Обозначения и единицы сверхтехнических величин

Система световых величин

Система фотосинтезных величин

Система витальный величин

Для отличия величин, обозначаемых одинаковыми буквами, в светотехнике применяют индексы: е — для лучистой величи­ны, V — для световой, ф — для фотосинтезной, в — для виталь­ной; б — для бактерицидной.

В системе световых величин за единицу эффективного светово­го потока Фv, воздействующего на глаз человека, принят люмен (лм). При однородном излучении с длиной волны, равной 550 нм, 1 лм = 1/683 Вт. При другой длине волны 1 лм не будет равновелик мощности 1/683 Вт.

Существует и другое определение: люмен — это поток, излу­чаемый абсолютно черным телом площадью 0,5305 мм² при тем­пературе затвердевания платины (2042 К). Упрощенно абсолютно черным считают тело, которое испускает излучения равномерно и в одном направлении, все же приходящие излучения оно погло­щает, то есть не обладает отражательной способностью.

Некоторое представление о значении люмена могут дать следу­ющие примеры. Световой поток Фv, падающий на 1 м² поверхнос­ти земли летом при ясном небе, достигает 100 000 лм; световой поток лампы накаливания мощностью 100 Вт, напряжением 220 В составляет 1000 лм; световой поток лампы карманного фонаря ра­вен примерно 6 лм.

О световом потоке Фv можно также сказать, что это производ­ная от силы света Iv по телесному (пространственному) углу ω:

(1.8)

где dФv — элементарный световой поток, лм; Iv —сила света, кд (кандела); d — элементарный пространственный угол, ср (стерадиан).

Сила света Iv — пространственная плотность светового потока, то есть отношение светового потока Фv к значению телесного угла ω , в котором он равномерно распределяется

Iv=Фv/ ω (1.9)

Единица силы видимых излучений — кандела; 1 кд = 1 лм/1 ср.

Стерадиан (ср) — это телесный угол, который имеет вершину в центре сферы (шара) и опирается на участок сферы с площадью, равной квадрату радиуса сферы. Другое определение, используе­мое в расчетах: кандела — это 1/60 силы света, испускаемого с 1 м2абсолютно черного тела при температуре затвердевания пла­тины.

Светимость Мv— поверхностная плотность светового потока, испускаемого поверхностью, равная отношению светового потока Фу к площади светящейся поверхности Sп,

Мv= Фv/Sп. (1.10)

Единица светимости — люмен на квадратный метр (лм/м2).

Яркость Lv — поверхностная плотность силы света в заданном направлении, равная отношению силы света Iv к площади проек­ции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к тому же направлению:

Lv=Iv/(Sп cos α ), (1.11)

где α —угол между светящейся поверхностью и заданным направлением.

Единица яркости — кандела на квадратный метр (кд/м2).

Освещенность Еv — поверхностная плотность светового потока, то есть отношение светового потока Фv к площади Sо, на которую он равномерно падает

Еv = Фv/S0. (1.12)

Единица освещенности — люкс (лк); 1 лк = 1 лм/м2.

Светимость и яркость зависят от коэффициентов отражения освещаемых поверхностей. Освещенность не зависит от коэффи­циента отражения. Яркость связана с определенным направлени­ем, а освещенность и светимость не связаны с направлением.

Физические представления о значениях некоторых величин могут дать следующие примеры: освещенность в хирургической операционной должна быть равна 3000 лк, при чтении книги — 50 лк; светимость чистого снега в солнечный полдень достигает 80 000 лм/м2; светимость вольфрамовой нити лампы накаливания мощностью 100 Вт, напряжением 220 В, при температуре нити Т=2700К равна 17• 106лм/м2; яркость Солнца, находящегося в зените, составляет 150 • 107кд/м2, яркость белой бумаги при осве­щенности в 50 лк равна 0,05 кд/м2.

В отличие от общей энергии излучения, измеряемой в джоулях, световую энергию лучше представить как произведение светового потока Фv на продолжительность его действия τ, в люмен-секун­дах (лм • с):

Qv= Фvτ (1.13)

Световая отдача — это отношение светового потока источника света к мощности, потребляемой источником

ηv=Фv⁄P (1.14)

Единица световой отдачи — люмен на ватт (лм/Вт). Су­ществует также понятие о световой экспозиции Нv, определяю­щей продолжительность действия определенной освещенности Ev, лк, за установленное время, ч, то есть люкс-часы (лк • ч):

Нv=Evτ (1.15)

Приведем некоторые сведения о световых свойствах материалов.

