Світловий потік і світлова енергія
Світловий потік Ф - потужність світлової енергії Q. тобто видимого випромінювання, що оцінюється по світловому відчуттю, яке воно виробляє на середній людське око. Ефективна величина світлового потоку вимірюється в люменах:
Згідно зі стандартами Міжнародної комісії з освітлення (МКО) світловий потік визначається дією на селективний приймач, спектральна чутливість якого нормалізована функціями відносної спектральної світлової ефективності випромінювання (монохроматичного): V () - для денного зору (в умовах яскравості і адаптації L 10 кд /) і - для нічного зору (L 0,01 кд /).
Один люмен (лм) чисельно дорівнює світловому потоку, що випромінюється в одиничному тілесному куті (стерадіан) равноінтенсівним (рівномірним) точковим джерелом з силою світла в одну Кандела (кд).
Мірою тілесного кута з вершиною в центрі сфери є відношення площі сферичної поверхні dA, на яку він спирається, до квадрату радіуса сфери r. За одиницю тілесного кута - стерадіан (ср) прийнятий центральний тілесний кут, вирізує ділянку сфери, площа якого дорівнює квадрату його радіуса.
Встановлено, що 1 Вт потоку монохроматичного випромінювання з довжиною хвилі = 0,555 мкм дорівнює 680 лм світлового потоку. Отже, максимальне значення спектральної світлової ефективності чисельно дорівнює (max = 680 лм / Вт. Таким чином, світловий потік складного випромінювання: і. Де n - число ліній в спектрі; V () - відносна світлова ефективність монохроматичноговипромінювання; 680 і 680 - світловий потік монохроматичноговипромінювання з довжиною хвилі.
Світлова ефективність До випромінювання (лм / Вт) з заданим спектральним складом визначається відношенням світлового потоку до відповідного потоку випромінювання:
Відносна світлова ефективність V складного випромінювання дорівнює
Світлова віддача (лм / Вт) джерела світла визначається відношенням світлового потоку і потужності джерела світла:
Світлова енергія випромінювання визначається твором світлового потоку на час його дії при Ф = const. Q = Фt; при Ф (t) = var Q =. де Ф (t) - миттєве значення світлового потоку. Одиниця світлової енергії - люмен секунда (лм · с).
Стосовно до імпульсних джерел світлову енергію називають светосумми. Світлову енергію імпульсного джерела випромінювання з змінним у часі світловим потоком - светосилу, лм · с визначають за час спалаху t:
Світлову віддачу спалаху (лм / Вт) прийнято визначати відношенням світлової енергії імпульсу до енергії, запасеної в конденсаторі,
. де с - ємність живильного конденсатора,
- напруга на конденсаторі на початку спалаху.
Сила світла I - це просторова щільність світлового потоку в заданому напрямку: а) для складного випромінювання I =,
б) для монохроматичного. де dФ - світловий потік; d - тілесний кут (стерадіан - ср).
Одиниця сили світла - кандела (candela) - сила світла, випромінюваного в перпендикулярному напрямку 1 / (поверхні чорного тіла при температурі затвердіння платини (Т = 2045 К) і тиску 101. 325 Паскаля (Па) 1КД = 1ЛМ · ср -1.
Просторова щільність світлового потоку, як правило, неоднакова по різних напрямках простору, тому значення сили світла визначається напрямом. Для джерел світла з симетричним світлорозподілом все значення сили світла в будь-якому напрямку кута до осі симетрії джерела однакові. Отже, так само як сила випромінювання, сила світла симетричного джерела однозначно визначається і індексується кутом. Сила світла несиметричного джерела світла визначається кутами
Розподіл в просторі потоку випромінювання точкового джерела однозначно визначається його фотометрическим тілом - частиною простору, обмеженого поверхнею, проведеної через кінці радіус-векторів сили випромінювання.
Светораспределение будь-якого круглосімметрічним СП можна провести по одній меридиального КСС, а для симетричних СП необхідно мати сімейство меридіальних КСС для різних меридіальних площин, число яких вибирається виходячи з форми фотометричного тіла.
Для СП з двома площинами симетрії (для світильників з лінійними лампами і прожекторів) зазвичай обмежуються КСС тільки в двох головних площинах - поздовжньої і поперечної (рис. П5-1). Однак часто необхідно знати КСС СП не тільки в нижній, а й у верхній півсфері простору.
За светораспределению СП в залежності від співвідношення світлового потоку Ф. направляється в нижню півсферу, і повного світлового потоку світильника ФСВ поділяються на п'ять класів П, Н, Р, В, О (табл. 1).
КСС СП зазначених класів в залежності від форми КСС поділяються на кілька типів К, Г, Д, Л, Ш, М, С (див. Рис. П5-1).
Клас світильника по светораспределению
Характер розподілу світла
Перетин фотометричного тіла площиною, що проходить через початок координат (через точкове джерело), визначає криву сили світла (КСС) джерела випромінювання для даної площини перетину. Якщо фотометрическое тіло має вісь симетрії, джерело випромінювання характеризують КСС в поздовжній площині.
