Aydınlatma miktarları: ışık akısı, ışık yoğunluğu, aydınlatma, parlaklık, parlaklık

1. Işık akısı

Işık akısı — ürettiği ışık hissi ile değerlendirilen ışıma enerjisinin gücü. Radyant enerji, yayıcı tarafından uzaya yayılan kuantum sayısı ile belirlenir. Radyant enerji (radyant enerji) joule cinsinden ölçülür. Birim zamanda yayılan enerji miktarına radyan akı veya radyan akı denir. Radyant akı watt cinsinden ölçülür. Işık akısı Fe ile gösterilir.

burada: Qе — radyasyon enerjisi.

Radyasyon akısı, zaman ve uzayda bir enerji dağılımı ile karakterize edilir.

Çoğu durumda, radyasyon akısının zaman içindeki dağılımı hakkında konuştuklarında, radyasyonun görünümünün kuantum doğasını hesaba katmazlar, ancak bunu anlık değerlerin zaman içindeki değişimini veren bir fonksiyon olarak anlarlar. radyasyon akısı Ф (t). Bu kabul edilebilir bir durumdur çünkü kaynak tarafından birim zamanda yayılan foton sayısı çok fazladır.

Radyasyon akısının spektral dağılımına göre kaynaklar üç sınıfa ayrılır: doğrusal, çizgili ve sürekli spektrumlu. Doğrusal bir spektruma sahip bir kaynağın radyasyon akısı, ayrı hatlardan gelen monokromatik akılardan oluşur:

burada: Фλ — monokromatik radyasyon akısı; Fe — radyasyon akısı.

Bant spektrumlu kaynaklar için, emisyon oldukça geniş spektral bölgelerde meydana gelir - birbirinden karanlık boşluklarla ayrılan bantlar. Radyasyon akısının spektral dağılımını sürekli ve bantlı spektrumlarla karakterize etmek için spektral radyasyon akı yoğunluğu adı verilen bir miktar kullanılır.

burada: λ dalga boyudur.

Spektral radyasyon akısının yoğunluğu, radyasyon akısının spektrum üzerindeki dağılımının bir özelliğidir ve sonsuz küçük bir bölüme karşılık gelen temel akı ΔFeλ'nın bu bölümün genişliğine oranına eşittir:

Spektral radyasyon akı yoğunluğu, nanometre başına watt cinsinden ölçülür.

İnsan gözünün radyasyonun ana alıcısı olduğu aydınlatma mühendisliğinde, radyasyon akısının etkili etkisini değerlendirmek için ışık akısı kavramı tanıtılır. Işık akısı, göreli spektral hassasiyeti CIE tarafından onaylanan ortalama spektral verimlilik eğrisi ile belirlenen, göz üzerindeki etkisinden tahmin edilen radyasyon akısıdır.

Aşağıdaki ışık akısı tanımı aydınlatma teknolojisinde de kullanılmaktadır: ışık akısı, ışık enerjisinin gücüdür. Işık akısının birimi lümendir (lm). 1 lm, 1 kandela ışık yoğunluğuna sahip izotropik bir nokta kaynağı tarafından tek bir katı açıda yayılan ışık akısına karşılık gelir.

Tablo 1.Işık kaynaklarının tipik ışık değerleri:

Lamba türleri Elektrik enerjisi, W Işık akısı, lm Işık verimi lm / w Akkor lamba 100 watt 1360 lm 13,6 lm / W Floresan lamba 58 watt 5400 lm 93 lm / W Yüksek basınçlı sodyum lamba 100 watt 10000 lm 100 lm / W Düşük basınçlı sodyum lamba 180 watt 33000 lm 183 lm / W Yüksek basınçlı cıvalı lamba 1000 watt 58000 lm 58 lm / W Metal halide lamba 2000 watt 190 000 lm 95 lm / W Gövde üzerine düşen ışık akısı Ф üç bileşene dağılır: yansıtılan Фρ vücut tarafından Фα tarafından emilir ve kaçırılan Фτ... At aydınlatma hesaplamaları kullanım faktörleri: yansımalar ρ = Fρ/ F; absorpsiyon α= Fα/ F; iletim τ= Fτ/ Ф.

