Dzisiaj opowiemy Ci wszystko o formule oświetlenia dla terenów otwartych i w pomieszczeniach, a także podamy wielkość strumienia świetlnego w różnych okolicznościach.
Świeca i kołowrotek
Przed powszechną elektryfikacją źródłem światła było słońce, księżyc, ogień i świeca. Naukowcom już w XV wieku udało się stworzyć system soczewek poprawiających oświetlenie, ale większość ludzi pracowała i żyła przy świecach.
Niektórzy żałowali, że wydają pieniądze na świece woskowe, albo taki sposób na przedłużenie dnia był po prostu niedostępny. Następnie zastosowali alternatywne paliwa - olej, tłuszcz zwierzęcy, drewno. Na przykład rosyjskie wieśniaczki ze środkowego pasa przez całe życie tkały len przy świetle pochodni. Czytelnik może zapytać: „Dlaczego musiało to być zrobione w nocy?” W końcu współczynnik naturalnego światła w ciągu dnia jest znacznie wyższy. Faktem jest, że w ciągu dnia wieśniaczki miały wiele innych zmartwień. Ponadto proces tkania jest bardzo żmudny i wymaga spokoju ducha. Dla kobiet ważne było, aby nikt nie nadepnął na płótno, aby dzieci nie pomyliły nici, a mężczyźni nie rozpraszali.
Ale z takim życiem jest jedno niebezpieczeństwo: strumień świetlny (formułujemydać trochę niżej) z latarki jest bardzo niski. Oczy napięły się, a kobiety szybko straciły wzrok.
Oświetlenie i nauka
Kiedy pierwszoklasiści idą do szkoły pierwszego września, z podekscytowaniem oczekują cudów. Ujmują je władca, kwiaty, piękny kształt. Interesuje ich, jaki będzie ich nauczyciel, z którym będą siedzieć przy tym samym biurku. A człowiek pamięta te uczucia do końca swojego życia.
Ale dorośli, wysyłając swoje dzieci do szkoły, powinni myśleć o bardziej prozaicznych rzeczach niż zachwyt czy rozczarowanie. Rodzice i nauczyciele troszczą się o wygodę biurka, wielkość sali lekcyjnej, jakość kredy i formułę oświetlenia w pomieszczeniu. Wskaźniki te mają normy dla dzieci w każdym wieku. Dlatego dzieci w wieku szkolnym powinny być wdzięczne, że ludzie z góry przemyśleli nie tylko program nauczania, ale także materialną stronę problemu.
Oświetlenie i praca
Nie bez powodu szkoły przeprowadzają inspekcje, w których stosuje się wzór obliczania oświetlenia sal na zajęcia. Dzieci w wieku dziesięciu lub jedenastu lat nie robią nic poza czytaniem i pisaniem. Potem wieczorem odrabiają lekcje, znowu nie rozstając się z długopisami, zeszytami i podręcznikami. Potem współcześni nastolatkowie również trzymają się różnych ekranów. W rezultacie całe życie ucznia wiąże się z obciążeniem wzroku. Ale szkoła to dopiero początek życia. Co więcej, wszyscy ci ludzie czekają na studia i pracę.
Każdy rodzaj pracy wymaga własnego strumienia świetlnego. Formuła obliczeniowa zawsze uwzględnia, żeosoba robi 8 godzin dziennie. Na przykład zegarmistrz lub jubiler musi wziąć pod uwagę najdrobniejsze szczegóły i odcienie kolorów. Dlatego miejsce pracy osób wykonujących ten zawód wymaga dużych i jasnych lamp. Wręcz przeciwnie, botanik, który bada rośliny lasu deszczowego, musi stale przebywać w półmroku. Storczyki i bromeliady są przyzwyczajone do tego, że wyższa kondygnacja drzew pochłania prawie całe światło słoneczne.
Formuła
Przechodzimy bezpośrednio do formuły iluminacji. Jej wyrażenie matematyczne wygląda tak:
Eυ=dΦυ / dσ.