Световой поток, который падает в общем случае на любую по­верхность, частично отражается, частично пропускается и частич­но поглощается. Если на поверхность падает световой поток Фv, то в зависимости от свойства материала поверхности он разделяет­ся на три составляющие: отраженный поток Фρ= ρФv, пропущен­ный поток Фτ׳= τ'Фv и поглощенный поток Фα= αФv. Так что в сумме

Фv= ρФv + τ'Фv + αФv. (1.16)

Из выражения (1.16) следует, что сумма коэффициентов отра­жения ρ, пропускания τ' и поглощения а равна 1:

1 = ρ + τ' + α. (1.17)

Проходя через тело или отражаясь от него, световой поток в той или иной мере рассеивается. При отсутствии рассеивания от­ражение или пропускание потока называют направленным (напри­мер, зеркало или оконное стекло). Отражение или пропускание, при котором свет рассеивается настолько, что поверхность приоб­ретает яркость, одинаковую по всем направлениям, называют диффузным (например, мел, гипс, «молочное» стекло). Матовые поверхности дерева, бумаги, ткани близки к диффузным. Лучшей отражающей способностью обладает сернокислый барий (до 95 % падающего на него потока). Свинцовые белила отражают до 90 % падающего потока. Поэтому указанными материалами покрывают киноэкраны для получения более яркого изображения. Зеркало отражает 85% падающего потока, снег —80...98 %, трава—7%, черная кожа — 1,5 %.

В системе фотосинтезных величин за единицу эффективного фотосинтезного потока Фф, оцененного по реакции на облучение зеленого растения, принят один фит (фт) — поток излучения в 1 Вт при длине волны 680 нм.

В системе витальных величин за единицу эффективного пото­ка, названного витальным Фв, принят один вит (вит) — поток из­лучения в 1 Вт при длине волны 297 нм.

В системе бактерицидных величин за единицу эффективного (бактерицидного) потока Фбпринят один б а к т (бк) — поток из­лучения в 1 Вт при длине волны 254 нм.

Остальные производные величины и их единицы для трех ука­занных систем приведены в таблице 1.3 [3].

Преобразование оптического излучения происходит в при­емниках оптического излучения, под которыми понимают лю­бые объекты независимо от их происхождения и агрегатного со­стояния, в которых энергия оптического излучения превраща­ется в другие виды энергии. Первичный процесс преобразова­ния — это поглощение приемником фотонов падающего на него излучения. Количественно этот процесс оценивают коэф­фициентом поглощения ее, представляющим собой отношение поглощенной приемником энергии оптического излучения к упавшей на него [4].

В соответствии с законом сохранения энергии для оптического излучения процесс преобразования в общем виде можно описать следующим уравнением:

Qα=∫Ф(τ)dτ=Qэ+Qп, (1.18)

где Qа— энергия оптического излучения, поглощенная за промежуток времени dτ, Дж; α — коэффициент поглощения излучения приемником; Ф(τ) — поток из­лучения, упавший на приемник, в функции времени, Вт; Qэ — эффективная энер­гия, Дж; Qп— энергия потерь, Дж.

Величины Qэ иQп требуют разъяснения. Энергия оптического излучения принципиально может преобразовываться в любой дру­гой вид энергии: тепловую, электрическую, энергию химических связей и т. п.

Установки, в которых используют оптическое излучение, предназначены для воздействия оптического излучения на при­емник, в качестве которого может быть человек, животное, рас­тение, сельскохозяйственные продукты, фотоэлемент, фоторезис­тор и т. п.

При решении таких задач предусматривают превращение в приемнике энергии оптического излучения в определенный дру­гой вид энергии, что позволяет получить ожидаемый положитель­ный результат. Но, как и в любом процессе, преобразование одно­го вида энергии в другой не обходится без потерь, то есть часть

энергии излучения преобразуется в такие виды энергии, которые для решения данной задачи не нужны.

Таким образом, под Qэследует понимать ту часть поглощенной приемником энергии излучения, которая преобразовалась в необ­ходимый вид энергии, обеспечивающий ожидаемый положитель­ный эффект. Другие виды энергии, которые при этом образова­лись побочно, следует отнести к потерям Qп.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: