Основные светотехнические понятия и величины
Сила света (J). Каждый источник света, излучающий в видимой области спектра, характеризуется силой света, единица которой входит по классификации Международной системы в число основных физических величин. На XVI Генеральной конференции по мерам и весам (1979 г.) была определена единица силы света кандела (кд) – сила света, испускаемого в перпендикулярном направлении с поверхности эталонного излучателя (абсолютно чёрное тело) при мощности излучения 683 Вт в телесном угле в один стерадиан (ср) на частоте 540×1012 Гц (l = 555 нм – длина световой волны зеленого цвета).
Телесный угол (w)представляет собой часть пространства, ограниченную конической поверхностью. Мерой телесного угла является отношение площади той части поверхности сферы S произвольного радиуса r с центром в вершине конической поверхности, которая вырезается данным телесным углом, к квадрату радиуса сферы: w = S/r2. Единицей измерения телесного угла является стерадиан (сp).
Понятие силы света, как основной физической величины, используется при определении всех других светотехнических единиц.
Световой поток (Ф) – величина, которая определяется силой света, излучаемого в пределах данного телесного угла (w). В случае равномерного излучения Ф = Jw. За единицу измерения светового потока принят люмен (лм) – световой поток внутри телесного угла в один стерадиан при силе света в одну канделу.
Светимость (M) представляет собой поверхностную плотность излучаемого светового потока Физл , который может создаваться путем непосредственного излучения (в источниках света), путём излучения отражённого света от освещённых поверхностей, либо путём прохождения света сквозь прозрачные или полупрозрачные (частично прозрачные) тела. Для излучающих поверхностей конечных размеров светимость может быть оценена усреднённым значением:
Мср = Физл/S.
Единица измерения светимости – это светимость источника, каждый квадратный метр поверхности которого излучает световой поток в один люмен (лм/м2).
Освещенность (E) представляет собой поверхностную плотность падающего светового потока в перпендикулярном направлении на освещаемую поверхность. Поверхности конечных размеров могут быть охарактеризованы средней освещенностью Еср = Фпад/S. Единицей освещенности является люкс (лк) – освещенность поверхности в один квадратный метр, на которую падает световой поток в один люмен.
Из приведенных определений следует, что освещенность не зависит от свойств освещаемой поверхности. Освещенность поверхности при произвольном направлении падающего светового потока может быть определена по формуле
Еср = Jrcosa/r2,
где Jr – сила света, излучаемого от наблюдаемой поверхности в направлении наблюдения, по которому производится отсчёт расстояния r; a – угол между направлением наблюдения и нормалью к освещаемой поверхности.
Яркость является наиболее важным параметром, определяющим уровень восприятия света человеческим глазом. Источник света или освещённый предмет тем лучше виден, чем большую силу света излучает каждый элемент светящейся поверхности в направлении глаза.
Среднее значение яркости определяется как отношение силы света, излучаемой поверхностью в данном направлении, к площади проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:
Вср = Jизл/S cosa,
где Jизл – сила света, излучаемая поверхностью с площадью S;
a – угол между направлением излучения отражённого от поверхности света (Jизл) и нормалью к этой поверхности. Единица яркости (кд/м2) – яркость источника, каждый квадратный метр излучающей поверхности которого имеет в данном направлении силу света, равную одной канделе.
Яркость светящихся или освещаемых поверхностей зависит от отражающих свойств этих поверхностей, которые определяются коэффициентом отражения:
r = Фотр/Фпад,
где Фотр и Фпад – отраженный от поверхности и падающий на поверхность световые потоки. Коэффициент отражения зависит от цвета и чистоты обработки поверхности. Например, для побелённых стен и потолка r = 0,75 – 0,8, а для бетонных покрытий r = 0,35 – 0,5.
Особенности субъективного восприятия света
Зрение человека позволяет воспринимать форму, цвет, яркость и движение окружающих предметов. До 90 % информации об окружающем мире человек получает с помощью зрительных органов, поэтому рациональное освещение помещений и рабочих мест является одним из важнейших факторов создания нормальных гигиенических условий для выполнения любых зрительных работ.
Глаз человека работает по принципу фотографической камеры, в которой роль объектива выполняет хрусталик. Световые лучи, проходя через хрусталик, преломляются и создают уменьшенное обратное изображение на внутренней стенке глазного яблока (сетчатке). Светочувствительные рецепторы сетчатки (палочки и колбочки) поглощают падающий на них световой поток и преобразуют его в нервные импульсы, которые передаются по зрительному нерву в мозг. Величина возбуждаемых импульсов зависит от освещенности участков сетчатки, на которые проецируется изображение рассматриваемого предмета.
Энергетические характеристики зрительного анализатора определяются интенсивностью световых сигналов, воспринимаемых глазом. К ним относятся: яркость наблюдаемого объекта, контраст объекта с фоном, цветоощущение. искусственный освещение нормирование рабочий
Яркость является основной характеристикой, определяющей уровень светоощущения. В общем случае яркость предмета определяется двумя составляющими – яркостью излучения и яркостью за счет внешней засветки (яркостью отражения):
B = Bизл + Bотр.
Яркость излучения определяется интенсивностью излучения с поверхности наблюдаемого объекта и его светоотдачей. Вторая составляющая для случая диффузного (ненаправленного) отражения определяется уровнем освещенности наблюдаемой поверхности от внешнего источника и ее отражающими свойствами:
Bотр = Erд/p,
где E – освещённость поверхности;
rД– коэффициент диффузного отражения поверхности.
Диапазон воспринимаемых яркостей зрительным анализатором человека весьма велик: от 10-6 до 106 кд/м2.
Каждый видимый объект наблюдается на фоне каких-либо других объектов. Фон представляет собой поверхность, на которой наблюдается данный зрительный объект. Основной характеристикой фона является коэффициент отражения (r). Если r < 0,2 – фон считается темным, если 0,2 < r < 0,4 – средним, если r > 0,4 – светлым.
Зрительное восприятие объектов также зависит от их контраста по отношению к фону, на котором они наблюдаются. Различают два вида контраста: прямой (объект наблюдения темнее фона, т. е. Bо < Bф) и обратный (объект наблюдения светлее фона, т. е. Bо > Bф). Количественно величина контраста оценивается отношением разности яркостей объекта наблюдения и фона к большей яркости:
Скачать реферат