Σήμερα θα σας πούμε τα πάντα για τη φόρμουλα φωτισμού για ανοιχτούς χώρους και εσωτερικούς χώρους, καθώς και θα δώσουμε το μέγεθος της φωτεινής ροής υπό διαφορετικές συνθήκες.
Κερί και περιστρεφόμενος τροχός
Πριν από τον εκτεταμένο ηλεκτρισμό, η πηγή του φωτός ήταν ο ήλιος, το φεγγάρι, η φωτιά και το κερί. Οι επιστήμονες ήδη από τον δέκατο πέμπτο αιώνα μπόρεσαν να δημιουργήσουν ένα σύστημα φακών για να ενισχύσουν τον φωτισμό, αλλά οι περισσότεροι άνθρωποι δούλευαν και ζούσαν υπό το φως των κεριών.
Κάποιοι λυπήθηκαν που ξόδεψαν χρήματα σε φώτα κεριού ή αυτός ο τρόπος για να παραταθεί η ημέρα απλά δεν ήταν διαθέσιμος. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν εναλλακτικές επιλογές καυσίμων - λάδι, ζωικό λίπος, ξύλο. Για παράδειγμα, Ρωσίδες αγρότισσες της μεσαίας λωρίδας ύφαιναν λινάρι όλη τους τη ζωή στο φως μιας δάδας. Ο αναγνώστης μπορεί να ρωτήσει: "Γιατί έπρεπε να γίνει αυτό τη νύχτα;" Εξάλλου, ο συντελεστής φυσικού φωτός κατά τη διάρκεια της ημέρας είναι πολύ μεγαλύτερος. Γεγονός είναι ότι κατά τη διάρκεια της ημέρας, οι αγρότισσες είχαν πολλές άλλες ανησυχίες. Επιπλέον, η διαδικασία ύφανσης είναι πολύ επίπονη και απαιτεί ηρεμία. Ήταν σημαντικό για τις γυναίκες να μην πατήσει κανείς στον καμβά, ώστε τα παιδιά να μην μπερδεύουν τα νήματα και οι άνδρες να μην αποσπούν την προσοχή.
Αλλά με μια τέτοια ζωή υπάρχει ένας κίνδυνος: η φωτεινή ροή (εμείς ο τύποςδώσε λίγο πιο κάτω) από τον πυρσό είναι πολύ χαμηλά. Τα μάτια κουράστηκαν και οι γυναίκες έχασαν γρήγορα την όρασή τους.
Φωτισμός και εκμάθηση
Όταν τα παιδιά της πρώτης τάξης πηγαίνουν στο σχολείο την πρώτη Σεπτεμβρίου, περιμένουν θαύματα με ενθουσιασμό. Αιχμαλωτίζονται από τον χάρακα, λουλούδια, όμορφο σχήμα. Τους ενδιαφέρει πώς θα είναι ο δάσκαλός τους, με τον οποίο θα κάτσουν στο ίδιο θρανίο. Και ένα άτομο θυμάται αυτά τα συναισθήματα για το υπόλοιπο της ζωής του.
Αλλά οι ενήλικες, όταν στέλνουν τα παιδιά τους στο σχολείο, θα πρέπει να σκέφτονται πιο πεζά πράγματα από τη χαρά ή την απογοήτευση. Οι γονείς και οι δάσκαλοι ανησυχούν για την άνεση του θρανίου, το μέγεθος της τάξης, την ποιότητα της κιμωλίας και τη φόρμουλα φωτισμού στην αίθουσα. Αυτοί οι δείκτες έχουν κανόνες για παιδιά όλων των ηλικιών. Επομένως, οι μαθητές πρέπει να είναι ευγνώμονες που οι άνθρωποι έχουν σκεφτεί εκ των προτέρων όχι μόνο το πρόγραμμα σπουδών, αλλά και την υλική πλευρά του θέματος.
Φωτισμός και εργασία
Δεν είναι τυχαίο ότι τα σχολεία διενεργούν επιθεωρήσεις στις οποίες εφαρμόζεται ένας τύπος υπολογισμού του φωτισμού των αιθουσών για τις τάξεις. Παιδιά δέκα ή έντεκα ετών δεν κάνουν τίποτα άλλο από το να διαβάζουν και να γράφουν. Μετά κάνουν τα μαθήματά τους το βράδυ, χωρίς πάλι να αποχωρίζονται στυλό, τετράδια και σχολικά βιβλία. Μετά από αυτό, οι σύγχρονοι έφηβοι προσκολλώνται επίσης σε μια ποικιλία οθονών. Ως αποτέλεσμα, ολόκληρη η ζωή ενός μαθητή συνδέεται με ένα φορτίο στην όραση. Όμως το σχολείο είναι μόνο η αρχή της ζωής. Επιπλέον, όλοι αυτοί οι άνθρωποι περιμένουν πανεπιστήμιο και δουλειά.
