Основні світлотехнічні поняття та одиниці їх вимірювання

Світлотехнічні величини, що визначають показники виробничого освітлення, ґрунтуються на оцінці відчуттів, які виникають від дії світлового випромінювання на очі. Освітлення характеризується кількісними та якісними показниками (рис. 3.2).

Докількісних показників належать такі:

• світловий потік, Ф;

• сила світла, І;

• освітленість, Е;

• яскравість, L.

Світловий потік, Ф — потужність світлового випромінювання, характеризує потік променистої енергії, який оцінюється за зоровим відчуттям:

де еλ - енергія, випромінювана на конкретній довжині хвилі; X - довжина хвилі, нм; к(λ) - функція видимості.

Одиницею світлового потоку є люмен (лм). Один люмен - світловий потік променистої енергії, випромінюваної від точкового джерела силою світла в 1 канделу (кд), а в середині кута - в 1 стерадіан (ср): 1 лм = 1 кд * ср.

Сила світла, І характеризує просторову щільність, так зване відношення світлового потоку до тілесного кута, в межах якого цей потік розподіляється:

де ω — тілесний кут, ср.

Значення ω визначається відношенням площі, що вирізується зі сфери довільного радіуса г, до квадрата цього радіуса:

якщо в = r2, то ω — 1 ср.

За одиницю сили світла прийнята кандела (кд). Одна кандела - сила світла, що випромінюється з поверхні площею 1/600 000 м² повного випромінювача (державний світловий еталон) у перпендикулярному напрямку за температури затвердіння платини (2046,65) при тиску 101325 Па. За одиницю сили світла приймається сила світла точкового джерела, яке випромінює в середині тілесного кута в 1 ср світловий потік в 1 лм.

Точковим джерелом випромінювання (світла) називають таке джерело, розміри якого настільки малі в порівнянні з відстанню до приймача, що ними можна знехтувати в обчисленнях при використанні закону квадратів відстаней.

Якщо з точки, у якій розташований точкове джерело випромінювання, у різних напрямках простору відкласти значення сили випромінювання цього джерела і через кінці векторів провести площину, то ми отримаємо фотометричне тіло сили випромінювання джерела, що цілком характеризує розподіл потоку випромінювання даного джерела в його навколишньому просторі.

За характером розподілу сили випромінювання точкові джерела поділяються на 2 групи:

1) із симетричним щодо деякої осі розподілом сили випромінювання. Таке джерело називається круглосиметричним

2) з несиметричним розподілом сили випромінювання – несиметричне джерело, у якого тіло розподілу сили випромінювання не має осі симетрії.

Освітленість, Е - поверхнева щільність світлового потоку, який падає на поверхню, це відношення світлового потоку Ф до площі освітлюваної поверхні S за умови його рівномірного розподілу:

Якщо світловий потік в 1 лм рівномірно розподілений на одиниці площі поверхні 1 м², за одиницю освітленості Е приймають 1 люкс (лк). Освітленість поверхні не залежить від її світлових властивостей.

Оцінити поняття освітленості можна, знаючи, що, наприклад, освітленість поверхні Землі в місячну ніч складає 0,2 лк, а в сонячний день на екваторі доходить до 100 000 лк. Освітленість відкритого місця у хмарний день становить 1000-2000 лк, а вночі від зоряного неба - 0,03 лк; освітленість, необхідна для читання, дорівнює 30-50 лк.

Яскравість (В) - визначається як відношення сили світла, що випромінюється елементом поверхні її даному напрямку, до площі поверхні, що світиться:

де І - сила світла, що випромінюється поверхнею в заданому напрямку; S - площа поверхні; α - кут між нормаллю до елемента поверхні S і напрямком, для якого визначається яскравість.

Одиницею яскравості є ніт (нт) - яскравість поверхні, що світиться, і від якої в перпендикулярному напрямку випромінюється світло силою в 1 кд з 1 м2.

Яскравість, - поверхнева щільність сили світла в конкретному напрямку або відношення сили світла до площі проекції поверхні, яка світиться, на площину в перпендикулярному цьому напрямку, за одиницю яскравості прийнята кд/м². Аркуш білого паперу, освітлений лампою розжарювання потужністю 40 Вт, має яскравість 40 кд/м².

Яскравість, що складає 30000 кд/м², діє засліплююче. Виходячи з цього, введено поняття блискучості джерела світла, тобто підвищеної яскравості поверхонь, що світяться, яка погіршує зорову здатність.

