Светотехника как область науки и техники

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Основные светотехнические величины

2. Сила света

3. Освещенность

4. Отношение между силой света (I) и освещенностью (Е). Закон обратных квадратов

5. Горизонтальная освещенность

6. Вертикальная освещенность

7. Светимость

8. Яркость

Список используемой литературы



Введение

Светотехника -- область науки и техники, предметом которой являются исследование принципов и разработка способов генерирования, пространственного перераспределения и измерения характеристик оптического излучения, а также преобразование его энергии в другие виды энергии и использование в различных целях. Светотехника включает в себя также конструкторскую и технологическую разработку источников излучения и систем управления ими, осветительных, облучательных и светосигнальных приборов, устройств и установок, нормирование, проектирование, монтаж и эксплуатацию светотехнических установок.



1. Основные светотехнические величины

Основными светотехническими величинами являются:

1. Световой поток -- мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею световому ощущению. Энергия излучения определяется количеством квантов, которые излучаются излучателем в пространство. Энергию излучения (лучистую энергию) измеряют в джоулях. Количество энергии, излучающейся в единицу времени называется потоком излучения или лучистым потоком. Измеряется поток излучения в ваттах. Световой поток обозначается Фе.

где: Qе - энергия излучения.

Поток излучения характеризуется распределением энергии во времени и в пространстве.

В большинстве случаев, когда говорят о распределении потока излучения во времени, не учитывают квантового характера возникновения излучения, а понимают под этим функцию, дающую изменение во времени мгновенных значений потока излучения Ф(t). Это допустимо, поскольку число фотонов, излучаемых источником в единицу времени, очень велико.

По спектральному распределению потока излучения источники разбивают на три класса: с линейчатым, полосатым и сплошным спектрами. Поток излучения источника с линейчатым спектром состоит из монохроматических потоков отдельных линий:

где: Фл -- монохроматический поток излучения; Фе - поток излучения.

У источников с полосатым спектром, излучение происходит в пределах достаточно широких участков спектра - полос, отделенных одна от другой темными промежутками. Для характеристики спектрального распределения потока излучения со сплошным и полосатым спектрами пользуются величиной, которая называется спектральной плотностью потока излучения

где: л -- длина волны.

Спектральная плотность потока излучения - это характеристика распределения лучистого потока по спектру и равняется отношению элементарного потока ДФeл соответствующего бесконечно малому участку, к ширине этого участка:

Спектральная плотность потока излучения измеряется в ваттах на нанометр.

В светотехнике, где основным приемником излучения является глаз человека, для оценки эффективного действия потока излучения, вводится понятие светового потока. Световой поток - это поток излучения, оценивающийся его действием на глаз, относительная спектральная чувствительность которого определяется усредненной кривой спектральной эффективности, утвержденной МКО.

В светотехнике используется и такое определение светового потока: световой поток - это мощность световой энергии. Единица светового потока - люмен (лм). 1лм соответствует световому потоку, излучаемому в единичном телесном угле точечным изотропным источником с силой света 1 кандела.

Таблица 1. Типичные световые величины источников света:

Типы ламп	Электрическая энергия, Вт	Световой поток, лм	Световая отдача лм/вт
Лампа накаливания	100 Вт	1360 лм	13,6 лм/Вт
Люминесцентная лампа	58 Вт	5400 лм	93 лм/Вт
Натриевая лампа высокого давления	100 Вт	10000 лм	100 лм/Вт
Натриевая лампа низкого давления	180 Вт	33000 лм	183 лм/Вт
Ртутная лампа высокого давления	1000 Вт	58000 лм	58 лм/Вт
Металлогалогенная лампа	2000 Вт	190000 лм	95 лм/Вт

Световой поток Ф, падая на тело, распределяется на три составные части: отраженную телом Фс, поглощенную Фб и пропущенную Фф. При светотехнических расчетах используют коэффициенты: отражения с = Фс/Ф; поглощения б=Фб/Ф; пропускания ф=Фф/Ф.

Таблица 2. Световые характеристики некоторых материалов и поверхностей

Материалы или поверхности	Коэффициенты	Характер отражения и пропускания
	отражения с	поглощения б	пропускания ф
Мел	0,85	0,15	-	Диффузное
Эмаль силикатная	0,8	0,2	-	Диффузное
Алюминий зеркальный	0,85	0,15	-	Направленное
Зеркало стеклянное	0,8	0,2	-	Направленное
Стекло матированное	0,1	0,5	0,4	Направленно-рассеянное
Стекло молочное органическое	0,22	0,15	0,63	Направленно-рассеянное
Стекло опаловое силикатное	0,3	0,1	0,6	Диффузное
Стекло молочное силикатное	0,45	0,15	0,4	Диффузное



2. Сила света

Распределение излучения реального источника в окружающем пространстве не равномерно. Поэтому световой поток не будет исчерпывающей характеристикой источника, если одновременно не определяется распределение излучения по разным направлениям окружающего пространства.

