Idag kommer vi att berätta allt om belysningsformeln för öppna ytor och inomhus, samt ange storleken på ljusflödet under olika omständigheter.
Ljus och snurrande hjul
Före omfattande elektrifiering var ljuskällan solen, månen, elden och ljuset. Forskare redan på 1400-talet kunde skapa ett system av linser för att förbättra belysningen, men de flesta människor arbetade och levde i levande ljus.
En del tyckte synd om att de spenderade pengar på vaxlampor, eller att det här sättet att förlänga dagen var helt enkelt inte tillgängligt. Sedan använde de alternativa bränsle alternativ - olja, animaliskt fett, ved. Till exempel har ryska bondkvinnor i mittfältet vävt lin hela sitt liv i ljuset av en fackla. Läsaren kan fråga sig: "Varför behövde detta göras på natten?" När allt kommer omkring är koefficienten för naturligt ljus under dagen mycket högre. Faktum är att under dagtid hade bondekvinnorna många andra bekymmer. Dessutom är vävprocessen mycket mödosam och kräver sinnesro. Det var viktigt för kvinnor att ingen trampade på duken, så att barnen inte skulle blanda ihop trådarna och männen inte skulle distrahera.
Men med ett sådant liv finns det en fara: ljusflödet (vi formulerarge lite lägre) från ficklampan är mycket låg. Ögonen blev ansträngda och kvinnor förlorade snabbt synen.
Lighting and learning
När förstaklassare går till skolan den första september förväntar de sig mirakel med spänning. De fångas av linjalen, blommor, vacker form. De är intresserade av hur deras lärare kommer att vara, som de kommer att sitta med vid samma skrivbord. Och en person kommer ihåg dessa känslor för resten av sitt liv.
Men vuxna, när de skickar sina barn till skolan, bör tänka på mer prosaiska saker än glädje eller besvikelse. Föräldrar och lärare är bekymrade över bekvämligheten på skrivbordet, storleken på klassrummet, kvaliteten på krita och ljusformeln i rummet. Dessa indikatorer har normer för barn i alla åldrar. Därför bör skolbarn vara tacksamma för att man i förväg tänkt ut inte bara läroplanen utan även den materiella sidan av frågan.
Belysning och arbete
Det är inte för inte som skolor genomför inspektioner där en formel för beräkning av belysning av lokaler för klasser tillämpas. Barn på tio eller elva gör inget annat än att läsa och skriva. Sedan gör de sina läxor på kvällen, utan att återigen skiljas åt med pennor, anteckningsböcker och läroböcker. Efter det håller även moderna tonåringar sig till en mängd olika skärmar. Som ett resultat är hela livet för ett skolbarn förknippat med en belastning på synen. Men skolan är bara början på livet. Dessutom väntar alla dessa människor på ett universitet och arbete.
Varje typ av arbete kräver sin egen ljuseffekt. Beräkningsformeln tar alltid hänsyn till deten person gör 8 timmar om dagen. Till exempel måste en urmakare eller juvelerare överväga de minsta detaljerna och nyanserna av färger. Därför kräver arbetsplatsen för människor i detta yrke stora och ljusa lampor. En botaniker som studerar regnskogens växter behöver tvärtom ständigt vistas i skymningen. Orkidéer och bromeliader är vana vid att den övre delen av träd tar nästan allt solljus.
Formel
Kommer direkt till belysningsformeln. Hennes matematiska uttryck ser ut så här:
Eυ=dΦυ / dσ.
Låt oss titta närmare på uttrycket. Uppenbarligen är Eυ belysningen, sedan är Φυ ljusflödet, och σ är en liten enhet av arean som flödet faller på. Det kan ses att E är ett integralvärde. Detta innebär att mycket små segment och bitar beaktas. Det vill säga, forskare summerar belysningen av alla dessa små områden för att få det slutliga resultatet. Enheten för belysning är lux. Den fysiska betydelsen av en lux är ett sådant ljusflöde, för vilket det finns en lumen per kvadratmeter. Lumen är i sin tur ett mycket specifikt värde. Det betecknar ljusflödet som emitteras av en isotrop punktkälla (därav monokromatiskt ljus). Ljusstyrkan för denna källa är lika med en candela per rymdvinkel på en steradian. Enheten för belysning är ett komplext värde som inkluderar begreppet "candela". Den fysiska innebörden av den sista definitionen är följande: ljusets intensitet i en känd riktning från en källa somavger monokromatisk strålning med en frekvens på 540 1012 Hz (våglängden ligger i det synliga området av spektrumet), och ljusets energiintensitet är 1/683 W/sr.
Ljuskoncept
Visst ser alla dessa koncept vid första anblicken ut som en sfärisk häst i ett vakuum. Sådana källor finns inte i naturen. Och den uppmärksamma läsaren kommer säkert att ställa sig frågan: "Varför är detta nödvändigt?" Men fysiker har ett behov av att jämföra. Därför måste de införa vissa normer som måste vägledas av. Belysningsformeln är enkel, men mycket kan vara oklart. Låt oss dela upp det.
