Основные понятия, величины и единицы измерения

Свет является важнейшей составляющей жизненной средой живых организмов и растений. Он играет значительную роль в жизнедеятельности человека. Свет - источник освещения внутренних объемов зданий, он обогащает архитектурно-художественную композицию и цветовое решение интерьеров помещений. Кроме того, он является доминирующим фактором в освещении ансамблей жилой застройки, зданий и сооружений вечером и ночью.

Свет представляет собой электромагнитное излучение. Оптическая часть электромагнитного спектра лучистой энергии включает в себя области ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения.

Ультрафиолетовый спектр представляет излучение, длины волн монохроматических составляющих которого меньше длин волн видимого излучения и больше 1 нм (нанометр). Различают следующие области ультрафиолетового излучения:

- УФ-А с длинами волн 315 - 400 нм;

- УФ-В с длинами волн 280 - 315нм;

- УФ-С с длинами волн 100 - 280 нм.

Видимое излучение, характеризующее свет, непосредственно вызывает зрительные ощущения. Нижняя граница спектральной области видимого излучения находится в пределах 380 - 400 нм, а верхняя - между 760 и 780 нм.

Инфракрасным является излучение, длины волн монохроматических составляющих которого больше длин волн видимого излучения и меньше 1 нм. Различают следующие области инфракрасного излучения:

- ИК-А с длинами волн 780 - 1400 нм;

- ИК-В с длинами волн 1,4 и 3 мкм;

- ИК-С с длинами волн 3 мкм - 1 мм.

Монохроматическое излучение представляет собой очень узкую область частот (или длин волн), которая может определена одним значением частоты (или длины волны).

Сложное излучение характеризуется совокупностью монохроматических излучений разных частот. Примером сложного излучения является дневной свет.

Распределение в пространстве сложного излучения в результате его разложения на монохроматические составляющие понимается как спектр излучения. Излучения, имеющие разную длины волн, попадая на сетчатку глаза, вызывают ощущение того или иного цвета. Человеческий глаз наиболее чувствителен к желто-зеленым излучениям с длиной волны = 555 нм.

Источником естественного света является лучистая энергия солнца, которая образует световой поток, мощность которого в светотехнике оценивается по производимому его на нормальный глаз человека световому ощущению.

За единицу светового потока принят люмен (лм), лм - световой поток, излучаемый в телесном угле, равном 1 ср (стерадиану), равномерным точечным источником света силой в 1 кд (канделу).

Продолжительность действия светового потока во времени называется световой энергией, за единицу измерения которой принят люмен в секунду (лм × с).

В связи с тем, что источник света распределяет световой поток в пространстве неравномерно, для оценки светового действия источника света в каком-то определенном направлении пользуется понятием сила света. Под силой света (источника его) в данном направлении I понимается пространственная мощность (плотность) светового потока, равная отношению светового потока к величине телесного угла, в котором равномерно распределяется излучение, определяемое по формуле

= , (3.1)

где - световой поток, лм

- элементарный пространственный телесный угол, ср.

Единицей силы света является кандела (кд) - это сила света, излучаемого в перпендикулярном направлении 1/60000 м² поверхности черного тела.

Телесный угол (рис. 3.1.) определяется по формуле

= , (3.2)

где - площадь, которую телесный угол вырезает на поверхности сферы, описанной из его вершины, м²

- радиус сферы, м.

Для оценки условий освещения, создаваемых источником света, пользуются понятием освещенности, представляющей собой отношение величины падающего светового потока F к площади освещаемой поверхности .

Освещенность при равномерном распределении на поверхности (рис. 3.2.) определяется по формуле

= (3.3)

Рис. 3.1 Схема к определению телесного угла, определяющего

силу света в определенном направлении.

За единицу освещенности принимают люкс (лк), равный освещенности, создаваемой световым потоком 1 лм, равномерно распределенным на поверхности площадки 1 м².

Рис. 3.2. Схема к определению освещенности от

точечного источника света (ТИС).

Освещенность, создаваемую точечным излучателем (рис. 3.2) с заданным распределением силы света, определяется по формуле

= , (3.4)

где - сила света, кд;

- расстояние от точечного источника света до точки М, в которой определяется освещенность.

При оценке качества световой среды в интерьере решающее значение имеет яркость свечения источника света и освещаемых им поверхностей. Яркость свечения источника света или освещаемой им поверхности представляет собой поверхностную плотность силы света в заданном направлении, определяемую отношением силы света к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную тому же направлению.

Различают два частных случая определения яркости :

1) яркость в точке М поверхности источника в направлении светового потока I определяется по формуле

= , (3.5)

где - сила света в направлении I;

- элемент светящей поверхности, содержащей точку М;

- сила света, приходящаяся на единицу площади проекции.

2) яркость в точке М поверхности приемника (например, глаза или фотоэлемента) в направлении I, представляющую собой отношение освещенности Е, создаваемой в точке приемника, к телесному углу, в котором заключен световой поток:

= . (3.6)

Единицей яркости является кандела на квадратный метр (кд/м²).

В общем случае яркость светящейся поверхности различна в разных направлениях, поэтому она, подобно силе света, характеризуется значением и направлением.

Между яркостью и освещенностью поверхности, равномерно рассеивающей падающий на нее свет, существует зависимость

= , (3.7)

где - коэффициент отражения.

Поверхности, обладающие одинаковой яркостью по всем направлениям, называются равнояркими излучателями. К ним относятся, например, оштукатуренная поверхность потолка и стен, осветительный прибор в виде шара из молочного стекла и т.п.

Характеристикой светового потока, излучаемого (или отражаемого) поверхностью, является светлость, определяемая отношением светового потока к площади равномерно светящейся поверхности. Единицей светлости является люмен на 1 м².

При падении светового потока на какое-то тело часть этого потока отражается от него , часть проходит через тело и часть поглощается телом . На основании закона сохранения энергии имеем