La luz que llega desde el Sol a la superficie de nuestro planeta Tierra es la fuente de vida para todos sus organismos vivos. rayos de sol, propagándose a una velocidad de 300.000 km/h, tienen los siguientes efectos sobre el medio ambiente:

• participación en la fotosíntesis;
• luz visible;
• cálido;
• desinfección;
• irradiación.

En base a esto, la luz natural es energía radiante en la forma ondas electromagnéticas teniendo diferentes propiedades dependiendo de su indicador general, que es la longitud. La longitud de las emisiones se mide en nanómetros (0,000000001 m) y varía según ondas infrarrojas de 700 a 10.000 nm, visible para el ojo humano 400-750 nm, ultravioleta - 10-370 nm. y rayos X 0,00001-10 nm.

Para el ojo humano, la longitud más óptima de visibilidad vibraciones electromagnéticas De 500 a 600 nm, los rayos rojos y violetas se perciben peor, y los rayos infrarrojos y ultravioleta se sienten solo al calentar y broncear la piel.

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la humanidad ha aprendido a crear fuentes artificiales todo tipo de ondas electromagnéticas utilizadas en diferentes industrias industria y agricultura y otras áreas de actividad. Consideremos los conceptos básicos de iluminación que revelan todas las características de las fuentes de luz.

¿Qué es el flujo luminoso?

Flujo luminoso es poder radiación visible Fuente de ondas electromagnéticas que el ojo humano percibe. Se designa con la letra F y se mide en lúmenes (lm).

El flujo de rayos de luz, al alejarse de la fuente, se propaga de manera desigual en el espacio, perdiendo su densidad. Esta densidad radiante espacial del flujo de luz se caracteriza por un concepto como intensidad luminosa. I(medido en candelas - cd.), que se determina a partir de la relación entre el flujo luminoso Ф y el ángulo sólido ω.

I=Ф/ω.

Para entender cómo se interrelacionan estas cantidades entre sí, veamos la figura.

Si tomamos una fuente puntual de luz 0, que brillará en el espacio, estará ubicada dentro de la bola iluminada. Ahora imagine que el flujo luminoso Ф se extenderá a un área seleccionada de la esfera con área S, como resultado se formará un cono, cuyo lado será el radio de la bola. Este ángulo espacial, que es el vértice del cono, es sólido y se define como la relación entre el área S y el cuadrado del radio de la esfera.

La unidad de ángulo sólido es el estereorradián (sr), que se forma en la superficie. bola brillante un área igual en valor al cuadrado de su radio.

Iluminación

Iluminación caracteriza cómo cambia cuantitativamente en el espacio la densidad del flujo luminoso de una fuente de luz, cuyos rayos inciden sobre cualquier superficie ubicada a diferentes distancias del lugar de radiación. Determinado por la relación entre el flujo luminoso Ф y la superficie iluminada S:

¡Veamos el dibujo otra vez!

Entonces, tomemos también una fuente de luz puntual A, intensidad luminosa yo α cuyo flujo luminoso se dirige a un área del área S de cualquier superficie. La distancia entre la fuente de luz A y el área es l. Como resultado, se forma un cono con una inclinación, con un ángulo α entre la dirección de la intensidad de la luz. yo α y el lado del cono y el ángulo espacial ω. Entonces:

ω=S*cosα/l 2 y calcular Ф= yo α*S*cosα/l 2 .

Determinamos la iluminación del elemento mediante la siguiente expresión:

mi= yo α*cosα/l 2 .

Por tanto, la iluminación está determinada por la intensidad de la luz por la distancia a la superficie iluminada, es decir ¡Cuanto más lejos esté un objeto de la fuente de radiación visible, menos luz incide sobre él!

La unidad de iluminación se llama lux y se denota como (lx).

Brillo

Cuando un flujo de luz incide en la superficie de un objeto, se absorbe parcialmente y la otra parte se refleja, creando percepción visual este objeto a distancia. Si dos objetos iluminados son oscuros y color claro colocado a la misma distancia del ojo humano, el objeto luminoso será mejor visible, es decir, refleja mejor el flujo luminoso de la fuente de luz. A modo de comparación, ¿dónde será más claro, en una habitación con papel tapiz de color verde claro o marrón oscuro con la misma luz? Por supuesto, en una habitación con paredes de color verde claro.

