Как да измерите относителната осветеност със самоделно устройство

Човек се нуждае от осветление не само за ориентация и извършване на всякакви действия на тъмно, но и за поддържане на психологическо здраве и комфорт. В допълнение, изкуственото осветление позволява на работниците да продължат да изпълняват задълженията си вечер и през нощта. Все пак трябва да избирате осветителни тела и лампи въз основа на техните характеристики, най-важната от които е светлинната ефективност, която се измерва в лумени на ват (lm/W). В самата стая също е необходимо да се контролира нивото на осветеност и, като се има предвид това, да се изберат нейните източници.

Png?.png 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-harakteristiki.png 764w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Светлинни параметри

Видове светлина

Най-полезното и безопасно осветление е, разбира се, естественото. Има топъл нюанс и не уврежда очите.

Забележка!По отношение на техните параметри, най-близки до този тип са лампите с нажежаема жичка, които се характеризират с червеникаво сияние. Те не предизвикват дразнене на очите и по отношение на излъчвания спектър са почти идентични с естествената слънчева светлина, проникваща в помещенията през прозорците.

Развитието на технологиите доведе до появата на много опции за осветителни устройства, така че когато купувате, трябва да обърнете внимание на характеристиките, които са посочени на опаковката на лампата.

Допълнителна информация.Така че топла светлина се препоръчва да се постави в апартаменти или жилищни сгради, неутрална светлина се препоръчва за осветление на офиси и производствени цехове. Студено - ефективно се използва в помещения, където се извършва работа с малки части. Също така често се използва в субтропичен климат, където този нюанс създава усещане за прохлада.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-tipy.jpg 704w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Видове осветление

По този начин изборът на електрическа крушка влияе не само върху осветеността на пространството, но и върху моралното и психологическото състояние на служител на работа или човек в апартамент.

Характеристики на светлинния поток

При закупуване на електрически крушки купувачите често не знаят или не мислят за отговора на въпроса как се измерва светлината и въпреки това има доста такива показатели:

Светлинна мощност;
Силата на светлината;
интензивност;
Яркост.

Всичко това са физически свойства на светлинния поток, които могат да бъдат измерени със специални уреди; трябва да се вземат предвид при планирането на осветлението на помещението (като се изчисли необходимия брой осветителни устройства във всяка стая или офис), тъй като това се отразява на здравето на помещението. очите и нервната система.

Светлинна мощност

Светлинната мощност е най-важният параметър. Той отразява съотношението на светлинния поток, излъчван от електрическа крушка или друго устройство, към мощността, която консумира. Съответно мерните му единици са лумени на ват (lm/W). Този параметър ви позволява да оцените икономическата ефективност на метода на осветление.

Png?.png 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-otdacha-768x279..png 900w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Светлинна мощност на различни устройства

Колкото по-висока е светлинната ефективност, толкова по-ефективно се използва енергията, което означава, че разходите за комунални услуги се оптимизират, което става особено важно в контекста на постоянно нарастващите тарифи. Поради тази причина енергоспестяващите лампи, които осигуряват едно от най-високите съотношения lm/W, са много популярни.

Силата на светлината

Характеристиката на радиацията е не само светлинният поток, но и силата, с която енергията му се движи от една точка в пространството в друга за определен период от време. Трябва да се има предвид, че интензитетът на светлината може да промени посоката на движение в зависимост от условията, зададени от устройството, което генерира потока.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-jarkost-i-nasyshchennost.jpg 700w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Яркост и наситеност на светлината

Този параметър може да се измери в кандели.

важно!Когато избирате лампа, трябва да обърнете внимание и на описания параметър, само че връзката не е толкова пряка, колкото в случая на светлинна ефективност. Нивото на сила трябва да бъде избрано въз основа на стандартната стойност, която трябва да има единица яркост на светеща повърхност. Този индикатор може да се намери в различни стандарти, както и в строителни норми. Тя варира в зависимост от предназначението на стаята, нейната конфигурация и т.н.

Интензитет на светлината

Тази характеристика често се нарича осветяване или насищане. Той представлява съотношението на светлинния поток към площта на обекта, върху който пада. Тази единица за яркост на светеща повърхност се измерва в луксове.

