Оценка освещенности в относительных еденицах

Прохождение света через атмосферу

Естественное освещение земной поверхности создается лучистой энергией солнца. Земной поверхности достигает лишь часть энергии, излучаемой солнцем (рисунок 42).

Рисунок 42 – Схема солнечной радиации земной поверхности

На границе атмосферы Земли освещенность плоскости, перпендикулярной солнечным лучам, составляет примерно 135 – 137 тыс. лк и называется световая солнечная постоянная С.

Физическая природа излучения – электромагнитные колебания. Излучение характеризуется спектральным составом, который определяется длиной волны излучения (рисунок 43).

Рисунок 43 – Спектральный состав излучения

Светотехника изучает только незначительную область излучения, вызывающую только ощущение света – видимое излучение. Излучения, имеющие разную длину волны, вызывают ощущение цвета, от фиолетового до красного (рисунок 44).

В состав солнечного света входят электромагнитные волны

разной длины. Человек может видеть свет с длиной волны от

400 нм (фиолетовый свет) до 800 нм (красный свет). Этот

диапазон называется видимым участком спектра. Но если бы

даже наши глаза вдруг смогли воспринимать более широкий

участок спектра, солнечный свет ненамного изменился бы для

нас, поскольку почти все остальное поглощает современная

атмосфера. Через нее проходят только волны, соответствующие

небольшому участку спектра после фиолетового —

ультрафиолетовое излучение — и несколько более широкому

участку после красного — инфракрасное излучение.

Современная атмосфера фактически непрозрачна для

большей части солнечного излучения, она поглощает почти всю

его энергию, оставляя «окно» лишь для видимой части

спектра. Непрозрачность атмосферы для ультрафиолета

зависит главным образом от наличия в ней свободного кисло-

рода О2

и озона О3

. Причём, чем меньше длина волны, тем боль-

шую энергию несет излучение. А чем выше энергия излучения,

тем в свою очередь больше вероятность того, что под его

воздействием будут происходить неорганические

фотохимические реакции распада и синтеза органических

молекул. Верхний предел длин волн, вызывающих такие

реакции, лежит гораздо ниже верхнего предела длин волн того

ультрафиолета, который может проходить через современную

атмосферу. Наибольший интерес исследователей вызывает

именно наиболее активное ультрафиолетовое солнечноеизлучение (дальний ультрафиолет) с длиной волны не более 250нм.

6. Яркость неба

Источником света является небосвод. Яркость отдельных точек небосвода изменяется в значительных пределах и зависит от положения солнца на небосводе, степени прозрачности атмосферы, облачности и других причин. Поэтому установить значение естественной освещенности в помещении в абсолютных единицах невозможно. Используется относительная величина, так называемый коэффициент естественной освещенности е, сокращенно КЕО.

(50),

где Е_М – естественная освещенность, создаваемая светом неба в некоторой точке М внутри помещения (см. рисунок 8, а); Е_Н – одновременное значение наружной горизонтальной освещенности под открытым небосводом (см. рисунок 8, б).

Для определения освещенности в помещении здание как бы располагается под полусферой (рисунок 45).

Рисунок 45 – Схема для определения коэффициента

естественной освещенности

Небосвод имеет неравномерную яркость даже при сплошной облачности. Для упрощения принято, что небосвод полностью закрыт облаками, т.е. имеет равномерную яркость, а неравномерность яркости неба учитывается коэффициентом q.

(51),

где Q – угловая высота середины светопроема над рабочей поверхностью (см. рисунок 45, а)

7. Расчет дневного света по методу Данилюка

Метод Данилюка получил широкое распространение для практических целей.

Метод основан по положении, что освещенность пропорциональна проекции телесного угла на освещаемую плоскость участка неба, который виден через светопроем.

А.М. Данилюк предложил разделить полусферу небосвода 100 меридианами и 100 параллелями на 10000 клеток, горизонтальные проекции которых равновелики между собой (рисунок 56). Получившиеся таким способом графики позволяют определить КЕО в заданной точке.

s₁ = s₂ = s₃ =…= s_n = n₁; S₁ = S₂ = S₃ = S₄ =…= S_n= n₂;

e = 0,01 n₁n₂ , %

Рисунок 56 – Схема к расчету освещенности методом А.М. Данилюка

КЕО определяется простым умножением количества лучей, определенного по графику 1 (этим мы определяем количество двухгранников, видимых из расчетной точки через проем) на количество лучей, определенных по графику 2 (этим мы определяем количеств поясов неба, попавших в пределы проема). В результате, КЕО по методу А.М. Данилюка определяется из зависимости:

где n₁ – количество лучей, определенное по графику 1 на поперечном разрезе помещения; n₂ – количество лучей, определенное по графику 2 на плане или продольном разрезе помещения.

