Варфоломеев Л.П. Светотехника. Краткое справочное пособие
Подождите немного. Документ загружается.
ÑÂÅÒÎÒÅÕÍÈÊÀ
ÊÐÀÒÊÎÅ ÑÏÐÀÂÎ×ÍÎÅ ÏÎÑÎÁÈÅ
Ìîñêâà
2004
Уважаемыеоллеи!
ПредлааемВашемвниманиюсправочноепособиепосвето-
техние,подотовленноеандидатомтехничесихнаВарфоломе-
евымЛ.П.принепосредственномчастииспециалистовомпании
«СветовыеТехнолоии».
Пособиереомендованоменеджерамдистрибьюторсихитор-
овыхомпаний,реализющихсветотехничесюпродциюиинте-
ресющимсялюдям,оторыестремятсяполчитьбазовыезнанияпо
светотехние.
Задачапредлааемоопособияпроста.Частовозниаетсита-
ция,одаонечныйпопательдосональноневладееттехничеси-
мидеталями,нждаетсявонсльтацииитодаемнеобходимопред-
ложитьобоснованноерешениепроблемы.Надеемся,чтоэтаброшю-
рапоможетВамсориентироватьсявмноообразиипредлааемыхсве-
тотехничесихприборовсцельюихрациональнооиэффетивноо
использованияприрешениисветотехничесихзадачразличнойслож-
ности.Однаомынамеренновышлизарамиассортиментанашей
омпании,темсамым,намечаянаправлениядляеорасширения.
Нашаомпаниявысооценитпартнерсиеотношенияслиен-
тами,дистрибьюторами,дилерамииблаодарнапроетныморани-
зациям,дизайнерсим бюрои всемтем, тоативно работаетнад
развитиемипродвижениемнашейторовоймари.Мыприслшива-
емся мнению попателей нашей продции, посоль деятель-
ностьомпании«СветовыеТехнолоии»направлена,преждевсео,
на довлетворение потребностей пользователей в современных и
добныхсветовыхприборах.
Мыбдемпризнательны,есливслчаевозниновениявопро-
совипожеланий,асающихсясправочноопособия,Выбдете на-
правлятьихпоадрес:
info@ltcom.ruилиобратитесьвнашофиспо
тел.(095)721-1835,721-3001,721-3097.Вашизамечанияобязатель-
нобдтчтенывпоследющихвыпсахсправочноопособия.Ваше
мнениедлянасоченьважно!
1. ×ÒÎ ÒÀÊÎÅ ÑÂÅÒ?
Человенаделенпятьюоранамичвств:зрением,слхом,обо-
нянием,осязаниемивсом.Спомощьюэтихчвствмыполчаем
информациюоборжающемнасмире.Рольаждооизнихвобъе-
ме полчаемой нами информации сщественно различается: ооло
80%всей воспринимаемой человеом информацииприходитсяна
долютольоодноочвства—зрения.Поэтомсполнымосновани-
еммыможемназватьзрениеосновнымчвством,спомощьюото-
роомыпознаеммир,еорасот,боатствоформ,расо,содержа-
ния.
Но для работы нашео орана зрения — лаза — необходимо
наличие еще одноо важнейшео фатора — света. Зрение и свет
связаны самым непосредственным образом: если челове завязать
лаза(абывылючитьих)всветломместеиливвестиеосотрыты-
милазамивпомещениебезаоо-либосвета,тоэффетбдетоди-
наов — челове теряет ориентиров, и на помощь ем приходят
дриечвства(слх,обоняние,осязание).
Тачтожетаоесвет?
Посовременнымначнымпредставлениямсвет—этоэлетро-
манитное излчение с определенными параметрами. Элетрома-
нитныхизлченийаприродноо,таииссственноопроисхожде-
ниясществетмножество:этоирадиотелевизионныесиналы,рен-
теновсиеиосмичесиелчи,исвет,имнооедрое.Общимдля
всехвидовэлетроманитных излчений являетсясоростьих рас-
пространениявваме,равная300000000метроввсенд.
Элетроманитные излчения харатеризются частотой оле-
баний,поазывающейчислополныхциловолебанийвсенд,или
длиной волны, то есть расстоянием, на оторое распространяется
излчениезавремяоднооолебания(аоворят,за«одинпериод
олебаний»).Частота олебаний(обычнообозначаетсябвой f ),
длинаволны(обозначаетсяλ)исоростьраспространенияизл-
чений(обозначаетсяñ)связаныпростымсоотношением:
c = f
λ .λ .
