Hoeveelheden verlichting: lichtstroom, lichtintensiteit, verlichtingssterkte, helderheid, helderheid

1. Lichtstroom

Lichtstroom - de kracht van stralingsenergie, beoordeeld aan de hand van de lichtsensatie die het produceert. Stralingsenergie wordt bepaald door het aantal kwanta dat door de zender in de ruimte wordt uitgezonden. Stralingsenergie (stralingsenergie) wordt gemeten in joules. De hoeveelheid energie die per tijdseenheid wordt uitgezonden, wordt stralingsflux of stralingsflux genoemd. Stralingsstroom wordt gemeten in watt. De lichtstroom wordt aangegeven met Fe.

waarin: Qе — stralingsenergie.

De stralingsflux wordt gekenmerkt door een verdeling van energie in tijd en ruimte.

In de meeste gevallen houden ze, wanneer ze het hebben over de verdeling van de stralingsflux in de tijd, geen rekening met de kwantumaard van het verschijnen van straling, maar begrijpen ze het als een functie die een verandering in de tijd van de momentane waarden geeft. van de stralingsflux Ф (t). Dit is acceptabel omdat het aantal fotonen dat per tijdseenheid door de bron wordt uitgezonden zeer groot is.

Volgens de spectrale verdeling van de stralingsflux zijn de bronnen verdeeld in drie klassen: met lineaire, gestreepte en continue spectra. De stralingsflux van een bron met een lineair spectrum bestaat uit monochromatische fluxen van individuele lijnen:

waarin: Фλ — monochromatische stralingsflux; Fe - stralingsflux.

Voor bronnen met een bandspectrum vindt emissie plaats in vrij brede spectrale gebieden - banden die van elkaar zijn gescheiden door donkere openingen. Om de spectrale verdeling van de stralingsflux te karakteriseren met continue en gestreepte spectra, wordt een grootheid gebruikt die de spectrale stralingsfluxdichtheid wordt genoemd

waarbij: λ de golflengte is.

De dichtheid van de spectrale stralingsflux is een kenmerk van de verdeling van de stralingsflux over het spectrum en is gelijk aan de verhouding van de elementaire flux ΔFeλ overeenkomend met een oneindig kleine doorsnede tot de breedte van deze doorsnede:

De spectrale stralingsfluxdichtheid wordt gemeten in watt per nanometer.

In de verlichtingstechniek, waar het menselijk oog de belangrijkste ontvanger van straling is, wordt het begrip lichtstroom geïntroduceerd om de effectieve werking van de stralingsstroom te evalueren. Lichtstroom is de stralingsstroom geschat op basis van het effect op het oog, waarvan de relatieve spectrale gevoeligheid wordt bepaald door de gemiddelde spectrale efficiëntiecurve die is goedgekeurd door de CIE.

Ook in de verlichtingstechniek wordt de volgende definitie van lichtstroom gebruikt: lichtstroom is de kracht van lichtenergie. De eenheid van lichtstroom is lumen (lm). 1 lm komt overeen met de lichtstroom die onder een enkele ruimtehoek wordt uitgezonden door een isotrope puntbron met een lichtsterkte van 1 candela.

Tafel 1.Typische lichtwaarden van lichtbronnen:

Soorten lampen Elektrische energie, W Lichtstroom, lm Lichtrendement lm / w Gloeilamp 100 watt 1360 lm 13,6 lm / W Fluorescentielamp 58 watt 5400 lm 93 lm / W Hogedruknatriumlamp 100 watt 10000 lm 100 lm / W Laag druknatriumlamp 180 watt 33000 lm 183 lm/W Hogedrukkwiklamp 1000 watt 58000 lm 58 lm/W Metaalhalogenidelamp 2000 watt 190 000 lm 95 lm/W De op het lichaam vallende lichtstroom Ф wordt verdeeld in drie componenten: gereflecteerd door het lichaam Фρgeabsorbeerd door Фα en de gemiste Фτ... At verlichting berekeningen benuttingsfactoren: reflecties ρ = Fρ/ F; absorptie α= Fα/ F; transmissie τ= Fτ/ Ф.

