Quantità di illuminazione: flusso luminoso, intensità luminosa, illuminamento, luminosità, luminosità

1. Flusso luminoso

Flusso luminoso: il potere dell'energia radiante, come giudicato dalla sensazione di luce che produce. L'energia radiante è determinata dal numero di quanti emessi dall'emettitore nello spazio. L'energia radiante (energia radiante) è misurata in joule. La quantità di energia emessa per unità di tempo è chiamata flusso radiante o flusso radiante. Il flusso radiante è misurato in watt. Il flusso luminoso è indicato con Fe.

dove: Qе — energia di radiazione.

Il flusso di radiazione è caratterizzato da una distribuzione di energia nel tempo e nello spazio.

Nella maggior parte dei casi, quando parlano della distribuzione del flusso di radiazione nel tempo, non tengono conto della natura quantistica dell'aspetto della radiazione, ma la intendono come una funzione che dà un cambiamento nel tempo dei valori istantanei del flusso di radiazione Ф (t). Questo è accettabile perché il numero di fotoni emessi dalla sorgente per unità di tempo è molto grande.

In base alla distribuzione spettrale del flusso di radiazione, le sorgenti si suddividono in tre classi: con spettri lineari, rigati e continui. Il flusso di radiazione di una sorgente con uno spettro lineare è costituito da flussi monocromatici provenienti da singole linee:

dove: Фλ — flusso di radiazione monocromatica; Fe — flusso di radiazione.

Per le sorgenti a spettro di banda, l'emissione si verifica in regioni spettrali abbastanza ampie, bande separate l'una dall'altra da spazi oscuri. Per caratterizzare la distribuzione spettrale del flusso di radiazione con spettri continui e a bande, viene utilizzata una quantità chiamata densità del flusso di radiazione spettrale

dove: λ è la lunghezza d'onda.

La densità del flusso di radiazione spettrale è una caratteristica della distribuzione del flusso di radiazione nello spettro ed è pari al rapporto tra il flusso elementare ΔFeλ corrispondente ad una sezione infinitesimale e la larghezza di questa sezione:

La densità del flusso di radiazione spettrale è misurata in watt per nanometro.

Nell'illuminotecnica, dove l'occhio umano è il principale ricettore di radiazione, viene introdotto il concetto di flusso luminoso per valutare l'effettiva azione del flusso di radiazione. Il flusso luminoso è il flusso di radiazione stimato dal suo effetto sull'occhio, la cui sensibilità spettrale relativa è determinata dalla curva di efficienza spettrale media approvata dalla CIE.

Nell'illuminotecnica viene utilizzata anche la seguente definizione di flusso luminoso: il flusso luminoso è la potenza dell'energia luminosa. L'unità di misura del flusso luminoso è il lumen (lm). 1 lm corrisponde al flusso luminoso emesso ad un unico angolo solido da una sorgente puntiforme isotropica con un'intensità luminosa di 1 candela.

Tabella 1.Valori luminosi tipici delle sorgenti luminose:

Tipi di lampade Energia elettrica, W Flusso luminoso, lm Efficienza luminosa lm / w Lampada a incandescenza 100 watt 1360 lm 13,6 lm / W Lampada fluorescente 58 watt 5400 lm 93 lm / W Lampada al sodio ad alta pressione 100 watt 10000 lm 100 lm / W Bassa lampada al sodio a pressione 180 watt 33000 lm 183 lm / W Lampada al mercurio ad alta pressione 1000 watt 58000 lm 58 lm / W Lampada a ioduri metallici 2000 watt 190 000 lm 95 lm / W Il flusso luminoso Ф che cade sul corpo è distribuito in tre componenti: riflesso dal corpo Фρ assorbito da Фα e dal mancato Фτ... At calcoli illuminotecnici fattori di utilizzazione: riflessioni ρ = ​​Fρ/ F; assorbimento α= Fα/ F; trasmissione τ= Fτ/ Ф.

Tabella 2. Caratteristiche luminose di alcuni materiali e superfici

Materiali o superfici Coefficienti Riflessione e comportamento di trasmissione riflessione ρ assorbimento α trasmissione τ gesso 0.85 0.15 — Diffusa Smalto ai silicati 0.8 0.2 — Diffusa Specchio in alluminio 0.85 0.15 — Specchio in vetro a punta 0.8 0 ,2 — Diretto Vetro smerigliato 0,1 0,5 0,4 Diffusione diretta Vetro lattimo Bio 0,22 0,15 0,63 Diffusa diretta Vetro opalino silicato 0,3 0,1 0,6 Diffusa Vetro lattimo silicato 0, 45 0,15 0,4 Diffusa

2. Intensità della luce

La distribuzione della radiazione da una sorgente reale nello spazio circostante non è uniforme.Pertanto, il flusso luminoso non sarà una caratteristica esaustiva della sorgente se non si determina contemporaneamente la distribuzione della radiazione nelle diverse direzioni dello spazio circostante.

Per caratterizzare la distribuzione del flusso luminoso, viene utilizzato il concetto di densità spaziale del flusso luminoso in diverse direzioni dello spazio circostante. La densità spaziale del flusso luminoso, che è determinata dal rapporto tra il flusso luminoso e l'angolo solido con l'apice nel punto in cui si trova la sorgente, all'interno del quale questo flusso è uniformemente distribuito, è chiamata intensità luminosa:

dove: Ф — flusso luminoso; ω — angolo solido.

L'unità di intensità della luce è la candela. 1 cd.