Przyjrzyjmy się bliżej wyrażeniu. Oczywiście Eυ to oświetlenie, następnie Φυ to strumień świetlny, a σ to niewielka jednostka powierzchni, na którą pada strumień. Widać, że E jest wartością całkowitą. Oznacza to, że brane są pod uwagę bardzo małe segmenty i kawałki. Oznacza to, że naukowcy podsumowują oświetlenie wszystkich tych małych obszarów, aby uzyskać ostateczny wynik. Jednostką oświetlenia jest luks. Fizyczne znaczenie jednego luksa to taki strumień świetlny, dla którego na metr kwadratowy przypada jeden lumen. Lumen z kolei to bardzo specyficzna wartość. Oznacza strumień świetlny emitowany przez punktowe źródło izotropowe (stąd światło monochromatyczne). Natężenie światła tego źródła jest równe jednej kandeli na kąt bryłowy jednego steradianu. Jednostka oświetlenia to złożona wartość, która obejmuje pojęcie „kandeli”. Fizyczne znaczenie ostatniej definicji jest następujące: natężenie światła w znanym kierunku ze źródła, któreemituje promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 540 1012 Hz (długość fali leży w zakresie widzialnym widma), a energochłonność światła wynosi 1/683 W/sr.
Koncepcje oświetlenia
Oczywiście wszystkie te koncepcje na pierwszy rzut oka wyglądają jak kulisty koń w próżni. Takie źródła nie istnieją w naturze. A uważny czytelnik z pewnością zada sobie pytanie: „Dlaczego jest to konieczne?” Ale fizycy mają potrzebę porównania. Dlatego muszą wprowadzić pewne normy, którymi muszą się kierować. Formuła iluminacji jest prosta, ale wiele może być niejasnych. Rozbijmy to.
Indeks "υ"
Indeks υ oznacza, że wartość nie jest do końca fotometryczna. A to dlatego, że ludzkie możliwości są ograniczone. Na przykład oko odbiera tylko widzialne widmo promieniowania elektromagnetycznego. Ponadto ludzie znacznie lepiej widzą środkową część tej skali (odnosi się do koloru zielonego) niż obszary marginalne (czerwony i fioletowy). Oznacza to, że w rzeczywistości osoba nie dostrzega 100% fotonów w kolorze żółtym lub niebieskim. Jednocześnie istnieją urządzenia pozbawione takiego błędu. Zmniejszone wartości, na których działa formuła natężenia oświetlenia (na przykład strumień świetlny) i które są oznaczone grecką literą „υ”, są korygowane pod kątem ludzkiego wzroku.
Generator promieniowania monochromatycznego
U podstaw, jak wspomniano powyżej, jest liczba fotonów o określonej długościfale emitowane w określonym kierunku w jednostce czasu. Nawet najbardziej monochromatyczny laser ma pewien rozkład długości fal. I na pewno musi być na czymś. Oznacza to, że fotony nie są emitowane we wszystkich kierunkach. Ale w formule jest coś takiego jak „punktowe źródło światła”. To kolejny model mający na celu ujednolicenie pewnej wartości. I nie można tak nazwać ani jednego obiektu wszechświata. Tak więc punktowe źródło światła to generator fotonów, który emituje taką samą liczbę kwantów pola elektromagnetycznego we wszystkich kierunkach, jego rozmiar jest równy punktowi matematycznemu. Jest jednak jeden trik, który może uczynić prawdziwy obiekt źródłem punktowym: jeśli odległość, na jaką docierają fotony, jest bardzo duża w porównaniu z rozmiarem generatora. Zatem nasza gwiazda centralna, Słońce, jest dyskiem, ale odległe gwiazdy są punktami.
Altana, dobrze, park
Z pewnością uważny czytelnik zauważył, co następuje: w jasny, słoneczny dzień otwarta przestrzeń wydaje się znacznie bardziej oświetlona niż polana lub trawnik zamknięty z jednej strony. Dlatego wybrzeże jest tak kuszące: zawsze jest tam słonecznie i ciepło. Ale nawet duża polana w lesie jest ciemniejsza i zimniejsza. A płytka studnia jest słabo oświetlona w najjaśniejszy dzień. Dzieje się tak, ponieważ jeśli dana osoba widzi tylko część nieba, do jego oka dociera mniej fotonów. Współczynnik naturalnego oświetlenia oblicza się jako stosunek strumienia światła z całego nieba do widocznego obszaru.
