Энергетическая освещенность формула – Облучённость (фотометрия) — Википедия

Содержание

Облучённость (фотометрия) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Облучённость Ee{\displaystyle E_{e}} — физическая величина, одна из энергетических фотометрических величин[1]. Характеризует поверхностную плотность мощности излучения, падающего на поверхность. Количественно равна отношению потока излучения dΦe{\displaystyle d\Phi _{e}}, падающего на малый участок поверхности, к площади этого участка dS{\displaystyle dS}[1][2]:

Ee=dΦedS.{\displaystyle E_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{dS}}.}

Численно облучённость равна модулю составляющей вектора Пойнтинга, перпендикулярной поверхности, усредненной за время, существенно превосходящее период электромагнитных колебаний.

Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): Вт·м−2.

Если поверхность освещается точечным источником[3], то для её облучённости выполняется:

Ee=Ier2cos⁡θ,{\displaystyle E_{e}={\frac {I_{e}}{r^{2}}}\cos \theta ,}

где Ie{\displaystyle I_{e}} — сила излучения источника в направлении интересующей точки поверхности, r{\displaystyle r} — расстояние между этой точкой и источником, а θ{\displaystyle \theta } — угол, который нормаль к поверхности образует с направлением на источник.

Другое, используемое в литературе, но не предусмотренное ГОСТом[1] наименование облучённости, — энергетическая освещённость.

Спектральная плотность облучённости[править | править код]

Спектры облучённости, создаваемой солнечным излучением над атмосферой Земли и на уровне моря.

Спектральная плотность облучённости Ee,λ{\displaystyle E_{e,\lambda }} — отношение величины облученности dEe,{\displaystyle dE_{e},} приходящейся на малый спектральный интервал dλ,{\displaystyle d\lambda ,} к ширине этого интервала:

Ee,λ(λ)=dEedλ.{\displaystyle E_{e,\lambda }(\lambda )={\frac {dE_{e}}{d\lambda }}.}

Единицей измерения Ee,λ{\displaystyle E_{e,\lambda }} в системе СИ является Вт·м−3. Поскольку длины волн принято измерять в нанометрах, то на практике используется Вт·м

−2·нм−1.

Зависимость спектральной плотности облучённости от длины волны излучения называют спектром облучённости. На рисунке представлены спектры облучённости, создаваемой солнечным излучением за пределами земной атмосферы и на уровне моря. Там же для сравнения приведен спектр излучения абсолютно черного тела нагретого до температуры 5250 °С (~ 5525 К). Видно, что облучённость на поверхности Земли заметно ниже, чем в космосе, из-за поглощения излучения газами, составляющими атмосферу.

В системе световых фотометрических величин аналогом облучённости является освещённость Ev{\displaystyle E_{v}}. По отношению к облучённости освещённость является редуцированной фотометрической величиной, получаемой с использованием значений относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения V(λ){\displaystyle V(\lambda )}

[4]:

Ev=Km⋅∫380 nm780 nmEe,λ(λ)V(λ)dλ,{\displaystyle E_{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}E_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda ,}

где Km{\displaystyle K_{m}} — максимальная световая эффективность излучения[5], равная в системе СИ 683 лм/Вт[6]. Её численное значение следует непосредственно из определения канделы.

Энергетические фотометрические величины СИ[править | править код]

Сведения о других основных энергетических фотометрических величинах приведены в таблице. Обозначения величин даны по ГОСТ 26148—84[1].

Энергетические фотометрические величины СИ

Здесь dS1{\displaystyle dS_{1}} — площадь элемента поверхности источника, dS2{\displaystyle dS_{2}} — площадь элемента поверхности приёмника, ε{\displaystyle \varepsilon } — угол между нормалью к элементу поверхности источника и направлением наблюдения.

ru.wikipedia.org

Энергетическая освещённость Википедия

Облучённость Ee{\displaystyle E_{e}} — физическая величина, одна из энергетических фотометрических величин[1]. Характеризует поверхностную плотность мощности излучения, падающего на поверхность. Количественно равна отношению потока излучения dΦe{\displaystyle d\Phi _{e}}, падающего на малый участок поверхности, к площади этого участка dS{\displaystyle dS}[1][2]:

Ee=dΦedS.{\displaystyle E_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{dS}}.}

Численно облучённость равна модулю составляющей вектора Пойнтинга, перпендикулярной поверхности, усредненной за время, существенно превосходящее период электромагнитных колебаний.

Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): Вт·м−2.

Если поверхность освещается точечным источником[3], то для её облучённости выполняется:

Ee=Ier2cos⁡θ,{\displaystyle E_{e}={\frac {I_{e}}{r^{2}}}\cos \theta ,}

где Ie{\displaystyle I_{e}} — сила излучения источника в направлении интересующей точки поверхности, r{\displaystyle r} — расстояние между этой точкой и источником, а θ{\displaystyle \theta } — угол, который нормаль к поверхности образует с направлением на источник.

Другое, используемое в литературе, но не предусмотренное ГОСТом[1] наименование облучённости, — энергетическая освещённость.

Спектральная плотность облучённости

Спектры облучённости, создаваемой солнечным излучением над атмосферой Земли и на уровне моря.

Спектральная плотность облучённости Ee,λ{\displaystyle E_{e,\lambda }} — отношение величины облученности dEe,{\displaystyle dE_{e},} приходящейся на малый спектральный интервал dλ,{\displaystyle d\lambda ,} к ширине этого интервала:

Ee,λ(λ)=dEedλ.{\displaystyle E_{e,\lambda }(\lambda )={\frac {dE_{e}}{d\lambda }}.}

Единицей измерения Ee,λ{\displaystyle E_{e,\lambda }} в системе СИ является Вт·м−3. Поскольку длины волн принято измерять в нанометрах, то на практике используется Вт·м−2·нм−1.

Зависимость спектральной плотности облучённости от длины волны излучения называют спектром облучённости. На рисунке представлены спектры облучённости, создаваемой солнечным излучением за пределами земной атмосферы и на уровне моря. Там же для сравнения приведен спектр излучения абсолютно черного тела нагретого до температуры 5250 °С (~ 5525 К). Видно, что облучённость на поверхности Земли заметно ниже, чем в космосе, из-за поглощения излучения газами, составляющими атмосферу.

Световой аналог

В системе световых фотометрических величин аналогом облучённости является освещённость Ev{\displaystyle E_{v}}. По отношению к облучённости освещённость является редуцированной фотометрической величиной, получаемой с использованием значений относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения V(λ){\displaystyle V(\lambda )}[4]:

Ev=Km⋅∫380 nm780 nmEe,λ(λ)V(λ)dλ,{\displaystyle E_{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}E_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda ,}

где Km{\displaystyle K_{m}} — максимальная световая эффективность излучения[5], равная в системе СИ 683 лм/Вт[6]. Её численное значение следует непосредственно из определения канделы.

Энергетические фотометрические величины СИ

Сведения о других основных энергетических фотометрических величинах приведены в таблице. Обозначения величин даны по ГОСТ 26148—84[1].

Энергетические фотометрические величины СИ

Здесь dS1{\displaystyle dS_{1}} — площадь элемента поверхности источника, dS2{\displaystyle dS_{2}} — площадь элемента поверхности приёмника, ε{\displaystyle \varepsilon } — угол между нормалью к элементу поверхности источника и направлением наблюдения.