Así, bajo brillo Se entiende por superficie iluminada la cantidad de intensidad de luz reflejada con respecto al ojo del observador, que dependerá del color y propiedades reflectantes de esta superficie.

El brillo se indica con la letra L y es igual a la relación entre la intensidad luminosa y el área de proyección de la superficie iluminada:

Como puede verse en la fórmula, el brillo se mide en candelas por uno. metro cuadrado(cd/m2).

Esta fórmula es válida si el ojo del observador está en un ángulo de 90 grados con respecto a la superficie reflectante, ya que entonces el ángulo entre los ángulos incidente y reflectante será 0 grados, ¡y cos0=1!

Si el ojo humano ve la superficie iluminada en un cierto ángulo a, entonces verá el área de proyección de esta superficie en un plano ubicado en un ángulo de 90 ° hacia el observador, entonces el brillo será ser igual a:

El término luminosidad también se utiliza para fuentes de luz con superficies emisoras. varias formas. Entonces, por ejemplo, si tomamos una lámpara incandescente con una bombilla esférica, entonces la proyección de radiación en el espacio tendrá la forma de un círculo con un área de πD2/4. Para lámparas cilíndricas (descarga de gas), la proyección es un conjunto de rectángulos, que se calculan como el producto del largo por el ancho, y en en este caso multiplicando el diámetro del matraz por su longitud.

Preguntas del examen estatal en la disciplina "Iluminación eléctrica"

La energía y el flujo de radiación por sí solos no pueden indicar una mayor o menor percepción de esta radiación por parte de una persona. De hecho, si la radiación se encuentra en la región infrarroja o ultravioleta, por muy poderosa que sea, seguirá siendo invisible para el ojo humano. Si la radiación del mismo poder pertenece a la región visible del espectro, una persona las percibirá de manera diferente: en en mayor medida en longitudes de onda de aproximadamente 555 nm (radiación amarilla y verde) y mucho más débiles en los límites del rango visible (rojo y violeta). Por lo tanto, para evaluar la percepción de la radiación por parte de una persona, es necesario tener en cuenta no sólo la energía de la radiación, sino también la sensibilidad espectral relativa del ojo, que es función de la longitud de onda de la radiación.

Flujo luminoso F– la potencia del flujo de radiación, estimada por la sensación luminosa que provoca en un receptor selectivo - un observador fotométrico estándar, la curva de la sensibilidad espectral relativa del ojo está estandarizada por la CIE. En otras palabras, el flujo luminoso es el flujo de radiación efectivamente transformado por el ojo.

Para unidad de flujo luminoso adoptado de conformidad con un acuerdo internacional luz (lm).

No existe un factor de conversión constante de vatios (flujo radiante) a lúmenes (flujo luminoso). Más precisamente, tal coeficiente existe, pero es diferente para diferentes longitudes de onda.

intensidad de la luz yo es la densidad espacial del flujo luminoso en en esta dirección:

Yo a = dФ/dw,

Dónde F- flujo luminoso, lm;

w ‑ ángulo sólido (espacial) con el vértice en la ubicación de la fuente de luz, dentro de la cual este flujo luminoso se distribuye uniformemente, cf.

La unidad de ángulo sólido, estereorradián (sr), se considera un ángulo que, teniendo su vértice en el centro de la esfera, corta una sección esférica en su superficie, en área igual al cuadrado radio.

El ángulo sólido de la esfera es 4π.

La unidad de intensidad luminosa, de acuerdo con la decisión adoptada por la XIII Conferencia General de Pesas y Medidas en 1967, es la candela [cd]. Candela – unidad básica en el sistema C a la par del metro, kilogramo, segundo, amperio, etc.

Iluminación E- Este densidad superficial flujo de luz incidente. Iluminación de un elemento de superficie en punto dado determinado por la relación de flujo luminoso dФ incidente en el elemento de superficie bajo consideración, al área dS 2(El índice 2 normalmente indica la superficie iluminada) de este elemento de superficie: mi = dФ/dS 2.

La unidad de iluminación es lux (lx). Lux es igual a la iluminación de una superficie de 1 m2, sobre la cual se distribuye uniformemente un flujo luminoso de 1 lm:

La iluminación de un elemento de superficie creada por una fuente puntual es proporcional a la intensidad de la luz y al coseno del ángulo de incidencia de la luz sobre la superficie iluminada, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde la fuente de luz a esta superficie.

