Ehitusfüüsika - Euroakadeemia

3/2/2016
Ehitusfüüsika
Valgustustehnika
С другой стороны, свет играет особую роль в
жизни человека, поставляя ему бо́льшую часть
необходимой для жизни информации об
окружающем мире. Происходит это благодаря
наличию у человека органов зрения — глаз.
Отсюда вытекает необходимость измерения
таких характеристик света, по которым можно
было бы судить о его способности возбуждать
зрительные ощущения. Упомянутые
характеристики выражают в световых
фотометрических величинах, а их измерения и
исследования составляет предмет занятий
другого раздела фотометрии — «световые
измерения».
1
3/2/2016
В качестве единиц измерения световых
величин используются особые световые
единицы, они базируются на единице силы
света «кандела», являющейся одной из семи
основных единиц Международной системы
единиц (СИ).
Световые и энергетические величины связаны
друг с другом с помощью относительной
спектральной световой эффективности
монохроматического излучения для дневного
зрения ,имеющей смысл относительной
спектральной чувствительности среднего
человеческого глаза, адаптированного к
дневному зрению.
Спектральные зависимости относительной
чувствительности человеческого глаза для
дневного (красная линия) и ночного (синяя линия)
зрения.
2
3/2/2016
1
Valgustugevus 1 kandela (cd):
suhteline
valgusefektiivsus
0.8
0.6
valgustugevus antud suunas, kui
allikas kiirgab sagedusel 5,4 1014
Hz ja tema
0.4
0.2
0
400 440 480 520 560 600 640 680 720 760
lainepikkus, nm
kiirgustugevus on 1/685 W/sr
Сила света
Источник света излучает световой поток Φ в
разных направлениях с различной
интенсивностью.
Этот световой поток может быть изображен
вектором.
Интенсивность излучаемого в определенном
Направлении света называется силой света Ι,
причем интенсивность не зависит от размеров
источника. Единица измерения: кандела [кд].
3
3/2/2016
Если соединить
концы всех векторов
силы света,
лежащих в одной
плоскости для
источника света, мы
получим кривую
распределения силы
света.
4
3/2/2016
Световой поток
обозначает мощность,
испускаемую
источником света во
всех направлениях.
Это излучение
оценивается с учетом
чувствительности
человеческого глаза.
Все другие
фотометрические
величины выводятся
из этого основного
параметра.
Единица измерения: люмен [лм].
Освещенность — это исключительно
физически измеряемая величина. Так
называется отношение между световым
потоком и освещаемой площадью, независимо
от отражающей способности поверхности.
Единица измерения: люкс [лк].
Освещенность в 1 лк создается, когда световой
поток в 1 лм равномерно падает на площадку
размером 1 м².
Освещенность уменьшается квадратично в
зависимости от расстояния между источником
света и поверхностью.
5
3/2/2016
Освещенность в 1 лк создается, когда световой
поток в 1 лм равномерно падает на площадку
размером 1 м².
1 люкс
6
3/2/2016
Освещенность уменьшается квадратично в
зависимости от расстояния между источником
света и поверхностью
Яркость обозначает силу света источника
света или освещаемой поверхности,
отнесенную к ее видимой площади.
Для человека свет является невидимым,
пока излучение не попадет в глаза.
Единица измерения: кандела, деленная на
квадратный метр [кд/м2].
7
3/2/2016
Pinna heledus sõltuvalt vaatenurgast
8
3/2/2016
Освещенность является величиной, которую
легко рассчитать.
Яркость, с другой стороны, зависит от
отражающих свойств и коэффициента
отражения освещаемых материалов, а эти
величины зачастую неизвестны.
Потому проектировщики освещения
используют освещенность при планировке
осветительных систем для помещений.