Примечания

wikiredia.ru

Энергетическая освещенность

Министерство образования Российской Федерации

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей»

СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основы научных исследований»

Тема: «Энергетическая освещенность»

Вариант: 74

Студент: Литвинов Александр Владимирович

Группа: АТ-312

Направление: 5521 «Эксплуатация транспортных средств»

Преподаватель: Зотов Николай Михайлович

Дата сдачи на проверку: ___________

Роспись студента: ___________

Волгоград 2003

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Характеристика энергетической освещенности ….…………………. 3

2. Способы, датчики и приборы, используемые для измерения энергетической освещенности и их принципы работы……….……..…………6

3. Примеры измерения энергетической освещенности при производстве, испытании, диагностировании, техническом обслуживании и ремонте автомобилей или их элементов ….…..……………..……………12

Список литературы………………………………………………………..13

1. Характеристика энергетической освещенности

До относительно недавнего времени (начало XX века) глаз человека был единственным известным приемником излучения. Поэтому мера излучения определялась только реакцией глаза, т. е. световым потоком.

Однако в настоящее время положение существенно изменилось. Хорошо известны и во многих случаях подробно изучены излучения в ультрафиолетовой и в инфракрасной областях спектра; часто говорят также о рентгеновском и гамма-излучениях, энергия которых в большинстве случаев относительно мала. В связи с этим появилась потребность в оценке общей мощности излучения не только со зрительной (визуальной), но и с физической точки зрения, и наряду со световым потоком все большую роль начинает играть поток излучения, который иногда называют также лучистым потоком. Под потоком излучения (лучистым потоком) понимается общая мощность, передаваемая электромагнитными колебаниями, независимо от длины волны или частоты излучений, входящих в состав рассматриваемого потока. Поток принято обозначать буквой Ф и измерять в ваттах.

Как естественное следствие того, что поток излучения становится одной из основ радиационной энергетики, возникает потребность во всех видах его производных, применяемых для характеристики разных случаев его пространственного распределения.

Угловая плотность лучистого потока называется силой излучения и определяется выражением:

, где dФ – лучистый поток, распространяющийся в данном направлении внутри элементарного телесного угла dΩ, содержащего это направление. Телесный угол есть мера множества прилегающих друг к другу направлений в пространстве (рис. 1). Он измеряется площадью, которую на поверхности сферы единичного радиуса вырезает коническая поверхность, содержащая все эти направления и имеющая вершину в центре сферы, или, что то же самое, отношением площади, вырезаемой на поверхности сферы произвольного радиуса к квадрату радиуса: ,

где

– вырезаемая конической поверхностью площадь; l – радиус сферы. В данной работе рассматривается энергетическая освещенность (облученность), характеризующая уровень облучения поверхности, на которую падает поток излучения, и распределение потока вдоль поверхности (рис. 2). Таким образом, это величина, определяющая поверхностную плотность потока: ,

где dA – элемент облучаемой поверхности; dФ – падающий на этот элемент поток.

Очевидно, что если поток распределяется на поверхности равномерно, то:

,

где Ф – поток, падающий на всю поверхность.

Единица измерения облученности – ватт на квадратный метр. Для примера облученность солнечной энергией при высоком Солнце и чистой атмосфере (у земной поверхности длины волн λ = 0,3 — 4 мкм) в Белоруссии составляет для перпендикулярной лучам площадки 1 кВт/м2 , а для горизонтальной 0,8 кВт/м2 . Значение облученности может находиться в очень широких пределах.

Если поверхность dA облучается точечным источником (любой источник может считаться точечным при достаточно больших расстояниях по сравнению с размерами источников) и расположена под углом θ к оси телесного угла dΩ, то для облученности получим формулу (рис. 3):

.

Если поверхность нормальна к направлению распространения излучения, то:

.

Эту зависимость часто называют законом обратных квадратов.

Для характеристики общей насыщенности пространства энергией излучения вводится понятие пространственной облученности .

Для раскрытия понятия пространственной облученности введем понятие лучистости. Лучистостью B называется сила излучения с единицы площади проекции испускающей поверхности на плоскость, перпендикулярную к направлению излучения. Лучистость определяет поверхностно-угловое распределение лучистого потока в пространстве.

Пусть точка О находится в пространстве, где излучение распространяется во всевозможных направлениях (рис. 4). Опишем вокруг данной точки малую сферу с экваториальным сечением, площадь которого равна единице. Допустим, что элемент пространства, окружающего сферу, видимый из точки О под телесным углом имеет лучистость B. Лучистый поток через сферу, создаваемый этим элементом пространства, равен: ,

а полный лучистый поток через рассматриваемую «единичную» сферу от всего пространства определится интегрированием этого выражения в пределах полного телесного угла 4π:

.

Лучистый поток, падающий со всех сторон на сферу с экваториальным сечением, равным единице площади, и называют пространственной облученностью E0 . Таким образом, пространственная облученность:

.

Если лучистость В постоянна по всему пространству, то:

.

В случае, когда излучение падает в данную точку пространства только из полусферы, обладающей постоянной лучистостью:

.

Размерность пространственной облученности одинакова с размерностью обычной облученности на плоскости: Вт/м2 .

Насыщенность пространства энергией излучения может быть определена еще при помощи среднесферической облученности E , которая определяется выражением:

и представляет собой среднюю облученность по поверхности элементарно малой сферы с центром в данной точке пространства.

Необходимо подчеркнуть, что среднесферическая облученность представляет собой чисто расчетное понятие, тогда как облученность является физической реальностью, поддающейся непосредственному измерению. Наконец, очень важно то, что пространственная облученность – это функция точки, а облученность на плоскости – функция точки и направления.

2. Способы, датчики и приборы, используемые для измерения

энергетической освещенности и их принципы работы

Способы. Выделяют 3 основных способа измерения энергетической освещенности:

1. радиометрический способ ;

Радиометрический способ основан на простом принципе: при поглощении тепловым приемником потока излучения происходит нагревание вещества. Ввиду этого измерение энергетической освещенности сводится к измерению температуры. Степень повышения температуры определяется в свою очередь путем измерения того или иного эффекта, зависящего от температуры. К ним относится тепловое расширение вещества, изменение его оптического сопротивления, испарение и т. д. Чаще всего эффекты линейно зависят от энергетической освещенности.

2. фотоэлектрический способ ;

Фотоэлектрический способ основан на принципе фотоэффекта. Внешний фотоэффект наблюдается у металлов и некоторых полупроводников. При падении излучения на поверхность какая-то доля падающего потока поглощается. Энергия поглощенного фотона передается электрону внутри металла; его кинетическая энергия увеличивается. Если она превысит работу выхода, необходимую для преодоления потенциального барьера, то электрон вырывается из металла. Энергия выходящих электронов линейно зависит от частоты падающего излучения, а их число – от числа падающих квантов.

mirznanii.com

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОСВЕЩЁННОСТЬ — это… Что такое ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОСВЕЩЁННОСТЬ?


ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОСВЕЩЁННОСТЬ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОСВЕЩЁННОСТЬ

        (облучённость), поверхностная плотность лучистого потока; равна отношению потока излучения к площади облучаемой поверхности. Единица измерения Э. о.— Вт/м2. В системе световых величин аналогом Э. о. явл. освещённость.

Физический энциклопедический словарь.

