اليوم سنخبرك بكل شيء عن صيغة الإضاءة للمناطق المفتوحة والداخلية ، وكذلك نعطي حجم التدفق الضوئي في ظل ظروف مختلفة.
شمعة وعجلة الغزل
قبل انتشار الكهرباء ، كان مصدر الضوء هو الشمس والقمر والنار والشمعة. تمكن العلماء بالفعل في القرن الخامس عشر من إنشاء نظام من العدسات لتحسين الإضاءة ، لكن معظم الناس عملوا وعاشوا على ضوء الشموع.
شعر البعض بالأسف لإنفاق المال على مصابيح الشمع ، أو بهذه الطريقة لإطالة اليوم لم تكن متاحة ببساطة. ثم استخدموا خيارات الوقود البديلة - الزيت والدهون الحيوانية والخشب. على سبيل المثال ، كانت الفلاحات الروسيات في الممر الأوسط ينسجن الكتان طوال حياتهن على ضوء مصباح يدوي. قد يسأل القارئ: "لماذا يجب أن يتم هذا في الليل؟" بعد كل شيء ، فإن معامل الضوء الطبيعي خلال النهار أعلى من ذلك بكثير. الحقيقة هي أنه خلال النهار ، كان لدى الفلاحات مخاوف أخرى كثيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عملية النسيج شاقة للغاية وتتطلب راحة البال. كان من المهم بالنسبة للنساء ألا يطأ أحد على القماش حتى لا يخلط الأطفال بالخيوط ولا يشتت انتباه الرجال.
لكن مع مثل هذه الحياة ، هناك خطر واحد: التدفق الضوئي (نحن نصيغإعطاء أقل قليلاً) من الشعلة منخفضة جدًا. توترت العيون وفقدت النساء بصرهن بسرعة
الإضاءة والتعلم
عندما يذهب طلاب الصف الأول إلى المدرسة في الأول من سبتمبر ، فإنهم يتوقعون المعجزات مع الإثارة. تم القبض عليهم من قبل الحاكم ، والزهور ، والشكل الجميل. إنهم مهتمون بما سيكون عليه معلمهم ، حيث سيجلسون معه في نفس المكتب. والإنسان يتذكر هذه المشاعر طيلة حياته
لكن يجب على البالغين ، عند إرسال أطفالهم إلى المدرسة ، التفكير في أشياء أكثر واقعية من البهجة أو خيبة الأمل. يهتم الآباء والمدرسون براحة المكتب وحجم الفصل وجودة الطباشير وصيغة الإضاءة في الغرفة. هذه المؤشرات لها معايير للأطفال من جميع الأعمار. لذلك ، يجب أن يشعر أطفال المدارس بالامتنان لأن الناس قد فكروا مسبقًا ليس فقط في المناهج الدراسية ، ولكن أيضًا الجانب المادي للقضية.
الإضاءة والعمل
ليس عبثًا أن تجري المدارس عمليات تفتيش يتم فيها تطبيق صيغة لحساب إضاءة غرف الفصول الدراسية. الأطفال في سن العاشرة أو الحادية عشر لا يفعلون شيئًا سوى القراءة والكتابة. ثم يقومون بأداء واجباتهم المدرسية في المساء ، ومرة أخرى لا يتخلون عن الأقلام والدفاتر والكتب المدرسية. بعد ذلك ، يلتزم المراهقون العصريون أيضًا بمجموعة متنوعة من الشاشات. نتيجة لذلك ، ترتبط الحياة الكاملة لتلميذ المدرسة بعبء على الرؤية. لكن المدرسة ليست سوى بداية الحياة. علاوة على ذلك كل هؤلاء الناس ينتظرون الجامعة والعمل.
يتطلب كل نوع من العمل ناتج الإضاءة الخاص به. صيغة الحساب دائما تأخذ في الاعتبار ذلكيقوم الشخص 8 ساعات في اليوم. على سبيل المثال ، يجب على صانع الساعات أو الصائغ مراعاة أصغر التفاصيل ودرجات الألوان. لذلك ، يتطلب مكان عمل الأشخاص في هذه المهنة مصابيح كبيرة ومشرقة. على العكس من ذلك ، يحتاج عالم النبات الذي يدرس نباتات الغابات المطيرة إلى البقاء دائمًا في الشفق. تستخدم بساتين الفاكهة والبروميلياد في حقيقة أن الطبقة العليا من الأشجار تستوعب كل ضوء الشمس تقريبًا.