Questa è l'intensità luminosa emessa perpendicolarmente da un elemento superficiale di corpo nero di area 1:600.000 m2 alla temperatura di solidificazione del platino.
L'unità di intensità luminosa è la candela, cd è una delle principali grandezze del sistema SI e corrisponde a un flusso luminoso di 1 lm uniformemente distribuito in un angolo solido di 1 steradiante (cfr.). Un angolo solido è la porzione di spazio racchiusa in una superficie conica. Un angolo solido ω misurato dal rapporto tra l'area che ritaglia da una sfera di raggio arbitrario e il quadrato di quest'ultima.

3. Illuminazione

L'illuminazione è la quantità di luce o flusso luminoso che cade su una superficie unitaria. È indicato dalla lettera E ed è misurato in lux (lx).

L'unità di illuminamento lux, lx, è misurata in lumen per metro quadrato (lm/m2).

L'illuminazione può essere definita come la densità del flusso luminoso sulla superficie illuminata:

L'illuminazione non dipende dalla direzione di propagazione del flusso luminoso sulla superficie.

Ecco alcuni indicatori di luminanza comunemente accettati:

• Estate, un giorno sotto un cielo senza nuvole: 100.000 lux

• Illuminazione stradale — 5-30 lux

• Luna piena in una notte serena — 0,25 lux

4. Il rapporto tra intensità luminosa (I) e illuminamento (E).

Legge dell'inverso del quadrato

L'illuminazione in un certo punto della superficie, perpendicolare alla direzione di propagazione della luce, è definita come il rapporto tra l'intensità della luce e il quadrato della distanza da questo punto alla sorgente luminosa. Se prendiamo questa distanza come d, allora questo rapporto può essere espresso dalla seguente formula:

Ad esempio: se una sorgente luminosa emette luce con una potenza di 1200 cd in una direzione perpendicolare alla superficie a una distanza di 3 metri da questa superficie, allora l'illuminamento (Ep) nel punto in cui la luce raggiunge la superficie sarà 1200 /32 = 133 lux. Se la superficie si trova a una distanza di 6 m dalla sorgente luminosa, l'illuminazione sarà 1200/62 = 33 lux. Questa relazione è chiamata legge dell'inverso del quadrato.

L'illuminazione in un determinato punto su una superficie che non è perpendicolare alla direzione di propagazione della luce è uguale all'intensità della luce nella direzione del punto di misurazione divisa per il quadrato della distanza tra la sorgente luminosa e un punto nel piano moltiplicato per il coseno dell'angolo γ (γ è l'angolo formato dalla direzione di incidenza della luce e dalla perpendicolare a questo piano).

Perciò:

Questa è la legge dei coseni (Figura 1.).

Riso. 1. Alla legge dei coseni

5. Illuminazione orizzontale

Per calcolare l'illuminazione orizzontale, si consiglia di modificare l'ultima formula sostituendo la distanza d tra la sorgente luminosa e il punto di misurazione con l'altezza h dalla sorgente luminosa alla superficie.

Figura 2:

Poi:

Noi abbiamo:

Questa formula calcola l'illuminazione orizzontale nel punto di misurazione.

Riso. 2. Illuminazione orizzontale

6. Illuminazione verticale

L'illuminazione dello stesso punto P in un piano verticale orientato verso la sorgente luminosa può essere rappresentata in funzione dell'altezza (h) della sorgente luminosa e dell'angolo di incidenza (γ) dell'intensità luminosa (I) (Figura 3 ).

Noi abbiamo:

Riso. 3. Illuminazione verticale

7. Illuminazione

Per caratterizzare le superfici che si illuminano a causa del flusso luminoso che le attraversa o che viene riflesso da esse, viene utilizzato il rapporto tra il flusso luminoso emesso dall'elemento di superficie e l'area di questo elemento. Questa quantità è chiamata luminosità:

Per superfici di dimensioni limitate:

L'illuminamento è la densità del flusso luminoso emesso dalla superficie luminosa. L'unità di illuminamento è il lumen per metro quadrato di superficie luminosa, che corrisponde ad un'area di 1 m2 che emette uniformemente un flusso luminoso di 1 lm. Nel caso della radiazione totale viene introdotto il concetto di luminosità energetica del corpo radiante (Me).

L'unità di luce radiante è W/m2.

La luminosità in questo caso può essere espressa dalla densità spettrale della luminosità energetica del corpo emittente Meλ (λ)

Per una valutazione comparativa, riportiamo le luminosità energetiche nelle luminosità di alcune superfici:

• Superficie solare — Me = 6 • 107 W / m2;

• Filamento incandescente — Me = 2 • 105 W/m2;

• La superficie del sole allo zenit — M = 3,1 • 109 lm/m2;

• Lampadina fluorescente — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Luminosità

Luminosità La luminosità della luce emessa da un'unità di superficie in una certa direzione. L'unità di misura della luminosità è la candela per metro quadro (cd/m2).

La superficie stessa può emettere luce, simile alla superficie di una lampada, o riflettere la luce che proviene da un'altra fonte, come un manto stradale.

Superfici con diverse proprietà riflettenti sotto la stessa illuminazione avranno diversi gradi di luminosità.

La luminosità emessa dalla superficie dA ad un angolo Φ rispetto alla proiezione di questa superficie è uguale al rapporto tra l'intensità della luce emessa in una data direzione e la proiezione della superficie emittente (Fig. 4).

Riso. 4. Luminosità

L'intensità della luce e la proiezione della superficie emittente sono indipendenti dalla distanza. Pertanto, anche la luminosità non dipende dalla distanza.

Alcuni esempi pratici:

• Luminosità della superficie solare — 2.000.000.000 cd/m2

• Luminosità delle lampade fluorescenti — da 5000 a 15000 cd / m2

• Luminosità superficiale di una luna piena - 2500 cd / m2

• Illuminazione stradale artificiale — 30 lux 2 cd/m2