Mængder af belysning: lysstrøm, lysintensitet, belysningsstyrke, lysstyrke, lysstyrke

1. Lysstrøm

Lysstrøm — kraften af ​​strålingsenergi, bedømt ud fra den lysfornemmelse, den producerer. Strålingsenergi bestemmes af antallet af kvanter, der udsendes af emitteren i rummet. Strålingsenergi (strålingsenergi) måles i joule. Mængden af ​​energi, der udsendes pr. tidsenhed, kaldes strålingsflux eller strålingsflux. Strålingsflux måles i watt. Lysstrømmen er angivet med Fe.

hvor: Qе — strålingsenergi.

Strålingsstrømmen er karakteriseret ved en fordeling af energi i tid og rum.

I de fleste tilfælde, når de taler om fordelingen af ​​strålingsfluxen over tid, tager de ikke højde for kvantenaturen af ​​strålingens udseende, men forstår det som en funktion, der giver en ændring i tiden af ​​de øjeblikkelige værdier af strålingsfluxen Ф (t). Dette er acceptabelt, fordi antallet af fotoner udsendt af kilden pr. tidsenhed er meget stort.

Ifølge den spektrale fordeling af strålingsfluxen er kilderne opdelt i tre klasser: med lineære, stribede og kontinuerte spektre. Strålingsfluxen af ​​en kilde med et lineært spektrum består af monokromatiske fluxer fra individuelle linjer:

hvor: Фλ — monokromatisk strålingsflux; Fe — strålingsflux.

For båndspektrumkilder forekommer emission i ret brede spektrale områder - bånd adskilt fra hinanden af ​​mørke huller. For at karakterisere den spektrale fordeling af strålingsfluxen med kontinuerte og båndede spektre anvendes en størrelse kaldet den spektrale strålingsfluxtæthed

hvor: λ er bølgelængden.

Tætheden af ​​den spektrale strålingsflux er en karakteristik af fordelingen af ​​strålingsfluxen over spektret og er lig med forholdet mellem den elementære flux ΔFeλ svarende til et uendeligt lille snit til bredden af ​​denne sektion:

Den spektrale strålingsfluxtæthed måles i watt pr. nanometer.

I lysteknik, hvor det menneskelige øje er den vigtigste modtager af stråling, introduceres begrebet lysstrøm for at evaluere den effektive virkning af strålingsfluxen. Lysflux er den strålingsflux, der estimeres ud fra dens virkning på øjet, hvis relative spektrale følsomhed bestemmes af den gennemsnitlige spektrale effektivitetskurve godkendt af CIE.

Følgende definition af lysstrøm bruges også i lysteknologi: lysstrøm er lysenergiens kraft. Enheden for lysstrøm er lumen (lm). 1 lm svarer til den lysstrøm, der udsendes ved en enkelt rumvinkel af en isotrop punktkilde med en lysstyrke på 1 candela.

Tabel 1.Typiske lysværdier for lyskilder:

Lampetyper Elektrisk energi, W Lysstrøm, lm Lyseffektivitet lm / w Glødelampe 100 watt 1360 lm 13,6 lm / W Lysstofrør 58 watt 5400 lm 93 lm / W Højtryksnatriumlampe 100 watt 1000 lm 10000 lm / 10000 lm tryknatriumlampe 180 watt 33000 lm 183 lm / W Højtrykskviksølvlampe 1000 watt 58000 lm 58 lm / W Metalhalogenlampe 2000 watt 190 000 lm 95 lm / W Lysstrømmen fordeles på tre komponenter Ф reflekteres i kroppen: af kroppen Фρabsorberet af Фα og den savnede Фτ... Kl belysningsberegninger udnyttelsesfaktorer: refleksioner ρ = Fρ/ F; absorption a= Fa/F; transmission τ= Fτ/Ф.

Tabel 2. Lysegenskaber for nogle materialer og overflader

Materialer eller overflader Koefficienter Refleksion og transmissionsadfærd refleksion ρ absorption α transmission τ kridt 0,85 0,15 — Diffus silikat emalje 0,8 0,2 — Diffus aluminiumsspejl 0,85 0,15 — Spidset glasspejl 0,8 0 ,50, 0, 0, 0, 40 glas Diffus rettet Bio mælkeglas 0,22 0,15 0,63 Diffus rettet Opal silikatglas 0,3 0,1 0,6 Diffuse Mælkesilikatglas 0, 45 0,15 0,4 Diffuse

2. Lysintensitet

Fordelingen af ​​stråling fra en reel kilde i det omgivende rum er ikke ensartet.Derfor vil lysstrømmen ikke være en udtømmende karakteristik af kilden, hvis strålingsfordelingen i forskellige retninger af det omgivende rum ikke bestemmes samtidigt.

For at karakterisere fordelingen af ​​lysfluxen anvendes konceptet med den rumlige tæthed af lysfluxen i forskellige retninger af det omgivende rum. Den rumlige tæthed af lysstrømmen, som bestemmes af forholdet mellem lysstrømmen og rumvinklen med spidsen på det punkt, hvor kilden er placeret, inden for hvilket denne flux er ensartet fordelt, kaldes lysstyrken:

hvor: Ф — lysstrøm; ω — rumvinkel.

Enheden for lysintensitet er candela. 1 cd.