Brillo La es la densidad superficial de la intensidad de la luz en una dirección determinada, es decir la relación entre la intensidad luminosa en una dirección determinada y el área de proyección de la superficie luminosa sobre un plano perpendicular a esta dirección.

La unidad de brillo es candela por metro cuadrado (cd/m 2).

El nivel de percepción de la luz por parte de una persona depende del brillo del objeto luminoso.

Capítulo Siete

ILUMINACIÓN DE LOCALES DE PRODUCCIÓN

7.1. Conceptos básicos de la ingeniería de iluminación. Flujo luminoso, intensidad luminosa, iluminación, brillo de la superficie luminosa, reflectancia de la luz.

Para la vida humana normal, especialmente en condiciones de producción, la calidad de la iluminación juega un papel importante. mal iluminado áreas peligrosas, las fuentes de luz cegadoras y las sombras nítidas de objetos y equipos perjudican la orientación de los trabajadores, por lo que no se puede excluir la posibilidad de lesiones. La iluminación insuficiente o inadecuada de los lugares de trabajo y de toda el área de trabajo provoca una fatiga prematura de una persona y puede provocar no solo una disminución de la productividad laboral, sino también un accidente. Los dispositivos de iluminación seleccionados incorrectamente al diseñar iluminación eléctrica, así como las violaciones de los requisitos del capítulo "Iluminación eléctrica" ​​de las Reglas para la operación técnica de instalaciones eléctricas pueden provocar incendios, explosiones y otros accidentes industriales.

Iluminación locales de producción y los empleos pueden ser naturales 1, artificiales y combinados.

1 Cálculo luz natural Básicamente, se reduce a determinar el área de las aberturas de luz (ventanas) en la habitación de acuerdo con las instrucciones de SNiP II 4-79 “Iluminación natural y artificial. Estándares de diseño".

La luz natural (sol) tiene impacto positivo sobre la visión y sobre el cuerpo humano en general. Por lo tanto, todos los locales están de acuerdo con las Normas de Diseño Sanitario. empresas industriales SN 245-71, por regla general, debe tener iluminación natural.

Iluminación artificial Se lleva a cabo utilizando fuentes de luz eléctrica: lámparas incandescentes, fluorescentes u otras lámparas de descarga de gas.

Las principales magnitudes que caracterizan la luz visible son el flujo luminoso de la fuente luminosa, la intensidad luminosa, la iluminación, el brillo de la superficie luminosa y la reflectancia de la luz.

El flujo luminoso Φ es la potencia de la energía luminosa, evaluada por la sensación de luz percibida. órgano visual persona. La unidad de medida del flujo luminoso es luz(lm). Esta unidad se puede juzgar por el ejemplo de que el flujo luminoso de una lámpara incandescente con una potencia (consumida de la red) de 25 W a un voltaje de 220 V es de aproximadamente 200 lm.

El poder de la luz caracteriza su intensidad en diferentes puntos del espacio iluminado. La intensidad luminosa es igual a la relación entre el flujo luminoso y el ángulo sólido ω, dentro del cual el flujo luminoso se distribuye uniformemente: I=Φ/ω. Se toma la unidad de intensidad luminosa. candela(kd), determinado fuente de referencia Luz. Por tanto, un lumen es el flujo luminoso emitido por una fuente puntual de luz en un ángulo sólido (espacial) de un estereorradián (st) con una intensidad luminosa de 1 cd.

Iluminación (E): la densidad superficial del flujo de luz que incide sobre una superficie determinada, medida en lux (lx), es decir, E=Φ/S; 1 lux es igual a 1 lm/m2.

El brillo L es una cantidad de luz percibida directamente por el ojo, está determinada por el valor de la intensidad de la luz emitida desde una unidad de superficie en una dirección dada en un ángulo α, donde L = Iρ/S, ρ es la reflectancia de la superficie, ρ = Φ neg /Φ pad, t .e. igual a la proporción flujo de luz reflejado desde la superficie al flujo de luz que incide sobre ella.