Tablo 2. Bazı malzeme ve yüzeylerin ışık özellikleri

Malzemeler veya yüzeyler Katsayılar Yansıma ve iletim davranışı yansıma ρ soğurma α iletimi τ tebeşir 0,85 0,15 — Yayılmış Silikat emaye 0,8 0,2 — Yayılmış Alüminyum ayna 0,85 0,15 — Sivri Cam ayna 0,8 0 ,2 — Yönlendirilmiş Buzlu cam 0,1 0,5 0,4 Yayılma yönlü Biyo süt camı 0,22 0,15 0,63 Yayılma yönlü Opal silikat cam 0,3 0,1 0,6 Yayılma Süt silikat camı 0, 45 0,15 0,4 Yayılma

2. Işık yoğunluğu

Gerçek bir kaynaktan gelen radyasyonun çevredeki boşluktaki dağılımı tekdüze değildir.Bu nedenle, çevreleyen alanın farklı yönlerindeki radyasyon dağılımı aynı anda belirlenmezse, ışık akısı kaynağın kapsamlı bir özelliği olmayacaktır.

Işık akısının dağılımını karakterize etmek için, çevreleyen alanın farklı yönlerinde ışık akısının uzamsal yoğunluğu kavramı kullanılır. Işık akısının, kaynağın bulunduğu noktada tepe ile katı açıya oranı ile belirlenen ve bu akıya eşit olarak dağılmış olan ışık akısının uzamsal yoğunluğuna ışık yoğunluğu denir:

burada: F — ışık akısı; ω — katı açı.

Işık yoğunluğunun birimi kandeladır. 1 cd

Bu, platinin katılaşma sıcaklığında 1:600.000 m2 alana sahip bir kara cisim yüzey elemanı tarafından dikey olarak yayılan ışık şiddetidir.
Işık yoğunluğunun birimi kandeladır, cd SI sistemindeki ana niceliklerden biridir ve 1 steradyan katı açıda düzgün dağılmış 1 lm'lik bir ışık akısına karşılık gelir (cf.). Katı bir açı, konik bir yüzeyle çevrelenmiş uzay kısmıdır. Rastgele yarıçaplı bir küreden kestiği alanın ikincisinin karesine oranıyla ölçülen katı bir ω açısı.

3. Aydınlatma

Aydınlatma, birim yüzeye düşen ışık veya ışık akısı miktarıdır. E harfi ile gösterilir ve lüks (lx) cinsinden ölçülür.

Aydınlatma birimi lux, lx, metrekare başına lümen (lm/m2) olarak ölçülür.

Aydınlatma, aydınlatılan yüzeydeki ışık akısının yoğunluğu olarak tanımlanabilir:

Aydınlatma, ışık akısının yüzeye yayılma yönüne bağlı değildir.

Yaygın olarak kabul edilen bazı parlaklık göstergeleri şunlardır:

• Yaz, bulutsuz bir gökyüzü altında bir gün — 100.000 lux

• Sokak aydınlatması — 5-30 lüks

• Bulutsuz bir gecede dolunay — 0,25 lux

4. Işık yoğunluğu (I) ile aydınlatma (E) arasındaki ilişki.

Ters kare kanunu

Işığın yayılma yönüne dik olarak yüzeyde belirli bir noktada aydınlatma, ışık yoğunluğunun bu noktadan ışık kaynağına olan uzaklığın karesine oranı olarak tanımlanır. Bu mesafeyi d olarak alırsak, bu oran aşağıdaki formülle ifade edilebilir:

Örneğin bir ışık kaynağı bu yüzeyden 3 metre uzaklıkta yüzeye dik yönde 1200 cd gücünde ışık yayarsa, ışığın yüzeye ulaştığı noktadaki aydınlatma (Ep) 1200 olur. /32 = 133 lüks. Yüzey ışık kaynağından 6 m uzaklıkta ise aydınlatma 1200/62 = 33 lux olacaktır. Bu ilişki ters kare yasası olarak adlandırılır.