Яркост

Светлинният интензитет, разделен на единица площ, се нарича яркост. Измерва се в кандели на квадратен метър. Източникът разпространява радиация, която осветява определена област. Колкото по-висока е зоната, толкова по-голяма е яркостта на светлината. Този параметър също характеризира ефективността на източника на осветление и неговото измерване е необходимо за изчисляване на необходимия брой осветителни тела в помещението и съответно за проектиране на тяхното местоположение и окабеляване.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-jarkost-150x150..jpg 680w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Светлина с висока яркост

По този начин светлинният поток има няколко параметъра и не винаги е ясно кой от тях да обърне внимание при закупуване на осветителни устройства. За обикновения потребител е трудно да разбере какво е светлинна ефективност, как наситеността се различава от яркостта и т.н. Освен това мерните единици, които са посочени на кутиите, също са неинформативни за непосветения: lm/W, cd, cd/sq.m, всичко това прилича на йероглифи, от които не става ясно колко крушки и с какви характеристики трябва да закупите. Ето защо, за да изчислите броя на осветителните устройства, се препоръчва или да използвате услугите на професионалисти, или специален калкулатор, който можете да намерите в Интернет.

Видео

I(t) = \frac(1)(T)\int\limits_t^(t+T)\left|\vec S(t)\right|dt,

където е векторът на Пойнтинг $\vec S(t)=\frac(c)(4\pi)\left[\vec E(t)\times\vec B(t)\right],$ (в системата GHS), $д$ е напрегнатостта на електрическото поле, и $б$ - магнитна индукция.

За монохроматична линейно поляризирана вълна с амплитуда на напрегнатост на електрическото поле $E_0$ интензитет е равен на:

$I = \frac(\epsilon_0cE_0^2)(8\pi).$

За монохроматична кръгова поляризирана вълна тази стойност е два пъти по-голяма:

$I = \frac(\epsilon_0cE_0^2)(4\pi).$

Интензивност на звука

Звукът е вълна от механични вибрации на средата. Интензитетът на звука може да бъде изразен чрез амплитудни стойности на звуковото налягане стри осцилаторна скорост на средата v:

$I = \frac(pv)(2).$

Напишете рецензия на статията "Интензивност (физика)"

Бележки

Откъс, характеризиращ интензитета (физика)

„Ако всички руснаци са поне малко като теб“, каза той на Пиер, „est un sacrilege que de faire la guerre a un peuple comme le votre [Богохулство е да се биеш с народ като теб.] Ти, който си пострадал толкова много от французите, че дори нямате злоба към тях.
И сега Пиер заслужаваше страстната любов на италианеца само защото той предизвика в него най-добрите страни на душата му и им се възхищаваше.
По време на последния период от престоя на Пиер в Орел, неговият стар познат масон, граф Виларски, дойде да го види, същият, който го въведе в ложата през 1807 г. Виларски беше женен за богата рускиня, която имаше големи имоти в Орловска губерния и заемаше временна длъжност в града в отдела за храни.
След като научи, че Безухов е в Орел, Виларски, въпреки че никога не го е познавал за кратко, дойде при него с тези изявления за приятелство и интимност, които хората обикновено изразяват помежду си, когато се срещат в пустинята. Виларски скучаеше в Орел и се радваше да срещне човек от същия кръг като него и със същите, както той вярваше, интереси.
Но за негова изненада Виларски скоро забеляза, че Пиер изостава много от реалния живот и е изпаднал, както той самият го определя, в апатия и егоизъм.
„Vous vous encroutez, mon cher“, каза му той. Въпреки това сега Виларски беше по-приятен с Пиер от преди и го посещаваше всеки ден. За Пиер, който гледаше Виларски и го слушаше сега, беше странно и невероятно да си помисли, че самият той съвсем наскоро беше същият.
Виларски беше женен, семеен човек, зает с делата на имението на жена си, службата си и семейството си. Той вярваше, че всички тези дейности са пречка в живота и че всички те са презрени, защото са насочени към личното благо на него и семейството му. Военни, административни, политически и масонски съображения непрекъснато поглъщат вниманието му. И Пиер, без да се опитва да промени възгледа си, без да го съди, с вече постоянно тихата си радостна подигравка, се възхищаваше на това странно явление, толкова познато за него.
В отношенията си с Виларски, с принцесата, с доктора, с всички хора, с които сега се срещаше, Пиер имаше нова черта, която му спечели благоволението на всички хора: това признание за способността на всеки човек да мисли, да чувства и гледа на нещата по свой начин; признаване на невъзможността думите да разубедят човек. Тази законна характеристика на всеки човек, която преди тревожеше и дразнеше Пиер, сега формира основата на участието и интереса, който той проявяваше към хората. Разликата, понякога пълното противоречие на възгледите на хората с техния живот и един с друг, харесваше Пиер и предизвикваше в него насмешлива и нежна усмивка.

Нека разгледаме елементарна област с площ , разположена в пространство, изпълнено с радиация от различни източници. Ще характеризираме ориентацията на обекта в пространството чрез нормалния вектор към неговата повърхност.

Важно свойство на интензитета: това количество характеризира радиационните свойства на източника и не зависи от разстоянието, на което е разположена елементарна област от него. Нека преместим платформата на известно разстояние. Наистина, с увеличаване на разстоянието rкъм източника, мощността на излъчване, преминаваща през мястото, пада като r 2, но според същия закон намалява и телесният ъгъл, под който се вижда източникът. Елементарната платформа може да бъде комбинирана с наблюдателя или може да си представим, че е на повърхността на източника. Интензитетът ще бъде същият.

Определение.Интензитетът на излъчване е мощността на светлинната енергия (радиационен поток за единица време), преминаваща през площ от единично напречно сечение, разположено перпендикулярно на избраната посока в единичен солиден ъгъл.

Кандела– (CANDLE INTERNATIONAL преди 1970 г.) единица за измерване на интензитета (интензитет на светлината), равна на интензитета на светлината на такъв точков източник, който излъчва светлинен поток от един лумен в единичен телесен ъгъл (стерадиан), т.е. 1cd = 1lm/sr

Интензитетът на лъчистата енергия има размери - ват/ср, ерг/сек*ср

Също така е необходимо да се вземе предвид ориентацията на сайта в пространството. Като цяло, ако ъгълът между нормалата и избраната посока е равен на q,Че

където = е елементът на плътния ъгъл.

Телесният ъгъл, под който се вижда източникът, се изразява с равенството:

където S е площта, изрязана от конус върху сфера с радиус r. Когато телесният ъгъл е равен на 1.

Това количество се нарича стерадиан. Цялото пространство има телесен ъгъл, равен на 4p.

По този начин, интензитетът на източника е потокът на радиация в рамките на телесен ъгъл, равен на стерадиан.

Определение. Източникът се нарича изотропно излъчващ, ако неговият интензитет не зависи от посоката в пространството.

От (2.1) можем да получим мощността на излъчване, преминаваща през една област. За да направим това, ние интегрираме интензитета върху плътния ъгъл.

За изотропно радиационно поле получаваме общия поток през областта, като използваме формулата = 0. За изотропно излъчваща безкрайна област интегрирането върху полукълбото дава потока

Осветеност.

Нека разгледаме потока от източника на мястото на наблюдение. При липса на абсорбция, потокът намалява с разстоянието поради намаляване на телесния ъгъл, под който източникът е видим. Следователно, потокът може да се разглежда като осветеност в мястото на наблюдение, създадено от източника.

Определение. Осветеността E е светлинният поток на единица площ.

Като вземем предвид (2.2), получаваме:

Ако зоната, ограничаваща конуса, е разположена под ъгъл q спрямо нормалата, тогава в общ вид изразът за осветеността на зоната може да се запише във формата:

Лукс се приема като единица за осветеност - когато поток, равен на 1 лумен, преминава през площ от 1 m 2. 1lx = 1lm/m2

Осветеност в енергийни единици - W/cm 2, erg/sec*cm 2

От точков източник телескопът може да регистрира само радиационния поток, но не и интензитета. Нека разгледаме радиацията от звезда с радиус Р, който може да бъде представен като сферично симетричен изотропен източник, разположен на разстояние r. Директно измереният поток от звездата ще бъде:

където е интензитетът в приемната точка (телескоп), а = е телесният ъгъл, под който се вижда звездата. Потокът на единица повърхност от звездата за изотропен интензитет е просто = . При липса на абсорбция = . Следователно за измереното количество намираме:

= (2.7)

Тъй като , преходът от директно измерено количество към интензитет е възможен само ако е известен ъгловият диаметър R/r на източника, тоест ако не се възприема като точка.

Нека сега изчислим общата енергия, излъчвана от заряда по време на ускорението. За общоприетост нека вземем случая на произволно ускорение, като считаме обаче, че движението е нерелативистично. Когато ускорението е насочено, да речем, вертикално, електрическото поле на излъчване е равно на произведението на заряда и проекцията на забавеното ускорение, делено на разстоянието. По този начин знаем електрическото поле във всяка точка и от тук знаем енергията, преминаваща през единица площ в .

Количеството често се среща във формулите за разпространение на радиовълните. Неговата обратна стойност може да се нарече вакуумен импеданс (или вакуумно съпротивление); то е равно . Следователно мощността (във ватове на квадратен метър) е средният квадрат на полето, разделено на 377.

Използвайки формула (29.1) за електрическото поле получаваме

, (32.2)

където е мощността при , излъчена под ъгъл. Както вече беше отбелязано, тя е обратно пропорционална на разстоянието. Интегрирайки, получаваме от тук общата мощност, излъчена във всички посоки. За да направим това, първо умножаваме по площта на лентата на сферата, след което получаваме енергийния поток в ъгловия интервал (фиг. 32.1). Площта на лентата се изчислява по следния начин: ако радиусът е равен на , то дебелината на лентата е равна на , а дължината е , тъй като радиусът на пръстеновидната лента е . По този начин площта на лентата е равна на

(32.3)

Фигура 32.1. Площта на пръстена върху сферата е равна на.

Умножавайки потока [мощност по , съгласно формула (32.2)] по площта на лентата, намираме енергията, излъчвана в диапазона от ъгли и ; След това трябва да интегрирате всички ъгли от до:

(32.4)

При пресмятането използваме равенството и в резултат получаваме. Оттук накрая

Трябва да се направят няколко точки относно този израз. Първо, тъй като има вектор, тогава във формула (32.5) това означава, т.е. квадрат на дължината на вектора. Второ, формула (32.2) за потока включва ускорение, взето предвид закъснението, т.е. ускорение в момента, когато енергията, преминаваща сега през повърхността на сферата, е била излъчена. Може да възникне идеята, че енергията действително е била излъчена точно в посочения момент от времето. Но това не е съвсем правилно. Моментът на излъчване не може да се определи точно. Възможно е да се изчисли резултатът само от такова движение, като трептения и т.н., при което ускорението в крайна сметка изчезва. Следователно можем да намерим само общия енергиен поток за целия период на трептене, пропорционален на средния квадрат на ускорението за периода. Следователно в (32.5) трябва да означава средното време на квадрата на ускорението. При такова движение, когато ускорението в началото и в края стане нула, общата излъчена енергия е равна на времевия интеграл на израз (32.5).

Да видим какво дава формула (32.5) за трептяща система, за която ускорението има формата . Средната стойност на ускорението на квадрат за период е равна на (когато се повдига на квадрат, трябва да се помни, че всъщност вместо експоненциалната трябва да се включи неговата реална част, косинусът, а средната стойност дава):

следователно

Тези формули са получени сравнително наскоро - в началото на 20 век. Това са чудесни формули, имаха голямо историческо значение и би си струвало да прочетете за тях в старите книги по физика. Вярно е, че там е използвана различна система от единици, а не системата SI. Въпреки това, в крайните резултати, свързани с електроните, тези усложнения могат да бъдат елиминирани, като се използва следното правило за съответствие: Количеството, където е зарядът на електрона (в кулони), преди това беше записано като . Лесно е да се провери, че в системата SI стойността е числено равна на , тъй като знаем това И . В това, което следва, често ще използваме удобната нотация (32.7)

Ако тази числена стойност се замени в старите формули, тогава всички останали количества в тях могат да се считат за определени в системата SI. Например формула (32.5) преди това имаше формата . А потенциалната енергия на протон и електрон на разстояние е или , където SI.

Така в геометричната оптика светлинната вълна може да се разглежда като лъч от лъчи. Самите лъчи обаче определят само посоката на разпространение на светлината във всяка точка; Остава въпросът за разпределението на интензитета на светлината в пространството.