El flujo luminoso total caracteriza la radiación que se propaga desde la fuente en todas direcciones. A efectos prácticos, suele ser más importante conocer no el flujo luminoso total, sino el flujo que va en una determinada dirección o incide en una determinada zona. Por ejemplo, para un automovilista es importante obtener un flujo luminoso suficientemente grande en un ángulo sólido relativamente estrecho, dentro del cual se encuentra una pequeña sección de la carretera. Para alguien que trabaja en un escritorio, lo importante es el flujo que ilumina la mesa o incluso parte de la mesa, un cuaderno o un libro, es decir, el flujo que incide sobre una determinada zona. De acuerdo con esto, se han establecido dos conceptos auxiliares: intensidad luminosa e iluminación.

La intensidad luminosa es el flujo luminoso calculado por ángulo sólido igual a un estereorradián, es decir, la relación entre el flujo luminoso encerrado dentro del ángulo sólido y este ángulo:

La iluminación es el flujo luminoso calculado por unidad de área, es decir, la relación entre el flujo luminoso que incide sobre el área y esta área:

Está claro que las fórmulas (70.1) y (70.2) determinan fuerza promedio iluminación ligera y media. Serán cuanto más cercanos a los verdaderos, más uniforme sea el flujo o más pequeño y.

Es evidente que con la ayuda de una fuente que envía un determinado flujo luminoso podemos conseguir intensidades luminosas muy variadas y una iluminación muy variada. De hecho, si dirige todo el flujo o la mayor parte dentro de un pequeño ángulo sólido, entonces en la dirección resaltada por este ángulo puede obtener muy gran fuerza Luz. Por ejemplo, en los focos es posible concentrarse la mayoría de flujo enviado arco voltaico, en un ángulo sólido muy pequeño y reciben una enorme intensidad luminosa en la dirección correspondiente. En menor medida, el mismo objetivo se consigue con la ayuda de los faros de los coches. Si concentra el flujo luminoso de cualquier fuente utilizando reflectores o lentes en área pequeña, entonces se puede lograr una alta iluminación. Esto se hace, por ejemplo, cuando se intenta iluminar fuertemente una muestra vista a través de un microscopio; Un reflector de lámpara cumple una función similar: proporciona una buena iluminación del lugar de trabajo.

Según la fórmula (70.1), el flujo luminoso igual al producto Intensidad luminosa por ángulo sólido en el que se propaga:

Si el ángulo sólido, es decir, los rayos son estrictamente paralelos, entonces el flujo luminoso también es igual a cero. Esto significa que un haz de rayos de luz estrictamente paralelo no transporta energía, es decir, no tiene significado fisico, - en ningún experimento real se puede realizar una viga estrictamente paralela. Este es un concepto puramente geométrico. Sin embargo, los haces de rayos paralelos se utilizan mucho en óptica. El hecho es que las pequeñas desviaciones del paralelismo de los rayos de luz, que son de fundamental importancia desde el punto de vista energético, prácticamente no desempeñan ningún papel en las cuestiones relacionadas con el paso de los rayos de luz a través de los sistemas ópticos. Por ejemplo, los ángulos en los que los rayos de una estrella distante inciden en nuestro ojo o telescopio son tan pequeños que ni siquiera se pueden medir. métodos existentes; Prácticamente estos rayos no se diferencian de los paralelos. Sin embargo, estos ángulos todavía no son iguales a cero, y es gracias a esto que vemos la estrella. EN últimamente Mediante láseres se obtienen haces de luz con una direccionalidad muy marcada, es decir, con una divergencia muy baja de los rayos de luz (véase el § 205). Sin embargo, en este caso, los ángulos entre los rayos tienen un valor finito.

1. Flujo luminoso

El flujo luminoso es la potencia de la energía radiante, valorada por la sensación luminosa que produce. La energía de la radiación está determinada por la cantidad de cuantos que emite el emisor al espacio. La energía de radiación (energía radiante) se mide en julios. La cantidad de energía emitida por unidad de tiempo se llama flujo de radiación o flujo radiante. El flujo de radiación se mide en vatios. El flujo luminoso se denomina Fe.

donde: Qе - energía de radiación.

El flujo de radiación se caracteriza por la distribución de energía en el tiempo y el espacio.