Оскільки рівень відчуття світла людським оком залежить від щільності світлового потоку (освітленості) на сітківці ока, то основне значення для зору має не освітленість якоїсь поверхні, а світловий потік Ф, що відбивається від цієї поверхні й потрапляє на зіницю. У зв'язку з цим введено поняття яскравості.

Людина розрівняє оточуючі предмети завдяки тому, що вони мають різну яскравість.

Яскравість є тією характеристикою світла, яка безпосередньо впливає на органи зору і на яку безпосередньо реагує око.

Джерело випромінювання прийняте характеризувати енергетичною яскравістю,

Енергетична яскравість. Під енергетичною яскравістю ділянки поверхні розуміють відношення сили випромінювання цієї ділянки в даному напрямку до площі його проекції на площину, перпендикулярну даному напрямку. Якщо джерело випромінювання точкове, то його середня енергетична яскравість у даному напрямку дорівнює відношенню його сили світла в цьому напрямку до проекції його випромінюючої поверхні на площину, перпендикулярну даному напрямку:

;

(де і L_{е ср} – енергетична яскравість ділянки поверхні і поверхні А у напрямку ; і – сили випромінювання елемента поверхні d і поверхні A в напрямку ; і – проекція ділянки поверхні d і поверхні А на площину, перпендикулярну напрямку .

За одиницю енергетичної яскравості (Вт*ср^-1м^-2) приймають енергетичну яскравість плоскої поверхні площею 1м², що у перпендикулярному напрямку має силу випромінювання 1 Вт*ср^-1.

Енергетична світність – щільність потоку випромінювання по поверхні елементарної ділянки випромінюючого (відбиваючого чи проникного) тіла. Енергетична світність чисельно дорівнює відношенню потоку випромінювання до площі ділянки поверхні, що випромінює цей потік:

; М_eср

де M_e і М_eср – енергетична світність елемента поверхні d і середня енергетична світність поверхні А, dФ_е і Ф_е – потоки випромінювання, випромінювані з поверхонь dA і A.

Одиниця енергетичної світності – ват з квадратного метра, (Вт*м^-2).

Світність - щільність світлового потоку по поверхні елементарної ділянки випромінюючого (відбиваючого чи проникного) світло тіла.

Світність чисельно дорівнює відношенню світлового потоку до площі ділянки поверхні, що випромінює цей потік:

; М_ср

де М – oсвітність елемента поверхні d; М_сер – середня світність поверхні A; dФ і Ф световые потоки, випромінювані цими поверхнями,

Одиниці світності лм*м^-2.

Крім кількісних показників освітлення, необхідно також ураховувати наступні основні якісні показники:

· фон;

· контраст об'єкта розпізнавання з фоном;

· видимість V;

· показники засліпленості Р та дискомфорту М;

· коефіцієнт пульсації освітленості Кп.

Показник засліпленості Р - це критерій оцінки засліплюючої дії освітлювальної установки (ОУ); виражається формулою:

де s - коефіцієнт засліпленості,

де V1 - видимість об'єкта спостереження при екрануванні блискучих джерел світла; V2 — видимість об'єкта спостереження за наявності блискучих джерел світла в полі зору.

Видимість V характеризує здатність ока сприймати об'єкт; показує, у скільки разів наявний контраст більший за граничний; залежить від освітленості, розміру об'єкта, його яскравості, експозиції, контрасту об'єкта з фоном:

де kпор - пороговий контраст, тобто найменший контраст, який розпізнає око, мінімальне значення контрасту, необхідне для виявлення вперше якого-небудь об'єкта з імовірністю розпізнавання 50%; Н — контраст об'єкта розпізнавання з фоном.

Контраст об'єкта розпізнавання з фоном визначається як фотометрично вимірювана різниця яскравості двох зон. Це відношення абсолютного рівня різниці між яскравістю об'єкта і фону до яскравості фону:

Контраст об'єкта розпізнавання з фоном вважається великим при Н > 0,5, середнім при к = 0,2...0,5 і малим при к < 0,2.

Для оцінки підрозряду зорової роботи використовуються характеристика фону та контраст між об'єктом розпізнавання та фоном.