— М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОСВЕЩЁННОСТЬ

(облучённость)- поверхностная плотность лучистого потока; равна отношению потока излучения к площади облучаемой поверхности. Единица измерения Э. о.- Вт/м 2. В системе световых величин аналогом Э. о. является освещённость.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

.

  • ЭНАНТИОМОРФИЗМ
  • ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИЛА СВЕТА

Смотреть что такое «ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОСВЕЩЁННОСТЬ» в других словарях:

  • энергетическая освещённость — energinė apšvieta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. irradiance vok. Bestrahlungsstärke, f rus. энергетическая освещённость, f pranc. éclairement énergétique, m; irradiance, f …   Fizikos terminų žodynas

  • энергетическая освещённость — отношение потока излучения к площади облучаемой поверхности. Единица измерения энергетической освещённости  Вт/м2. В системе световых величин аналогом является освещённость. * * * ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОСВЕЩЕННОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОСВЕЩЕННОСТЬ, поток… …   Энциклопедический словарь

  • ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОСВЕЩЁННОСТЬ

    — то же, что облучённость. В системе световых величин аналогом Э. о. является освещённость …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Энергетическая освещённость поверхности — отношение потока излучения, падающего на площадку приёмника излучения, к её площади.  , [Вт/м2] Энергетическая освещённость поверхности поверхностная плотность падающего потока излучения. Единица измерения освещённости называется люксом …   Википедия

  • энергетическая освещённость суммарного излучения — visuminė energinė apšvieta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. total irradiance vok. Gesamtbestrahlungsstärke, f rus. энергетическая освещённость суммарного излучения, f pranc. irradiance totale, f …   Fizikos terminų žodynas

  • ОСВЕЩЁННОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ — облучённость, величина Ее, равная отношению потока излучения, падающего на поверхность к площади освещаемой поверхности: Ее dФе/dS, где dФе поток излучения, падающего на малый элемент поверхности площадью dS. Единица О. э. (в СИ) Вт/м2 …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • Освещённость энергетическая —         в точке поверхности, отношение потока излучения (См. Поток излучения), падающего на малый элемент поверхности, содержащий рассматриваемую точку, к площади этого элемента. Употребляются синонимы: «облученность», а в метеорологии и… …   Большая советская энциклопедия

  • Энергетическая светимость — Размерность M·T 3 Единицы измерения СИ Вт·м 2 СГС …   Википедия

  • Энергетическая фотометрическая величина — Энергетическая фотометрическая величина  фотометрическая величина, количественно выражаемая в единицах энергии или мощности и производных от них[1]. Энергетические величины характеризуют свет безотносительно к свойствам человеческого зрения …   Википедия

  • Энергетическая экспозиция —         количество облучения, доза Не, отношение энергии dQe падающего на элемент облучаемой поверхности к площади dA этого элемента. Эквивалентное определение: Э. э. есть произведение освещенности энергетической (См. Освещённость энергетическая) …   Большая советская энциклопедия

dic.academic.ru

Энергетическая освещенность формула. Световой поток. Подробнее об освещенности

Для открытой местности и помещения, а также приведем величины светового потока при разных обстоятельствах.

Свеча и прялка

До широко распространенной электрификации источником света были солнце, луна, костер и свеча. Ученые уже в пятнадцатом веке умели создавать систему линз для усиления освещенности, но большинство людей работали и жили при свечах.

Некоторым было жалко тратить деньги на восковые источники света, или этот способ продлить день был просто недоступен. Тогда использовали альтернативные варианты топлива — масло, жир животных, дерево. Например, русские крестьянки средней полосы всю жизнь ткали лен при свете лучины. Читатель может спросить: «Почему это надо было делать ночью?» Ведь коэффициент естественной освещенности днем гораздо выше. Дело в том, что в светлое время суток у крестьянок было множество других забот. Кроме того, процесс ткачества весьма кропотлив и требует спокойствия. Женщинам было важно, чтобы никто не наступал на полотно, чтобы дети не путали нитки, а мужчины не отвлекали.

Но при такой жизни есть одна опасность: световой поток (формулу мы приведем чуть ниже) от лучины очень низкий. Глаза перенапрягались, и женщины быстро теряли зрение.

Освещение и обучение

Когда первоклассники идут в школу первого сентября, они с волнением ожидают чудес. Их захватывают линейка, цветы, красивая форма. Они интересуются, какой будет их учительница, с кем они будут сидеть за одной партой. И эти ощущения человек запоминает на всю жизнь.

Но взрослые, когда отправляют детей в школу, должны подумать о более прозаических вещах, нежели восторг или разочарование. Родителей и учителей заботит удобство парты, размер классной комнаты, качество мела и формула освещенности помещения. Эти показатели имеют нормы для детей всех возрастов. Поэтому школьники должны быть благодарны за то, что люди заранее продумали не только учебную программу, но и материальную сторону вопроса.

Освещение и работа

Недаром в школах проводятся проверки, в которых применяется формула расчета освещенности комнат для занятий. Дети десять или одиннадцать лет только и делают, что читают и пишут. Потом они вечером выполняют домашнее задание, снова не расставаясь с ручками, тетрадками и учебниками. После чего современные подростки еще и утыкаются в разнообразные экраны. В итоге вся жизнь школьника сопряжена с нагрузкой на зрение. Но школа — только начало жизненного пути. Дальше всех этих людей ждет вуз и труд.

Каждый вид работ требует своего светового потока. Формула расчета всегда учитывает, что человек делает по 8 часов в сутки. Например, часовщик или ювелир должен рассматривать мельчайшие детали и оттенки цветов. Поэтому рабочее место людей этой профессии требует больших и ярких ламп. А ботанику, который изучает растения тропического леса, наоборот, необходимо постоянно пребывать в полумраке. Орхидеи и бромелии привыкли к тому, что верхний ярус деревьев отбирает почти весь солнечный свет.

Формула

Подходим непосредственно к формуле освещенности. Ее математическое выражение выглядит так:

E υ = dΦ υ / dσ.

Рассмотрим выражение поближе. Очевидно, что E υ — это и есть освещенность, тогда Φ υ — это световой поток, а σ — малая единица площади, на которую поток падает. Видно, что Е — величина интегральная. Это значит, что рассматриваются очень небольшие отрезки и кусочки. То есть ученые суммируют освещенность всех этих маленьких участков, чтобы получить конечный результат. Единица освещенности — люкс. Физический смысл одного люкса — это такой световой поток, для которого на один квадратный метр приходится один люмен. Люмен, в свою очередь, — это весьма конкретная величина. Она обозначает световой поток, который излучает точечный изотропный источник (следовательно, Сила света этого источника равна одной канделе в телесный угол один стерадиан. Единица освещенности сложная величина, которая включает понятие «кандела». Физический смысл последнего определения таков: сила света в известном направлении от источника, который испускает монохроматическое излучение частотой 540·10 12 Гц (длина волны лежит в видимой области спектра), причем энергетическая сила света равна 1/683 Вт/ср.

Понятия, связанные с освещенностью

Конечно, все эти понятия на первый взгляд похожи на сферического коня в вакууме. Таких источников не существует в п

realartist.ru

Что такое освещенность, цветовая температура и яркость света

Трудно встретить человека, который не разбирался бы в мерах длины, площади, объема, веса. Не вызывает сложностей исчисление времени, определение температуры. Но вот если спросить кого-нибудь о фотометрических величинах, то в большинстве случаев внятного ответа ожидать не приходится. А между тем, с освещением, естественным или искусственным, мы живём в постоянном контакте. Значит, надо научиться и его оценивать каким-то образом.

