per tidsenhet kallas strålningsflöde eller strålningsflöde. Strålningsflöde mäts i watt. Ljusflödet betecknas med Fe.

där: Qе — strålningsenergi.

Strålningsflödet kännetecknas av en fördelning av energi i tid och rum.

I de flesta fall, när de talar om fördelningen av strålningsflödet över tiden, tar de inte hänsyn till kvantnaturen hos strålningens utseende, utan förstår det som en funktion som ger en förändring i tiden för de momentana värdena av strålningsflödet Ф (t). Detta är acceptabelt eftersom antalet fotoner som emitteras av källan per tidsenhet är mycket stort.

Enligt den spektrala fördelningen av strålningsflödet delas källorna in i tre klasser: med linjära, randiga och kontinuerliga spektra. Strålningsflödet från en källa med ett linjärt spektrum består av monokromatiska flöden från enskilda linjer:

där: Фλ — monokromatiskt strålningsflöde; Fe — strålningsflöde.

För bandspektrumkällor sker emission i ganska breda spektralområden - band separerade från varandra av mörka luckor. För att karakterisera den spektrala fördelningen av strålningsflödet med kontinuerliga och bandade spektra används en storhet som kallas den spektrala strålningsflödestätheten

där: λ är våglängden.

Tätheten för det spektrala strålningsflödet är ett kännetecken för fördelningen av strålningsflödet över spektrumet och är lika med förhållandet mellan det elementära flödet ΔFeλ som motsvarar en oändlig sektion till bredden av denna sektion:

Den spektrala strålningsflödestätheten mäts i watt per nanometer.

Inom ljusteknik, där det mänskliga ögat är den huvudsakliga mottagaren av strålning, introduceras begreppet ljusflöde för att utvärdera den effektiva verkan av strålningsflödet. Ljusflöde är det strålningsflöde som uppskattas utifrån dess effekt på ögat, vars relativa spektrala känslighet bestäms av den genomsnittliga spektrala effektivitetskurvan som godkänts av CIE.

Följande definition av ljusflöde används också inom belysningsteknik: ljusflöde är kraften av ljusenergi. Enheten för ljusflöde är lumen (lm). 1 lm motsvarar det ljusflöde som avges vid en enda rymdvinkel av en isotrop punktkälla med en ljusstyrka på 1 candela.

Bord 1.Typiska ljusvärden för ljuskällor:

Typer av lampor Elenergi, W Ljusflöde, lm Ljuseffektivitet lm / w Glödlampa 100 watt 1360 lm 13,6 lm / W Lysrör 58 watt 5400 lm 93 lm / W Högtrycksnatriumlampa 100 watt 1000 lm / 1000 lm 1000 lm trycknatriumlampa 180 watt 33000 lm 183 lm / W Högtryckskvicksilverlampa 1000 watt 58000 lm 58 lm / W Metallhalogenlampa 2000 watt 190 000 lm 95 lm / W Ljusflödet fördelas på tre komponenter Ф reflekteras i kroppen: av kroppen Фρabsorberad av Фα och den saknade Фτ... Kl belysningsberäkningar utnyttjandefaktorer: reflektioner ρ = Fρ/F; absorption a= Fa/F; överföring τ= Fτ/Ф.

Tabell 2. Ljusegenskaper hos vissa material och ytor

Material eller ytor Koefficienter Reflektion och överföringsbeteende reflektion ρ absorption α transmission τ krita 0,85 0,15 — Diffus Silikatemalj 0,8 0,2 — Diffus aluminiumspegel 0,85 0,15 — Spitsglasspegel 0,8 0 ,2 — Riktat frostat glas, 0, 0 Diffust riktat Biomjölkglas 0,22 0,15 0,63 Diffusriktat Opalsilikatglas 0,3 0,1 0,6 Diffust Mjölksilikatglas 0, 45 0,15 0,4 Diffust

2. Ljusintensitet

Fördelningen av strålning från en verklig källa i det omgivande utrymmet är inte enhetlig.Därför kommer ljusflödet inte att vara en uttömmande egenskap hos källan om strålningsfördelningen i olika riktningar av det omgivande rummet inte bestäms samtidigt.

För att karakterisera fördelningen av ljusflödet används konceptet med den rumsliga tätheten av ljusflödet i olika riktningar av det omgivande rummet. Den rumsliga tätheten för ljusflödet, som bestäms av förhållandet mellan ljusflödet och rymdvinkeln med spetsen vid den punkt där källan är belägen, inom vilken detta flöde är jämnt fördelat, kallas ljusintensiteten:

där: Ф — ljusflöde; ω — rymdvinkel.

Enheten för ljusintensitet är candela. 1 cd.

Detta är den ljusstyrka som emitteras vinkelrätt av ett ytelement av en svart kropp med arean 1:600 ​​000 m2 vid stelningstemperaturen för platina.
Enheten för ljusintensitet är candela, cd är en av huvudstorheterna i SI-systemet och motsvarar ett ljusflöde på 1 lm jämnt fördelat i en rymdvinkel på 1 steradian (jfr). En rymdvinkel är den del av utrymmet som är inneslutet i en konisk yta. En rymdvinkel ω mätt med förhållandet mellan arean den skär ut ur en sfär med godtycklig radie till kvadraten på den senare.