Для характеристики распределения светового потока пользуются понятием пространственной плотности светового потока в разных направлениях окружающего пространства. Пространственную плотность светового потока, определяющуюся отношением светового потока к телесному углу с вершиной в точке размещения источника, в пределах которого равномерно распределен этот поток, называют силой света:

где: Ф -- световой поток; щ -- телесный угол.

Единицей силы света является кандела. 1 кд.

Это сила света, испускаемая в перпендикулярном направлении элементом поверхности черного тела, площадью 1:600000 м2 при температуре затвердевания платины. Единица силы света -- кандела, кд является одной из основных величин в системе СИ и соответствует световому потоку 1 лм, равномерно распределенному внутри телесного угла 1 стерадиан (ср.). Телесный угол -- часть пространства, заключенная внутри конической поверхности. Телесный угол щ измеряется отношением площади, вырезаемой им из сферы произвольного радиуса, к квадрату последнего.



3. Освещенность

Освещенность - это количество света или светового потока, падающего на единицу площади поверхности. Она обозначается буквой Е и измеряется в люксах (лк).

Единица освещенности люкс, лк имеет размерность люмен на квадратный метр (лм/м2).

Освещенность можно определить как плотность светового потока на освещаемой поверхности:

Освещенность не зависит от направления распространения светового потока на поверхность.

Приведем несколько общепринятых показателей освещенности:

Лето, день под безоблачным небом - 100 000 люкс

Уличное освещение - 5-30 люкс

Полная луна в ясную ночь - 0,25 люкс

4. Отношение между силой света (I) и освещенностью (Е). Закон обратных квадратов

Освещенность в определенной точке на поверхности, перпендикулярной к направлению распространения света, определяется как отношение силы света к квадрату расстояния от этой точки до источника света. Если данное расстояние мы примем за d, то это отношение можно выразить следующей формулой:

Для примера: если источник света излучает свет силой 1200 кд в направлении, перпендикулярном к поверхности, на расстоянии 3-х метров от этой поверхности, то освещенность (Ер) в точке, где свет достигает поверхности, будет 1200/32 = 133 лк. Если поверхность находится на расстоянии 6м от источника света, освещенность будет 1200/62= 33 лк. Это отношение называется "закон обратных квадратов".

Освещенность в определенной точке на поверхности, не перпендикулярной направлению распространения света, равняется силе света в направлении точки измерения, разделенной на квадрат расстояния между источником света и точкой на плоскости умноженной на косинус угла г ( г - угол, образованный направлением падения света и перпендикуляром к этой плоскости).

Следовательно:

Рис. 1. К закону косинуса

Это закон косинуса (рисунок 1.).

5. Горизонтальная освещенность

Для расчета горизонтальной освещенности целесообразно изменить последнюю формулу, заменив расстояние d между источником света и точкой измерения на высоту h от источника света к поверхности.

На рисунке 2:



Тогда:

Получаем:

Рис. 2. Горизонтальная освещенность

По данной формуле рассчитывается горизонтальная освещенность в точке измерения.

6. Вертикальная освещенность

Освещение той же точки Р в вертикальной плоскости, ориентированной к источнику света, можно представить как функцию высоты (h) источника света и угла падения (г) силы света (I) (рисунок 3).



Получаем:

Рис. 3. Вертикальная освещенность

7. Светимость

Для характеристики поверхностей, светящихся за счет светового потока, проходящего через них или отражающегося от них, служит отношение излучаемого элементом поверхности светового потока к площади этого элемента. Эта величина называется светимостью:

Для поверхностей конечных размеров:



Светимость - это плотность светового потока, испускаемого светящейся поверхностью. Единицей светимости служит люмен на метр квадратный светящейся поверхности, что отвечает поверхности площадью 1 м2, которая равномерно излучает световой поток 1 лм. В случае общего излучения вводится понятие энергетической светимости излучающего тела (Me).

Единица энергетической светимости - Вт/м2.

Светимость в этом случае можно выразить через спектральную плотность энергетической светимости излучающего тела Meл(л)

Для сравнительной оценки приводим энергетические светимости к светимости некоторых поверхностей:

Поверхность солнца - Ме=6*107 Вт/м2;

Нить лампы накаливания - Ме=2*105 Вт/м2;

Поверхность солнца в зените - М=3,1*109 лм/м2;

Колба люминесцентной лампы - М=22*103 лм/м2.