Світловий потік джерела світла визначається по КСС, якщо фотометрическое тіло має вісь симетрії. Якщо КСС задана графіком або таблицею, розрахункова формула світлового потоку джерела визначається виразом:
Ф =. де - середнє значення сили світла в заданому
Зразкові графіки КСС несиметричних джерел світла показані на рис. П5-1 в декартовій (а) і полярної (б) системах координат.
Ріс.П5-2. Графіки КСС несиметричних джерел світла
Освітленість - це щільність світлового потоку по поверхні, що освітлюється, що визначається в залежності від виду випромінювання за формулами:
а) для складного випромінювання Е =. або Е = 680;
б) для монохроматичноговипромінювання. або. де - спектральна щільність опромінення (Вт /); d - площа освітлюваної поверхні.
Одиницею освітленості - люкс (лк) прийнято вважати освітленість, створювану світловим потоком в 1 люмен (лм), рівномірно розподіленим по поверхні, площа якої дорівнює одному квадратному метру:
Світлову енергію, яка впала на одиницю площі поверхні освітлюваного тіла, називають експозицією (кількістю освітлення) Н і визначають шляхом інтегрування миттєвого значення освітленості:
. де E (t) - миттєве значення освітленості.
В окремому випадку при E (t) = const отримаємо H = Et, (лк · с).
Експозицією визначають міру реакції приймача в усіх фотохімічних процесах, в яких число молекул, що вступають в реакцію, визначається не тільки щільністю ефективного потоку по опромінюваної поверхні, але також і тривалістю процесу.
Яскравість поверхні L виражається або через силу світла взаданном напрямку або через світловий потік:. або. де - світловий потік в межах тілесного кута випромінюється елементарним ділянкою dA поверхні випромінювача; cos dA - площа проекції елементарного випромінювача dA на площину, перпендикулярну осі тілесного кута.
З виразу для слід, що яскравість будь-якого елементарного ділянки світловий поверхні визначається співвідношенням сили світла випромінює елемента dA до площі його проекції cos dA на площину, перпендикулярну заданому напрямку Яскравість об'єкта спостереження визначає рівень зорового відчуття.
Світність поверхні М - це щільність випромінюваного (відображається) світлового потоку по площі поверхні випромінюючого (відображає) тіла:
де - спектральна щільність енергетичної світності випромінюючої поверхні; - яскравість випромінює (відбиває) поверхні; Одиниця світності - лм / м 2. Світність можна також характеризувати щільністю світлового потоку, відбитого від дифузійної поверхні і пройшов через розсіюють матеріали (молочне і матоване скло, пластмаси) відповідно до виразами:
а) для відбитого випромінювання;
б) для випромінювання, що пройшов через розсіюють матеріали,
де # 961; - коефіцієнт відбиття; # 964; - коефіцієнт пропускання.
Двоїстість световоспрінімающая апарату очі, а також відмінність спектральної чутливості паличок і колбочок призводять до зміни спектральної і інтегральної чутливості очі в функції рівня яскравості і спектра випромінювання, як це показано на рис. 7. Ці процеси називають яркостной і колірної адаптацією.
Адаптація - це пристосування зорового апарату до заданої яскравості і кольоровості поля зору шляхом регулювання концентрації молекул родопсину і іодопсін в паличках і колбочках, а також перебудова рецептивних полів і екранування сітківки пігментом при високих яркостях.
Функції спектральної світлової ефективності випромінювання V (для кожного рівня яскравості на інтервалі кд / м 2 визначається рівнем адаптації ока. Наявність ефекту неоднакового зорового відчуття разноспектральних випромінювань при однаковій їх яскравості кд / м 2 привело до введення поняття еквівалентної яскравості випромінювання заданого спектрального складу, яка визначається як яскравість равносветлого оптично складного випромінювання обумовленого спектрального складу з колірною температурою (ріс.П5-3).
Мал. П5-3. Графіки відносної Рис. П5-4. графіки еквівалентної
спектральної світлової ефективності. яскравості.
З графіків ріс.П5-4 видно, що при еквівалентні яскравості синього і червоного випромінювань розрізняються більш ніж на порядок.
еквівалентна яскравість випромінювання Lек визначається за формулою:
. де к = 680 - функція спектрального складу еталонного випромінювання та; в умовах денного зору до = 680. - спектральна щільність енергетичної яскравості
Для визначення методом наближення спочатку визначають по заданій яскравості іспектральному складу випромінювання, а також різних співвідношень часткою потоку випромінювання h в червоною, зеленою і синьою зонах видимого спектру і при різних значеннях коефіцієнтів.
де - потоки випромінювань у синій, зеленою і червоною зонах спектра заданого випромінювання. Сумарний потік випромінювання визначається сумою елементарних потоків.