Интенсивность излучения и направление его распространения

Кроме общего количества света, излучаемого источником в пространство, необходимо представлять распределение излучения по направлениям. Например, даже самая обыкновенная лампа накаливания покажется темной, если смотреть на нее со стороны цоколя, и ослепительно яркой во всех остальных направлениях. Интенсивность излучения традиционно оценивается его потоком, распространяющимся в данном направлении. Говоря математически, интенсивность равна потоку в исчезающем малом телесном угле, отнесенному к этому углу. Для светового излучения она описывается силой света, единицей измерения которой является 1 кандела (кд). Как следует из определения, сила света одного и того же источника может быть разной в зависимости от выбранного нами направления.

I=F/телесный угол
Сила света равна отношению светового потока, распространяющегося внутри элементарного телесного угла, к этому углу.

Если поместить интересующий нас излучатель в центр окружности, разбитой на 360 секторов, а потом обойти вокруг него и измерить в каждом секторе силу света, то получится очень распространенный в светотехнике график, называемый кривой силы света (КСС). Некоторая сложность в чтении этого графика заключается в том, что он составляется не в привычной прямоугольной, а в так называемой полярной системе координат. Первой координатой является собственно значение силы света, откладываемой по прямой оси. Вторую координату представляет собой угол поворота этой оси относительно нулевого направления. Таким образом, по графику КСС можно без труда определить силу света источника в любом направлении.

График распределения силы света может характеризовать не только лампу, но и светильник, в котором она установлена. Если светильник несимметричен относительно своей оси (его сила света зависит не от плоского, а от пространственного угла наблюдения), то в документации на него приводятся несколько КСС в разных секущих плоскостях. Часто ограничиваются двумя графиками, составленными для продольной и поперечной секущих плоскостей. Помимо КСС в полярных координатах, рассмотренных выше, существует также и традиционное представление КСС — в декартовых координатах, когда по горизонтальной оси откладывается угол отклонения от нулевого направления, а по вертикальной — сила света в этом направлении.

Не менее важным параметром является яркость источника или освещенной им поверхности. Подобно силе света, яркость характеризует количество света, излучаемого в данном направлении, однако не в абсолютном выражении, а в отношении к видимой с данного направления площади излучающей (переизлучающей) поверхности. Таким образом, источник площадью 1 м кв и силой света 10 кд будет иметь такую же яркость, как источник площадью 0, 5 м 2 и силой света 5 кд, несмотря на то, что световые потоки и силы света этих источников будут различны. Тем не менее, их поверхности будут восприниматься человеческим глазом как разные по размеру, но одинаково яркие — в этом и заключается физиологический смысл понятия яркости. Яркость измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м 2).

Яркость численно равна отношению силы света I, излучаемого этим участком поверхности S в заданном направлении, к площади его проекции S на плоскость, перпендикулярную этому направлению.

Понятием яркости широко пользуются при изготовлении составных светящих линий и поверхностей. Составной светящий объект будет выглядеть как единое целое только при условии, что яркости всех его элементов одинаковы. (Профильные линейные системы и светодиодные модули с равномерным освещением).

На человеческий глаз, как и на любой приемник оптического излучения, непосредственно воздействуют излученные и отраженные световые потоки. Световой поток, распространяющийся в направлении глаза, описывается силой света. Однако оказалось, что уровень нашего зрительного ощущения зависит не только от значения силы света источника, но и от площади, которую он занимает в нашем поле зрения. Следовательно, понятие яркости как нельзя более близко описывает физиологическое количественное воздействие света на человека (пример: светофор на светодиодах).

Следует отметить, что все перечисленные выше световые величины одинаково применимы как к первичным источникам излучения (преобразующим энергию других видов в свет), так и ко вторичным излучателям (каковыми являются все отражающие свет объекты). Например, одинаково правомерно говорить как о яркости светящего тела лампы, так и о яркости освещенного этой лампой фасада здания.

Последней, но едва ли не самой важной в светотехнике количественной величиной является освещенность, показывающая, сколько света падает на ту или иную поверхность.

Освещенность равна отношению светового потока, упавшего на поверхность, к площади этой поверхности. Единицей измерения освещенности является 1 люкс (лк). 1 лк =1 лм/м кв. Другими словами, освещенность в каждой точке поверхности в 1 лк создает источник, светового поток которого в 1лм равномерно распределяется по 1 м кв этой поверхности.

E=F/b

Насколько велика или мала освещенность? Сравнение имеет смысл производить для одного и того же наблюдаемого объекта, напри мер, листа белой бумаги. Освещенность 0, 1 —0, 5 лк могла бы быть создана ярким лунным светом, 1 —10 лк — светом свечи, 50 — 100 лк — одноламповым бытовым светильником с лампой накаливания, 300 —700 лк — искусственным освещением в офисе, 3 000 —10 000 лк — пасмурным небом, 60 000 —150 000 лк — прямым солнечным светом. Профессиональные светотехники ходят с люксметром и запоминают освещенность. Разумеется, наша оценка очень приблизительна, но, тем не менее, она дает хорошее представление о воспринимаемых глазом количествах света.

Уровень освещенности жестко связан со световым потоком источника, расстоянием от источника до освещаемой поверхности и их взаимной ориентацией, а также с наличием в пространстве отражающих или поглощающих свет объектов.

Освещённость прямо пропорциональна силе света источника света. При удалении его от освещаемой поверхности её освещённость уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Когда лучи света падают наклонно к освещаемой поверхности, освещённость уменьшается пропорционально косинусу угла падения лучей.

Освещённость от точечного источника находят по формуле:

где — сила света в канделах; — расстояние до источника света; — угол падения лучей света относительно нормали к поверхности.

Другими словами, освещенность обладает хорошей воспроизводимостью: для повторения освещенности достаточно повторить набор обязательных для этого условий. Именно поэтому для создания норм освещения в качестве основной характеристики была выбрана именно освещенность, а не более соответствующая физиологии зрения яркость.

Следует также помнить, что материалы с разными отражающими свойствами будут по разному восприниматься глазом, даже если их освещенность одинакова. Например, черный бархат выглядит темным при любой освещеннос ти в диапазоне от 0, 1 до 100 000 лк. Поэтому нормы освещения создают с учетом предполагаемых отражающих свойств освещаемых объектов