Основные характеристики света

Свет и излучение. Под светом понимают электромагнитное излучение, вызывающее в глазу человека зрительное ощущение. При этом речь идет об излучении в диапазоне от 360 до 830 нм, занимающем мизерную часть всего известного нам спектра электромагнитного излучения.

Световой поток Ф. Единица измерения: люмен [лм]. Световым потоком Ф называется вся мощность излучения источника света, оцениваемая по световому ощущению глаза человека.

Сила света I. Единица измерения: кандела [кд]. Источник света излучает световой поток Ф в разных направлениях с различной интенсивностью. Интенсивность излучаемого в определенном направлении света называется силой света I.

Освещенность Е. Единица измерения: люкс [лк]. Освещенность Е отражает соотношение падающего светового потока к освещаемой площади. Освещенность равна 1 лк, если световой поток 1 лм равномерно распределяется по площади 1м²

Яркость L. Единица измерения: кандела на квадратный метр [кд/м²]. Яркость света L источника света или освещаемой площади является главным фактором для уровня светового ощущения глаза человека.

Световая отдача. Единица измерения: люмен на Ватт. Световая отдача показывает с какой экономичностью потребляемая электрическая мощность преобразуется в свет.

Основные технические характеристики источников света Наиболее важными из них являются: 1. Световой поток, измеряемый в люменах (т.е. количество света, которое может дать та или иная лампа);  2. Световая отдача - это пожалуй самая главная характеристика прибора, характеризующая энергоэффективность прибора. Она измеряется в Лм/Вт и показывает какую освещенность в люменах дает прибор с 1 Ватта электроэнергии;  3. Каждый источник света имеет свой срок службы, что является очень важным эксплуатационным параметром лампы.Наименьший срок службы из современных источников света имеет лампа накаливания (ресурс до 1000 часов). Наилучший показатель по этому параметру имеют светодиодные лампы (до 50 тысяч часов);  4. Помимо энергетических характеристик не менее важны и качественные спектральные характеристики ламп, таковым является индекс цветопередачи Rа. Этот параметр позволяет определить насколько натурально передаются цвета предметов в свете используемой лампы. Необходимо помнить, что комфортным для глаз человека является 80-100 Rа. Более низкий показатель свидетельствует о худшем качестве света.

5. КПД светильника. КПД светильника является важным критерием оценки энергоэкономичности светильника. КПД светильника отражает отношение светового потока светильника к световому потоку установленной в нем лампы.

6. Цветовая температура. Единица измерения: Кельвин [K]. Цветовая температура источника света определяется путем сравнивания с так называемым "черным телом" и отображается "линией черного тела". Если температура "черного тела" повышается, то синяя составляющая в спектре возрастает, а красная составляющая убывает. Лампа накаливания с тепло-белым светом имеет, например, цветовую температуру 2700 K, а люминесцентная лампа с цветностью дневного света - 6000 K.

7. Цветность света. Цветность света очень хорошо описывается цветовой температурой. Существуют следующие три главные цветности света: тепло-белая < 3300 K, нейтрально-белая 3300 - 5000 K, белая дневного света > 5000 K. Лампы с одинаковой цветностью света могут иметь весьма различные характеристики цветопередачи, что объясняется спектральным составом излучаемого им света.

24. Конструкции ламп накаливания весьма разнообразны и зависят от назначения. Однако общими являются тело накала, колба и токовводы. 

Наиболее распространённым является из проволоки круглого поперечного сечения, однако находят применение и ленточные тела накала (из металлических ленточек). Поэтому использование выражения «нить накала» нежелательно — более правильным является термин «тело накала»

Так как металлы имеют малое удельное сопротивление, для достижения такого сопротивления необходим длинный и тонкий провод. Толщина провода в обычных лампах составляет 40—50 микрон. Так как при включении нить накала находится при комнатной температуре, её сопротивление на порядок меньше рабочего сопротивления. Поэтому при включении протекает очень большой ток (в десять — четырнадцать раз больше рабочего тока). По этой причине часто лампы накаливания перегорают именно в момент включения. Но по мере нагревания нити её сопротивление увеличивается и ток уменьшается.

В 1879 году американский изобретатель Т.А. Эдисон создал удобную для промышленного изготовления и достаточно долговечную конструкцию – лампу накаливания с угольной нитью. В начале 20 века появились лампы накаливания с зигзагообразной вольфрамовой нитью, а затем появились лампы накаливания, наполненные различными газами, вольфрамовая нить же стала спиралеобразной. Лампы накаливания делятся на следующие типы:

• лампа накаливания с угольной нитью;

• лампа накаливания с танталовой нитью;

• лампа накаливания с вольфрамовой нитью (вакуумная);\

• лампа накаливания с вольфрамовой биспиралью (газополная, технический криптон);

• лампа накаливания с вольфрамовой биспиралью (галогенная);

• лампа накаливания с вольфрамовой плоской спиралью (галогенная).

