كميات الإضاءة: التدفق الضوئي ، شدة الضوء ، الإنارة ، السطوع ، السطوع

1. تدفق الضوء

التدفق الضوئي - قوة الطاقة المشعة ، كما يُحكم عليها من خلال الإحساس بالضوء الذي تنتجه. يتم تحديد الطاقة المشعة من خلال عدد الكميات المنبعثة من الباعث في الفضاء. تُقاس الطاقة المشعة (الطاقة المشعة) بالجول. كمية الطاقة المنبعثة لكل وحدة زمنية تسمى التدفق الإشعاعي أو التدفق الإشعاعي. يقاس التدفق المشع بالواط. يتم الإشارة إلى التدفق الضوئي بواسطة Fe.

حيث: Qе - طاقة الإشعاع.

يتميز تدفق الإشعاع بتوزيع الطاقة في الزمان والمكان.

في معظم الحالات ، عندما يتحدثون عن توزيع تدفق الإشعاع بمرور الوقت ، فإنهم لا يأخذون في الاعتبار الطبيعة الكمومية لظهور الإشعاع ، لكنهم يفهمونها كوظيفة تعطي تغييراً في وقت القيم اللحظية من تدفق الإشعاع Ф (ر). هذا مقبول لأن عدد الفوتونات المنبعثة من المصدر لكل وحدة زمنية كبير جدًا.

وفقًا للتوزيع الطيفي لتدفق الإشعاع ، يتم تقسيم المصادر إلى ثلاث فئات: مع أطياف خطية ومخططة ومستمرة. يتكون التدفق الإشعاعي لمصدر ذو طيف خطي من تدفقات أحادية اللون من خطوط فردية:

حيث: Фλ - تدفق الإشعاع أحادي اللون ؛ الحديد - تدفق الإشعاع.

بالنسبة لمصادر الطيف النطاقي ، يحدث البث في مناطق طيفية واسعة إلى حد ما - نطاقات مفصولة عن بعضها بفجوات مظلمة. لتوصيف التوزيع الطيفي لتدفق الإشعاع مع الأطياف المستمرة والمحددة ، يتم استخدام كمية تسمى كثافة تدفق الإشعاع الطيفي

حيث: λ هو الطول الموجي.

كثافة تدفق الإشعاع الطيفي هي خاصية لتوزيع تدفق الإشعاع على الطيف وتساوي نسبة التدفق الأولي Feλ المقابل لقسم متناهي الصغر لعرض هذا القسم:

تقاس كثافة تدفق الإشعاع الطيفي بالواط لكل نانومتر.

في هندسة الإضاءة ، حيث تكون العين البشرية هي المتلقي الرئيسي للإشعاع ، يتم تقديم مفهوم التدفق الضوئي لتقييم التأثير الفعال لتدفق الإشعاع. التدفق الضوئي هو التدفق الإشعاعي المقدّر من تأثيره على العين ، ويتم تحديد الحساسية الطيفية النسبية من خلال منحنى الكفاءة الطيفية المتوسط ​​المعتمد من قبل CIE.

يستخدم التعريف التالي للتدفق الضوئي أيضًا في تكنولوجيا الإضاءة: التدفق الضوئي هو قوة الطاقة الضوئية. وحدة التدفق الضوئي هي لومن (lm). 1 lm يتوافق مع التدفق الضوئي المنبعث بزاوية صلبة واحدة بواسطة مصدر نقطة متناحٍ مع شدة إضاءة 1 شمعة.

الجدول 1.قيم الإضاءة النموذجية لمصادر الضوء:

أنواع المصابيح الطاقة الكهربائية ، W التدفق الضوئي ، lm كفاءة الإضاءة lm / w مصباح ساطع 100 وات 1360 لومن 13.6 لومن / واط مصباح فلورسنت 58 وات 5400 لومن 93 لومن / واط مصباح صوديوم عالي الضغط 100 واط 10000 لومن 100 لومن / واط منخفض مصباح صوديوم بضغط 180 وات 33000 لومن 183 لومن / وات مصباح زئبقي عالي الضغط 1000 وات 58000 لومن 58 لومن / وات مصباح هاليد معدني 2000 وات 190000 لومن 95 لومن / وات يتم توزيع التدفق الضوئي الساقط على الجسم في ثلاثة مكونات: منعكسة من الجسم يمتصه α والمغيب Фτ ... في حسابات الإضاءة عوامل الاستخدام: الانعكاسات ρ = Fρ / F ؛ الامتصاص α = Fα / F ؛ انتقال τ = Fτ / Ф.