Tabel 2. Lichtkarakteristieken van sommige materialen en oppervlakken

Materialen of oppervlakken Coëfficiënten Reflectie- en transmissiegedrag reflectie ρ absorptie α transmissie τ krijt 0,85 0,15 — Diffuus Silicaatglazuur 0,8 0,2 — Diffuus Aluminium spiegel 0,85 0,15 — Puntglas spiegel 0,8 0 ,2 — Gericht Matglas 0,1 0,5 0,4 Diffuus gericht Bio-melkglas 0,22 0,15 0,63 Diffuus gericht Opaal-silicaatglas 0,3 0,1 0,6 Diffuus Melk-silicaatglas 0, 45 0,15 0,4 Diffuus

2. Lichtintensiteit

De verdeling van straling van een echte bron in de omringende ruimte is niet uniform.Daarom zal de lichtstroom geen uitputtende eigenschap van de bron zijn als de stralingsverdeling in verschillende richtingen van de omringende ruimte niet gelijktijdig wordt bepaald.

Om de verdeling van de lichtstroom te karakteriseren, wordt het concept van de ruimtelijke dichtheid van de lichtstroom in verschillende richtingen van de omringende ruimte gebruikt. De ruimtelijke dichtheid van de lichtstroom, die wordt bepaald door de verhouding van de lichtstroom tot de ruimtehoek met de top op het punt waar de lichtbron zich bevindt, waarbinnen deze lichtstroom gelijkmatig is verdeeld, wordt de lichtsterkte genoemd:

waarin: Ф — lichtstroom; ω — ruimtehoek.

De eenheid van lichtintensiteit is de candela. 1 cd.

Dit is de lichtsterkte die loodrecht wordt uitgestraald door een blackbody-oppervlakte-element met een oppervlakte van 1:600.000 m2 bij de stoltemperatuur van platina.
De eenheid van lichtintensiteit is de candela, cd is een van de hoofdgrootheden in het SI-systeem en komt overeen met een lichtstroom van 1 lm gelijkmatig verdeeld in een ruimtehoek van 1 steradiaal (vgl.). Een ruimtehoek is het deel van de ruimte dat is ingesloten in een kegelvormig oppervlak. Een ruimtehoek ω gemeten door de verhouding van het gebied dat het uit een bol met willekeurige straal snijdt tot het kwadraat van de laatste.

3. Verlichting

Verlichting is de hoeveelheid licht of lichtstroom die op een eenheidsoppervlak valt. Het wordt aangeduid met de letter E en wordt gemeten in lux (lx).

De eenheid van verlichtingssterkte lux, lx, wordt gemeten in lumen per vierkante meter (lm/m2).

Verlichting kan worden gedefinieerd als de dichtheid van de lichtstroom op het verlichte oppervlak:

De verlichting is niet afhankelijk van de voortplantingsrichting van de lichtstroom naar het oppervlak.

Hier volgen enkele algemeen aanvaarde luminantie-indicatoren:

• Zomer, een dag onder een wolkenloze hemel - 100.000 lux

• Straatverlichting — 5-30 lux

• Volle maan op een heldere nacht - 0,25 lux

4. De relatie tussen lichtintensiteit (I) en verlichtingssterkte (E).

Omgekeerde kwadratenwet

Verlichting op een bepaald punt op het oppervlak, loodrecht op de voortplantingsrichting van het licht, wordt gedefinieerd als de verhouding van de lichtintensiteit tot het kwadraat van de afstand van dit punt tot de lichtbron. Als we deze afstand nemen als d, dan kan deze verhouding worden uitgedrukt door de volgende formule:

Bijvoorbeeld: als een lichtbron licht uitzendt met een vermogen van 1200 cd in een richting loodrecht op het oppervlak op een afstand van 3 meter van dit oppervlak, dan is de verlichting (Ep) op het punt waar het licht het oppervlak bereikt 1200 /32 = 133 lux. Als het oppervlak zich op een afstand van 6 m van de lichtbron bevindt, is de verlichting 1200/62 = 33 lux. Deze relatie wordt de inverse kwadratenwet genoemd.