En la mayoría de los casos, cuando se habla de la distribución del flujo de radiación a lo largo del tiempo, no se tiene en cuenta naturaleza cuántica la aparición de radiación, y con esto nos referimos a una función que da un cambio en el tiempo de los valores instantáneos del flujo de radiación Ф(t). Esto es aceptable porque la cantidad de fotones emitidos por la fuente por unidad de tiempo es muy grande.

Según la distribución espectral del flujo de radiación, las fuentes se dividen en tres clases: con espectro lineal, rayado y continuo. Flujo de radiación de la fuente con espectro de líneas consta de corrientes monocromáticas de líneas individuales:

donde: Фλ - flujo de radiación monocromática; Fe - flujo de radiación.

Para las fuentes con un espectro rayado, la radiación se produce dentro de áreas bastante amplias del espectro: bandas separadas entre sí por intervalos oscuros. Para características distribución espectral flujo de radiación con espectros continuos y rayados, una cantidad llamada densidad de flujo espectral

donde: λ - longitud de onda.

La densidad del flujo de radiación espectral es una característica de la distribución del flujo radiante en el espectro y es igual a la relación entre el flujo elemental ΔФeλ correspondiente a un área infinitesimal y el ancho de esta área:

La densidad del flujo de radiación espectral se mide en vatios por nanómetro.

En luminotecnia, donde el principal receptor de radiación es el ojo humano, para evaluar acción efectiva flujo de radiación, se introduce el concepto de flujo luminoso. El flujo luminoso es el flujo de radiación, evaluado por su efecto en el ojo, cuya sensibilidad espectral relativa está determinada por la curva de eficiencia espectral media aprobada por la CIE.

En luminotecnia se utiliza la siguiente definición de flujo luminoso: el flujo luminoso es la potencia de la energía luminosa. La unidad de flujo luminoso es lumen (lm). 1 lm corresponde al flujo luminoso emitido en una unidad de ángulo sólido por una fuente puntual isotrópica con una intensidad luminosa de 1 candela.

Tabla 1. Típico cantidades de luz fuentes de luz:

El flujo de luz Ф que incide sobre un cuerpo se distribuye en tres componentes: reflejado por el cuerpo Фρ, absorbido por Фα y transmitido Фτ. Cuando se utilizan los siguientes coeficientes: reflexión ρ = Фρ /Ф; absorción α =Фα /Ф; transmisión τ = Фτ / Ф.

Tabla 2. Características lumínicas de algunos materiales y superficies.

2. poder de la luz

Distribución de radiación fuente real no uniformemente en todo el espacio circundante. Por tanto, el flujo luminoso no será una característica exhaustiva de la fuente si no se determina simultáneamente la distribución de la radiación en diferentes direcciones del espacio circundante.

Para caracterizar la distribución del flujo luminoso, se utiliza el concepto de densidad espacial del flujo luminoso en diferentes direcciones del espacio circundante. La densidad espacial del flujo luminoso, determinada por la relación entre el flujo luminoso y el ángulo sólido con el vértice en el punto donde se encuentra la fuente, dentro del cual este flujo se distribuye uniformemente, se llama intensidad luminosa:

donde: F - flujo luminoso; ω - ángulo sólido.

La unidad de intensidad luminosa es la candela. 1 cd.

Se trata de la intensidad luminosa emitida en dirección perpendicular por un elemento de superficie de cuerpo negro con un área de 1:600000 m2 a la temperatura de solidificación del platino.
La unidad de intensidad luminosa es la candela, cd es una de las cantidades básicas del sistema SI y corresponde a un flujo luminoso de 1 lm, distribuido uniformemente dentro de un ángulo sólido de 1 estereorradián (promedio). Ángulo sólido: parte del espacio encerrado en el interior. superficie cónica. ángulo sólidoω se mide por la relación entre el área que corta de una esfera de radio arbitrario y el cuadrado de esta última.

3. Iluminación

La iluminancia es la cantidad de luz o flujo luminoso que incide sobre una unidad de superficie. Se designa con la letra E y se mide en lux (lx).

La unidad de iluminación lux, lux, tiene la dimensión lumen por metro cuadrado (lm/m2).

La iluminación se puede definir como la densidad del flujo luminoso sobre una superficie iluminada:

La iluminación no depende de la dirección de propagación del flujo luminoso sobre la superficie.