Освещенность это…Освещенность это…

Безусловно, такая оценка производится всегда и всеми, но чаще всего – чисто на уровне субъективного восприятия: достаточно света или нет. Однако, подобная «градация» именно что субъективная, и может давать существенные ошибки. Последствия таких некорректных оценок нельзя недооценивать — и недостаточность освещения, и его избыточность негативно влияют и на органы зрения человека, и на его психоэмоциональное состояние.

А между тем, существует специальная величина – освещенность, значение которой регламентируется законодательными актами в области строительства и санитарии. То есть освещенность это как раз тот критерий качества, позволяющий правильно оценить организацию системы освещения помещений. В этой статье мы как раз и поговорим об этом параметре и связанными с ним другими фотометрическими величинами, посмотрим, как это можно использовать в практическом приложении.

Какие фотометрические величины используются при расчетах освещения

По укоренившейся привычке многие продолжают считать, что оценку освещенности помещения можно производить в единицах измерения энергии – ваттах. Такое заблуждение легко объяснимо – в наследство от времен полного господства ламп накаливания нам остался этот устойчивый стереотип.

Лампы накаливания выпускались различной потребляемой мощности – 15, 25, 40, 60, 75, 100, 150 и более ватт. И каждый хозяин дома или квартиры на собственном опыте знал, что для нормального освещения в гостиной, например, он должен ввернуть в люстру три лампочки по 60 ватт, для настольной лампы достаточно будет «сороковки», в кухню нужно приобрести стоваттную и т.д.

Кстати, явным наследием этого до сих пор остаётся практика, применяемая производителями ламп – указывать на их упаковке, кроме потребляемой мощности, светоотдачу, выраженную в эквиваленте мощности старых ламп накаливания.

Такие аналогии с лампами накаливания той или иной мощности помогают простому человеку мысленно оценить ожидаемую светоотдачу. Но никакой прямой связи здесь нет.Такие аналогии с лампами накаливания той или иной мощности помогают простому человеку мысленно оценить ожидаемую светоотдачу. Но никакой прямой связи здесь нет.

Так что запомним первое – в ваттах ни световой поток, излучаемый лампой, ни получающаяся от нее освещенность поверхности не измеряются. Указанные на корпусе прибора ватты – это количество потребленной лампой электроэнергии, которая путем тех или иных физических преобразований превращается в видимый свет.

Некоторые люди старшего поколения вообще уверены, что световая отдача осветительного прибора измеряется в свечах. Кстати, это не столь далеко от истины, а почему – станет понятно ниже. Но это опять же – никак не освещенность.

Так что имеет смысл рассмотреть основные фотометрические величины по порядку, от источника света к освещаемой поверхности. Сразу оговоримся – тема эта довольно сложная для восприятия неподготовленным человеком. Поэтому постараемся максимально упростить изложение, не будем его перегружать громоздкими формулами. Так, чтобы просто сложилось общее понимание вопроса.

Световой поток

Свет, как известно, имеет волновую природу. В определённом диапазоне длин волн электромагнитное излучение воспринимается органами зрения человека, то есть становится видимым. Примерные границы этого диапазона – от 400÷450 нм (красная часть спектра) до 630÷650 (фиолетовая область).

Помните, как в нас в детстве учили запоминать цвета радуги – «Каждый охотник…» и т.д.? А ведь радуга – это наглядный природный пример спектрального разложения света.Помните, как в нас в детстве учили запоминать цвета радуги – «Каждый охотник…» и т.д.? А ведь радуга – это наглядный природный пример спектрального разложения света.

Электромагнитные волны являются переносчиком энергии – именно энергия Солнца обеспечивает жизнь на Земле. Но отвлечёмся от астрономических категорий, вернемся к обычным источникам света.

Итак, раз источник излучает свет, то это означает излучение и перенос определённой энергии. Количество этой лучистой энергии (We), перенесенной в единицу времени, носит название лучистого потока (Фе). И измеряется он в ваттах.

Однако, речь идет об освещении, то есть восприятии цвета человеческим зрением. И оценить количество энергии «на глаз» — это сразу заложить большую погрешность. Например, два источника, обладающих равной мощностью излучения, но с разным цветом свечения, будут восприниматься глазом тоже по-разному.

Чтобы унифицировать этот параметр, введена специальная физическая величина – световой поток (Ф). Это тоже показатель мощности лучистого потока, но только той его части, что воспринимается среднестатистическим здоровым человеческим глазом.

Измеряться световой поток  также может в ваттах (это, скорее, энергетический показатель), или в люменах (световой показатель). На практике обычно применяются люмены.

Для точного значения одного люмена в качества эталона взято излучение из центральной, зеленой части видимого спектра, длиной 555 нм.

Итак, принято, что лучистый поток с длиной волны 555 нм величиной 1 ватт соответствует 683 люменам. Почему такой странный коэффициент? Просто окончательное утверждение этой единицы в системе СИ состоялось в 1979 году, а первые опыты по фотометрии с введением показателя светового потока начали производиться задолго до этого. В ту пору, когда электрического освещения еще не существовало, и более-менее стабильным, «эталонным» источником света служила обычная свеча. И сложившееся соотношение энергетического ватта и светового люмена было со временем пересчитано  и перешло до наших дней.

Еще раз напомним — упомянутые выше ватты, которыми также может измеряться световой поток, не имеют никакого отношения к тем, что указаны на упаковке лампы. Там показывается потребление светильника, то есть то количество энергии, которое он «заберет» из сети. Нас же должна больше волновать его энергетическая световая отдача – какое количество видимой лучистой энергии он «выдаст». Так что гораздо правильнее будет при выборе лампы обращать внимание не на эфемерные сравнительные аналогии в ваттах, а на четко указанное значение светового потока в люменах.

Ищите на упаковке лампы значение ее светового потока в люменах.Ищите на упаковке лампы значение ее светового потока в люменах.

Световая отдача

Это – очень интересная в практическом плане величина, так как она, по сути, характеризует эффективность источника света. Важно выбирать лампу не исходя из ее потребляемой электрической мощности, а из того, как эта мощность расходуется при преобразовании в световую энергию.

Итак, величина светоотдачи показывает, какой световой поток вырабатывается лампой при преобразовании одного ватта затраченной энергии. Понятно, что и измеряется она в люменах на ватт (лм/Вт).

Преобразование одного вида энергии в другой производится по-разному. Например, в привычных лампах накаливания применен резистивный принцип – свечение вызывает раскаленная спираль с большим электрическим сопротивлением. Понятно, что это сопровождается огромными тепловыми потерями. Более эффективными являются современные осветительные приборы, основанные на принципах свечения полупроводниковых матриц при пропускании тока или специально подобранных газовых смесей при их ионизации. Здесь на ненужный нагрев расходуется значительно меньше затраченной энергии.

Принципы преобразования электрической энергии в световой поток у разных ламп – различные. Отсюда и разница в их энергоэффективности, то есть в показателях светоотдачи.Принципы преобразования электрической энергии в световой поток у разных ламп – различные. Отсюда и разница в их энергоэффективности, то есть в показателях светоотдачи.