Κάθε τύπος εργασίας απαιτεί τη δική του απόδοση φωτός. Ο τύπος υπολογισμού λαμβάνει πάντα υπόψη ότιένα άτομο κάνει 8 ώρες την ημέρα. Για παράδειγμα, ένας ωρολογοποιός ή κοσμηματοπώλης πρέπει να λάβει υπόψη του τις πιο μικρές λεπτομέρειες και τις πιο μικρές αποχρώσεις των χρωμάτων. Επομένως, ο χώρος εργασίας των ανθρώπων σε αυτό το επάγγελμα απαιτεί μεγάλους και φωτεινούς λαμπτήρες. Ένας βοτανολόγος που μελετά τα φυτά του τροπικού δάσους, αντίθετα, χρειάζεται να μένει συνεχώς στο λυκόφως. Οι ορχιδέες και οι βρωμέλιες έχουν συνηθίσει στο γεγονός ότι η ανώτερη βαθμίδα των δέντρων παίρνει σχεδόν όλο το φως του ήλιου.
Formula
Ερχόμαστε απευθείας στη φόρμουλα φωτισμού. Η μαθηματική της έκφραση μοιάζει με αυτό:
Eυ=dΦυ / dσ.
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στην έκφραση. Προφανώς, Eυ είναι ο φωτισμός, τότε Φυ είναι η φωτεινή ροή και σ είναι μια μικρή μονάδα εμβαδού στην οποία πέφτει η ροή. Μπορεί να φανεί ότι το Ε είναι μια ακέραια τιμή. Αυτό σημαίνει ότι λαμβάνονται υπόψη πολύ μικρά τμήματα και κομμάτια. Δηλαδή, οι επιστήμονες συνοψίζουν τον φωτισμό όλων αυτών των μικρών περιοχών για να πάρουν το τελικό αποτέλεσμα. Η μονάδα φωτισμού είναι το lux. Η φυσική έννοια ενός lux είναι μια τέτοια φωτεινή ροή, για την οποία υπάρχει ένας lumen ανά τετραγωνικό μέτρο. Ο αυλός, με τη σειρά του, είναι μια πολύ συγκεκριμένη τιμή. Δηλώνει τη φωτεινή ροή που εκπέμπεται από μια σημειακή ισότροπη πηγή (άρα μονοχρωματικό φως). Η φωτεινή ένταση αυτής της πηγής είναι ίση με ένα candela ανά στερεά γωνία ενός στεραδίου. Η μονάδα φωτισμού είναι μια σύνθετη τιμή που περιλαμβάνει την έννοια του "candela". Η φυσική έννοια του τελευταίου ορισμού είναι η εξής: η ένταση του φωτός σε μια γνωστή κατεύθυνση από μια πηγή πουεκπέμπει μονοχρωματική ακτινοβολία με συχνότητα 540 1012 Hz (το μήκος κύματος βρίσκεται στην ορατή περιοχή του φάσματος) και η ενεργειακή ένταση του φωτός είναι 1/683 W/sr.
Έννοιες φωτός
Φυσικά, όλες αυτές οι έννοιες με την πρώτη ματιά μοιάζουν με ένα σφαιρικό άλογο στο κενό. Τέτοιες πηγές δεν υπάρχουν στη φύση. Και ο προσεκτικός αναγνώστης σίγουρα θα αναρωτηθεί: "Γιατί είναι απαραίτητο;" Αλλά οι φυσικοί έχουν ανάγκη να συγκρίνουν. Ως εκ τούτου, πρέπει να εισαγάγουν ορισμένους κανόνες που πρέπει να καθοδηγούνται. Ο τύπος φωτισμού είναι απλός, αλλά πολλά μπορεί να είναι ασαφή. Ας το αναλύσουμε.
