Kuantiti pencahayaan: fluks bercahaya, keamatan cahaya, pencahayaan, kecerahan, kecerahan

1. Fluks cahaya

Fluks bercahaya — kuasa tenaga pancaran, seperti yang dinilai oleh sensasi cahaya yang dihasilkannya. Tenaga sinaran ditentukan oleh bilangan kuanta yang dipancarkan oleh pemancar ke angkasa. Tenaga sinaran (tenaga sinaran) diukur dalam joule. Jumlah tenaga yang dipancarkan setiap unit masa dipanggil fluks sinaran atau fluks sinaran. Fluks sinaran diukur dalam watt. Fluks bercahaya dilambangkan dengan Fe.

di mana: Qе — tenaga sinaran.

Fluks sinaran dicirikan oleh pengagihan tenaga dalam masa dan ruang.

Dalam kebanyakan kes, apabila mereka bercakap tentang pengagihan fluks sinaran dari masa ke masa, mereka tidak mengambil kira sifat kuantum penampilan sinaran, tetapi memahaminya sebagai fungsi yang memberikan perubahan dalam masa nilai serta-merta daripada fluks sinaran Ф (t). Ini boleh diterima kerana bilangan foton yang dipancarkan oleh sumber per unit masa adalah sangat besar.

Mengikut taburan spektrum fluks sinaran, sumber dibahagikan kepada tiga kelas: dengan spektrum linear, berjalur dan berterusan. Fluks sinaran sumber dengan spektrum linear terdiri daripada fluks monokromatik daripada garisan individu:

di mana: Фλ — fluks sinaran monokromatik; Fe - fluks sinaran.

Untuk sumber spektrum jalur, pelepasan berlaku di kawasan spektrum yang agak luas—jalur dipisahkan antara satu sama lain oleh jurang gelap. Untuk mencirikan taburan spektrum fluks sinaran dengan spektrum berterusan dan berjalur, kuantiti yang dipanggil ketumpatan fluks sinaran spektrum digunakan.

di mana: λ ialah panjang gelombang.

Ketumpatan fluks sinaran spektrum adalah ciri taburan fluks sinaran ke atas spektrum dan adalah sama dengan nisbah fluks asas ΔFeλ sepadan dengan bahagian yang sangat kecil kepada lebar bahagian ini:

Ketumpatan fluks sinaran spektrum diukur dalam watt per nanometer.

Dalam kejuruteraan pencahayaan, di mana mata manusia adalah penerima utama sinaran, konsep fluks bercahaya diperkenalkan untuk menilai tindakan berkesan fluks sinaran. Fluks bercahaya ialah fluks sinaran yang dianggarkan daripada kesannya pada mata, sensitiviti spektrum relatif yang ditentukan oleh lengkung kecekapan spektrum purata yang diluluskan oleh CIE.

Takrif fluks bercahaya berikut juga digunakan dalam teknologi pencahayaan: fluks bercahaya ialah kuasa tenaga cahaya. Unit fluks bercahaya ialah lumen (lm). 1 lm sepadan dengan fluks bercahaya yang dipancarkan pada satu sudut pepejal oleh sumber titik isotropik dengan keamatan bercahaya 1 candela.

Jadual 1.Nilai bercahaya biasa sumber cahaya:

Jenis lampu Tenaga elektrik, W Fluks bercahaya, lm Kecekapan bercahaya lm / w Lampu pijar 100 watt 1360 lm 13.6 lm / W Lampu pendarfluor 58 watt 5400 lm 93 lm / W Lampu natrium tekanan tinggi 100 watt 10000 lm / W 10000 lm rendah lampu natrium tekanan 180 watt 33000 lm 183 lm / W Lampu merkuri tekanan tinggi 1000 watt 58000 lm 58 lm / W Lampu halida logam 2000 watt 190 000 lm 95 lm / W Fluks bercahaya Ф yang jatuh pada tiga komponen diagihkan: oleh badan Фρ diserap oleh Фα dan Фτ yang terlepas... At pengiraan pencahayaan faktor penggunaan: pantulan ρ = Fρ/ F; penyerapan α= Fα/ F; penghantaran τ= Fτ/ Ф.