8. Яркость

Яркость -- это сила света, излучаемая единицей площади поверхности в определенном направлении. Единица измерения яркости - кандела на метр квадратный (кд/м2).

Поверхность сама по себе может излучать свет, как поверхность лампы, или отражать свет, который поступает из другого источника, например поверхность дороги.

Поверхности с разными свойствами отражения при одинаковой освещенности будут иметь разную степень яркости.

Рис. 4. Яркость

Яркость, излучаемая поверхностью dA под углом Ф к проекции этой поверхности, равняется отношению силы света, излучаемого в данном направлении, к проекции излучающей поверхности (рис. 4).

Как сила света, так и проекция излучающей поверхности, не зависят от расстояния. Следовательно, яркость также не зависит от расстояния.

Несколько практических примеров:

Яркость поверхности солнца - 2000000000 кд/м2

Яркость люминесцентных ламп - от 5000 до 15000 кд/м2

Яркость поверхности полной луны - 2500 кд/м2

Искусственное освещение дорог - 30 люкс 2 кд/м2

II. СНиП 23-05-95 естественное освещение

Правильно спроектированное и рационально выполненное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению эффективности и безопасности труда, снижает утомление и травматизм, сохраняет высокую работоспособность.

При освещении производственных помещений используют естественное освещение, создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода и меняющемся в зависимости от географической широты, времени года и суток, степени облачности и прозрачности атмосферы; искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света, и совмещенное освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняют искусственным.

Естественное освещение - освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях.

Естественное освещение подразделяется на:

· боковое - естественное освещение помещения через световые проемы в наружных стенах; светотехнический освещенность отражение потолок

· верхнее - естественное освещение помещения через фонари, световые проемы в стенах в местах перепада высот здания;

· комбинированное (верхнее и боковое) - сочетание верхнего и бокового естественного освещения.

Нормированные значения освещенности в люксах, отличающиеся на одну ступень, следует принимать в соответствии со СНиП 23 - 05 - 95 по шкале: 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 10; 15; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000; 4500; 5000.

При естественном и совмещенном освещении в соответствии со СНиП-23-05-95 для каждого разряда зрительной работы в зависимости от характеристики освещения (верхнее, боковое или комбинированное) нормируется коэффициент естественной освещенности КЕО.

КЕО - это отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственно или после отражений), к одновременно измеренному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода, выраженное в процентах:

стественное освещение - односторонне.

Расчет естественного освещения.

Естественное освещение - односторонне.

Площадь световых проемов определяем по формуле:



Где So, S п - площадь окон, пола;

- нормированное значение коэффициента естественного освещения (к. е. о.) для жилого помещения;

Где m = 0,9 - коэффициент светового климата для города Сочи;

С = 1 - коэффициент солнечности климата для города Сочи;

Кзд =1 - коэффициент здания;

- общий коэффициент светопропускания, где,

- коэффициент светопропускания материала стекла;

- коэффициент светопропускания светового проема с учетом затенения переплета;

- коэффициент светопропускания слоя загрязнения остекления;

- коэффициент светопропускания, учитывающий затенение светового проема несущими конструкциями при верхнем освещении (при боковом освещении принимается равным 1);



Высота помещения - 2,9 м. Рабочая поверхность - пол.

Глубина помещения - 3,25 м. Длина - 8 м.

Расчетная точка - центр помещения. Расстояние до наружной стены

Средневзвешенный коэффициент отражения потолка, стен и пола - с ср = 0,5

При этих параметрах определяем r 1 - 1,45 - коэффициент, учитывающий влияние отраженного света при боковом освещении;

зО =31,0 - световая характеристика окна;

Таким образом, требуемая площадь светового проема окна:

Отношение площади остекления к площади пола составляет примерно 26 %, что свидетельствует об относительной эффективности естественного освещения.



Список используемой литературы

1. МУ 7-05. Задания и типовые расчеты по безопасности жизнедеятельности: Метод. указания / Сост.: Е.Л. Белороссов, В.А. Красавин, В.М. Макаров, А.А. Махнин, И.В. Савицкая, Е.А. Фролова, О.П. Филиппова / Под общ. ред. Е.А. Фроловой. - Яросл. гос. техн. ун-т. - Ярославль, 2005. - 99 с.

2. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. - 24 с.

3. РД 1.14-127-2005. НОРМЫ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ.

4. Безопасность жизнедеятельности: монография / Под ред. Е.Л. Белороссова, Е.А. Фроловой - Ярославль: ЯГТУ, 2008. - 408

Размещено на Allbest.ru