De verlichting op een bepaald punt op een oppervlak dat niet loodrecht op de lichtvoortplantingsrichting staat, is gelijk aan de lichtintensiteit in de richting van het meetpunt gedeeld door het kwadraat van de afstand tussen de lichtbron en een punt in het vlak vermenigvuldigd met de cosinus van de hoek γ (γ is de hoek gevormd door de richting van de lichtinval en de loodlijn op dit vlak).

Daarom:

Dit is de cosinusregel (Figuur 1.).

Rijst. 1. Naar de cosinusregel

5. Horizontale verlichting

Om de horizontale verlichting te berekenen, wordt aanbevolen om de laatste formule aan te passen door de afstand d tussen de lichtbron en het meetpunt te vervangen door de hoogte h van de lichtbron tot het oppervlak.

Figuur 2:

Dan:

We krijgen:

Deze formule berekent de horizontale verlichting op het meetpunt.

Rijst. 2. Horizontale verlichting

6. Verticale verlichting

De verlichting van hetzelfde punt P in een verticaal vlak gericht naar de lichtbron kan worden weergegeven als een functie van de hoogte (h) van de lichtbron en de invalshoek (γ) van de lichtintensiteit (I) (Figuur 3 ) .

We krijgen:

Rijst. 3. Verticale verlichting

7. Verlichting

Om oppervlakken te karakteriseren die gloeien als gevolg van de lichtstroom die er doorheen gaat of door hen wordt gereflecteerd, wordt de verhouding van de lichtstroom die door het oppervlakte-element wordt uitgezonden tot het oppervlak van dit element gebruikt. Deze grootheid wordt helderheid genoemd:

Voor oppervlakken met beperkte afmetingen:

Verlichtingssterkte is de dichtheid van de lichtstroom die door het lichtoppervlak wordt uitgezonden. De eenheid van verlichtingssterkte is het lumen per vierkante meter van het lichtoppervlak, wat overeenkomt met een oppervlak van 1 m2 dat gelijkmatig een lichtstroom van 1 lm afgeeft. In het geval van totale straling wordt het concept van energiehelderheid van het uitstralende lichaam (Me) geïntroduceerd.

De eenheid van uitgestraald licht is W/m2.

De helderheid kan in dit geval worden uitgedrukt door de spectrale dichtheid van de energiehelderheid van het uitzendende lichaam Meλ (λ)

Voor een vergelijkende beoordeling brengen we de energiehelderheid in de lichtsterkte van sommige oppervlakken:

• Zonne-oppervlak — Me = 6 • 107 W / m2;

• Gloeidraad - Me = 2 • 105 W / m2;

• Het oppervlak van de zon op het hoogste punt — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Fluorescentielamp — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Helderheid

Helderheid De helderheid van het licht dat wordt uitgestraald door een oppervlakte-eenheid in een bepaalde richting. De maateenheid voor helderheid is de candela per vierkante meter (cd/m2).

Het oppervlak zelf kan licht uitstralen, vergelijkbaar met het oppervlak van een lamp, of licht reflecteren dat afkomstig is van een andere bron, zoals een wegdek.

Oppervlakken met verschillende reflecterende eigenschappen onder dezelfde verlichting zullen verschillende helderheidsniveaus hebben.

De helderheid die wordt uitgezonden door het oppervlak dA onder een hoek Φ ten opzichte van de projectie van dit oppervlak is gelijk aan de verhouding van de intensiteit van het uitgezonden licht in een bepaalde richting tot de projectie van het emitterende oppervlak (fig. 4).

Rijst. 4. Helderheid

De intensiteit van het licht en de projectie van het uitstralende oppervlak zijn onafhankelijk van de afstand. Daarom is de helderheid ook niet afhankelijk van de afstand.

Enkele praktische voorbeelden:

• Helderheid van het zonneoppervlak - 2.000.000.000 cd / m2

• Helderheid van fluorescentielampen - van 5000 tot 15000 cd / m2

• Oppervlaktehelderheid van een volle maan - 2500 cd / m2

• Kunstmatige wegverlichting — 30 lux 2 cd / m2