الصيغة
يأتي مباشرة إلى صيغة الإضاءة. يبدو تعبيرها الرياضي كما يلي:
Eυ=dΦυ/ dσ.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على التعبير. من الواضح أن Eυهي الإضاءة ، ثم Φυهي التدفق الضوئي ، و هي وحدة صغيرة من المساحة التي يقع عليها التدفق. يمكن ملاحظة أن E قيمة متكاملة. هذا يعني أنه يتم النظر في الأجزاء والقطع الصغيرة جدًا. أي أن العلماء يلخصون إضاءة كل هذه المساحات الصغيرة للحصول على النتيجة النهائية. وحدة الإضاءة لوكس. المعنى المادي لوكس واحد هو مثل هذا التدفق الضوئي ، حيث يوجد لومن واحد لكل متر مربع. اللومن ، بدوره ، هو قيمة محددة للغاية. إنه يشير إلى التدفق الضوئي المنبعث من مصدر موحد الخواص (ومن ثم الضوء أحادي اللون). كثافة الإضاءة لهذا المصدر تساوي شمعة واحدة لكل زاوية صلبة من ستيراديان. وحدة الإضاءة هي قيمة معقدة تتضمن مفهوم "الشمعدان". المعنى المادي للتعريف الأخير هو كما يلي: شدة الضوء في اتجاه معروف من مصدريصدر إشعاعًا أحادي اللون بتردد 540 1012هرتز (يكمن الطول الموجي في المنطقة المرئية من الطيف) ، وتكون كثافة طاقة الضوء 1/683 واط / ريال.
مفاهيم الضوء
بالطبع ، تبدو كل هذه المفاهيم للوهلة الأولى وكأنها حصان كروي في فراغ. هذه المصادر لا وجود لها في الطبيعة. والقارئ اليقظ سيسأل نفسه بالتأكيد السؤال: "لماذا هذا ضروري؟" لكن الفيزيائيين بحاجة للمقارنة. لذلك ، يجب عليهم تقديم بعض القواعد التي يجب أن تسترشد بها. صيغة الإضاءة بسيطة ، لكن الكثير قد يكون غير واضح. دعونا نكسرها
الفهرس "υ"
الفهرس υ يعني أن القيمة ليست قياس ضوئي تمامًا. ويرجع ذلك إلى محدودية القدرات البشرية. على سبيل المثال ، لا ترى العين إلا الطيف المرئي للإشعاع الكهرومغناطيسي. علاوة على ذلك ، يرى الناس الجزء المركزي من هذا المقياس (يشير إلى اللون الأخضر) أفضل بكثير من المناطق الهامشية (الأحمر والأرجواني). وهذا يعني ، في الواقع ، أن الشخص لا يرى 100٪ من الفوتونات ذات اللون الأصفر أو الأزرق. في الوقت نفسه ، هناك أجهزة خالية من مثل هذا الخطأ. القيم المخفّضة التي تعمل عليها صيغة الإنارة (التدفق الضوئي ، على سبيل المثال) والمشار إليها بالحرف اليوناني "" ، يتم تصحيحها من أجل الرؤية البشرية.
مولد الإشعاع أحادي اللون
في الأساس ، كما ذكر أعلاه ، هو عدد الفوتونات بطول معينموجات تنبعث في اتجاه معين لكل وحدة زمنية. حتى أكثر أنواع الليزر أحادية اللون لها بعض توزيع الطول الموجي. ومن المؤكد أنه يجب أن يكون على شيء ما. هذا يعني أن الفوتونات لا تنبعث في كل الاتجاهات. لكن في الصيغة يوجد شيء مثل "مصدر نقطة للضوء". هذا نموذج آخر مصمم لتوحيد قيمة معينة. ولا يمكن أن يطلق على ذلك أي كائن في الكون. إذن ، مصدر الضوء النقطي هو مولد الفوتون الذي يصدر عددًا متساويًا من كمات المجال الكهرومغناطيسي في جميع الاتجاهات ، وحجمه يساوي نقطة رياضية. ومع ذلك ، هناك خدعة واحدة ، يمكن أن تجعل الجسم الحقيقي مصدرًا نقطيًا: إذا كانت المسافة التي تصل عبرها الفوتونات كبيرة جدًا مقارنة بحجم المولد. وبالتالي ، فإن نجمنا المركزي ، الشمس هو قرص ، لكن النجوم البعيدة هي نقاط.
أربور ، حسنًا ، بارك
بالتأكيد لاحظ القارئ اليقظ ما يلي: في يوم مشمس مشرق ، تبدو المنطقة المفتوحة أكثر إضاءة من المقاصة أو العشب مغلق من جانب واحد. لذلك ، فإن شاطئ البحر مغرٍ للغاية: فهو دائمًا مشمس ودافئ هناك. ولكن حتى مساحة الأرض الكبيرة في الغابة تكون أكثر قتامة وبرودة. والبئر الضحلة مضاءة بشكل سيئ في ألمع يوم. هذا لأنه إذا رأى الشخص جزءًا فقط من السماء ، فإن عددًا أقل من الفوتونات يصل إلى عينه. يُحسب معامل الإضاءة الطبيعية كنسبة تدفق الضوء من السماء بأكملها إلى المنطقة المرئية.