Фон - це поверхня, що прилягає безпосередньо до об'єкта розпізнавання, на якій він розглядається; оцінюється за коефіцієнтом відбиття поверхні р. Фон вважається світлим при коефіцієнті відбиття поверхні р > 0,4, середнім при р = 0,2...0,4, темним при р < 0,2.

Випромінювання газорозрядних джерел світла пульсує з подвоєною частотою змінного струму, що живить освітлювальні установки. Між яскравістю та освітленістю існує співвідношення:

де р — коефіцієнт відбиття; Е - світіння (світловий потік випромінюється з поверхні в перпендикулярному напрямку з коефіцієнтами відбиття р, поглинання , світлопропускання t).

Для розрахунку освітлення виробничих приміщень велике значення мають світлотехнічні властивості тіл, тобто їхня відбивна, поглинальна та пропускна здатність щодо світлового потоку.

Відомо, що

Значення коефіцієнтів у (3.24) залежать від стану поверхні, наприклад, для скла віконного р = 0,08, а = 0,02, т = 0,9.

Глибина пульсації освітленості оцінюється коефіцієнтом пульсації освітленості.

Коефіцієнт пульсації освітленості Кп у відсотках - показник відносної глибини коливань освітленості в часі внаслідок зміни світлового потоку газорозрядних ламп, що живляться змінним струмом:

де Еmax, Еmin — максимальна та мінімальна освітленість за період її коливання, лк; Т = 0,02 с; Еср - середнє значення освітленості за цей же період, лк.

Показник дискомфорту М характеризує наявність яскравих джерел у полі зору.

Для вимірювання світлотехнічних величин застосовують фотометри, вимірювачі видимості тощо.

У виробничих умовах для контролю освітленості робочих місць та загальної освітленості приміщень використовують люксметри типів Ю-116, Ю-11 7, універсальний портативний цифровий люксметр-яскравомір ТЭС0693, фотометр типу 1105 фірми "Брюль і К'єр". Робота цих приладах базується на явищі фотоелектричного ефекту - перетворенні світлової енергії на електричну.

При визначенні вимог до виробничого освітлення виходять з основних властивостей зору, а це передбачає створення таких умов, що виключають стомлення зору і виникнення причин виробничого травматизму та сприяють підвищенню продуктивності праці. Ці вимоги відбивають як кількісні, так і якісні характеристики світлової обстановки.

Таким чином, основна задача освітлення на виробництві - створення найсприятливіших умов праці щодо зору. Це завдання можна вирішити тільки освітлювальною системою, яка задовольняє наступним вимогам:

• освітленість на робочому місці має відповідати санітарно-гігієнічним нормам;

• має бути досить рівномірним розподіл яскравості-на робочій поверхні, а також у межах оточуючого простору, яскравість не може відрізнятися більш ніж у 3-5 разів;

• у полі зору не має бути прямої і відбитої блискучості (підвищена яскравість світлових поверхонь, що викликає засліплення);

• значення освітленості (чи світлового потоку) має бути постійною в часі (порушується при коливанні напруги в мережі, пульсації світлового потоку, затемненні світлових отворів тощо);

• слід вибирати оптимальну спрямованість світлового потоку і необхідний спектральний склад світла (розпізнання рельєфа поверхні та правильної кольоропередачі, кольоророзпізнання);

• всі елементи освітлювальних установок (ОУ) мають бути довговічними, електро- і пожежобезпечними;

• освітлювальна установка має бути зручною, простою та надійною в експлуатації, відповідати вимогам естетики.

Усі ці вимоги враховуються чинними нормами проектування і правилами експлуатації освітлення у виробничих приміщеннях і на відкритих просторах, місцях.

На робочих місцях не повинно бути різких тіней, їх наявність створює нерівномірний розподіл яскравості, змінює розміри та форму об'єктів розпізнавання, викликає втому очей.

Список використаної літератури:

1. В. В. Березуцький, Т. С. Бондаренко, Г. Г. Валенко та ін. – За заг. ред. В. В. Березуцького. Основи охорони праці. Навч. посіб. – 2-ге вид., перероб. і доп. – Х.: Факт, 2007. – 480 с.

2. Жидецький В.Ц. Основи охорони праці. Підручник –– Львів: УАД, 2006 – 336 с.

3. Основи охорони праці: Підручник. 2-ге видання / К.Н.Ткачук, М.О.Халімовський, В.В.Зацарний та ін. – К.: Основа, 2006 – 448 с.

Дата добавления: 2015-05-10