9
3/2/2016
Вывод => существуют следующие
светотехнические характеристики и показатели:
RADIOMEETRIA
Kiirgusvoog
Radiant flux
Лучистый поток
Fe
(W)
Kiirgustugevus
Je
Radiant intensity
(W/sr)
Эн. сила излучения
FOTOMEETRIA
Valgusvoog
Luminous flux
Световой поток
Valgustugevus
Luminous intensity
Сила света
F
dF  Jd
(lm)
J
(cd)
Kirkus
Radiance
Эн. яркость
Le
(W/sr m2)
Heledus
Luminance
Яркость
L
(cd/m2)
Kiirgavus
Radiant exitance
Эн. светимость
Me
(W/m2)
Valgsus
Luminous exitance
Светимость
M
(lm/m2)
Kiiritustihedus
Irradiance
Эн. освещённость
Ee
(W/m2)
Valgustatus
Illuminance
Освещённость
E
dF
d
L
M
E
(lx)
E 
J
R2
dJ
d cos
dF
d
cos
10
3/2/2016
Seos radiomeetriliste ja fotomeetriliste suuruste vahel
Valgusefektiivsus
V 
F
F e
Suhteline valgusefektiivsus
V555  685 lm/W
K 
V
V555
, nm
K
, nm
K
400
440
480
520
550
0,0004
0,023
0,139
0,710
0,995
560
600
640
680
720
0,995
0,631
0,175
0,017
0,00105
Monokromaatilise valguse jaoks
F V555K Fe
Mingi lainepikkuste intervalli jaoks
F    V555  K  F e d
2
1
2
1
11
3/2/2016
Optilised illusioonid ja visuaalsed kujundid
12
3/2/2016
Kas midagi keerleb?
Need ...
13
3/2/2016
… ei liigu üldse!
... paralleelsed või mitte?
14
3/2/2016
Spiraal või ringid?
Глаз человека — парный сенсорный орган
(орган Зрительной системы) человека,
обладающий способностью воспринимать
электромагнитное излучение в световом
диапазоне длин волн и обеспечивающий
функцию зрения. Глаза расположены в
передней части головы и вместе с веками,
ресницами и бровями, являются важной
частью лица.
15
3/2/2016
16
3/2/2016
1. Стекловидное тело
2. Зубчатый край
3. Ресничная (аккомодационная) мышца
4. Ресничный (цилиарный) поясок
5. Шлеммов канал
6. Зрачок
7. Передняя камера
8. Роговица
9. Радужная оболочка
10. Кора хрусталика
11. Ядро хрусталика
12. Цилиарный отросток
13. Конъюнктива
14. Нижняя косая мышца
15. Нижняя прямая мышца
16. Медиальная прямая мышца
17. Артерии и вены сетчатки
18. Слепое пятно
19. Твердая мозговая оболочка
20. Центральная артерия сетчатки
21. Центральная вена сетчатки
22. Зрительный нерв
23. Вортикозная вена
24. Влагалище глазного яблока
25. Жёлтое пятно
26. Центральная ямка
27. Склера
28. Сосудистая оболочка глаза
29. Верхняя прямая мышца
30. Сетчатка
17
3/2/2016
Оптическая система глаза
Человек воспринимает предметы внешнего
мира путем анализа изображения каждого
из предметов на сетчатке. В функциональном отношении орган зрения разделяется на
два отдела: светопроводящий отдел и
световоспринимающий.
Сетчатка
Сетчатка является внутренней чувствительной
оболочкой глаза (tunica interna sensoria bulbi,
или retina), которая выстилает полость глазного
яблока изнутри и выполняет функции
восприятия световых и цветовых сигналов, их
первичной обработки и трансформации в
нервное возбуждение.
18
3/2/2016
Палочки и колбочки сетчатки глаза
Палочки и колбочки являются чувствительными
рецепторами сетчатки глаза преображающие
световое раздражение в нервное, т.е. они
преобразуют свет в электрические импульсы,
которые по зрительному нерву поступают в
мозг. Палочки ответственны за восприятие в
условиях пониженного освещения (отвечают за
ночное зрение), колбочки - за остроту зрения и
цветовосприятие (дневное зрение). Рассмотрим
каждый из видов фоторецепторов отдельно.