Jadual 2. Ciri-ciri cahaya bagi sesetengah bahan dan permukaan

Bahan atau permukaan Pekali Pantulan dan kelakuan penghantaran pantulan ρ penyerapan α penghantaran τ kapur 0.85 0.15 — Enamel silikat meresap 0.8 0.2 — Cermin Aluminium meresap 0.85 0.15 — Cermin Kaca Bertunjuk 0.8 0 ,2 — Kaca Frosted Terarah 0.8 0, 5 Kaca susu bio terarah meresap 0,22 0,15 0,63 Kaca silikat opal terarah meresap 0,3 0,1 0,6 Kaca silikat Susu meresap 0, 45 0.15 0.4 Meresap

2. Keamatan cahaya

Pengagihan sinaran dari sumber sebenar di ruang sekeliling tidak seragam.Oleh itu, fluks bercahaya tidak akan menjadi ciri lengkap sumber jika taburan sinaran dalam arah yang berbeza dari ruang sekeliling tidak ditentukan secara serentak.

Untuk mencirikan taburan fluks cahaya, konsep ketumpatan spatial fluks cahaya dalam arah yang berbeza dari ruang sekeliling digunakan. Ketumpatan spatial fluks bercahaya, yang ditentukan oleh nisbah fluks bercahaya kepada sudut pepejal dengan puncak pada titik di mana sumber terletak, di mana fluks ini diedarkan secara seragam, dipanggil keamatan bercahaya:

di mana: Ф - fluks bercahaya; ω - sudut pepejal.

Unit keamatan cahaya ialah candela. 1 cd.

Ini ialah keamatan bercahaya yang dipancarkan secara berserenjang oleh unsur permukaan benda hitam seluas 1:600,000 m2 pada suhu pemejalan platinum.
Unit keamatan cahaya ialah candela, cd ialah salah satu kuantiti utama dalam sistem SI dan sepadan dengan fluks bercahaya 1 lm yang diagihkan secara seragam dalam sudut pepejal 1 steradian (rujuk). Sudut pepejal ialah bahagian ruang yang tertutup dalam permukaan kon. Sudut pepejal ω diukur dengan nisbah kawasan yang dipotong daripada sfera jejari sewenang-wenangnya kepada kuasa dua yang terakhir.

3. Pencahayaan

Pencahayaan ialah jumlah cahaya atau fluks bercahaya yang jatuh pada permukaan unit. Ia dilambangkan dengan huruf E dan diukur dalam lux (lx).

Unit pencahayaan lux, lx, diukur dalam lumen per meter persegi (lm/m2).

Pencahayaan boleh ditakrifkan sebagai ketumpatan fluks cahaya pada permukaan yang diterangi:

Pencahayaan tidak bergantung pada arah perambatan fluks cahaya ke permukaan.

Berikut ialah beberapa penunjuk pencahayaan yang diterima umum:

• Musim panas, sehari di bawah langit tanpa awan — 100,000 lux

• Lampu jalan - 5-30 lux

• Bulan purnama pada malam yang cerah — 0.25 lux

4. Hubungan antara keamatan cahaya (I) dan pencahayaan (E).

Undang-undang kuasa dua songsang

Pencahayaan pada titik tertentu pada permukaan, berserenjang dengan arah perambatan cahaya, ditakrifkan sebagai nisbah keamatan cahaya kepada kuasa dua jarak dari titik ini kepada sumber cahaya. Jika kita mengambil jarak ini sebagai d, maka nisbah ini boleh dinyatakan dengan formula berikut:

Sebagai contoh: jika sumber cahaya memancarkan cahaya dengan kuasa 1200 cd dalam arah yang berserenjang dengan permukaan pada jarak 3 meter dari permukaan ini, maka pencahayaan (Ep) pada titik di mana cahaya mencapai permukaan akan menjadi 1200 /32 = 133 lux. Jika permukaan berada pada jarak 6 m dari sumber cahaya, pencahayaan akan menjadi 1200/62 = 33 lux. Hubungan ini dipanggil undang-undang kuasa dua songsang.