Выше уже говорилось, что пик нормального восприятия света человеческим глазом приходится на длину волны в 555 нм. И в идеальных условиях, при полном преобразовании электрической энергии в монохроматический световой поток указанной длины волны, то есть при совершенном отсутствии потерь, теоретически возможно добиться светоотдачи в 683 лм/Вт. Это называется идеальным источником света, которого в природе, увы, не существует.

В таблице ниже приведены сравнительные характеристики для наиболее применяемых в быту ламп – накаливания, люминесцентных и светодиодных. Хорошо видно, насколько экономичнее становится использование современных источников света, то есть как возрастает показатель светоотдачи.

(Значения в таблице указаны примерные. В любой из категории ламп могут быть отклонения в ту или иную сторону – это зависит от качества конкретной модели. Но общую картину таблица представляет довольно наглядно).

Световой поток, ЛмЛампы накаливания Люминесцентные лампыСветодиодные лампы
Потребляемая
мощность, Вт
Светоотдача,
лм/Вт
Потребляемая
мощность, Вт
Светоотдача,
лм/Вт
Потребляемая
мощность, Вт
Светоотдача,
лм/Вт
2502012.55÷741.72÷3100
400401010÷1336.44÷588.9
7006011.715÷1645.26÷1087.5
900751218÷2047.410÷1281.8
12001001225÷3043.612÷1588.9
18001501240÷504018÷2094.7
250020012.560÷8038.525÷3090.9

Конкретное значение светоотдачи не всегда, но все же указывается некоторыми производителями ламп на их упаковке. Это может быть надпись «светоотдача» или же «Lighting effect». Если нет, то его несложно определить и самому, разделив паспортный световой поток на указанную потребляемую мощность.

На упаковках некоторых ламп производитель сразу указывает и световую отдачу прибора.На упаковках некоторых ламп производитель сразу указывает и световую отдачу прибора.

Совершенно очевидно, что из всех ламп, применяемых в бытовых условиях, наилучшими показателями светоотдачи обладают светодиодные приборы – у них этот показатель доходит до 100 лм/Вт, и даже может быть несколько выше. Но прогресс не стоит на месте, и разработчики заявляют о скором выходе в серийное производства ламп со светоотдачей порядка 200 лм/Вт. Но до идеального источника еще ой как далеко…

Кстати, ученым удалось оценить световую отдачу Солнца, и она – не столь высока: примерно 93 лм/Вт.

Про световую отдачу источников света различного типа рассказывается и в предлагаемом видеосюжете:

Видео: Что такое световая отдача, и каково практическое применение этого параметра?

Сила света

В физике есть понятие точечного источника света – он распространяет излучение совершенно одинаково во всех направлениях. На практике такое если и бывает, то крайне редко, да и то – с некоторым упрощением понятий. На деле световой поток в разные стороны бывает неравномерен. И чтобы оценить, скажем так, его пространственную плотность, оперируют величиной силы света. А чтобы разобраться, что это такое, придется вспомнить еще и понятие телесного угла.

Начнем именно с геометрии. Итак, телесный угол – это часть пространства, объединяющая все лучи, исходящие из одной точки и пересекающую определенную поверхность (ее называют стягивающей поверхностью). В фотометрии, понятно, это освещаемая поверхность. Измеряется этот угол в особых величинах – стерадианах (ср), и обычно в формулах обозначается символом Ω.

Схема, помогающая понять, что же такое телесный угол.Схема, помогающая понять, что же такое телесный угол.

Величина телесного угла – это отношение площади стягивающей поверхности к радиусу сферы.

Ω = S/R²

То есть если взять, к примеру, сферу с радиусом один метр, то телесный угол в один стерадиан «вырежет» на ее поверхности пятно площадью один квадратный метр.

Для чего это знать? Дело в том, что понятие силы света напрямую связано с телесным углом. А конкретно – световой поток в один люмен, распространяющийся в пространстве, ограниченном телесным углом в один стерадиан, обладает силой света в одну канделу. Математически эта зависимость выглядит так:

I = Ф/ Ω

А если говорить об энергетической силе света, равной одной канделе, то это 1/683 Вт/ср.

Кстати, кандела – это одна из семи основных величин системы СИ.

Кандела в буквальном переводе с латинского означает свечу. Это как раз тот «пережиток прошлого», о котором уже говорилось выше, но зато он очень наглядно показывает всю взаимосвязь величин.

Поясним на рисунке:

Рисунок, хорошо демонстрирующий взаимосвязь основных фотометрических величинРисунок, хорошо демонстрирующий взаимосвязь основных фотометрических величин

Итак, имеется точечный источник света – свеча. Ее горящий фитиль излучает свет силой в одну канделу (поз. 1).

В пространстве, ограниченном телесным углом, равным одному стерадиану (поз. 2), будет при этом распространяться световой поток (поз. 3), равным одному люмену. На некотором расстоянии от источника (радиусе сферы – поз. 4) этот поток освещает поверхность определённой площади (поз. 5). Забегая вперёд сразу скажем, если площадь равна одному квадратному метру, то что при таких условиях в этом «световом пятне» обеспечивается освещенность, равная одному люксу (лк).

Если вернуться к свече, как к эталонному источнику света, то несложно рассчитать и ее общий световой поток. Полная сфера имеет телесный угол, равный 4π, то есть, с небольшим округлением, он равен 12.56 стерадиан. А это значит, что свеча, излучающая во все стороны свет силой в одну канделу, дает общий световой поток, равный 12.56 люмен.

Интересно, что еще не столь давно излучающую способность источников света и оценивали «в свечах». Например, говорили – нужна «лампочка на шестьдесят свечей». Продавцы и покупатели прекрасно понимали друг друга – приобреталась лампочка накаливания на 60 Вт, хотя, по сути, эти величины никак между собой в данном случае, с точки зрения физики, не связаны. И что забавно – это было близко к истине.

Давайте посмотрим – 60 свечей по 12,56 люмен дадут в сумме 753,6 люмена. Заглянем в таблицу выше – лампа накаливания с потреблением 60 ватт обладает световым потоком в примерно в 700 люмен. Совсем рядышком!

Но, повторимся, правильна оценка источников света все же должна осуществляться в люменах.

Яркость света

Стоит рассмотреть еще один параметр – это яркость источника света. Дело в том, что с точечными источниками дело иметь практически не приходится. То есть большинство источников обладает какой-то определенной излучающей поверхностью. И при равном световом потоке, но отличающейся площади излучения света, зрением это будет восприниматься по-разному.

 

Два источника света с равными показателями излучаемой силы света и светового потока, расположенные на одинаковом расстоянии от человека, но имеющие разные размеры, будут восприниматься зрением как более яркий и более тусклый.Два источника света с равными показателями излучаемой силы света и светового потока, расположенные на одинаковом расстоянии от человека, но имеющие разные размеры, будут восприниматься зрением как более яркий и более тусклый.

То есть, по сути, яркость – эта сила света, излучаемого с определенной единицы площади видимой поверхности источника света.

L = I/S

Понятно, что единицей яркости будет кандела на квадратный метр.

Это важная величина, так как органы зрения, если смотреть на источник света, реагируют, скорее, не на силу света как таковую, а именно на яркость. При большой ее величине (свыше 160 тыс. кандел на квадратный метр) свет может вызвать раздражение глаз, болезненные ощущения, слезливость. Поэтому производители осветительных приборов и выпускают лампы с матовыми колбами. Практически без потери светового потока, излучение идет не конкретно от волоска накаливания или светодиода с их небольшими площадями, а с куда большей по площади поверхности колбы. Такое свечение значительно безопаснее для сетчатки глаза, воспринимается зрением намного комфортнее.