Δείκτης "υ"
Δείκτης υ σημαίνει ότι η τιμή δεν είναι εντελώς φωτομετρική. Και αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι ανθρώπινες δυνατότητες είναι περιορισμένες. Για παράδειγμα, το μάτι αντιλαμβάνεται μόνο το ορατό φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Επιπλέον, οι άνθρωποι βλέπουν το κεντρικό τμήμα αυτής της κλίμακας (αναφέρεται στο πράσινο χρώμα) πολύ καλύτερα από τις οριακές περιοχές (κόκκινο και μωβ). Δηλαδή, στην πραγματικότητα, ένα άτομο δεν αντιλαμβάνεται το 100% των φωτονίων κίτρινου ή μπλε χρώματος. Ταυτόχρονα, υπάρχουν συσκευές που στερούνται τέτοιου σφάλματος. Οι μειωμένες τιμές στις οποίες λειτουργεί ο τύπος φωτισμού (φωτεινή ροή, για παράδειγμα) και οι οποίες συμβολίζονται με το ελληνικό γράμμα "υ", διορθώνονται για την ανθρώπινη όραση.
Μονοχρωματική Γεννήτρια Ακτινοβολίας
Στη βάση, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, είναι ο αριθμός των φωτονίων με ορισμένο μήκοςκύματα που εκπέμπονται σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση ανά μονάδα χρόνου. Ακόμη και το πιο μονοχρωματικό λέιζερ έχει κάποια κατανομή μήκους κύματος. Και σίγουρα πρέπει να ασχοληθεί με κάτι. Αυτό σημαίνει ότι τα φωτόνια δεν εκπέμπονται προς όλες τις κατευθύνσεις. Αλλά στη φόρμουλα υπάρχει κάτι όπως "σημειακή πηγή φωτός". Αυτό είναι ένα άλλο μοντέλο που έχει σχεδιαστεί για να ενοποιεί μια συγκεκριμένη τιμή. Και ούτε ένα αντικείμενο του σύμπαντος δεν μπορεί να ονομαστεί έτσι. Έτσι, μια σημειακή πηγή φωτός είναι μια γεννήτρια φωτονίων που εκπέμπει ίσο αριθμό κβάντων ηλεκτρομαγνητικού πεδίου προς όλες τις κατευθύνσεις, το μέγεθός της είναι ίσο με ένα μαθηματικό σημείο. Ωστόσο, υπάρχει ένα κόλπο, μπορεί να κάνει ένα πραγματικό αντικείμενο σημειακή πηγή: εάν η απόσταση στην οποία φτάνουν τα φωτόνια είναι πολύ μεγάλη σε σύγκριση με το μέγεθος της γεννήτριας. Έτσι, το κεντρικό μας αστέρι ο Ήλιος είναι ένας δίσκος, αλλά τα μακρινά αστέρια είναι σημεία.
Arbor, καλά, πάρκο
Σίγουρα ένας προσεκτικός αναγνώστης παρατήρησε το εξής: σε μια φωτεινή ηλιόλουστη μέρα, ένας ανοιχτός χώρος φαίνεται πολύ πιο φωτισμένος από ένα ξέφωτο ή ένα γκαζόν κλειστό στη μία πλευρά. Επομένως, η ακτή είναι τόσο δελεαστική: είναι πάντα ηλιόλουστη και ζεστή εκεί. Αλλά ακόμη και ένα μεγάλο ξέφωτο στο δάσος είναι πιο σκοτεινό και πιο κρύο. Και το ρηχό πηγάδι είναι κακώς φωτισμένο την πιο φωτεινή μέρα. Αυτό συμβαίνει γιατί αν κάποιος δει μόνο μέρος του ουρανού, λιγότερα φωτόνια φτάνουν στο μάτι του. Ο συντελεστής φυσικού φωτισμού υπολογίζεται ως ο λόγος της ροής φωτός από ολόκληρο τον ουρανό προς την ορατή περιοχή.
Κύκλος, οβάλ, γωνία
Όλα αυτάοι έννοιες σχετίζονται με τη γεωμετρία. Αλλά τώρα θα μιλήσουμε για ένα φαινόμενο που σχετίζεται άμεσα με τον τύπο του φωτισμού και, κατά συνέπεια, με τη φυσική. Μέχρι αυτό το σημείο, θεωρήθηκε ότι το φως πέφτει στην επιφάνεια κάθετα, αυστηρά προς τα κάτω. Αυτό, φυσικά, είναι επίσης μια προσέγγιση. Υπό αυτή την προϋπόθεση, η απόσταση από την πηγή φωτός σημαίνει την πτώση του φωτισμού σε αναλογία με το τετράγωνο της απόστασης. Έτσι, τα αστέρια που βλέπει ένα άτομο με γυμνό μάτι στον ουρανό είτε βρίσκονται όχι τόσο μακριά από εμάς (όλα ανήκουν στον γαλαξία του Γαλαξία μας) είτε πολύ φωτεινά. Αλλά αν το φως χτυπήσει την επιφάνεια υπό γωνία, τα πράγματα είναι διαφορετικά.
