1.3. Производство света

Принципиально различают три способа производства света: термоизлучение, газовый разряд низкого и высокого давления.

Термоизлучение это процесс нагревания тела как можно до более высокой температуры. Образцом является солнце с температурой поверхности 6000 K. В реальности используют процесс нагревания провода при прохождении электрического тока до как можно высокой температуры. Лучше всего подходит для этого элемент вольфрам с наивысшей среди металлов температурой плавления (3683 K).Пример: лампы накаливания и галогенные лампы накаливания.

Газовый разряд этот процесс происходит в закрытой стеклянной емкости, наполненной инертными газами, парами металла и редкоземельными элементами, при возникновении напряжения появляется дуговой разряд. Возникающие при этом свечения газообразных наполнителей дают желаемую цветность света.

Пример: ртутные, металлогалогенные и натриевые лампы.

Люминесцентный процесс возникает под действием электрического разряда. Закаченные в стеклянную трубку пары ртути начинают излучать невидимые ультрафиолетовые лучи, которые попадая на люминофор( на внутренней поверхности стеклянной трубки), преобразуется в видимый свет. Пример: люминесцентные лампы, компактные люминесцентные лампы, Light Emitting Diodes (LEDs)

1.4. Светотехнические характеристики

Для разработки источников первой и, особенно, второй группы важно знать параметры и характеристики серийно выпускаемых промышленностью первичных источников света, преобразующих электрическую энергию в световую. К таким параметрам относятся:

I. Электротехнические характеристики:

напряжение питающей сети U_e, напряжение на лампе U_л, сила тока в пусковой период I_n, сила тока в рабочий период I p, мощность лампы Р_л.

II. Светотехнические характеристики:

световой поток Ф, сила света I, световая отдача, лм/Вт, цветовая температура, КТ.

III. Геометрические характеристики:

габаритные размеры, высота светового центра, форма и размеры светящегося тела, его габаритная яркость.

Основными являются светотехнические характеристики.

Световая эффективность (светоотдача (е))

Световая эффективность - это отношение светового потока (F), излучаемого источником света, к потребляемой этим источником мощности (е = F/P). Единица измерения: лм/Вт. Фактически, эта величина выражает КПД лампы, т.е. то, насколько эффективно лампа способна преобразовать потребленную электроэнергию в видимый свет.

Цветовая температура (К)

Идеальный излучатель (абсолютно черное тело - АЧТ) излучает свет различной цветовой окраски при различных температурах нагрева. Цветовой температурой лампы считается температура, до которой необходимо нагреть АЧТ, чтобы оно излучало свет примерно того же спектрального состава и цветовой окраски, что и данная лампа. Единица измерения: К (кельвин). Кельвин - это единица измерения абсолютной температуры: Т = t + 273 (t = 273 (t = температура в ◦С).

Световой поток - это количество света, т. е. световая энергия, излучаемая источником света в течение 1 сек в видимом диапазоне спектра. Единица измерения: люмен (лм);

Люмен - световой поток F, излучаемый абсолютно черным телом, с площади 0,5305 мм² при температуре затвердевания платины ( 2046,65 К при 101325 Па).( Аналогично: люмен - это световой поток, излучаемый в единичном телесном угле равнонаправленным точечным источником, расположенным в центре сферы единичного радиуса, и имеющий интенсивность, равную 1 канделе )

Интенсивность света (сила света) - это световой поток в единичном телесном угле в заданном направлении: I = dF/dH. Единица измерения: кд (кандела).

Освещенность (Е)

Освещенность - это количество света, падающего на данную поверхность. Единица измерения: люкс (= лм/м²). Средняя освещенность поверхности: Е = F/S, где F - световой поток и S - площадь поверхности, на которую падает этот поток.

Яркость(L) - это яркость поверхности, испускающей силу света величиной в 1 канделу (свечу) с площади в 1 м² в перпендикулярном ей направлении, т.е. 1нт=1 кд/м².