Pencahayaan pada titik tertentu pada permukaan yang tidak berserenjang dengan arah perambatan cahaya adalah sama dengan keamatan cahaya dalam arah titik pengukuran dibahagikan dengan kuasa dua jarak antara sumber cahaya dan titik dalam satah didarab dengan kosinus sudut γ (γ ialah sudut yang dibentuk oleh arah tuju cahaya dan serenjang dengan satah ini).

Oleh itu:

Ini adalah hukum kosinus (Rajah 1.).

nasi. 1. Kepada hukum kosinus

5. Pencahayaan mendatar

Untuk mengira pencahayaan mendatar, disyorkan untuk mengubah suai formula terakhir dengan menggantikan jarak d antara sumber cahaya dan titik ukuran dengan ketinggian h dari sumber cahaya ke permukaan.

Rajah 2:

Kemudian:

Kita mendapatkan:

Formula ini mengira pencahayaan mendatar pada titik pengukuran.

nasi. 2. Pencahayaan mendatar

6. Pencahayaan menegak

Pencahayaan titik P yang sama dalam satah menegak yang berorientasikan kepada sumber cahaya boleh diwakili sebagai fungsi ketinggian (h) sumber cahaya dan sudut tuju (γ) keamatan cahaya (I) (Rajah 3). ).

Kita mendapatkan:

nasi. 3. Pencahayaan menegak

7. Pencahayaan

Untuk mencirikan permukaan yang bercahaya disebabkan oleh fluks cahaya yang melaluinya atau dipantulkan daripadanya, nisbah fluks cahaya yang dipancarkan oleh elemen permukaan kepada luas elemen ini digunakan. Kuantiti ini dipanggil kecerahan:

Untuk permukaan dengan dimensi terhad:

Pencahayaan ialah ketumpatan fluks cahaya yang dipancarkan oleh permukaan cahaya. Unit pencahayaan ialah lumen per meter persegi permukaan cahaya, yang sepadan dengan kawasan seluas 1 m2 yang memancarkan fluks bercahaya 1 lm secara seragam. Dalam kes jumlah sinaran, konsep kecerahan tenaga badan penyinaran (Me) diperkenalkan.

Unit cahaya pancaran ialah W/m2.

Kecerahan dalam kes ini boleh dinyatakan dengan ketumpatan spektrum kecerahan tenaga badan pemancar Meλ (λ)

Untuk penilaian perbandingan, kami membawa kecerahan tenaga ke dalam kecerahan beberapa permukaan:

• Permukaan suria — Me = 6 • 107 W / m2;

• Filamen pijar — Me = 2 • 105 W / m2;

• Permukaan matahari pada puncaknya — M = 3.1 • 109 lm / m2;

• Mentol lampu pendarfluor — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Kecerahan

Kecerahan Kecerahan cahaya yang dipancarkan oleh unit permukaan dalam arah tertentu. Unit ukuran untuk kecerahan ialah candela per meter persegi (cd / m2).

Permukaan itu sendiri boleh memancarkan cahaya, serupa dengan permukaan lampu, atau memantulkan cahaya yang datang dari sumber lain, seperti permukaan jalan.

Permukaan dengan sifat reflektif yang berbeza di bawah pencahayaan yang sama akan mempunyai darjah kecerahan yang berbeza.

Kecerahan yang dipancarkan oleh permukaan dA pada sudut Φ berbanding dengan unjuran permukaan ini adalah sama dengan nisbah keamatan cahaya yang dipancarkan dalam arah tertentu kepada unjuran permukaan pemancar (Rajah 4).

nasi. 4. Kecerahan

Keamatan cahaya dan unjuran permukaan pemancar adalah bebas daripada jarak. Oleh itu, kecerahan juga tidak bergantung pada jarak.

Beberapa contoh praktikal:

• Kecerahan permukaan suria — 2,000,000,000 cd / m2

• Kecerahan lampu pendarfluor — dari 5000 hingga 15000 cd / m2

• Kecerahan permukaan bulan purnama — 2500 cd / m2

• Pencahayaan jalan buatan — 30 lux 2 cd / m2