دائرة ، بيضاوية ، زاوية
كل هؤلاءترتبط المفاهيم بالهندسة. لكننا الآن سنتحدث عن ظاهرة ترتبط ارتباطًا مباشرًا بصيغة الإضاءة ، وبالتالي بالفيزياء. حتى هذه النقطة ، كان يُفترض أن الضوء يسقط على السطح بشكل عمودي ، باتجاه الأسفل تمامًا. هذا ، بالطبع ، تقريبي أيضًا. في ظل هذه الحالة ، تعني المسافة من مصدر الضوء انخفاض الإضاءة بما يتناسب مع مربع المسافة. وبالتالي ، فإن النجوم التي يراها الشخص بالعين المجردة في السماء إما أنها ليست بعيدة جدًا عنا (تنتمي جميعها إلى مجرة درب التبانة) أو شديدة السطوع. لكن إذا ضرب الضوء السطح بزاوية ، فإن الأمور مختلفة.
فكر في مصباح يدوي. يعطي بقعة مستديرة من الضوء عند توجيهها بشكل عمودي على الحائط. إذا قمت بإمالة البقعة ، فسيتغير شكلها إلى شكل بيضاوي. كما تعلم من الهندسة ، فإن الشكل البيضاوي به مساحة أكبر. وبما أن المصباح لا يزال كما هو ، فهذا يعني أن شدة الضوء هي نفسها ، لكنها ، كما كانت ، "ملطخة" على مساحة كبيرة. تعتمد شدة الضوء على زاوية السقوط وفقًا لقانون جيب التمام.
الربيع ، الشتاء ، الخريف
يبدو العنوان وكأنه عنوان فيلم جميل. لكن وجود الفصول يعتمد بشكل مباشر على الزاوية التي يسقط فيها الضوء عند أعلى نقطة له على سطح الكوكب. وفي الوقت الحالي لا يتعلق الأمر بالأرض فقط. الفصول موجودة على أي جسم في النظام الشمسي يكون محور دورانه مائلاً بالنسبة لمسير الشمس (على سبيل المثال ، على المريخ). ربما يكون القارئ قد خمن بالفعل: كلما زادت زاوية الميل ، قل عدد الفوتونات لكل كيلومتر مربع من السطح في الثانية. لهذا السببسيكون الموسم أكثر برودة. في لحظة أكبر انحراف للكوكب في نصف الكرة الأرضية ، يسود الشتاء ، في اللحظة الأقل - الصيف.
أرقام وحقائق
لكي لا تكون بلا أساس ، إليك بعض البيانات. نحن نحذرك: إنها جميعًا متوسطة وليست مناسبة لحل مشكلات معينة. بالإضافة إلى ذلك ، توجد أدلة لإضاءة السطح بواسطة أنواع مختلفة من المصادر. من الأفضل الرجوع إليهم عند إجراء الحسابات.
- على مسافة من الشمس إلى أي نقطة في الفضاء ، والتي تساوي تقريبًا المسافة إلى الأرض ، تبلغ الإضاءة مائة وخمسة وثلاثين ألف لوكس.
- كوكبنا له غلاف جوي يمتص بعض الإشعاع. لذلك فإن سطح الأرض مضاء بحد أقصى مائة ألف لوكس.
- تضيء خطوط العرض المتوسطة في الصيف عند الظهيرة بسبعة عشر ألف لوكس في طقس صاف وبخمسة عشر ألف لوكس في الطقس الغائم.
- في ليلة اكتمال القمر ، تكون الإضاءة عُشر لوكس. ضوء النجوم في ليلة غير مقمرة هو جزء أو جزءان من الألف من لوكس.
- تتطلب قراءة كتاب ما لا يقل عن ثلاثين إلى خمسين لوكس من الإضاءة.
- عندما يشاهد شخص ما فيلمًا في السينما ، يكون التدفق الضوئي حوالي مائة لوكس. أحلك المشاهد يكون مؤشرها ثمانين لوكس ، وصورة يوم مشمس مشرق "تسحب" مائة وعشرين.
- الغروب أو شروق الشمس فوق البحر سيعطي إضاءة بحوالي ألف لوكس. في نفس الوقت ، على عمق خمسين مترا ، ستكون الإضاءة حوالي 20 لوكس. يمتص الماء ضوء الشمس جيدًا.