Dette er den lysstyrke, der udsendes vinkelret af et sortlegeme-overfladeelement med et areal på 1:600.000 m2 ved platins størkningstemperatur.
Enheden for lysintensitet er candela, cd er en af ​​hovedstørrelserne i SI-systemet og svarer til en lysstrøm på 1 lm ensartet fordelt i en rumvinkel på 1 steradian (jf.). En rumvinkel er den del af rummet, der er indesluttet i en konisk overflade. En rumvinkel ω målt ved forholdet mellem det areal, den skærer ud af en kugle med vilkårlig radius til kvadratet af sidstnævnte.

3. Belysning

Belysning er mængden af ​​lys eller lysstrøm, der falder på en enhedsoverflade. Det er angivet med bogstavet E og måles i lux (lx).

Enheden for belysningsstyrke lux, lx, måles i lumen pr. kvadratmeter (lm/m2).

Belysning kan defineres som tætheden af ​​lysflux på den oplyste overflade:

Belysning afhænger ikke af udbredelsesretningen af ​​lysstrømmen til overfladen.

Her er nogle almindeligt accepterede luminansindikatorer:

• Sommer, en dag under en skyfri himmel - 100.000 lux

• Gadebelysning — 5-30 lux

• Fuldmåne på en klar nat — 0,25 lux

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

Omvendt kvadratlov

Belysning på et bestemt punkt på overfladen, vinkelret på lysets udbredelsesretning, er defineret som forholdet mellem lysintensiteten og kvadratet af afstanden fra dette punkt til lyskilden. Hvis vi tager denne afstand som d, så kan dette forhold udtrykkes med følgende formel:

For eksempel: hvis en lyskilde udsender lys med en effekt på 1200 cd i en retning vinkelret på overfladen i en afstand af 3 meter fra denne overflade, så vil belysningen (Ep) på det punkt, hvor lyset når overfladen være 1200 /32 = 133 lux. Hvis overfladen er i en afstand af 6 m fra lyskilden, vil belysningen være 1200/62 = 33 lux. Dette forhold kaldes den omvendte kvadratlov.

Belysning i et bestemt punkt på en overflade, der ikke er vinkelret på lysets udbredelsesretning, er lig med lysintensiteten i retning af målepunktet divideret med kvadratet på afstanden mellem lyskilden og et punkt i planet multipliceret med cosinus af vinklen γ (γ er den vinkel, der dannes af retningen af ​​lysindfaldet og vinkelret på dette plan).

Derfor:

Dette er loven om cosinus (Figur 1.).

Ris. 1. Til cosinusloven

5. Vandret belysning

For at beregne den vandrette belysning anbefales det at ændre den sidste formel ved at erstatte afstanden d mellem lyskilden og målepunktet med højden h fra lyskilden til overfladen.

Figur 2:

Derefter:

Vi får:

Denne formel beregner den vandrette belysning ved målepunktet.

Ris. 2. Vandret belysning

6. Lodret belysning

Belysningen af ​​det samme punkt P i et lodret plan orienteret mod lyskilden kan repræsenteres som en funktion af højden (h) af lyskilden og indfaldsvinklen (γ) af lysintensiteten (I) (Figur 3) ).

Vi får:

Ris. 3. Lodret belysning

7. Belysning

For at karakterisere overflader, der lyser på grund af lysstrømmen, der passerer gennem dem eller reflekteres fra dem, bruges forholdet mellem lysfluxen, der udsendes af overfladeelementet, og området af dette element. Denne størrelse kaldes lysstyrke:

For overflader med begrænsede dimensioner:

Belysningsstyrken er tætheden af ​​lysstrømmen, der udsendes af lysoverfladen. Enheden for belysningsstyrke er lumen pr. kvadratmeter af lysoverfladen, hvilket svarer til et areal på 1 m2, der ensartet udsender en lysstrøm på 1 lm. I tilfælde af total stråling introduceres begrebet energiluminositet af det udstrålende legeme (Me).

Enheden for strålende lys er W/m2.

Lysstyrken kan i dette tilfælde udtrykkes ved spektraltætheden af ​​energiluminositeten af ​​det emitterende legeme Meλ (λ)

For en sammenlignende vurdering bringer vi energilysstyrkerne ind i lysstyrkerne på nogle overflader:

• Soloverflade — Me = 6 • 107 W / m2;

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

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

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

8. Lysstyrke

Lysstyrke Lysstyrken af ​​det lys, der udsendes af en overfladeenhed i en bestemt retning. Måleenheden for lysstyrke er candela pr. kvadratmeter (cd / m2).

Selve overfladen kan udsende lys, svarende til overfladen af ​​en lampe, eller reflektere lys, der kommer fra en anden kilde, såsom en vejoverflade.

Overflader med forskellige reflekterende egenskaber under samme belysning vil have forskellige grader af lysstyrke.

Den lysstyrke, der udsendes af overfladen dA i en vinkel Φ i forhold til projektionen af ​​denne overflade, er lig med forholdet mellem intensiteten af ​​lys, der udsendes i en given retning, og projektionen af ​​den udsendende overflade (fig. 4).

Ris. 4. Lysstyrke

Intensiteten af ​​lyset og projektionen af ​​den emitterende overflade er uafhængig af afstanden. Derfor afhænger lysstyrken heller ikke af afstanden.

Nogle praktiske eksempler:

• Soloverfladens lysstyrke — 2.000.000.000 cd / m2

• Lysstyrke af fluorescerende lamper — fra 5000 til 15000 cd / m2

• Overfladelysstyrke af en fuldmåne — 2500 cd / m2

• Kunstig vejbelysning — 30 lux 2 cd / m2