Перевод световых величин в энергетические

Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света равной одной канделе, в телесный угол, величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд·ср).

Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен 4π люменам.

Существует и другое определение: единицей светового потока является люмен (лм), равный потоку, излучаемому абсолютно черным телом с площади 0,5305 мм 2 при температуре затвердевания платины (1773° С), или 1 свеча·1 стерадиан.

Единицы световых величин в международной системе единиц СИ (SI)

Примеры:

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК»
Под общей ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др.
М.: Издательство МЭИ, 1998

Энергетические единицы и соотношения между ними

1 Энергетические единицы и соотношения между ними

Поток излучения (лучистый поток) Фе– это величина энергии, переносимой полем в единицу времени через данную площадку

.Рис. 2.1.1. Поток излучения.

Спектральная плотность потока излучения Фl(l)– это функция, показывающая распределение энергии по спектру излучения: (2.1.1)

Поверхностная плотность потока энергии Ee – это величина потока, приходящегося на единицу площади:

Сила излучения (энергетическая сила света) – это поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется:

Телесный угол данного конуса равен отношению площади S поверхности, вырезанной на сфере конусом, к квадрату радиуса r сферы. Телесный угол измеряется в стерадианах (в сфере 4p ср). Энергетическая яркость – это величина потока, излучаемого единицей площади в единицу телесного угла в данном направлении.

(2.1.11)

Энергетический коэффициент пропускания te– это отношение энергетического светового потока Ф’е, пропущенного данным телом, к энергетическому потоку Фе, упавшему на него :

оптическая плотность среды – логарифм величины, обратной пропусканию.

2 Световые величины

– световой поток,– сила света, – освещенность, – светимость, – яркость

У световых величин нет никакой спектральной плотности, так как глаз не может провести спектральный анализ. Исторически сложилось что, исходная единица – это сила света.

Сила света определяется аналогично энергетической силе света:

(2.2.1) 1 кандела– сила излучения эталона (эталонный излучатель или черное тело) при температуре затвердевания платины(

20420K) площадью 1/60см2.

излучается источником с силой света 1 кд в телесном угле 1 ср: 1 лм =1кд*1ср

Освещенность: ,[лк] (223) 1 люкс– освещенность такой поверхности, на каж-

дый квадратный метр которой равномерно падает поток в 1лм.

3 Связь световых и энергетических величин

Связь световых и энергетических величин устанавливается через зрительное восприятие, которое хорошо изучено экспериментально. Функция видности– показывает, как глаз воспринимает излучение различного спектрального состава

Определить некую свето-вую величину (поток, сила света, яркость, и т. д.), по спектральной плотности соответствующей ей энергетической величины можно по общей формуле:

Световая экспозиция – это величина энергии, приходящейся на единицу площади за неко-торое время (освещенность, накопленная за время от t1 до t2):

Энергетические и световые (фотометрические) величины оптического излучения

Для количественной оценки излучения используется достаточно широкий круг величин, который условно можно разделить на две системы единиц: энергетическую и световую. При этом энергетические величины характеризуют излучение, относящееся ко всей оптической области спектра, а светотехнические величины – к видимому излучению. Энергетические величины пропорциональны соответствующим светотехническим величинам.

Основной величиной в энергетической системе, позволяющей судить о количестве излучения, является поток излучения Фэ, или мощность излучения, т.е. количество энергии W, излучаемой, переносимой или поглощаемой в единицу времени:

Величину Фэ выражают в ваттах (Вт). – энергетическая единица

В большинстве случаев не учитывают квантовую природу возникновения излучения и считают его непрерывным.

Качественной характеристикой излучения является распределение потока излучения по спектру.

Для излучений, имеющих сплошной спектр, вводится понятие спектральной плотности потока излучения (j_l) – отношение мощности излучения, приходящейся на определенный узкий участок спектра, к ширине этого участка (рис. 2.2). Для узкого спектрального диапазона dl поток излучения равен dФ_l. По оси ординат отложены спектральные плотности потока излучения j_l = dФ_l/dl, поэтому поток представляется площадью элементарного участка графика, т.е.

Рисунок 2.2 – Зависимость спектральной плотности потока j_l излучения от длины волны l

Если спектр излучения лежит в границах от l₁ до l₂, то величина потока излучения

Под световым потоком F, в общем случае, понимают мощность излучения, оцененную по его действию на человеческий глаз. Единицей измерения светового потока является люмен (лм). – светотехническая единица

Действие светового потока на глаз вызывает его определенную реакцию. В зависимости от уровня действия светового потока работает тот или иной вид светочувствительных приемников глаза, называемых палочками или колбочками. В условиях низкого уровня освещенности (например, при свете Луны) глаз видит окружающие предметы за счет палочек. При высоких уровнях освещенности начинает работать аппарат дневного зрения, за который ответственны колбочки.

Кроме того, колбочки по своему светочувствительному веществу делятся на три группы с разной чувствительностью в различных областях спектра. Поэтому в отличие от палочек они реагируют не только на световой поток, но и на его спектральный состав.

В связи с этим можно сказать, что световое действие двумерно.

Количественная характеристика реакции глаза, связанная с уровнем освещения, называется светлотой. Качественная характеристика, связанная с различным уровнем реакции трех групп колбочек, называется цветностью.

Сила света(I). В светотехнике эта величина принята за основную. Такой выбор не имеет принципиальной основы, а сделан из соображений удобства, так как сила света не зависит от расстояния.

Понятие силы света относится лишь к точечным источникам, т.е. к источникам, размеры которых малы по сравнению с расстоянием от них до освещаемой поверхности.

Сила света точечного источника в некотором направлении есть приходящийся на единицу телесного угла W световой поток Ф, излучаемый этим источником в данном направлении:

I = Ф / Ω

Энергетическая сила света выражается в ваттах на стерадиан (Вт/ср).

За светотехническую единицу силы света принята кандела(кд) – сила света точечного источника, который испускает световой поток в 1 лм, распределенный равномерно внутри телесного угла в 1 стерадиан (ср).

Телесным углом называется часть пространства, ограниченная конической поверхностью и замкнутым криволинейным контуром, не проходящим через вершину угла (рис. 2.3). При сжатии конической поверхности размеры сферической площади о становятся бесконечно малыми. Телесный угол в этом случае также становится бесконечно малым:

Рисунок 2.3 – К определению понятия «телесный угол»

Освещенность (Е).Под энергетической освещенностью Е_э понимают поток излучения на единицу площадиосвещаемой поверхности Q:

Световая освещенность Евыражается плотностью светового потока F на освещаемой им поверхности (рис. 2.4):

Среди других величин, используемых в светотехнике, важными являются энергияизлучения Wэили световая энергия W, а также энергетическая Нэ или световая Нэкспозиция.

Величины Wэ и W определяются выражениями

где – соответственно функции изменения потока излучения и светового потока во времени. Wэ измеряется в джоулях или Вт с, a W – в лм с.

Под энергетической Н_э или световой экспозицией понимают поверхностную плотность энергии излучения Wэили световой энергии W соответственно на освещаемой поверхности.

То есть световая экспозиция H это произведение освещенности E, создаваемой источником излучения, на время t действия этого излучения.

Дата добавления: 2014-01-15 ; Просмотров: 3077 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет