Визуальные световые величины

В связи особенностями восприятия света человеком были введены специальные (визуальные) световые величины:

1) Сила света. В международной системе единиц сила света входит в число основных величин, обозначаемая I. Единицей силы света является кандела (кд). Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматические излучение частотой 540^,10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт /ср.

2) Световой поток. От источника с силой I в телесный угол ω попадает световой поток

Ф= Iω. (1)

Размерность светового потока совпадает с размерностью силы света, а единица светового потока есть кандела стерадиан. Этой единице присвоено название люмен (лм). 1 люмен равен световому потоку, испускаемому точечным источником в телесном угле 1 ср при силе света 1 кд.

3) Световая энергия определяется как произведение светового потока на время

W = Ф t. (2)

Световая энергия выражается в люмен- секундах.

4) Светимость – это отношение светового потока к площади поверхности источника:

R=Ф / S, (3)

единицей измерения является люмен на квадратный метр.

5) Освещенность – это отношение светового потока к площади освещенной поверхности:

Е = Ф / S. (4)

Единица освещенности, равная люмену на квадратный метр, носит название люкс (лк).1 лк равен освещенности поверхности площадью 1 м ² при падающем на нее световом потоке 1 лм.

Если световые лучи падают на поверхность под некоторым углом α, то плотность потока будет меньше, чем при нормальном падении лучей.

Освещенность, создаваемая точечным источником с силой света I на поверхности dS, находящейся от него на расстоянии R при угле падения α, определяется по формуле

E = (I / R²) cos α. (5)

6) Видность излучения - это отношение светового потока к потоку излучения

V = Ф / Ф_е . (6)

Видность излучения - это величина, связывающая физиологическое воздействие света и его энергетическую характеристику как физического явления.

Лампы накаливания, используемые для бытовых целей, имеют энергетический спектр с максимумом в инфракрасной области, а на видимую область остается около 20% энергии. Это означает, что большую часть энергии такая лампа отдает в виде тепла. В настоящее время изготавливаются «экономичные» компактные люминесцентные лампы, у которых энергетический спектр приближен к видимой области спектра. Одна такая люминесцентная лампа мощностью 20 Вт по яркости свечения равноценна лампе накаливания мощностью 100 Вт. Таким образом, можно сберегать электроэнергию, удлинять срок службы лампы, а для потребителя – экономить денежные средства.

 

Гигиенические нормы освещенности

Физиологическое действие света на человека и животных в значительной степени зависит от освещенности. Установлены гигиенические нормы освещенности для жилых и производственных помещений (таблица 1).

 

Таблица 1 Гигиенические нормы освещенности жилых и

производственных помещений

Наименование физических величин
Наименование помещений	Оптимальная освещенность, лк
при лампах накаливания	при люминесцентных лампах
Аудитории, лаборатории (на уровне поверхности стола)
Читальные залы
Комнаты в общежитиях
Доильный зал коровника (на полу)
Помещения для птиц при клеточном кормлении по фронту кормушек
Помещения для кормления свиней

Светочувствительные приборы

Для измерения освещенности используют специальные приборы, показывающие величину непосредственно в люксах и называемые люксметрами. В переносных люксметрах главным чувствительным элементом является селеновый фотоэлемент.

Селеновый фотоэлемент – это полупроводниковый прибор с запирающим слоем. Принцип его действия основан на фотоэлектрическом эффекте. Сила электрического тока, проходящего по фотоэлементу, прямо пропорциональна его освещенности. Селеновый фотоэлемент обладает кривой спектральной чувствительности, которая приближается к кривой чувствительности глаза (рисунок 2).

Рисунок 3 Устройство фотоэлемента:

1 – слой платины; 2 – слой селена; 3 – запирающий слой; 4 - слой железа; mА - миллиамперметр

 

Устройство селенового фотоэлемента показано на рисунке 3. Селен является полупроводником. В зоне контакта селена и железа образуется запирающий слой, обладающий односторонней проводимостью. При падении света на фотоэлемент благодаря внутреннему фотоэффекту в селене увеличивается число свободных электронов. Вследствие теплового движения часть этих электронов переходит в железо. Обратно переместиться они не могут из-за наличия запирающего слоя. Между селеном и железом возникает разность потенциалов, которая создает в цепи фотоэлемента электрический ток, называемый фототоком. Сила фототока пропорциональна величине светового потока, падающего на фотоэлемент:

i = k Ф,

где k – коэффициент пропорциональности, называемый чувствительностью фотоэлемента.

Освещенность будет пропорциональна силе фототока i:

E = Ф / S = i / kS,

где S – площадь светочувствительной поверхности фотоэлемента.

Для того, чтобы фотоэлемент можно было использовать в качестве люксметра – прибора для измерения освещенности, шкалу микроамперметра, включенного в цепь фотоэлемента, градуируют в люксах.