A continuación se muestran algunos indicadores de iluminación generalmente aceptados:

Verano, día bajo un cielo despejado - 100.000 lux

Alumbrado público: 5-30 lux

luna llena en noche clara- 0,25 lux

4. La relación entre intensidad luminosa (I) e iluminancia (E).

Ley del cuadrado inverso

La iluminación en un determinado punto de una superficie perpendicular a la dirección de propagación de la luz se define como la relación entre la intensidad luminosa y el cuadrado de la distancia desde este punto a la fuente de luz. Si distancia dada tomamos d como d, entonces esta relación se puede expresar mediante la siguiente fórmula:

Por ejemplo: si una fuente de luz emite luz con una intensidad de 1200 cd en dirección perpendicular a la superficie a una distancia de 3 metros de esta superficie, entonces la iluminancia (Ep) en el punto donde la luz llega a la superficie será 1200 /32 = 133 lux. Si la superficie está a una distancia de 6 m de la fuente de luz, la iluminación será 1200/62 = 33 lux. Esta relación se llama "ley del cuadrado inverso".

Iluminación en un punto determinado de la superficie, no perpendicular a la dirección La propagación de la luz es igual a la intensidad de la luz en la dirección del punto de medición, dividida por el cuadrado de la distancia entre la fuente de luz y el punto en el plano multiplicado por el coseno del ángulo γ (γ es el ángulo formado por la dirección de incidencia de la luz y la perpendicular a este plano).

Por eso:

Esta es la ley del coseno (Figura 1).

Arroz. 1. A la ley del coseno

Para calcular la iluminación horizontal, es recomendable cambiar la última fórmula reemplazando la distancia d entre la fuente de luz y el punto de medición por la altura h desde la fuente de luz hasta la superficie.

En la Figura 2:

Entonces:

Obtenemos:

Con esta fórmula se calcula la iluminación horizontal en el punto de medición.

Arroz. 2. Iluminación horizontal

6. Iluminación vertical

La iluminación de un mismo punto P en un plano vertical orientado hacia la fuente luminosa se puede representar en función de la altura (h) de la fuente luminosa y del ángulo de incidencia (γ) de la intensidad luminosa (I) (Figura 3) .

luminosidad:

Para superficies de dimensiones finitas:

La luminosidad es la densidad del flujo luminoso emitido por una superficie luminosa. La unidad de luminosidad es el lumen por metro cuadrado de superficie luminosa, que corresponde a una superficie de 1 m2 que emite uniformemente un flujo luminoso de 1 lm. En caso radiación total Se introduce el concepto de luminosidad energética. cuerpo radiante(A mí).

La unidad de luminosidad energética es W/m2.

La luminosidad en este caso se puede expresar mediante densidad espectral Luminosidad energética del cuerpo emisor Meλ(λ)

Para una evaluación comparativa, presentamos luminosidades energéticas a la luminosidad de algunas superficies:

Superficie solar - Me=6 107 W/m2;

Filamento de lámpara incandescente - Me=2 105 W/m2;

La superficie del sol en el cenit es M=3,1 109 lm/m2;

Lámpara fluorescente - M=22 103 lm/m2.

Esta es la intensidad de la luz emitida por unidad de superficie en una dirección específica. La unidad de brillo es candela por metro cuadrado (cd/m2).

La propia superficie puede emitir luz, como la superficie de una lámpara, o reflejar la luz que proviene de otra fuente, como la superficie de una carretera.

Las superficies con diferentes propiedades de reflexión bajo la misma iluminación tendrán diversos grados brillo

El brillo emitido por una superficie dA en un ángulo Ф con respecto a la proyección de esta superficie es igual a la relación entre la intensidad de la luz emitida en una dirección determinada y la proyección de la superficie emisora ​​(Fig. 4).

Arroz. 4. Brillo

Tanto la intensidad luminosa como la proyección de la superficie emisora ​​no dependen de la distancia. Por tanto, el brillo también es independiente de la distancia.

Algunos ejemplos prácticos:

Brillo de la superficie del sol - 2000000000 cd/m2

Brillo de lámparas fluorescentes: de 5000 a 15000 cd/m2

Brillo de la superficie luna llena- 2500cd/m2

Iluminación viaria artificial - 30 lux 2 cd/m2