Index "υ"
Index υ betyder att värdet inte är helt fotometriskt. Och detta beror på det faktum att mänskliga förmågor är begränsade. Till exempel uppfattar ögat endast det synliga spektrumet av elektromagnetisk strålning. Dessutom ser människor den centrala delen av denna skala (avser grön färg) mycket bättre än marginalområdena (röd och lila). Det vill säga, i själva verket uppfattar en person inte 100% av fotoner av gul eller blå färg. Samtidigt finns det enheter som saknar ett sådant fel. De reducerade värden som belysningsstyrkan fungerar på (till exempel ljusflöde) och som betecknas med den grekiska bokstaven "υ", är korrigerade för mänskligt syn.
Monochromatic Radiation Generator
I grunden, som nämnts ovan, är antalet fotoner med en viss längdvågor som sänds ut i en viss riktning per tidsenhet. Även den mest monokromatiska lasern har en viss våglängdsfördelning. Och han måste verkligen vara inne på något. Det betyder att fotoner inte sänds ut i alla riktningar. Men i formeln finns något sådant som en "punktkälla för ljus." Detta är en annan modell som är utformad för att förena ett visst värde. Och inte ett enda objekt i universum kan kallas det. Så, en punktljuskälla är en fotongenerator som avger lika många elektromagnetiska fältkvanter i alla riktningar, dess storlek är lika med en matematisk punkt. Det finns dock ett knep, det kan göra ett verkligt objekt till en punktkälla: om avståndet som fotonerna når är mycket stort jämfört med storleken på generatorn. Vår centrala stjärna Solen är alltså en skiva, men avlägsna stjärnor är punkter.
Arbor, ja, parkera
En uppmärksam läsare märkte säkert följande: en ljus solig dag verkar ett öppet område mycket mer upplyst än en glänta eller gräsmatta som är stängd på ena sidan. Därför är havsstranden så lockande: det är alltid soligt och varmt där. Men även en stor glänta i skogen är mörkare och kallare. Och den grunda brunnen är dåligt upplyst den ljusaste dagen. Detta beror på att om en person bara ser en del av himlen, når färre fotoner hans öga. Koefficienten för naturlig belysning beräknas som förhållandet mellan ljusflödet från hela himlen till det synliga området.
Cirkel, oval, vinkel
Alla dessabegrepp är relaterade till geometri. Men nu kommer vi att prata om ett fenomen som är direkt relaterat till belysningsformeln och följaktligen till fysiken. Fram till denna punkt antogs det att ljus faller på ytan vinkelrätt, strikt nedåt. Detta är naturligtvis också en uppskattning. Under detta tillstånd betyder avståndet från ljuskällan minskningen av belysningen i proportion till kvadraten på avståndet. Således är de stjärnor som en person ser med blotta ögat på himlen antingen inte så långt från oss (de tillhör alla Vintergatans galax) eller mycket ljusa. Men om ljuset träffar ytan i en vinkel är det annorlunda.
Tänk på en ficklampa. Den ger en rund ljusfläck när den riktas strikt vinkelrätt mot väggen. Om du lutar den kommer fläcken att ändra form till en oval. Som du vet från geometrin har en oval en större yta. Och eftersom ficklampan fortfarande är densamma betyder det att ljusintensiteten är densamma, men den är liksom "utsmetad" över ett stort område. Ljusets intensitet beror på infallsvinkeln enligt cosinuslagen.
Vår, vinter, höst
Titeln låter som titeln på en vacker film. Men förekomsten av årstider beror direkt på vinkeln med vilken ljuset faller på sin högsta punkt på planetens yta. Och för tillfället handlar det inte bara om jorden. Årstider finns på alla föremål i solsystemet vars rotationsaxel lutar i förhållande till ekliptikan (till exempel på Mars). Läsaren har förmodligen redan gissat: ju större lutningsvinkeln är, desto färre fotoner per kvadratkilometer yta per sekund. Så attsäsongen blir kallare. I ögonblicket för planetens största avvikelse på halvklotet, råder vintern, i ögonblicket för den minsta - sommaren.
Siffror och fakta
För att inte vara ogrundad, här är några uppgifter. Vi varnar dig: de är alla medelvärden och är inte lämpliga för att lösa specifika problem. Dessutom finns det kataloger över ytbelysning från olika typer av källor. Det är bättre att hänvisa till dem när du gör beräkningar.
- På ett avstånd från solen till valfri punkt i rymden, vilket är ungefär lika med avståndet till jorden, är belysningen etthundratrettiofem tusen lux.
- Vår planet har en atmosfär som absorberar en del av strålningen. Därför är jordens yta upplyst med maxim alt hundra tusen lux.
- Mellanbreddgrader för sommaren är upplysta vid middagstid med sjutton tusen lux i klart väder och med femton tusen lux i molnigt väder.
- En fullmånenatt är belysningen två tiondelar av en lux. Stjärnljus en månlös natt är bara en eller två tusendelar av en lux.
- Att läsa en bok kräver minst trettio till femtio lux belysning.
- När en person tittar på en film på en biograf är ljusflödet cirka hundra lux. De mörkaste scenerna kommer att ha en indikator på åttio lux, och bilden av en ljus solig dag kommer att "dra" etthundratjugo.
- Solnedgång eller soluppgång över havet ger en belysning på cirka tusen lux. Samtidigt, på ett djup av femtio meter, kommer belysningen att vara cirka 20 lux. Vatten absorberar solljus mycket bra.