Σκεφτείτε έναν φακό. Δίνει ένα στρογγυλό σημείο φωτός όταν κατευθύνεται αυστηρά κάθετα στον τοίχο. Αν το γείρετε, το σημείο θα αλλάξει σχήμα σε οβάλ. Όπως γνωρίζετε από τη γεωμετρία, ένα οβάλ έχει μεγαλύτερη επιφάνεια. Και δεδομένου ότι ο φακός εξακολουθεί να είναι ο ίδιος, σημαίνει ότι η ένταση του φωτός είναι ίδια, αλλά είναι, σαν να λέγαμε, «αλειμμένος» σε μια μεγάλη περιοχή. Η ένταση του φωτός εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης σύμφωνα με το νόμο του συνημιτόνου.
Άνοιξη, χειμώνας, φθινόπωρο
Ο τίτλος ακούγεται σαν τίτλος μιας όμορφης ταινίας. Αλλά η παρουσία των εποχών εξαρτάται άμεσα από τη γωνία με την οποία το φως πέφτει στο υψηλότερο σημείο του στην επιφάνεια του πλανήτη. Και αυτή τη στιγμή δεν πρόκειται μόνο για τη Γη. Εποχές υπάρχουν σε οποιοδήποτε αντικείμενο στο ηλιακό σύστημα του οποίου ο άξονας περιστροφής έχει κλίση σε σχέση με την εκλειπτική (για παράδειγμα, στον Άρη). Ο αναγνώστης μάλλον έχει ήδη μαντέψει: όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία κλίσης, τόσο λιγότερα φωτόνια ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο επιφάνειας ανά δευτερόλεπτο. Ετσι ώστεη εποχή θα είναι πιο κρύα. Τη στιγμή της μεγαλύτερης απόκλισης του πλανήτη στο ημισφαίριο, βασιλεύει ο χειμώνας, τη στιγμή του ελάχιστου - καλοκαίρι.
Στοιχεία και γεγονότα
Για να μην είμαστε αβάσιμοι, ακολουθούν ορισμένα στοιχεία. Σας προειδοποιούμε: είναι όλα κατά μέσο όρο και δεν είναι κατάλληλα για την επίλυση συγκεκριμένων προβλημάτων. Επιπλέον, υπάρχουν κατάλογοι φωτισμού επιφανειών από διαφορετικούς τύπους πηγών. Είναι καλύτερα να ανατρέχετε σε αυτούς όταν κάνετε υπολογισμούς.
- Σε απόσταση από τον Ήλιο σε οποιοδήποτε σημείο του διαστήματος, η οποία είναι περίπου ίση με την απόσταση από τη Γη, ο φωτισμός είναι εκατόν τριάντα πέντε χιλιάδες lux.
- Ο πλανήτης μας έχει μια ατμόσφαιρα που απορροφά μέρος της ακτινοβολίας. Επομένως, η επιφάνεια της γης φωτίζεται με μέγιστο εκατό χιλιάδες lux.
- Τα μεσαία γεωγραφικά πλάτη του καλοκαιριού φωτίζονται το μεσημέρι κατά δεκαεπτά χιλιάδες lux σε καθαρό καιρό και κατά δεκαπέντε χιλιάδες lux σε συννεφιασμένο καιρό.
- Τη νύχτα με πανσέληνο, ο φωτισμός είναι δύο δέκατα του lux. Το φως των αστεριών σε μια νύχτα χωρίς φεγγάρι είναι μόνο ένα ή δύο χιλιοστά του lux.
- Η ανάγνωση ενός βιβλίου απαιτεί τουλάχιστον τριάντα έως πενήντα lux φωτισμού.
- Όταν ένα άτομο παρακολουθεί μια ταινία σε έναν κινηματογράφο, η φωτεινή ροή είναι περίπου εκατό lux. Οι πιο σκοτεινές σκηνές θα έχουν ένδειξη ογδόντα lux και η εικόνα μιας φωτεινής ηλιόλουστης ημέρας θα «τραβήξει» εκατόν είκοσι.
- Το ηλιοβασίλεμα ή η ανατολή του ηλίου πάνω από τη θάλασσα θα δώσει φωτισμό περίπου χιλίων lux. Ταυτόχρονα, σε βάθος πενήντα μέτρων, ο φωτισμός θα είναι περίπου 20 lux. Το νερό απορροφά πολύ καλά το ηλιακό φως.
