Світлові випромінювання – це електромагнітні випромінювання певної частки оптичного діапазону. За довжиною хвилі оптичні випромінювання знаходяться в діапазоні довжини хвилі від 10 до 340000 нм. У цьому діапазоні видимі випромінювання займають незначну ділянку – діапазон від 380 до 760 нм. Таким чином, при однаковому енергетичному рівні оптичні випромінювання з довжиною хвилі 380-760 нм сприймаються органами зору людини, а за межами цього хвильового діапазону не сприймаються.
Тому, при вирішенні питань світлотехніки такі питання як енергія випромінювання чи потужність недоречні. У зв’язку з цим у світлотехніці введена система світлотехнічних величин і одиниць.
Основними поняттями цієї системи є:
ü світловий потік,
ü сила світла,
ü освітленість,
ü яскравість,
ü фон (характерується коефіцієнтом відбиття (ρ), пропускання (τ) та поглинання (β)),
ü контраст яскравості,
ü видимість.
Світловий потік Ф ¾ це потік випромінювання, що оцінюється за його дією на людське око. За одиницю світлового потоку прийнято люмен (лм). У загальному випадку нерівномірного освітлення світловий потік визначається як:
,
де w - тілесний кут, в межах якого відбувається випромінювання.
При рівномірному випромінюванні по всіх напрямках світловий потік дорівнює
Ф=4pJ
Наприклад, лампа розжарювання потужністю 40 Вт створює світловий потік 415-460 лм, а люмінесцентна лампа ЛД 40 такої же потужності – 2340 лм.
Сила світла J ¾ просторова щільність світлового потоку, яка визначається відношенням світлового потоку F (лм) до тілесного кута w, у якому цей потік поширюється:
J = Ф/w.
За одиницю сили світла прийнято канделу (кд). Тілесний кут ¾ частина простору сфери, обмежена конусом, що спирається на поверхню сфери з вершиною у її центрі. За одиницю тілесного кута прийнято стерадіан (ср). Кут в 1 ср вирізає на поверхні сфери площину, яка є рівною квадрату радіуса сфери. Кандела це сила світла еталонного джерела в перпендикулярному напрямку при температурі затвердіння платини 2046,65° К і тиску P=101325 Па.
Освітленість Е ¾ поверхнева щільність світлового потоку. При рівномірному розподілі світлового потоку Ф, перпендикулярного освітлюваній поверхні S, освітленість
Наприклад, освітленість поверхні у повний місяць – 0,2-0,3 лк, білої ночі 2-3 лк, опівдні (літо) – 68000–99000 лк.
Яскравість поверхні В ¾ поверхнева щільність сили світла, визначається як відношення сили світла І у даному напрямі до проекції поверхні, що світиться, на площину, перпендикулярну до напряму спостереження.
де a ¾ кут між нормаллю до поверхні і напрямом зору. За одиницю яскравості прийнято канделу на квадратний метр (кд/м2 або ніт ). Наприклад, яскравість люмінесцентних ламп – 5*103- 105 кд/м2, лампи розжарювання – 5,5*106 кд/м2. Око людини спроможне нормально функціонувати у діапазоні 10-6–104 кд/м2. Осліплююча яскравість залежить від розміру поверхні, яка світиться, яскравості сигналу та рівня адаптації зору і має розбіг 6,4*10–15,9*104 кд/м2. Для ефективного бачення об‘єкту фонова яскравість повинна знаходитися у діапазоні 10-500 кд/м2.
Коефіцієнти відбиття r, пропускання t та поглинання b поверхонь вимірюються у відсотках або частках одиниці
(r + t + b = 1): r = Fr/F; t = Ft/F; b = Fb/F,
де Fr, Ft, Fb ¾ відповідно відбитий, поглинений та той, що пройшов через поверхню, світлові потоки; F – світловий потік, що падає на поверхню. Наприклад, коефіцієнт відбиття білої поверхні дорівнюється 0,8 – 0,75 , світло синьої – 0,55, коричневої – 0,23, чорної – 0,1 – 0,07.
Фон – поверхня, що безпосередньо прилягає до об`єкта. Він оцінюється коефіцієнтом відбиття. Фон вважають світлим при r>0,4, середнім ¾ при 0,4 ³r>0,2 та темним при r<0,2.
Контраст K об`єкта спостереження та фону визначається різницею між їх яскравостями: К= (Во – Вф)/Вф,
де Во та Вф ¾ відповідно яскравості об`єкта та фону. Контраст вважають великим при К>0,5, середнім при 0,2< K<0,5, малим при K < 0,2.
Видимість V характеризує здатність ока сприймати об’єкт. Видимість залежить від освітлення, розміру об’єкта розпізнавання, його яскравості, контрасту між об’єктом і фоном, тривалості експозиції:
V = К/Кпор ,
де К - контраст між об’єктом і фоном; Кпор – пороговий контраст, тобто найменший контраст, що розрізняється оком за даних умов. Для нормального зорового сприйняття V повинна бути рівною 10–15.
Коефіцієнт пульсації газорозрядних ламп Кп. Час зберігання зорового відчуття -0,2-0,3с. Сприйняття мерехтливого світла має специфічні особливості. Серія світлових імпульсів сприймається як безупинний сигнал, якщо інтервали між імпульсами порівняні з часом інерції зору. Критична частота мерехтіння дорівнює 15-70 Гц. Таким чином, для забезпечення стабільного зображення частота регенерації сигналу повинна бути не нижчою 70 Гц. Наприклад, у сучасних моніторах частота регенерації зображення складає 85 Гц і вище.
Види виробничого освітлення
Залежно від джерел світла освітлення може бути природним, що створюється прямими сонячними променями та розсіяним світлом небосхилу; штучним, що створюється електричними джерелами світла, та суміщеним, при якому недостатнє за нормами природне освітлення доповнюється штучним.
Природне освітлення
Природне освітлення поділяється на:
· бокове (одно- або двобічне), що здійснюється через світлові отвори (вікна) в зовнішніх стінах;
· верхнє, здійснюється через отвори (ліхтарі) в дахах і перекриттях;
· комбіноване – поєднання верхнього та бокового освітлення.
Природне освітлення має важливе фізіолого-гігієнічне значення для людини, має психологічну дію, створюючи відчуття безпосереднього зв’язку з довкіллям, стимулює фізіологічні процеси, підвищує обмін речовин, покращує розвиток організму в цілому. Сонячне випромінювання зігріває та знезаражує повітря, очищуючи його від збудників багатьох хвороб. Однак, природне освітлення має і недоліки: воно непостійне в різні періоди часу, нерівномірно розподіляється в приміщенні, залежить від погодних умов.
На рівень природного освітлення приміщень впливають: світловий клімат, який залежить від географічного розтушування місця, площа та орієнтація світлових отворів; конструкція вікон, чистота скла, геометричні параметри приміщень та відбиваючі властивості поверхонь, зовнішнього та внутрішнього затемнення світла різними об’єктами.
Оскільки природне освітлення не постійне у часі, його кількісна оцінка здійснюється за відносним показником – коефіцієнтом природної освітленосні (КПО):
КПО = (Евн/Езов)*100%,
де Евн (лк) – природна освітленість в даній точці площини всередині приміщення, яка створюється світлом неба (безпосереднього або після відбиття); Езов (лк) - зовнішня горизонтальна освітленість, що створюється світлом в той самий час повністю відкритим небосхилом.