3. Belysning

Belysning är mängden ljus eller ljusflöde som faller på en enhetsyta. Den betecknas med bokstaven E och mäts i lux (lx).

Enheten för belysningsstyrka lux, lx, mäts i lumen per kvadratmeter (lm/m2).

Belysning kan definieras som tätheten av ljusflödet på den upplysta ytan:

Belysningen beror inte på utbredningsriktningen för ljusflödet till ytan.

Här är några allmänt accepterade luminansindikatorer:

• Sommar, en dag under en molnfri himmel — 100 000 lux

• Gatubelysning — 5-30 lux

• Fullmåne på en klar natt — 0,25 lux

4. Förhållandet mellan ljusintensitet (I) och belysningsstyrka (E).

Omvänd kvadratisk lag

Belysning vid en viss punkt på ytan, vinkelrät mot ljusets utbredningsriktning, definieras som förhållandet mellan ljusintensiteten och kvadraten på avståndet från denna punkt till ljuskällan. Om vi ​​tar detta avstånd som d, kan detta förhållande uttryckas med följande formel:

Till exempel: om en ljuskälla avger ljus med en effekt av 1200 cd i en riktning vinkelrät mot ytan på ett avstånd av 3 meter från denna yta, så kommer belysningen (Ep) vid den punkt där ljuset når ytan att vara 1200 /32 = 133 lux. Om ytan ligger på ett avstånd av 6 m från ljuskällan blir belysningen 1200/62 = 33 lux. Detta förhållande kallas den omvända kvadratlagen.

Belysning vid en viss punkt på en yta som inte är vinkelrät mot ljusets utbredningsriktning är lika med ljusintensiteten i mätpunktens riktning dividerat med kvadraten på avståndet mellan ljuskällan och en punkt i planet multiplicerat med cosinus för vinkeln γ (γ är vinkeln som bildas av ljusinfallsriktningen och vinkelrät mot detta plan).

Därför:

Detta är cosinuslagen (Figur 1.).

Ris. 1. Till cosinuslagen

5. Horisontell belysning

För att beräkna den horisontella belysningen rekommenderas det att modifiera den sista formeln genom att ersätta avståndet d mellan ljuskällan och mätpunkten med höjden h från ljuskällan till ytan.

Figur 2:

Sedan:

Vi får:

Denna formel beräknar den horisontella belysningen vid mätpunkten.

Ris. 2. Horisontell belysning

6. Vertikal belysning

Belysningen av samma punkt P i ett vertikalplan orienterat mot ljuskällan kan representeras som en funktion av ljuskällans höjd (h) och infallsvinkeln (γ) för ljusintensiteten (I) (Figur 3) ) .

Vi får:

Ris. 3. Vertikal belysning

7. Belysning

För att karakterisera ytor som lyser på grund av ljusflödet som passerar genom dem eller reflekteras från dem, används förhållandet mellan ljusflödet som emitteras av ytelementet och området för detta element. Denna mängd kallas ljusstyrka:

För ytor med begränsade dimensioner:

Belysningsstyrka är tätheten av ljusflödet som sänds ut av ljusytan. Enheten för belysning är lumen per kvadratmeter av ljusytan, vilket motsvarar en yta på 1 m2 som jämnt avger ett ljusflöde på 1 lm. När det gäller total strålning introduceras begreppet energiluminositet hos den strålande kroppen (Me).

Enheten för strålande ljus är W/m2.

Ljusstyrkan i detta fall kan uttryckas av den spektrala tätheten för energiluminositeten hos den emitterande kroppen Meλ (λ)

För en jämförande bedömning tar vi in ​​energiljusstyrkorna i ljusstyrkorna på vissa ytor:

• Solyta — Me = 6 • 107 W / m2;

• Glödtråd — Me = 2 • 105 W / m2;

• Solens yta i zenit — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Fluorescerande glödlampa — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Ljusstyrka

Ljusstyrka Ljusstyrkan hos det ljus som sänds ut av en ytaenhet i en viss riktning. Måttenheten för ljusstyrka är candela per kvadratmeter (cd / m2).

Ytan i sig kan avge ljus, liknande ytan på en lampa, eller reflektera ljus som kommer från en annan källa, till exempel en vägyta.

Ytor med olika reflekterande egenskaper under samma belysning kommer att ha olika grader av ljusstyrka.

Ljusstyrkan som emitteras av ytan dA vid en vinkel Φ i förhållande till projektionen av denna yta är lika med förhållandet mellan intensiteten av ljus som emitteras i en given riktning och projektionen av den emitterande ytan (fig. 4).

Ris. 4. Ljusstyrka

Ljusets intensitet och projektionen av den emitterande ytan är oberoende av avståndet. Därför beror ljusstyrkan inte heller på avståndet.

Några praktiska exempel:

• Ljusstyrka på solytan — 2 000 000 000 cd / m2

• Ljusstyrka för lysrör — från 5000 till 15000 cd / m2

• Ytans ljusstyrka för en fullmåne — 2500 cd / m2

• Konstgjord vägbelysning — 30 lux 2 cd / m2