λ .λ .
λ .
Есливрадиотехниеобычнопользютсяпонятием«частота»,то
всветотехниеивоптиепринятохаратеризоватьизлчениедли-
нойволны.Тавот,свет—этоэлетроманитноеизлчениесдлина-
4
ми волн от 380 до 760 миллиардных долей метра или нанометров
(соращеннонм).
Излчениясразнойдлинойволнывоспринимаютсялазомпо-
разном:от380до450нм—афиолетовыйцвет;от450до480—
асиний;от480до510—аолбой;от510до550—азеленый;
от550до575—ажелто-зеленый;от575до590—ажелтый;от
590до610—аоранжевый;более610нм—арасныйцвет.Гра-
ницыцветовприблизительныиразныхлюдеймотнесольораз-
личаться.
Белый цвет — это совопность всех или несольих цветов,
взятых в определенной пропорции. Если лч белоо света пропстить
черезстеляннюпризм,тоонразложитсянацветныесоставляющие.
Совопностьцветныхсоставляющихсложнооизлченияназывается
спетромизлчения(рис.1).
Чвствительностьлазаизлчениюразныхцветовнеодинао-
ва—еслиналазпопадаетцветнойсветсодинаовоймощностью
элетроманитнооизлчения,тожелтыеизеленыецветабдта-
затьсяораздоболеесветлыми,чемсиниеирасные.Межднарод-
ный омитет мер и весов в 1933 од принял единю стандартню
чвствительностьлазаизлчениюразныхцветовдлядневноозре-
ния.Нарис.2поазанастандартизованнаяриваяспетральной
чвствительностилаза,называ-
емая в светотехничесой литера-
третаже«ривойотносительной
спетральнойсветовойэффетив-
ностиизлчения».Наосновери-
войспетральнойчвствительнос-
тилазадлядневноозренияпо-
строенавсясистемасветовыхве-
личиниединиц.Масиммривой
спетральной чвствительности
лаза лежит в желто-зеленой об-
ластиспетраиприходитсянадли-
Рис.1.Спетроптичесооизлчения
Рис.2.Криваяспетральной
чвствительностилаза
5Ãëàâà 1. ×ÒÎ ÒÀÊÎÅ ÑÂÅÒ?
нволны555нм.Еслисветамало,ториваяспетральнойчвстви-
тельностисмещаетсявстороноротихдлинволн,тоестьвсторо-
нсинихцветов.Каждыйчеловепособственномопытзнает,что
ночьюолбыеисиниецветаажтсязначительносветлее,арас-
ные становятся черными. «Ночная» ривая чвствительности лаза
тажестандартизованамежднароднымиоранизациямив1951од.
Излчениясдлинамиволнороче380идлиннее760нмлазомне
воспринимаются.Коротоволновоеизлчение,называемоельтра-
фиолетовым,оазываетсильноебиолоичесоедействие—образет
заарнаожечеловеа,биваетмиробы,атажевызываетразлич-
ныефотохимичесиереации(превращаетобычныйислородвозд-
хавозон,приводитвыцветаниюрасоит.п.).Спомощьюспециаль-
ныхвеществ—люминофоров—льтрафиолетовоеизлчениеможет
бытьпревращеноввидимыйсвет(подробнообэтомбдетсазанов
лаве,посвященнойлюминесцентнымлампам).
Длинноволновоеизлчение,называемоеинфрарасным,вос-
принимаетсяожейчеловеаатепло.Этоизлчениеиспользется
длясшилаорасочныхпорытий,нареванияпредметов,вмеди-
цинсихцелях,встройствахдистанционнооправлениярадиоап-
паратройит.п.
Всовопностивидимое,льтрафиолетовоеиинфрарасноеиз-
лчения образют оптичесий диапазон спетра элетроманит-
ныхолебанийилиоптичесоеизлчение.
2. ÑÂÅÒÎÂÛÅ ÂÅËÈ×ÈÍÛ
È ÅÄÈÍÈÖÛ ÈÕ ÈÇÌÅÐÅÍÈß
Дляоцениоличественныхиачественныхпараметровсвета
разработанаспециальнаясистемасветовыхвеличин.