الجدول 2. خصائص الضوء لبعض المواد والأسطح

معاملات المواد أو الأسطح انعكاس سلوك النقل والانعكاس ρ الامتصاص α ناقل الحركة τ الطباشير 0.85 0.15 - مينا السيليكات المنتشر 0.8 0.2 - مرآة الألومنيوم المنتشرة 0.85 0.15 - مرآة زجاجية مدببة 0.8 0 ، 2 - زجاج بلوري موجه 0،1 0،5 0،4 زجاج الحليب الحيوي الموجه 0،22 0،15 0،63 زجاج أوبال سيليكات موجه منتشر 0،3 0،1 0،6 زجاج سيليكات الحليب المنتشر 0 ، 45 0.15 0.4 منتشر

2. شدة الضوء

توزيع الإشعاع من مصدر حقيقي في الفضاء المحيط غير منتظم.لذلك ، لن يكون التدفق الضوئي خاصية شاملة للمصدر إذا لم يتم تحديد توزيع الإشعاع في اتجاهات مختلفة من الفضاء المحيط في وقت واحد.

لتوصيف توزيع تدفق الضوء ، يتم استخدام مفهوم الكثافة المكانية لتدفق الضوء في اتجاهات مختلفة من الفضاء المحيط. تسمى الكثافة المكانية للتدفق الضوئي ، والتي يتم تحديدها من خلال نسبة التدفق الضوئي إلى الزاوية الصلبة مع القمة عند النقطة التي يوجد فيها المصدر ، حيث يتم توزيع هذا التدفق بشكل موحد ، شدة الإضاءة:

حيث: Ф - التدفق الضوئي ؛ ω - زاوية صلبة.

وحدة شدة الضوء هي الشمعة. 1 قرص مضغوط.

هذه هي شدة الإضاءة المنبعثة عموديًا بواسطة عنصر سطح الجسم الأسود في المنطقة 1: 600000 م 2 عند درجة حرارة تصلب البلاتين.
وحدة شدة الضوء هي الشمعة ، cd هي واحدة من الكميات الرئيسية في نظام SI وتتوافق مع تدفق ضوئي قدره 1 lm موزعة بشكل موحد في زاوية صلبة قدرها 1 ستيراديان (راجع). الزاوية الصلبة هي جزء من الفضاء محاط بسطح مخروطي. زاوية صلبة ω تقاس بنسبة المساحة التي تقطعها من كرة نصف قطرها التعسفي إلى مربع الأخير.

3. الإضاءة

الإضاءة هي كمية الضوء أو التدفق الضوئي الذي يسقط على سطح الوحدة. يشار إليه بالحرف E ويقاس بوحدة اللوكس (lx).

تقاس وحدة الإنارة lux، lx باللومن لكل متر مربع (lm / m2).

يمكن تعريف الإضاءة على أنها كثافة تدفق الضوء على السطح المضيء:

لا تعتمد الإضاءة على اتجاه انتشار تدفق الضوء إلى السطح.

فيما يلي بعض مؤشرات النصوع المقبولة عمومًا:

• الصيف ، يوم تحت سماء صافية - 100000 لوكس

• إنارة الشوارع - 5-30 لوكس

• اكتمال القمر في ليلة صافية - 0.25 لوكس

4. العلاقة بين شدة الضوء (I) والإضاءة (E).

قانون التربيع العكسي

يتم تعريف الإضاءة عند نقطة معينة على السطح ، عموديًا على اتجاه انتشار الضوء ، على أنها نسبة شدة الضوء إلى مربع المسافة من هذه النقطة إلى مصدر الضوء. إذا أخذنا هذه المسافة على أنها d ، فيمكن التعبير عن هذه النسبة بالصيغة التالية:

على سبيل المثال: إذا كان مصدر الضوء يشع ضوءًا بقوة 1200 cd في اتجاه عمودي على السطح على مسافة 3 أمتار من هذا السطح ، فإن الإضاءة (Ep) عند النقطة التي يصل فيها الضوء إلى السطح ستكون 1200 / 32 = 133 لوكس. إذا كان السطح على مسافة 6 أمتار من مصدر الضوء ، فستكون الإضاءة 1200/62 = 33 لوكس. تسمى هذه العلاقة بقانون التربيع العكسي.