25. Важной характеристикой всех источников света является их яркость. Яркость является характеристикой количества световой энергии, излучаемой источником света в видимом диапазоне длин волн в данном направлении. Яркость измеряется в «канделах на квадратный метр» - кд/м2.

Яркостная характеристика – то, на что реагирует наш глаз, при этом влияет как яркость наружной так и внутренней частей светильника. Необходимо учитывать влияние как прямого, так и отражённого слепящего действия светильника. Важным является разграничение габаритной и максимальной яркости светильника.

Под габаритной яркостью понимается яркость видимой в данном направлении части светильника определённое отношение силы света светильника в данном направлении к площади проекции видимой светлой поверхности светильника на плоскость перпендикулярную этому направлению.

Максимальная яркость – яркость наиболее яркого в данном направлении свет.поверхности светильника, площадь которого равна условно выбранному значению 6,25 см².

26. Световые приборы изготовляются из материалов трех типов: светотехнических, электротехнических и конструкционных. Из светотехнических материалов выполняются светопреобразующие устройства, перераспределяющие поток в пространстве, снижающие яркость источников, изменяющие спектральный состав излучения и его поляризацию. Электротехнические материалы применяются при изготовлении различных устройств, коммутирующих, стабилизирующих и подводящих электрический ток к источнику. Из конструкционных материалов изготовляются детали светового прибора, предназначенные для крепления источника и светопреобразующего устройства, для установки и фокусировки прибора, для защиты источника и оптических элементов от механических повреждений, от воздействия окружающей среды и других целей.

Светотехнические материалы делятся на две группы: пропускающие инепропускающие свет. Эти группы подразделяются на ряд подгрупп по характеру распределения потока, пропущенного или отраженного  материалом.

Светотехнические материалы характеризуются значениями оптических коэффициентов: отражения, поглощения, пропускания, нормальным показателем преломления для излучения с длиной волны = 589,3 нм, продольной кривой рассеяния светового потока, пропущенного или отраженного материалом.

Световые отражатели для прожекторов и светильников

Материалы, отражающие свет, применяются при производстве отражателей и для изменения направления потока света ламп путем его многократного отражения. Материалы с направленным и направленно-рассеянным типом отражения представляют собой металлы, обработанные различными методами или же покрытия из металла на неметаллическом покрытии.

Конструкционные корпусные материалы

Конструкционные материалы не выполняют никаких специфических светотехнических функций, а используются только для формирования конструкции большинства осветительных приборов. Из этого следует, что к этому классу можно отнести любые металлы, термореактивные синтетические материалы, ряд термопластичных полимерных материалов.

Материалы, пропускающие свет, Силикатное стекло

По виду сырья материалы, пропускающие свет бывают силикатными и органическими. Силикатные материалы представляют собой все существующее стекло любых сортов, а также кварц и хрусталь главным компонентом которых является простой очищенный песок (двуокись кремния).

Синтетические стекла светильников

Синтетические материалы, пропускающие свет, бывают термореактивными и термопластичными. Термореактивные материалы представляют собой материалы, переходящие в процессе обработки в нерастворимое состояние, не обладающее плавкостью, и не могут обрабатываться повторно.

В качестве светотехнических материалов используется сталь, покрытая фарфоровой эмалью или ее заменителями, молочное органическое стекло и иногда стеклянные зеркала. 

Тем не менее некоторое применение имеют как зеркальные глубокоизлучатели, так и светильники с светораспределением, приближающимся к широкому. Зеркальные отражатели преимущественно изготовляются в виде отдельных плоских пластин ( фацет), располагаемых по соответствующему профилю.

В зависимости от типа применяемых светотехнических материалов светоперераспре-деляющие устройства можно разделить на оптические, диффузные и матированные.

Светотехнические материалы, отражающие или пропускающие световой поток в пределах телесного угла, равного 2л стерадиан, называются диффузными. При равномерном распределении потока внутри указанного угла материал обладает идеально-диффузным рассеянием света. Диффузное рассеяние отражающими материалами достигается шероховатостью и пористостью их поверхности, а пропускающими материалами - объемным рассеянием света на частицах, заключенных в их толще.

27. Светотехнические материалы, которые отражают или пропускают свет таким образом, что телесный угол в падающем и отражённом или прошедшем свете сохраняют свою вечеличину, наз. мат. с напр. отр. или пропусканием.

Основной светотехнической величиной, характеризующей эти материалы является коеф. отражения , а основной величиной пропускания мат. является коеф. пропускания .

Примерами таких мат. являются различного рода силикатные плоские тела, органические стёкла, прозрачные пластмассы, метал. отражатели и т.д.

Часто для предохранения поверхности металлов от окисления и коррозииприменяются защитные покрытия в виде силикатных и органических прозрачных стекол (стеклянные зеркальные материалы) и пленок. Основной светотехнической характеристикой таких материалов является их коэффициент отражения.