Okrąg, owal, kąt
Wszystkie tepojęcia są związane z geometrią. Ale teraz porozmawiamy o zjawisku, które jest bezpośrednio związane ze wzorem na oświetlenie, a co za tym idzie, z fizyką. Do tej pory zakładano, że światło pada na powierzchnię prostopadle, ściśle w dół. To oczywiście również przybliżenie. W tych warunkach odległość od źródła światła oznacza spadek natężenia oświetlenia proporcjonalnie do kwadratu odległości. Tak więc gwiazdy, które człowiek widzi na niebie gołym okiem, albo znajdują się niedaleko nas (wszystkie należą do galaktyki Drogi Mlecznej), albo są bardzo jasne. Ale jeśli światło pada na powierzchnię pod kątem, sytuacja wygląda inaczej.
Pomyśl o latarce. Daje okrągłą plamkę światła, gdy jest skierowana ściśle prostopadle do ściany. Jeśli go przechylisz, plamka zmieni kształt na owal. Jak wiadomo z geometrii, owal ma większą powierzchnię. A skoro latarka jest wciąż taka sama, to znaczy, że natężenie światła jest takie samo, ale jest niejako „rozmazane” na dużej powierzchni. Natężenie światła zależy od kąta padania zgodnie z prawem cosinusa.
Wiosna, zima, jesień
Tytuł brzmi jak tytuł pięknego filmu. Ale obecność pór roku zależy bezpośrednio od kąta, pod jakim światło pada w najwyższym punkcie na powierzchni planety. I w tej chwili nie chodzi tylko o Ziemię. Pory roku istnieją na każdym obiekcie w Układzie Słonecznym, którego oś obrotu jest nachylona względem ekliptyki (na przykład na Marsie). Czytelnik zapewne już się domyślił: im większy kąt nachylenia, tym mniej fotonów na kilometr kwadratowy powierzchni na sekundę. Abysezon będzie chłodniejszy. W momencie największego odchylenia planety na półkuli panuje zima, w momencie najmniej – lato.
Liczby i fakty
Aby nie być bezpodstawnym, oto kilka danych. Ostrzegamy: wszystkie są uśrednione i nie nadają się do rozwiązywania konkretnych problemów. Ponadto istnieją katalogi oświetlenia powierzchni według różnych typów źródeł. Lepiej odwoływać się do nich podczas wykonywania obliczeń.
- W odległości od Słońca do dowolnego punktu w przestrzeni, która jest w przybliżeniu równa odległości do Ziemi, natężenie oświetlenia wynosi sto trzydzieści pięć tysięcy luksów.
- Nasza planeta ma atmosferę, która pochłania część promieniowania. Dlatego powierzchnia ziemi jest oświetlona maksymalnie sto tysięcy luksów.
- Letnie średnie szerokości geograficzne są oświetlone w południe przez siedemnaście tysięcy luksów przy bezchmurnej pogodzie i piętnaście tysięcy luksów przy pochmurnej pogodzie.
- W noc pełni księżyca oświetlenie wynosi dwie dziesiąte luksa. Światło gwiazd w bezksiężycową noc to tylko jedna lub dwie tysięczne luksa.
- Przeczytanie książki wymaga co najmniej trzydziestu do pięćdziesięciu luksów oświetlenia.
- Gdy dana osoba ogląda film w kinie, strumień świetlny wynosi około stu luksów. Najciemniejsze sceny będą miały wskaźnik osiemdziesięciu luksów, a obraz jasnego, słonecznego dnia „przyciągnie” sto dwadzieścia.
- Zachód słońca lub wschód słońca nad morzem zapewni oświetlenie około tysiąca luksów. Jednocześnie na głębokości pięćdziesięciu metrów oświetlenie wyniesie około 20 luksów. Woda bardzo dobrze pochłania światło słoneczne.