Основноймеройсветаможносчитатьсветовойпото,обозна-
чаемыйвсветотехничесойлитератребвойФ.Фатичесисвето-
вой пото—этомощностьсветовооизлчения,измереннаянев
привычныхваттахилилошадиныхсилах,авспециальныхединицах,
называемыхлюменами(соращенноеобозначениеврссоязычной
техничесойлитератре—лм,виностранной—lm).
Чтожетаоелюмен?Люмен—это1/683ваттасветовоомоно-
хроматичесоо, то есть строо одноцветноо, излчения с длиной
волны555нм,соответствющеймасиммривойспетральнойчв-
ствительностилаза.Величина1/683появиласьисторичеси,ода
основнымисточниомсветабылиобычныесвечи,иизлчениетольо
появлявшихсяэлетричесихисточниовсветасравнивалосьсосве-
томтаихсвечей.Внастоящеевремяэтавеличина(1/683)заонена
мноимимежднароднымисолашениямиипринятаповсеместно.
Световойпотоотисточниовсвета—бдьтопростаяспича
илисверхсовременнаяэлетричесаялампа—аправило,распро-
страняетсяболееилименееравномернововсестороны.Однаос
помощьюзералилилинзсветможнонаправитьнжнымнамобра-
зом, сосредоточив ео в неоторой части пространства. Часть или
доляпространствахаратеризетсятелеснымлом.Понятие«теле-
сныйол»прямооотношениясветнеимеет,однаоиспользет-
сявсветотехниенастольошироо,чтобезнеоневозможнообъяс-
нениемноихсветотехничесихтерминовивеличин.
Телесный ол—этоотношениеплощади,вырезаемойэтим
ломнасферепроизвольнооради-
са R, вадрат этоо радиса (см.
рис.3).Втехничесойлитератрете-
лесныелыобычнообозначаютсяре-
чесойбвой
ω
иизмеряютсявсте-
радианах(соращенноср):
ωω
ωω
ω
= S/R
2
.
Рис.3.Телесныйол
7Ãëàâà 2. ÑÂÅÒÎÂÛÅ ÂÅËÈ×ÈÍÛ È ÅÄÈÍÈÖÛ ÈÕ ÈÇÌÅÐÅÍÈß
Очевидно,чтовеличиныSиRдолжныизмерятьсяводинаовых
единицах.
ЕслисветовойпотоÔотаоо-либоисточниасветасосре-
доточитьв телесномле
ω
,то можно оворитьосилесветаэтоо
источниааобловойплотностисветовоо потоа.Таимобра-
зом,силасвета(обозначаетсябвойI)—этоотношениесветовоо
потоа,залюченнооваом-либотелесномле,величинеэтоо
ла:
I = Ô/
ω .ω .
ω .ω .
ω .
Еслиисточнисветасветитравномерноповсемпространств,
тоестьвтелесномле4π(тааплощадьсферыравна4
π
R
2
),то
сила света таоо источниа равна Ô/4
π
, т.е. Ô/12,56. Сила света
измеряетсяванделах(соращенноерссоеобозначениед,ино-
странное—cd).Словоанделапереводитсянарссийязыасве-
ча,иименносвечойназываласьединицасилысветавСССРдо1963
ода.Однаандела—этосиласветаисточниа,излчающеосвето-
вой пото 1 лм в телесном ле 1 ср. Примерно таю сил света
имеетобычнаястеариноваясвеча(отсюдаясно,чтосветовойпото
таойсвечиравенпримерно12,56лм).
Светотаоо-либоисточнианжен,аправило,длятоо,что-
быосветитьонретноеместо—рабочийстол,витрин,лицыит.п.
Дляхаратеристииосвещенияонретныхмествводитсяещеодна
световаявеличина—освещенность.Освещенность—этовеличина
световоо потоа, приходящаяся на единиц площади освещаемой
поверхности.ЕслисветовойпотоÔпадаетнааю-топлощадь
S,тосредняяосвещенностьэтойплощади(обозначаетсябвойÅ)
равна:
Å = Ô/S .