Освещенность поверхности

Вот, наконец, добрались мы и до освещенности. Эту величину можно считать самой прикладной, так как именно освещенностью того или иного участка оценивается общая работа осветительных приборов.

Образно выражаясь, освещенность (Е) – это поверхностная плотность светового потока (Ф), распределенного на той или иной площади (S). Если подходить с некоторым упрощением, то это можно выразить такой формулой:

Е = Ф/ S

Как мы видели выше, один люмен светового потока на площади в один квадратный метр создает освещенность, равную одному люксу (лк).

Зависит освещенность от целого ряда факторов, если даже не принимать во внимание собственные характеристики источника света.

  • Во-первых, чем дальше расположен источник от освещаемой поверхности, тем больше площадь «светового пятна» (вспоминаем конус телесного угла). То есть световой поток распределяется по большему участку. Причём, как мы помним, эта зависимость – квадратичная. То есть при изменении расстояния вдвое, освещённость снизится в четыре раза, втрое – в девять раз, и т.п.

Если рассматривать точечный источник, то можно применить формулу Кеплера:

Е = I / r²

О значении входящих в формулу величин повторяться не будем – они приведены выше.

  • Во-вторых, показанная выше формула Кеплера справедлива лишь для поверхности, перпендикулярной направлению светового потока. На деле, безусловно, так бывает нечасто. То есть в том случае, когда освещаемая плоскость расположена под каким-то углом α к направлению потока, приходится делать поправку и на это:

Е = (I / r²) × cos α.

Вспомните – когда вам необходимо максимально ярко осветить поверхность, вы направляете фонарь перпендикулярно к ней. Но если его расположить под углом – освещенность резко упадет, так как свет как будто «размазывается» по поверхности.

  • В-третьих, освещенность конкретного участка зависит еще и от его, так сказать, окружения. Дело в том, что большинство поверхностей не поглощают весь попадающий на них свет, а в значительной степени отражают его. И тем самым сами становятся своеобразными источниками света.
Подсвеченные поверхности потолка или стен сами начинают выступать в роли источников светаПодсвеченные поверхности потолка или стен сами начинают выступать в роли источников света

Вспомним что говорилось в разделе про яркость свечения. Да, действительно, яркость таких подсвеченных участков бывает не особо высока. Но зато излучение идет с приличной площади, и в итоге создается весьма значимый световой поток.

А яркость такой подсвеченной поверхности зависит и от ее освещенности, и от диффузно-отражающей способности, которая имеет отдельное название – альбедо. Чем выше это альбедо, тем ярче свечение. А раз ярче – то и больше изучаемый «вторичный» цветовой поток.

Несколько наглядных примеров отраженного света. Лист белой бумаги при освещённости всего в 50 люкс будет иметь яркость в 15 кд/м². Свечение полной луны (а это, как мы знаем – отраженный от ее поверхности солнечный свет) характеризуется яркостью в 2500 кд/м². А поверхность чистого белого снега в солнечный день достигает яркости до 3000 кд/м². Немало!

Это явление очень широко используется при организации освещения и в дизайнерском оформлении комнат. Выпускаются целые модельные линейки светильников, специально рассчитанных на направленность в сторону стен или потолка, то есть «в работу» по общему освещению помещения включаются именно подсвеченные участки. Этот же эффект применяется при создании многоярусных потолочных конструкций со светодиодной ленточной подсветкой.

Несложно догадаться, что освещенность помещения будет зависеть и от выбранного стиля его отделки. Одна и та же лампочка, скажем, в белой комнате даст куда большую освещенность, чем в выкрашенной в темных тонах.

Так как конечным ожидаемым результатом работы осветительных приборов является создание комфортных и безопасных для здоровья показателей освещения в помещении, именно значение освещенности поверхностей и подлежит регламентации. В законодательных актах (СНиП и СанПиН) указывается, какая освещенность должна достигаться в различных помещениях, в зависимости от их предназначения.

Так, действующим СНиП 23-05-95 в его актуализированной редакции (Свод Правил СП 52.13330.2011 ) указанные следующие нормативные показатели освещенности для жилых домов:

Тип (предназначение) помещенияНормы освещенности в соответствии с действующими СНиП, люкс
Жилые комнаты150
Детские комнаты200
Кабинет, мастерская или библиотека300
Кабинет для выполнения точных чертежных работ500
Кухня150
Душевая, санузел раздельный или совмещенный, ванная комната50
Сауна, раздевалка, бассейн100
Прихожая, коридор, холл50
Вестибюль проходной30
Лестницы и лестничные площадки20
Гардеробная75
Спортивный (тренажерный) зал150
Биллиардная300
Кладовая для колясок или велосипедов30
Технические помещения – котельная, насосная, электрощитовая и т.п.20
Вспомогательные проходы, в том числе на чердаках и в подвалах20
Площадка у основного входа в дом (крыльцо)6
Площадка у запасного или технического входа4
Пешеходная дорожка у входа в дом на протяжении 4 метров4

При этом оценка освещенности должна вестись на горизонтальной плоскости на высоте пола. Для лестниц – как на высоте пола, так и на переходных площадках и ступенях.

Для оценки уровня освещенности применяются специальные приборы – люксметры. Они состоят из фотоприемника со сферической поверхностью датчика, и блока-преобразователя с аналоговой (стрелочной) или цифровой индикацией показаний.

Компактный люксметр – прибор для измерения освещенностиКомпактный люксметр – прибор для измерения освещенности

Понятно, что люксметр – это узкопрофессиональный дорогостоящий прибор, которым пользуются специалисты, и иметь который дома совершенно не требуется. Но разбираться в вопросах основных фотометрических величин – не помешает любому хозяину дома или квартиры.

Зачем? — могут спросить многие. Да хотя бы для того, чтобы суметь самостоятельно спланировать использование тех или иных источников света, чтобы добиться нужной освещённости. Ведь от нее напрямую зависит здоровье и общее настроение всех членов семьи.

О практическом положении этих знаний как раз пойдет речь в следующем разделе публикации.

Цветовая температура

Чтобы закончить разговор об основных характеристиках источников света, необходимо остановиться и на их цветовой температуре.

При совершенно равных показателях излучаемого светового потока одна лампочка может давать тёплый желтоватый цвет, другая – белый нейтральный, а третья, например – светиться холодным оттенком синевы. Как их различить по этому параметру? Для этого разработана специальная шкала цветовой температуры.

Сразу оговоримся – здесь нет никакой связи между температурой воздуха в помещении или температурой нагрева самого источника света. Просто в качестве эталона взято свечение физического тела, разогретого до больших температур.

Любое тело, если его температура выше абсолютного нуля, само по себе является источником инфракрасного излучения. По мере роста температуры, длина волны этого излучения меняется, и в определенный момент доходит до видимого участка спектра.

Это, наблюдал, наверное, каждый – металлический пруток при нагревании сначала краснеет, затем начинает светиться ярко-красным светом, можно его раскалить, как говорят, и «добела». А при выполнении электросварочных работ, когда температура дуги достигает очень высоких показателей, плавящийся метал может приобрести и голубой оттенок.

Именно эта градация и положена в основу шкалы цветовой температуры. Она указывается в Кельвинах – а по шкале можно увидеть, какое свечение будет излучать лампа.