Площадь световых проемов F_ок в процентах от площади пола F_п, при которой обеспечиваются нормативные значения КЕО, приближенно определяется по следующим формулам:

При боковом освещении помещений:

где е^н – нормированное значение КЕО при боковом освещении помещения; t₀ – общий коэффициент светопропускания светового проема; r₁ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении светом, отраженным от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию; h₀ – световая характеристика окна; К_зд – коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями;

При верхнем освещении помещений:

где F_ф – площадь световых фонарей; е^н – нормированное значение КЕО при верхнем освещении помещения; r₂ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при верхнем освещении светом, отраженным от поверхностей помещения; h_ф – световая характеристика фонаря или светового проема в плоскости покрытия.

При проектировании естественного освещения нужно иметь в виду что стоимость заполнения световых проемов, как правило, больше стоимости самого ограждения (стены или покрытия). Кроме того, излишнее остекление увеличивает эксплуатационные расходы в частности за отопление зданий. Поэтому нельзя допускать чрезмерных площадей остекления и без нужды применять светопрозрачные ограждения.

8. Основные законы светотехники

Фотометрия как самостоятельная отрасль науки начала создаваться

лишь в XVIII веке в связи с потребностью установления основных законов

распространения света, а также измерения электромагнитного излучения в

видимом спектральном диапазоне.

П. Бугер впервые вывел экспоненциальный закон ослабления

излучения при прохождении его через однородную оптическую среду.

Он разработал методику для измерения силы света и на основе

экспериментальных данных установил чувствительность глаза к малым

световым потокам и пороговые потоки для оценки реакции глаза на световое

излучение

1. Преломление в призме.

угол отклонения луча в призме зависит от показателя преломления вещества, из которого сделана призма. Как мы указывали выше, показатель

преломления для разных цветов света различен (дисперсия). Для прозрачных тел показатель преломления фиолетовых лучей наибольший, затем следуют лучи синие, голубые, зеленые, желтые, оранжевые, и, наконец, красные, которые имеют наименьший показатель преломления. В соответствии с этим угол отклонения а для фиолетовых лучей наибольший, для красных — наименьший, и луч белого цвета, падающий на призму, по выходе из нее окажется разложенным на ряд цветных лучей (рис. 190 и рис. I на цветном форзаце), т. е. образуется спектр лучей.

2.Преломление в плоскопараллельной пластинке.

Пусть луч АВ (рис. 188) падает на плоскопараллельную стеклянную пластинку. В стекле он преломится и пойдет в направлении ВС. В точке С он снова преломится и выйдет из пластинки в направлении CD. Луч CD, выходящий из пластинки, параллелен падающему на пластинку лучу АВ.

3. Полное внутреннее отражение.

при падении света на границу раздела двух сред световая энергия делится на две части: одна часть отражается, другая часть проникает через границу раздела во вторую среду. На примере перехода света из воздуха в стекло, т. е. из среды, оптически менее плотной, в среду, оптически более плотную, мы видели, что доля отраженной энергии зависит от угла падения. В этом случае доля отраженной энергии сильно возрастает по мере увеличения угла падения; однако даже при очень больших углах падения, близких к 90°, когда световой луч почти скользит вдоль поверхности раздела, все же часть световой энергии переходит во вторую среду
Новое интересное явление возникает, если свет, распространяющийся в какой-либо среде, падает на границу раздела этой среды со средой, оптически менее плотной, т. е. имеющей меньший абсолютный показатель преломления. Здесь также доля отраженной энергии возрастает с увеличением угла падения, однако возрастание идет по иному закону: начиная с некоторого угла падения, вся световая анергия отражается от границы раздела. Это явление носит название полного внутреннего отражения.

4. Показатель преломления.

Показатель преломления зависит от оптических свойств и той среды, из которой луч падает, и той среды, в которую он проникает. Показатель преломления, полученный в том случае, когда свет из вакуума падает на какую-либо среду, называется абсолютным показателем преломления данной среды.