Единицаизмеренияосвещенностиназываетсялюсом(сора-
щенноеобозначениеврссоязычнойлитератре—л,виностран-
ной — lx). Один люс — это освещенность, при оторой световой
пото1лмпадаетнаплощадьв1вадратныйметр:
1 ëê = 1 ëì/ 1 ì
2
.
Чтобыпредставитьсебеэтвеличин,сажем,чтоосвещенность
ооло1лсоздаетсястеариновойсвечойнаплосости,перпенди-
лярнойнаправлениюсвета,срасстояния1метр.Длясравнения:ос-
вещенностьотполнойЛнынаповерхностиЗемлизимойнашироте
Мосвынепревышает0,5л;прямаяосвещенностьотСолнцавлет-
нийполденьнаширотеМосвыможетдостиать100000л.
Допстим,чтонарабочемстолеосвещенностьравна100л.На
столележатлистыбелойбмаи,аая-топапачернооцвета,ниа
всеромпереплете.Освещенностьвсехэтихпредметоводинаова,
8
алазвидит,чтолистыбмаисветлеении,аниа—светлеепап-
и.То есть наш лазоцениваетсветлотпредметовнепоих осве-
щенности,апоаой-тодройвеличине.Эта«драявеличина»на-
зываетсяяростью.ЯростьповерхностиS—этоотношениесилы
светаI,излчаемойэтойповерхностьюваом-либонаправлении,
площадипроецииэтойповерхностина
плосость, перпендилярню выбран-
номнаправлению(рис.4).Каизвест-
но,площадьпроецииаой-либоплос-
ой поверхности на дрю плосость
равна площади этой поверхности, м-
ноженнойнаосинсламеждплос-
остями.Втехничесойлитератреяр-
остьобозначаетсябвойL:
L = I / S cos
α .α .
α .α .
α .
В этой формле I —сила света поверхности в определенном
направлении(например,плосостирабочеостолаилилежащихна
нем предметов); S — площадь этой поверхности;
α
— ол межд
перпендиляромплосостиинаправлением,вотороммыхотим
знатьярость(например,линиейзрения,то есть линией, соединя-
ющейлазиоцениваемюповерхность).
Еслидлясветовоопотоа,силысветаиосвещенностисще-
ствютспециальныеединицыизмерения(люмен,анделаилюс),то
дляединицыизмеренияяростиспециальнооназваниянет.Правда,
встарых(до1963ода)чебниахпофизие,светотехние,оптиеи
в дрой техничесой литератре было несольо названий единиц
измеренияярости:врссоязычной—нитистильб,ванлоязыч-
ной—фт-ламберт,апостильбидр.МежднароднаясистемаСИ
ниоднизэтихединицнеприняла,апринятойединицеизмерения
яростиспециальнооназваниянепридмала.
Заединицизмеренияяростисейчасвовсехстранахпри-
нятаяростьплосойповерхности,излчающейсилсветав1д с
одноовадратноометравнаправлении,перпендилярномсветя-
щейповерхности,тоесть1д/м
2
.
Отчеожезависитяростьпредметов?
Преждевсео,онечно,отоличествапопадающеонанихсве-
та.Новприведенномпримеренавсепредметы,лежащиенастоле,
попадаетодинаовоеоличествосвета.Значит,яростьзависитиот
свойствсамихпредметов,аименно—отихспособностиотражать
падающийсвет.
Способностьпредметовотражатьпадающийнанихсветхара-
теризется оэффициентом отражения, обычно обозначаемым ре-
Рис.4.Копределению
понятия«Ярость»
9Ãëàâà 2. ÑÂÅÒÎÂÛÅ ÂÅËÈ×ÈÍÛ È ÅÄÈÍÈÖÛ ÈÕ ÈÇÌÅÐÅÍÈß
чесойбвой
ρ
.Коэффициентотражения—этоотношениевели-
чины световоо потоа, отраженноо от аой-либо поверхности,
световомпото,падающемнаэтповерхностьотаоо-либоис-
точниасветаилисветильниа:
ρ ρ
ρ ρ
ρ
= Ô
îòðàæåííûé
/ Ô
ïàäàþùèé
.
Чемвышеоэффициентотраженияпредмета,темболеесвет-
лымоннамажется.Вприведенномпримересрабочимстоломо-
эффициентотражениялистовбмаивыше,чемпереплетании,а
этоопереплета—выше,чемпапи.