Графических изображений температурной цветовой шкалы – очень много. Например, довольно наглядным видится вот такое.Графических изображений температурной цветовой шкалы – очень много. Например, довольно наглядным видится вот такое.

Эта цветовая температура обычно указывается в маркировке ламп. Иногда она сопровождается и текстовым пояснением, или даже миниатюрной шкалой, показывающей, в какой области видимого спектра будет светиться лампа.

На упаковке лампы или в нанесенной на цоколе или колбе маркировке должна указываться цветовая температура излучаемого света.На упаковке лампы или в нанесенной на цоколе или колбе маркировке должна указываться цветовая температура излучаемого света.

Выбор ламп по их цветовой температуре зависит от того, какую обстановку планируется поддерживать в помещении. Безусловно, здесь будет играть немалую роль и субъективный фактор – то есть предпочтения хозяев. И готовых «рецептов» на этот счет нет. Но в таблице ниже приведен рекомендательный обзор ламп по их свечению. Возможно, это кому-то поможет при выборе.

Цветовая температураЗрительное восприятиеВозможные определения создаваемой атмосферыХарактерные области применения
2700 К Теплый светОткрытая, теплая, дружеская, уютная, расслабляющаяЖилые комнаты, вестибюли гостиниц, небольшие бутики, рестораны, кафе
3000 КБелый светИнтимнаая, дружеская, располагающая к общениюЖилые комнаты, библиотеки, магазины, офисы
3700 КНейтральный светДружеская, располагающая к общению, дающая ощущение безопасности, повышающая внимательностьМузеи и выставочные залы, книжные магазины, офисы
4100 КХолодный светСпособствующая концентрации вниимания, чистая, ясная, продуктивнаяУчебные помещения, конструкторские бюро, офисы, больгицы, крупные магазины, вокзалы
5000 — 6500 КХолодный дневной светТревожная, излишне яркая, подчеркивающае цвета, стерильная, со временем — утомляющая Музеи, ювелирные магазины, некоторые кабинеты в медицинских учреждениях

Проведение самостоятельных расчетов.

Как и было обещано, в этом разделе публикации будет рассмотрен алгоритм проведения расчета освещенности. Точнее, если быть более корректным, расчет имеет как раз обратную направленность. То есть нормальное значение освещенности нам уже известно. И вычисления должны нас привести к результату, сколько ламп и с каким световым потоком потребуется для его обеспечения.

Общая формула для проведения расчетов

Итак, начнем с той формулы, которая будет у нас служить основой расчетов.

Fл = (Ен × Sп × k × q) / (Nc × n × η)

— это световой поток лампы, которую требуется установить в светильник. То есть эта та самая величина, которая поставлена целью проведения вычислений.

Ен — нормативная освещённость поверхностей, в зависимости от типа помещения. Она соответствует параметрам, установленным СНиП и приведенным выше в таблице.то есть отталкиваемся именно от нормативного значения.

Sп — площадь освещаемой поверхности. Обычно здесь фигурирует площадь комнаты, если рассчитывается общее освещение. Но если целью ставится расчет освещенности локального участка (например, рабочей зоны), то подставляется именно площадь этой зоны.

k — корректирующий коэффициент, который часто называют коэффициентом запаса. Его введением учитывается сразу несколько обстоятельств, влияющих на световую отдачу ламп. Во-первых, многие лампы со временем начинают растрачивать свой излучающий потенциал, попросту говоря – тускнеть. Во-вторых, на излучающую способность могут влиять и некоторые внешнее факторы – это запыленность помещения или, скажем, высокая концентрация пара, препятствующая свободному распространению световых лучей.

Коль речь у нас идет о жилых помещениях, где плотный пар стоять не должен, а пыль удаляется регулярными уборками, то вторую группу факторов можно сбросить со счетов. А по постепенной потере излучающей способности коэффициент для разных типов ламп можно принять следующим:

— лампы люминесцентные (газоразрядные): 1.2;

— обычные лампы накаливания и «галогенки»: 1.1;

— лампы светодиодные: 1.0.

q — коэффициент, учитывающий неравномерность свечения некоторых типов ламп. Он принимается равным:

— для ламп накаливания и газоразрядных ртутных ламп: 1.2;

— для компактных люминесцентных ламп накаливания и светодиодных источников света: 1.1.

Переходим к знаменателю дроби.

Nc — количество осветительных приборов, планируемых к установке в помещении или в отдельной зоне, для которой проводится расчет.

n — количество рожков в планируемом к установке светильнике.

Наверное, понятно, что произведение последних двух величин показывает, какое же количество ламп планируется к установке. Например, устанавливается одна пятирожковая люстра. Тогда Nc =1, а n =5. Или планируется осветить помещение двумя приборами, каждый по три лампочки: Nc =2, а n =3, Но если освещение будет осуществляться одним прибором с одной лампой, что обе эти величины будут равны единице.

η — коэффициент использования светового потока. Эта поправочная величина учитывает множество факторов, касающихся как особенностей помещения, так и специфики планируемых к установке осветительных приборов.

Так как именно этот коэффициент пока что остается неизвестной величиной, с него и следует начать проведение расчётов.

Находим коэффициент использования светового потока

Эту величину можно назвать табличной эмпирической. Она зависит и от площади помещения, и от расположения светильника, и от основного направления светового потока, и от отделки поверхностей потока, стен и пола.

Прежде всего для входа в таблицу придется определить так называемый индекс помещений. Он учитывает размеры помещения, причём, именно в соотношении длины и ширины, так как в квадратной комнате и в вытянутой прямоугольной световой поток все же будет распространяться по-разному. И второе – он учитывает высоту расположения светильника над освещаемой поверхностью. Как мы помним – по требования СНиП оценка освещенности ведется по горизонтальной плоскости на уровне пола.

Важно – иногда путают высоту потолка в комнате с высотой установки светильника. А это все же не одно и то же! Например, осветительный прибор может быть закреплён на стене (бра), установлен на стойке или размещен на столе или тумбочке (торшер или настольная лампа), подвешен к потоку на определенном расстоянии от потолочной поверхности (люстра).

Формула, наверное, ни о чем не скажет. Лучше предложим воспользоваться для определения этого индекса помещения онлайн-калькулятором.

Калькулятор для определения индекса помещения.

Перейти к расчётам

Итогом расчетов станет какая-то дробная величина. Ее приводят в ближайшую сторону к следующим значениям: 0,5;  0,6;  0,7;  0,8;  0,9;  1,0;  1,1,  1,25;  1,5;  1,75;  2,0;  2,25;  2,5;  3,0;  3,5;  4,0;  5,0. Почему именно к ним? Да, четно говоря, просто потому, что именно такая градация принята в таблицах, расположенных ниже.

Таблицы для определения коэффициента использования светового потока

Для входа в таблицу необходимо будет еще оценить отражающую способность поверхностей в помещении (помните, говорилось о некотором альбедо, способствующим освещенности или, наоборот, приглушающим ее).

Отражающую способность поверхностей, в зависимости от цвета их отделки, можно принять следующую:

Оттенки интерьерной отделкиКоэффициент отражающей способности
Белый цвет70%
Светлые тона50%
Средние тона30%
Темные тона10%
Черный цвет0%

Для пользования таблицей следует сразу оценить отделку комнаты в порядке: потолок – стена – пол в процентах отражающей способности. Понятно, что здесь придётся проявить определённую сообразительность – с белым и черным цветов ясность есть, а вот с остальным необходимо подумать, отнести их больше к светлым, средним или темным тонам. Но для человека с нормальным восприятием цвета это не должно стать проблемой.