19
3/2/2016
Kolvikeste ja kepikeste spektraalne tundlkkus
20
3/2/2016
Värviring
a) normaalsel värvitajumisel;
b) protanoopia (punase-rohelise värvipimeduse vorm)
c) deuteranoopia puhul (roheliste kolvikeste puudus)
Взаимодействие излучения с веществом
При попадании света на материал
происходит три явления:
• часть света отражается от его
поверхности,
• часть света поглощается материалом,
• оставшаяся часть проходит сквозь
материал.
21
3/2/2016
Абсорбция (поглощение света)
- это свойство вещества преобразовывать
поглощенное излучение (свет) в другие формы
энергии, в основном, тепловую.
Характеристикой этого свойства является
степень абсорбции или коэффициент
поглощения (отношение поглощенного
светового потока к общему): α = Фα/Фо, где
Фα - поток поглощенного света,
Фо - общий падающий на вещество поток.
Поглощенный световой поток преобразуется в
тепловую энергию и нагревает материал. Чем
темнее материал, тем больше светового
потока он поглощает.
22
3/2/2016
Отражение - способность материала
отражать свет.
Различают несколько видов отражения:
• зеркальное без рассеяния отраженного
потока (падающий и отраженный лучи
лежат в одной плоскости с
перпендикуляром к элементу отражающей
поверхности в точке падения луча; угол
падения луча равен углу его отражения);
• равномерно диффузное (отраженный
световой поток рассеивается так, что
яркость во всех направлениях
полупространства одинакова);
• диффузное (смешанное): частично
зеркальное и частично диффузное
отражение;
• направленно-рассеянное (отраженные от
участка силы света можно описать
вытянутым эллипсоидом вращения
/индикатрисой, кривой/, большая ось
которого располагается в направлении
зеркального отражения).
23
3/2/2016
Во внутреннем освещении используется, в
основном, диффузное отражение.
Характер отражения определяется
коэффициентом отражения, выражающим
отношение отраженного светового потока к
падающему:
ρ = Фρ/Фо, где
Фρ - поток отраженного света,
Фо - общий падающий на вещество поток.
Коэффициент отражения задается, в основном,
для рассеянного падающего света (ρdif) или для
квазипараллельного падающего света под
углом 8° (ρ).
24
3/2/2016
В осветительной технике мерой служит, в
основном, ρdif.
ρ и ρdif могут достигать теоретически
максимального значения 1 (100%).
В таблице приведены коэффициенты
отражения наиболее распространенных красок
и материалов.
25
3/2/2016
Исследования условий оптимального
освещения помещений, требующих
комфортности, привели к следующим выводам:
• потолки лучше всего делать белыми с
высоким коэффициентом отражения,
порядка 85%;
• коэффициент отражения стен должен
составлять 40–60% (при этом возможен
широкий спектр приятных оттенков);
• коэффициент отражения мебели должен
составлять около 35%, пола – не менее 20%.
Пропусканием называется прохождение света
сквозь среду без изменения длин волн
составляющих его монохроматических
излучений.
Наблюдаются следующие виды пропусканий:
• направленное без рассеяния;
• равномерно диффузное (прошедший
световой поток рассеивается так, что яркость
во всех направлениях полупространства
одинакова);
• смешанное (частично направленное и
частично равномерное диффузное
пропускание);
• направленно-рассеянное (кривая силы света
приближенно описывается вытянутым
эллипсоидом вращения).
26
3/2/2016
Характер пропускания определяется
коэффициентом пропускания, выражающим
отношение пропущенного светового потока к
падающему: τ=Фτ/Фо,
где Фτ - поток пропущенного света,
Фо- общий падающий на вещество поток.
Таким образом,
α = Фα/Фо - коэффициент поглощения,
ρ = Фρ/Фо - коэффициент отражения,
τ = Фτ/Фо - коэффициент пропускания, где
ρ+α+τ=1;
Фρ + Фα + Фτ = Фо.
ПРИМЕР: обыкновенное стекло отражает 8%,
пропускает 90 % и поглощает 2% падающего
светового потока.
27