5. Обратимость световых лучей.

В случае отражения и в случае преломления углы между лучами и перпендикуляром к поверхности раздела остаются неизменными, меняется только направление стрелок. Таким образом, если световой луч будет падать по направлению СВ , то луч отраженный пойдет по направлению ВА, т. е. окажется, что по сравнению с первым случаем

падающий и отраженный лучи поменялись местами. То же наблюдается и при преломлении светового луча. Пусть АВ — падающий луч, ВС— преломленный луч (рис. 182, в). Если свет падает по направлению СВ (рис. 182, г), то преломленный луч идет по направлению ВА, т, е. падающий и преломленный лучи обмениваются местами.

Таким образом, как при отражении, так и при преломлении свет может проходить один и тот же путь в обоих противоположных друг другу направлениях (рис. 183). Это свойство света носит название обратимости световых лучей.

6. Законы отражения и преломления света.

возможность видеть несветящиеся предметы связана с тем обстоятельством, что всякое тело частично отражает, а частично пропускает или поглощает падающий на него свет. нас интересовали главным образом явления диффузного отражения и пропускания. Именно благодаря этим явлениям свет, падающий на тело, рассеивается в разные стороны, |и мы получаем возможность видеть тело с любой стороны.
В частности, благодаря рассеянному свету, хотя и слабому, мы видим отовсюду даже очень хорошие зеркала, которые должны были бы отражать свет только по одному направлению и, следовательно, быть заметными только по одному определенному направлению. Рассеянный свет возникает в этом случае из-за мелких дефектов поверхности, царапин, пылинок и т. д. В настоящей главе мы рассмотрим законы направленного (зеркального) отражения и направленного пропускания (преломления) света.

Для того чтобы имело место зеркальное отражение или преломление, поверхность тела должна быть достаточно гладкой (не матовой), а его внутренняя структура — достаточно однородной (не мутной). Это означает, что неровности поверхности, равно как и неоднородности внутреннего строения, должны быть достаточно малы. Как и во всяком физическом явлении, выражение «достаточно мало» или «достаточно велико» означает малое или большое по сравнению с какой-то другой физической величиной, имеющей значение для изучаемого явления. В данном случае такой величиной является длина световой волны. В дальнейшем мы укажем способы ее определения. Здесь же ограничимся указанием, что длина световой волны зависит от окраски светового пучка и имеет значение от 400 нм (для фиолетового цвета) до 760 нм (для красного цвета). Таким образом, для того чтобы поверхность была оптически гладкой, а тело оптически однородным, необходимо, чтобы неровности и неоднородности были значительно меньше микрометра.

7. Прямолинейное распространение света и световые лучи.

Наблюдения показывают, что в однородной среде свет также распространяется вдоль прямых линий. Ряд опытов, иллюстрирующих это положение, общеизвестен. При освещении предмета точечным источником получается резкая тень (рис. 172), форма которой подобна форме некоторого сечения предмета, параллельного плоскости экрана; размеры же тени определяются взаимным расположением источника, предмета и экрана в полном соответствии с проецированием при помощи прямых линий. Наблюдающиеся иногда нерезкие тени (полутени) объясняются не отступлением направления распространения

Рис. 172. При освещении точечным источником света S плоского объекта О, параллельного экрану, на экране появляется резкая тень O', подобная этому объекту

Оценка освещенности в относительных еденицах

Оценка освещенности дневным светом затруднена в основном из-за того, что источник света - Солнце - подвержен постоянным колебаниям. Кроме того, помещение, наряду с прямым солнечным излучением, освещается светом от ясного или облачного неба, а также светом, отраженным от окружающей обстановки.

Оценку освещенности в помещениях и на рабочих местах осуществляют прямым и косвенным методами. Прямой метод заключается в определении освещенности при помощи люксометра. Люксометр представляет собой микроамперметр, подключенный к фотоэлементу и проградуированный в единицах освещенности. Затем полученные показатели сравнивают со стандартными.

Дляоценки плоскостной освещенности применяют объективные люксметры - приборы, представляющие собой сочетание селенового фотоэлемента и зеркального миллиамперметра.

Дляоценки освещенности изображения следует иметь в виду, конечно, и потери на поглощение и отражение в оптической системе объектива. Потери на поглощение в стекле, правда, настолько малы, что принимать во внимание их вряд ли имеет смысл. Потери же при отражении света на многочисленных преломляющих поверхностях объектива могут достигать значительных величин.