Следующим шагом следует определить тип светильника, планируемого к установке – предложено пять различных вариантов. Именно этот критерий поможет выбрать нужную таблицу. (все таблицы размещены в правом столбце. Изображения «кликабельны», то есть увеличатся до нормального размера при клике мышкой).

Ну и уже по этой выбранной  таблице, на основании всех собранных данных, находится коэффициент.

Просто для примера. Планируется к установке на потолочный поверхности подвесной светильник с плафоном, дающим преимущественное распространение света вниз. Находим устраивающую нас таблицу. Вот она:

Пример определения коэффициента использования светового потока по таблицеПример определения коэффициента использования светового потока по таблице

Проведённым ранее расчётом определили индекс помещения. Допустим, он равен 1.0.

По оценке отделки получаем следующее соотношение – 70% (белый потолок), 30% (темно-бежевые стены, которые можно отнести к средним тонам), 10% (темный, близкий к черному пол).

По этим значениям находим пересечение столбцов и строки (пример показан на иллюстрации), и получаем искомое значение коэффициента использования светового потока, равное 0,30.

Всё, теперь у нас есть уже все данные для проведения окончательного расчета. И для него можно, опять же, воспользоваться встроенным онлайн-калькулятором.

Калькулятор расчёта необходимого светового потока источников света

Перейти к расчётам

Полученное значение показывает, какой должен быть световой поток у ламп, которые обеспечат необходимую норму освещенности в помещении.

*  *  *  *  *  *  *

Что можно добавить напоследок?

  • Если расчет ведётся для какой-то ограниченной зоны, например, для подсветки рабочей области в мастерской или гараже, то и значения площади берутся только для нее. И расположение и тип светильников также – только те, которые будут освещать именно этот участок. То есть исходим из принципа автономности – рабочая зона должна быть нормально освещена даже при полностью выключенном общем освещении. Это же касается и других локальных участков – письменного стола, выделенного места для рукоделия в кресле под торшером и т.п.
  • Нормальная освещенность довольно часто в повседневной жизни выглядит избыточной. Например, человеку просто хочется побыть одному в полумраке, или просто для просмотра телепередач яркий свет не требуется. Значит, можно и нужно предусмотреть зональную дополнительную подсветку (на которую уже не будут распространяться санитарные нормы), или установить диммер, с помощью которого можно изменять излучаемый световой поток осветительных приборов.
  • В публикации уже не раз подчеркивалось, и проведение расчета – тому лишнее подтверждение, что определяющим критерием при выборе ламп для обеспечения требуемой освещенности должен являться именно световой поток. Но про потребляемую мощность тоже забывать не следует.

Дело в том, что многие светильники имеют ограничения по этому параметру. Например, в паспорте изделия указано, что максимальная суммарная мощность не должна превышать 60 ватт. Это может быть вызвано ограниченной термостойкостью пластиковых деталей светильника или малым сечением проводов, проложенных в нем. То есть и потребляемую мощность ламп также следует учитывать. Если же она получается выше допустимого значения, значит, придется подыскивать другой светильник.
Может случиться и так, что расчетный световой поток получился столь высоким, что таких ламп в ассортименте магазинов попросту нет. Значит, планируемое количество источников света — недостаточное. Придется рассматривать варианты с увеличением количества светильников, или же со светильниками с большим количеством рожков.

stroyday.ru

Энергетическая светимость — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Энергети́ческая свети́мость Me{\displaystyle M_{e}} — физическая величина, одна из энергетических фотометрических величин[1]. Характеризует мощность оптического излучения, излучаемого малым участком поверхности единичной площади. Равна отношению потока излучения dΦe{\displaystyle d\Phi _{e}}, испускаемого малым участком поверхности источника излучения, к его площади dS{\displaystyle dS}[1]:

Me=dΦedS.{\displaystyle M_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{dS}}.}

Говорят также, что энергетическая светимость — это поверхностная плотность испускаемого потока излучения.

Численно энергетическая светимость равна среднему по времени модулю составляющей вектора Пойнтинга, перпендикулярной поверхности. Усреднение при этом проводится за время, существенно превосходящее период электромагнитных колебаний.

Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): Вт.м−2.

Испускаемое излучение может возникать в самой поверхности, тогда говорят о самосветящейся поверхности. Другой вариант наблюдается при освещении поверхности извне. В таких случаях некоторая часть падающего потока в результате рассеяния и отражения обязательно возвращается обратно. Тогда выражение для энергетической светимости имеет вид:

Me=(ρ+σ)⋅Ee,{\displaystyle M_{e}=(\rho +\sigma )\cdot E_{e},}

где ρ{\displaystyle \rho } и σ{\displaystyle \sigma } — коэффициент отражения и коэффициент рассеяния поверхности соответственно, а Ee{\displaystyle E_{e}} — её облучённость.

Другие, иногда используемые в литературе, но не предусмотренные ГОСТОм[1] наименования энергетической светимости: — излучательность и интегральная испускательная способность.

Спектральная плотность энергетической светимости[править | править код]

Спектральная плотность энергетической светимости Me,λ(λ){\displaystyle M_{e,\lambda }(\lambda )} — отношение величины энергетической светимости dMe(λ),{\displaystyle dM_{e}(\lambda ),} приходящейся на малый спектральный интервал dλ,{\displaystyle d\lambda ,}, заключённый между λ{\displaystyle \lambda } и λ+dλ{\displaystyle \lambda +d\lambda }, к ширине этого интервала:

Me,λ(λ)=dMe(λ)dλ.{\displaystyle M_{e,\lambda }(\lambda )={\frac {dM_{e}(\lambda )}{d\lambda }}.}

Единицей измерения Me,λ{\displaystyle M_{e,\lambda }} в системе СИ является Вт·м−3. Поскольку длины волн оптического излучения принято измерять в нанометрах, то на практике часто используется Вт·м−2·нм−1.

Иногда в литературе Me,λ{\displaystyle M_{e,\lambda }} именуют спектральной испускательной способностью.

В системе световых фотометрических величин аналогом энергетической светимости является светимость Mv{\displaystyle M_{v}}. По отношению к энергетической светимости светимость является редуцированной фотометрической величиной, получаемой с использованием значений относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения V(λ){\displaystyle V(\lambda )}[2]:

Mv=Km⋅∫380 nm780 nmMe,λ(λ)V(λ)dλ,{\displaystyle M_{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}M_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda ,}

где Km{\displaystyle K_{m}} — максимальная световая эффективность излучения[3], равная в системе СИ 683 лм/Вт[4]. Её численное значение следует непосредственно из определения канделы.

Энергетические фотометрические величины СИ[править | править код]

Сведения о других основных энергетических фотометрических величинах и их световых аналогах приведены в таблице. Обозначения величин даны по ГОСТ 26148—84[1].

Энергетические фотометрические величины СИ

Здесь dS1{\displaystyle dS_{1}} — площадь элемента поверхности источника, dS2{\displaystyle dS_{2}} — площадь элемента поверхности приёмника, ε{\displaystyle \varepsilon } — угол между нормалью к элементу поверхности источника и направлением наблюдения.

ru.wikipedia.org

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о