Яркость выражает силу зрительного ощущения, вызываемого источником света. Яркость - это отношение интенсивности света, излучаемого объектом в заданном направлении к проекции поверхности этого объекта на плоскость, перпендикулярную к этому направлению. Единица измерения: кд/м² Примеры: свеча: 5000 кд/м², люминесцентная лампа: 8000 кд/м2, натриевая лампа низкого давления: 100000 кд/м², ртутные лампа высокого давления: 150000 кд/м², лампа накаливания: 6000000 кд/м², солнце: 1550 000 000 кд/м².

Коэффициента использования.

Поскольку не весь световой поток от лампы попадает на освещаемую поверхность (а меньшая его часть) то Fпол - "полезный световой поток", попадающее на поверхность S можно записать так:

F_пол = ή * F

Величина ή называется "коэффициентом использования" (меньше, чем 1 и в формулу подставляется в относительных величинах, хотя в справочных материалах может быть в процентах).

Коэффициент использования ή можно определить экспериментально из

-- фотометрических и физических характеристик светильника

-- коэффициентов отражения окружающих поверхностей

-- коэффициента i- "коэффициент помещения"(коэффициент использования).

Индекс помещения определяет то, как величина ή зависит от геометрических характеристик комнаты и высоты светового центра светильника. Вычисляется по следующей формуле:

К= АВ/ Н(А+В)

где:

А и В - длина и ширина комнаты соответственно

Н - расстояние между световым центром светильника и рабочей плоскостью

Величина коэффициента использования ή берется из таблиц, полученных экспериментальным путем. Для этого необходимо знать коэффициенты отражения поверхностей.

При оценке условий зрительной работы используются следующие показатели: фон, контраст объекта с фоном, коэффициент пульсации освещенности, показатель ослеплённости, спектральный состав света.

Фон – это поверхность, на которой происходит различение объекта.

Характеристикой фона является его отражательная способность (коэффициент отражения ρ) – отношение отраженного от поверхности светового потока Fотр к падающему на нее световому потоку Fпад; ρ = Fотр /Fпад;; при ρ >0,4 – фон светлый; при ρ =0,2 …0,4 - средний и при ρ <0,2 – темный.

Контраст объекта с фоном (k) – степень различения объекта и фона – соотношение яркостей объекта Lф ( риски, точки и др.) и фона Lо: k=(Lф-Lо)/ Lф. Контраст k считается большим при .k > 0,5 (объект и фон резко отличаются), средним при k=0,2…0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при k<0,2 (объект слабо заметен на фоне).

Коэффициент пульсации освещенности (kе) – характеризует глубину колебаний освещенности при изменении во времени светового потока kе=100(Emax-Emin)/Eср,

где Emax, E min, Eср – максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период колебаний; для ламп накаливания kе ~=7 % , для галогенных ламп накаливания

k_е= 1%, для газоразрядных ламп k_е =25…65%.

Показатель ослеплённости (Р_о) - характеризует слепящее действие, создаваемое осветительной установкой Р_о = 1000 (V1/V2– 1),

где V1 и V2 - видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения.

Видимость V – способность глаза воспринимать объект. Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном, т.е. V=k/k_пор,

Где: k_пор - пороговый или наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличим на этом фоне.

Требуемый уровень освещенности определяется степенью точности зрительных работ. Нормирование освещения для жилых, общественных и других помещений внутри и вне зданий, мест производства работ, наружного освещения городов и др. населенных пунктов производится по СНиП 23-05. Нормами все работы в производственных помещениях разделены на VIII разрядов зрительной работы от работ наивысшей точности (наименьший объект различия менее 0,15 мм) и до общего наблюдения за ходом производственного процесса. При этом в зависимости от контраста объекта различения (малый, средний, большой) и характеристики фона (светлый, средний, темный) устанавливаются подразряд зрительной работы и норма освещения с учетом коэффициента запаса К_з.

Коэффициент запаса учитывает снижение освещенности вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах и светильниках. Нормы освещенности для жилых общественных и других помещений приведены в СНиП 23-05.