الإضاءة عند نقطة معينة على سطح غير عمودي على اتجاه انتشار الضوء تساوي شدة الضوء في اتجاه نقطة القياس مقسومة على مربع المسافة بين مصدر الضوء ونقطة في المستوى مضروبة في جيب تمام الزاوية γ (γ هي الزاوية المتكونة من اتجاه سقوط الضوء والعمودي على هذا المستوى).

لذلك:

هذا هو قانون جيب التمام (الشكل 1.).

أرز. 1. لقانون جيب التمام

5. الإضاءة الأفقية

لحساب الإضاءة الأفقية ، يوصى بتعديل الصيغة الأخيرة عن طريق استبدال المسافة d بين مصدر الضوء ونقطة القياس بالارتفاع h من مصدر الضوء إلى السطح.

الشكل 2:

ثم:

نحن نحصل:

تحسب هذه الصيغة الإضاءة الأفقية عند نقطة القياس.

أرز. 2. الإضاءة الأفقية

6. الإضاءة العمودية

يمكن تمثيل إضاءة نفس النقطة P في مستوى عمودي موجه نحو مصدر الضوء كدالة لارتفاع (h) من مصدر الضوء وزاوية السقوط (γ) لشدة الضوء (I) (الشكل 3 ).

نحن نحصل:

أرز. 3. الإضاءة العمودية

7. الإضاءة

لتوصيف الأسطح التي تتوهج بسبب مرور الضوء من خلالها أو المنعكس منها ، يتم استخدام نسبة تدفق الضوء المنبعث من عنصر السطح إلى مساحة هذا العنصر. هذه الكمية تسمى اللمعان:

للأسطح ذات الأبعاد المحدودة:

الإضاءة هي كثافة تدفق الضوء المنبعث من سطح الضوء. وحدة الإنارة هي اللومن لكل متر مربع لسطح الضوء ، والذي يتوافق مع مساحة 1 م 2 التي تبعث بشكل موحد تدفق ضوئي قدره 1 لومن. في حالة الإشعاع الكلي ، يتم تقديم مفهوم لمعان الطاقة للجسم المشع (Me).

وحدة الضوء المشع W / m2.

يمكن التعبير عن السطوع في هذه الحالة من خلال الكثافة الطيفية لمعان الطاقة للجسم الباعث Meλ (λ)

لإجراء تقييم مقارن ، نضيف سطوع الطاقة إلى لمعان بعض الأسطح:

• السطح الشمسي - Me = 6 • 107 W / m2 ؛

• الفتيل المتوهج - Me = 2 • 105 W / m2 ؛

• سطح الشمس في أوجها - م = 3.1 • 109 لومن / م 2 ؛

• لمبة الفلورسنت - M = 22 • 103 لومن / م 2.

8. سطوع

Brightness (السطوع) سطوع الضوء المنبعث من وحدة سطح في اتجاه معين. وحدة قياس السطوع هي شمعة لكل متر مربع (cd / m2).

يمكن أن يشع السطح نفسه ضوءًا مشابهًا لسطح المصباح أو يعكس الضوء القادم من مصدر آخر ، مثل سطح الطريق.

الأسطح ذات الخصائص العاكسة المختلفة تحت نفس الإضاءة سيكون لها درجات سطوع مختلفة.

السطوع المنبعث من السطح dA بزاوية Φ بالنسبة لإسقاط هذا السطح يساوي نسبة شدة الضوء المنبعث في اتجاه معين إلى إسقاط السطح الباعث (الشكل 4).

أرز. 4. سطوع

إن شدة الضوء وإسقاط السطح الباعث مستقلان عن المسافة. لذلك ، لا يعتمد السطوع أيضًا على المسافة.

بعض الأمثلة العملية:

• سطوع السطح الشمسي - 2،000،000،000 شمعة / متر مربع

• سطوع مصابيح الفلورسنت - من 5000 إلى 15000 شمعة / م 2

• سطوع سطح القمر الكامل - 2500 شمعة / متر مربع

• إنارة طريق صناعية - 30 لوكس 2 شمعة / م 2