Işık yayılma yönüne dik olmayan bir yüzey üzerinde belirli bir noktadaki aydınlatma, ölçüm noktası yönündeki ışık yoğunluğunun, ışık kaynağı ile düzlemdeki bir nokta arasındaki mesafenin karesine bölünmesiyle çarpımına eşittir. γ açısının kosinüsü (γ, ışığın geliş yönünün oluşturduğu açı ve bu düzleme dik açıdır).

Öyleyse:

Bu kosinüs yasasıdır (Şekil 1.).

Pirinç. 1. Kosinüs yasasına göre

5. Yatay aydınlatma

Yatay aydınlatmayı hesaplamak için, ışık kaynağı ile ölçüm noktası arasındaki d mesafesini ışık kaynağından yüzeye olan h yüksekliğiyle değiştirerek son formülü değiştirmeniz önerilir.

Şekil 2:

Daha sonra:

Biz:

Bu formül, ölçüm noktasındaki yatay aydınlatmayı hesaplar.

Pirinç. 2. Yatay aydınlatma

6. Dikey aydınlatma

Aynı P noktasının ışık kaynağına yönelik dikey bir düzlemde aydınlatılması, ışık kaynağının yüksekliğinin (h) ve ışık yoğunluğunun (I) geliş açısının (γ) bir fonksiyonu olarak temsil edilebilir (Şekil 3). ) .

Biz:

Pirinç. 3. Dikey aydınlatma

7. Aydınlatma

İçlerinden geçen veya yansıyan ışık akısı nedeniyle parıldayan yüzeyleri karakterize etmek için, yüzey elemanının yaydığı ışık akısının bu elemanın alanına oranı kullanılır. Bu miktar parlaklık olarak adlandırılır:

Sınırlı boyutlara sahip yüzeyler için:

Aydınlık, ışık yüzeyi tarafından yayılan ışık akısının yoğunluğudur. Aydınlık birimi, eşit olarak 1 lm'lik bir ışık akısı yayan 1 m2'lik bir alana karşılık gelen, ışık yüzeyinin metrekare başına lümendir. Toplam radyasyon durumunda, yayılan cismin (Me) enerji parlaklığı kavramı tanıtılır.

Işıma yapan ışığın birimi W/m2'dir.

Bu durumda parlaklık, yayan cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğu ile ifade edilebilir Meλ (λ)

Karşılaştırmalı bir değerlendirme için, enerji parlaklıklarını bazı yüzeylerin parlaklıklarına getiriyoruz:

• Güneş yüzeyi — Me = 6 • 107 W/m2;

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

• Güneşin zirvesindeki yüzeyi — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Floresan ampul — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Parlaklık

Parlaklık Bir yüzey birimi tarafından belirli bir yönde yayılan ışığın parlaklığı. Parlaklık için ölçü birimi metrekare başına kandeladır (cd / m2).

Yüzeyin kendisi, bir lambanın yüzeyine benzer şekilde ışık yayabilir veya yol yüzeyi gibi başka bir kaynaktan gelen ışığı yansıtabilir.

Aynı aydınlatma altında farklı yansıtma özelliklerine sahip yüzeyler, farklı parlaklık derecelerine sahip olacaktır.

dA yüzeyi tarafından bu yüzeyin izdüşümüne göre Φ açısında yayılan parlaklık, belirli bir yönde yayılan ışığın yoğunluğunun yayan yüzeyin izdüşümüne oranına eşittir (Şekil 4).

Pirinç. 4. Parlaklık

Işığın yoğunluğu ve yayan yüzeyin izdüşümü mesafeden bağımsızdır. Bu nedenle, parlaklık da mesafeye bağlı değildir.

Bazı pratik örnekler:

• Güneş yüzeyinin parlaklığı — 2.000.000.000 cd/m2

• Floresan lambaların parlaklığı — 5000 ila 15000 cd/m2

• Dolunayın yüzey parlaklığı — 2500 cd/m2

• Yapay yol aydınlatması — 30 lux 2 cd/m2