Нека изберем безкрайно малък елемент на която и да е от вълновите повърхности на разглеждания лъч. От диференциалната геометрия е известно, че всяка повърхност има във всяка точка два, най-общо казано, различни главни радиуса на кривина.

Нека (фиг. 7) са елементите на основните кръгове на кривина, начертани върху даден елемент от вълновата повърхност. Тогава лъчите, минаващи през точки a и c, ще се пресичат в съответния център на кривина, а лъчите, минаващи през b и d, ще се пресичат в друг център на кривина.

За дадени ъгли на отваряне лъчите, излизащи от дължината на сегментите, са пропорционални на съответните радиуси на кривина (т.е. дължините и); площта на елемента на повърхността е пропорционална на произведението на дължините, т.е. пропорционална, с други думи, ако разгледаме елемент от вълнова повърхност, ограничен от определен брой лъчи, тогава, когато се движим по тях, площта на. този елемент ще се промени пропорционално.

От друга страна, интензитетът, т.е. плътността на енергийния поток, е обратно пропорционална на повърхността, през която преминава дадено количество светлинна енергия. Така стигаме до извода, че интензитетът

Тази формула трябва да се разбира по следния начин. На всеки даден лъч (AB на фиг. 7) има определени точки и , които са центрове на кривина на всички вълнови повърхности, пресичащи този лъч. Разстоянията от точка O на пресечната точка на вълновата повърхност с лъча до точките са радиусите на кривината на вълновата повърхност в точка O. Така формула (54.1) определя интензитета на светлината в точка O на даден лъч като функция на разстоянията до определени точки на този лъч. Подчертаваме, че тази формула не е подходяща за сравняване на интензитети в различни точки на една и съща вълнова повърхност.

Тъй като интензитетът се определя от квадрата на модула на полето, за да променим самото поле по лъча, можем да напишем:

където във фазовия фактор R може да се разбира и като двете и количествата се различават една от друга само с постоянен (за дадена греда) фактор, тъй като разликата, разстоянието между двата центъра на кривината, е постоянна.

Ако двата радиуса на кривината на вълновата повърхност съвпадат, тогава (54.1) и (54.2) имат формата

Това се случва по-специално винаги в случаите, когато светлината се излъчва от точков източник (вълновите повърхности тогава са концентрични сфери и R е разстоянието до източника на светлина).

От (54.1) виждаме, че интензитетът отива до безкрайност в точки, т.е. в центровете на кривината на вълновите повърхности. Прилагайки това към всички лъчи в един лъч, откриваме, че интензитетът на светлината в даден лъч отива до безкрайност, най-общо казано, върху две повърхности - геометричното място на всички центрове на кривина на вълновите повърхности. Тези повърхности се наричат каустик. В конкретния случай на сноп от лъчи със сферични вълнови повърхности, двете каустики се сливат в една точка (фокус).

Обърнете внимание, че според свойствата на геометричното място на центровете на кривината на група повърхности, известни от диференциалната геометрия, лъчите докосват каустиците.

Трябва да се има предвид, че (при изпъкнали вълнови повърхности) центровете на кривината на вълновите повърхности може да се окажат не върху самите лъчи, а върху техните разширения извън оптичната система, от която те излизат. В такива случаи говорим за въображаеми каустики (или въображаеми фокуси). В този случай интензитетът на светлината никъде не достига безкрайност.

Що се отнася до обръщането на интензитета към безкрайност, в действителност, разбира се, интензитетът в точките на каустика става голям, но остава краен (вижте проблема в § 59). Формалното преобразуване в безкрайност означава, че приближението на геометричната оптика във всеки случай става неприложимо в близост до каустика. Същото обстоятелство е свързано и с факта, че промяната във фазата по протежение на лъча може да се определи по формула (54.2) само в участъци от лъча, които не включват точки на контакт с каустики. По-долу (в § 59) ще бъде показано, че в действителност, когато преминава покрай каустик, фазата на полето намалява с . Това означава, че ако в участъка на лъча преди да докосне първия каустик, полето е пропорционално на множителя - координатата по лъча), то след преминаване на каустика полето ще бъде пропорционално в близост до точката на контакт на втория каустик, а отвъд тази точка полето ще бъде пропорционално