Основной характеристикой дляоценки освещенности является световой поток, который оценивается по световому освещению лучистой энергии.

Не следует ограничиватьсяотвлеченной оценкой освещенности - плохо или хорошо. Необходимо сразу же после несчастного случая проверить состояние освещенности с помощью люксметра и сравнить полученную величину с действующими нормами освещенности применительно к данному рабочему месту и выполняемой работе. Намечаемые мероприятия должны быть отражены в акте о несчастном случае в разделе - перечень мероприятий по устранению повторного несчастного случая.

Точность работы центрального фотоэлектронного устройства должна превосходить возможностиоценки освещенности глазом и находиться в пределах 0 5 лк. При управлении наружным освещением устройство должно позволять производить регулировку включения и отключения в пределах 0 5 - 10 лк.

10. Время

Источником дневного освещения является Солнце. Освещенность

объектов определяется наряду с прямым солнечным светом и рассеянным в

атмосфере Земли. Рассмотрим, каковы условия освещенности земной

поверхности в различное время суток.

● освещенность днем

Участок поверхности получает основное освещение двух типов: свет

прямых солнечных лучей и рассеянный свет неба.

Общая освещенность будет равна:

Еобщ = En + Ep ,

где En – освещенность прямых солнечных лучей, Ep – рассеянных лучей. опустим, есть тень от отдельно стоящего предмета. Это участок, на

который не попадает прямой солнечный свет, он освещается только

рассеянным светом неба. Освещенность такого теневого участка Е = Ep. Чем

En >> Ep, тем темнее выглядит теневой участок.

Рассмотрим случай, когда En = Ep или En < Ep. Такое явление мы

можем наблюдать в пасмурную погоду. В зависимости от толщины

облачного слоя происходит ослабление прямых солнечных лучей. При таких

условиях предметы не имеют теней, освещение различно расположенных

сторон предмета становится примерно одинаковым.

Если рассматривать освещенность участков горной местности, то:

Еобщ = En + Ep + Eз , где Eз

– отраженный свет от земли, либо предметов на участке.

Если сравнить освещенность в пасмурную погоду в зимний период,

когда земля покрыта снегом, и в осенний, когда земля насыщена влагой, то

увидим, что освещенность в зимний период выше. 32

Для определения величины освещенности обычно пользуются

коэффициентом освещенности К.

Он равен:

K= E'/E

где E’ – освещенность на закрытом участке, а Е – освещенность на открытом

участке.

Для Еобщ величина К составляет порядка 0,8, а для Ep = 0,1

●. Освещение в сумерки

Промежуток времени, когда Земля получает слабое рассеянное

освещение, постепенно переходящее в ночь, называется сумерками. Так, если

в средних широтах сумерки бывают два раза в сутки – утром и вечером, то в

северных широтах летом эти сумерки смыкаются друг с другом, образуя так

называемые белые ночи. Если на севере сумерки тянутся очень долго, то на

юге темнеет очень быстро. Это объясняется тем, что источником

сумеречного освещения является отраженный свет Солнца, ушедшего за

горизонт. Общая освещенность во время сумерек определяется углом D

погружения Солнца за горизонт (рис. 3.1).

●Освещение ночью

Ночью общий свет постоянно действующих источников свечения

ночного неба (Луна, звезды, свечение разреженных газов, ночные сумерки)

сводится к тому, что яркость последнего составляет около 10^-4 кд/м^2, 20 %

этой яркости приходится на долю звезд, столько же на ночные сумерки, а

остальные 60 % составляет люминесценция газов атмосферы. В среднем,

земная поверхность горизонтальной плоскости получает ночью при

безоблачной погоде 0,0005 – 0,001 лк.

При полнолунии освещенность достигает величины 0,3 лк.

Восприятие окружающих предметов в ночное время зависит от

следующих факторов:

1) Различие яркостей крупных предметов должно быть 50 % для

отчетливого восприятия глазом.

2) Угловые размеры объектов должны быть больше – 30′ - 60′.

3) Цвет предметов не различается, поэтому окружающие предметы

представляются сочетанием серых тонов различной яркости.

4) Освещенность в ночное время значительно зависит от фазы Луны и

облачности

5) Адаптация глаза – время приспособления зрения человека к ночным

условиям наблюдения.

Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 211; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!