Коэффициент отражения материалов зависит а от свойств
самихматериалов,таиотхаратераобработиихповерхности.От-
ражениеможетбытьнаправленнымваю-тооднсторонилирас-
сеяннымвопределенномтелесномле.Возьмемлистобычнойбе-
лойписчейбмаииливатмана.Саойбыстороныиподаимбы
ломмынатаойлистнесмотрели,онажетсянамодинаовосвет-
лым, то есть ярость ео по всем направлениям одинаова. Таое
отражениеназываетсядиффзнымилирассеянным;соответствен-
но,поверхностистаимхаратеромотражениятаженазываютсядиф-
фзными.Этонелянцеваябмаа,большинствотаней,матовыерас-
и, побела, шероховатые металличесие поверхности и мноое
дрое.
Ноеслимыначнемполироватьшероховатюметалличесю
поверхность,то харатерееотраженияначнетизменяться.Если
поверхностьотполированаоченьхорошо,товесьпадающийнанее
светбдетотражатьсяводнсторон.Приэтомол,подоторым
отражаетсяпадающийсвет,точноравенл,подоторымонпа-
даетнаповерхность.Таоеотражениеназываетсязеральным,а
равенство лов падения и отражения света является одним из
базовыхзаоновсветотехнии:наэтомзаонеоснованывсеме-
тодырасчетовпрожеторовисветильниовсзеральнойоптичес-
ойчастью.
Кромезеральнооидиффзнооотражения,сществетна-
правленно-рассеянное(например,отплохоотполированныхме-
талличесихповерхностей,шеловыхтанейилиотлянцевойб-
маи),атаже смешанное(например,отмолочноостела).На
рис.5(см.след.страниц)поазаныпримерыразличноохара-
тераотраженияматериалов.
Кривая,харатеризющаяловоераспределениеоэффициен-
таотражения,называетсяиндиатрисойотражения.
Дляповерхностейсдиффзнымотражениемяростьсвязанас
освещенностьюпростымсоотношением:
L
äèôô
= E
ρ ρ
ρ ρ
ρ
/
π .π .
π .π .
π .
10
Ярость зеральной поверхности
равнаяростиотражающихсявнейпред-
метов (источниов света, потола, стен
ит.п.),множеннойнаоэффициентот-
ражения:
L
çåðê
=
ρρ
ρρ
ρ
L
îòðàæåííûõ ïðåäìåòîâ .
Для оцени ярости предметов и
поверхностей с направленно-рассеян-
нымисмешаннымотражениемнеобхо-
димознатьиндиатрисыотражения.
Четыреназванныхсветовыхвели-
чины—световойпото,силасвета,ос-
вещенностьиярость—этотеважней-
шиепонятия, без знания оторых не-
возможнообъяснениеработыисточни-
ов света и осветительных приборов.
Однаодлятао%ообъяснениянеобхо-
димо еще и знание светотехничесих
харатеристиматериалов.
Соднойизтаиххаратеристи—
оэффициентом отражения — мы же
познаомились.Новприроденетмате-
риалов,отражающихвесьпадающийна
нихсвет,тоестьматериалов,оторых
ρ
=1.Тадолясвета,отораянеотража-
етсяотматериала,вобщемслчаеде-
литсяещенадвечасти:одначастьпро-
ходитсвозьматериал,др%аяпо%лоща-
етсявнем.Долясвета,отораяпрохо-
дит свозь материал, харатеризется
оэффициентомпропсания(обозна-
чается%речесойбвой
τ
);адоля,о-
тораяпо%лощается—оэффициентом
полощения(обозначается
α)
:
ττ
ττ
τ
= Ô
ïðîøåäøèé
/ Ô
ïàäàþùèé .
αα
αα
α
= Ô
ïîãëîùåííûé
/ Ô
ïàäàþùèé .
Соотношениямеждэтимитремяоэффициентами—отраже-
ния,по%лощенияипропсания—мо%тбытьсамымиразными,но
во всех без ислючения слчаях смма трех оэффициентов равна
единице:
ρρ
ρρ
ρ
+
ττ
ττ
τ
+
αα
αα
α
= 1 .
а)направленное
(зеральное)
б)направленно-
рассеянное
в)диффзное
(рассеянное)
)смешанное
Рис.5.Индиатрисы
отражения