Материалами с направленным пропусканием света, также характеризующимися постоянством телесного угла в падающем и пропущенном свете, являются различного рода плоские силикатные и органические стекла, прозрачные пластмассы. Перераспределение светового потока осуществляется с помощью линз и различных преломляющих элементов (призматических, цилиндрических, сферических).

Для светотехнических целей обычно применяется высококачественное силикатное стекло с нормальным показателем преломления >1,52. Учитывая френелевские потери света в преломляющих элементах, необходимо следить за тем, чтобы углы падения света на поверхность элементов были такими, при которых потери на отражение не превышали бы 10—15%.

28.Материалы, в которых телесный угол в отраж. или пропуск. материале больше, чем падающий телесный угол.

К таким материалам относят: травлённые - матир. металлы, различного рода металлизированные, специальной обрабатываются галов. способом оксида алюминия, а также силикатное и органическое стекло, поверхности , которые протравлены фтористо-водной кислотой ( химическое травление (матирование) или обработаны струёй песка (механическое матирование).

При исследовании напр.рассеив. и напр. отраж. материалов было выяснено, что фотометрическое тело их представляет собой эллипсоид.

29. Светотехнические материалы, которые отражают или пропускают свет в рамках телесного угла 2 наз. диффузными.

Диф. рассеивание материалов, которые отраж. достигается пористостью их поверхности, а пропускание – объёмным рассеиванием света на частицах, расположенных в их толщине.

ФМ тело представляет собой шар.

Материалы, которые диф. пропускают свет получают добавлением в стекло веществ, которые глушат и имеют другой показатель преломления.

Поверхности могут обладать не только свойствами зеркального и диффузного отражения, но и свойствами направленного и диффузного пропускания. Направленное пропускание света происходит сквозь прозрачные вещества (например, стекло или отшлифованный люциит). Через них обычно хорошо видны предметы, даже несмотря на то, что лучи света, как правило, преломляются, т. е. отклоняются от первоначального направления. Диффузное пропускание света происходит сквозь просвечивающие материалы (например, замерзшее стекло), в которых поверхностные или внутренние неоднородности приводят к беспорядочному перемешиванию световых лучей. Поэтому когда предмет рассматривается через просвечивающее вещество, его очертания размыты.

30. Важнейшей светотехнической характеристикой све­тильников является светораспределение, которое принято характеризовать кривой силы света, коэффициентами светораспределения иформы.

От того, как распределяется в пространстве световой поток прибора, зависит его назначение в освещении. Оценивают светораспределение с помощью, так называемой кривой силы света.

Кривая силы света (КСС) - это графическое изображение распределения света в пространстве, представляется в виде графика I (а,Ь), где а и b - углы распространения светового потока в продольной и поперечной плоскостях. Чем больше она напоминает овал, вытянутый вдоль вертикальной оси светового прибора, тем уже считается кривая и тем выше освещенность в центре светового пятна. Вид этой кривой - важнейшая характеристика светового прибора

Осветительные приборы делятся на 7 видов по типовым кривым силы света:

• Концентрированная (К)

• Глубокая (Г)

• Косинусная (Д)

• Полуширокая (Л)

• Широкая (Ш)

• Равномерная (М)

• Синусная (С)

Типовые кривые силы света (в кд) светильника рассчитаны на значение силы света при световом потоке лампы Fcв = 1000 лм. Основным признаком, определяющим тип кривой, является отношение максимальной силы света светильника к средней арифметической для данной плоскости.

Световые приборы делятся на классы, в зависимости от того, какую долю всего потока светильника составляет световой поток нижней полусферы. Поток в пространстве может распределяться преимущественно вниз (светильники прямого света), преимущественно вверх (светильники отраженного света), равномерно во все стороны (светильники рассеянного света).

Осветительные приборы рассеянного света подходят для общего освещения. Они отличается равномерным распределением яркости света, мягкими тенеобразующими свойствами и насыщенностью окружающего пространства светом, что важно для создания зрительного комфорта.

Осветительные приборы отраженного света создают наиболее комфортное и равномерное освещение, полностью соответствующее нормам по ограничению показателей слепящего эффекта и дискомфорта, хорошую насыщенность светом, сочетание с верхним или боковым дневным светом.

Осветительные приборы прямого света в основном предназначены для помещения с невысокими потолками. Как правило, это обычные потолочные или встроенные в потолок приборы. Они отличаются экономичностью при создании местного освещения для чтения и работы или при подсветке картин, скульптур и т. д.

 

В зависимости от доли светового потока, приходящегося на нижнюю полусферу, осветительные приборы подразделяются на 5 классов:

-прямого света, если эта доля более 80 % (П);

-преимущественно прямого (60...80 %) (Н);

-рассеянного (40...60 %) (Р);

-преимущественно отраженного (20...40 %) (В);

-отраженного (менеее 20%) (О).