Co je známo o síle světla a vzorci pro její výpočet

Jedním z nejzajímavějších a nejkontroverznějších fenoménů našeho světa je světlo. Pro fyziku je to jeden ze základních parametrů četných výpočtů. Vědci doufají, že s pomocí světla najdou klíč k existenci našeho vesmíru a otevřou lidstvu nové příležitosti. V každodenním životě má světlo také velký význam, zejména při vytváření kvalitního osvětlení v různých místnostech.

Jedním z důležitých parametrů světla je jeho síla, která sílu tohoto jevu charakterizuje. Právě síle světla a výpočtu tohoto parametru bude věnován tento článek.

Obecné informace o konceptu

Ve fyzice intenzita světla (Iv) znamená sílu světelného toku, určenou v rámci specifického prostorového úhlu. Z tohoto konceptu vyplývá, že tento parametr neznamená veškeré světlo dostupné v prostoru, ale pouze tu jeho část, která je vyzařována určitým směrem.

V závislosti na dostupném zdroji záření se tento parametr zvýší nebo sníží. Jeho změny budou přímo ovlivněny hodnotou prostorového úhlu.

Poznámka! V některých situacích bude intenzita světla stejná pro jakýkoli úhel. To je možné v situacích, kdy světelný zdroj vytváří rovnoměrné osvětlení prostoru.

Tento parametr odráží fyzikální vlastnosti světla, čímž se liší od měření, jako je jas, které odrážejí subjektivní pocity. Kromě toho je síla světla ve fyzice považována za sílu. Přesněji řečeno, odhaduje se jako jednotka výkonu. Síla se zde zároveň liší od jejího obvyklého pojetí. Zde výkon závisí nejen na energii, kterou osvětlovací zařízení vyzařuje, ale také na takové věci, jako je vlnová délka.
Je třeba poznamenat, že citlivost lidí na světelné záření přímo závisí na vlnové délce. Tato závislost se odráží ve funkci spektrální světelné účinnosti. Samotná svítivost je v tomto případě veličina závislá na světelné účinnosti. Při vlnové délce 550 nanometrů (zelená) nabude tento parametr maximální hodnotu. V důsledku toho bude lidské oko více či méně citlivé na světelný tok o různých vlnových délkách.
Měrnou jednotkou tohoto indikátoru je kandela (cd).

Poznámka! Síla záření, které pochází z jedné svíčky, bude přibližně rovna jedné kandele. Mezinárodní svíčka dříve použitá pro výpočetní vzorec byla 1,005 cd.

Záře jedné svíčky

Ve vzácných případech se používá zastaralá měrná jednotka - mezinárodní svíčka. Ale v moderním světě se jednotka měření této veličiny, kandela, již používá téměř všude.

Fotometrický diagram parametrů

Iv je nejdůležitější fotometrický parametr. Kromě této hodnoty patří mezi nejdůležitější fotometrické parametry jas a také osvětlení. Všechny tyto čtyři hodnoty se aktivně používají při vytváření osvětlovacího systému v široké škále místností. Bez nich není možné odhadnout požadovanou úroveň osvětlení pro každou jednotlivou situaci.

Čtyři nejdůležitější světelné charakteristiky

Pro snazší pochopení tohoto fyzikálního jevu je nutné zvážit diagram, který znázorňuje rovinu odrážející šíření světla.

Tabulka intenzity světla

Diagram ukazuje, že Iv závisí na směru ke zdroji záření. To znamená, že pro LED žárovku, u které bude směr maximálního záření brán jako 0°, pak při měření hodnoty, kterou potřebujeme ve směru 180°, dostaneme menší hodnotu než pro směr 0°.
Jak můžete vidět na diagramu, záření, které se šíří dvěma zdroji (žlutým a červeným), pokryje stejnou plochu. V tomto případě bude žluté záření rozptýleno, analogicky se světlem svíčky. Jeho výkon bude přibližně rovných 100 cd. Navíc hodnota této hodnoty bude ve všech směrech stejná. Červená bude zároveň směrová. V poloze 0° bude mít maximální hodnotu 225 cd. V tomto případě se tato hodnota sníží v případě odchylky od 0°.

Zápis parametrů SI

Protože Iv je fyzikální veličina, lze ji vypočítat. K tomu se používá speciální vzorec. Před dosažením vzorce je však nutné pochopit, jak je požadovaná hodnota zapsána v soustavě SI. V tomto systému bude naše hodnota zobrazena jako J (někdy bývá označována jako I), jejíž jednotkou bude kandela (cd). Jednotka měření odráží Iv vyzařované plným radiátorem na ploše průřezu 1/600 000 m2. bude směřovat ve směru kolmém k danému úseku. V tomto případě bude teplota zářiče blízká úrovni, při které bude při tlaku 101325 Pa pozorováno tuhnutí platiny.

Poznámka! Prostřednictvím kandely můžete určit zbytek fotometrických jednotek.

Protože je světelný tok v prostoru rozložen nerovnoměrně, je nutné zavést takový koncept jako prostorový úhel. Obvykle se označuje symbolem .
Intenzita světla se používá pro výpočty, když je použit vzorec kótování. V tomto případě je tato hodnota vztažena ke světelnému toku přes vzorce. V takové situaci bude světelný tok součinem Iv a prostorového úhlu, do kterého se bude záření šířit.
Světelný tok (Фv) je součinem svítivosti a prostorového úhlu, ve kterém se tok šíří. Ф=já .

Vzorec světelného toku

Z tohoto vzorce vyplývá, že Фv je vnitřní tok šířící se v rámci specifického prostorového úhlu (jeden steradián) za přítomnosti Iv v jedné kandele.

Poznámka! Steradián je prostorový úhel, který vyřízne část na povrchu koule, která se rovná druhé mocnině poloměru této koule.

V tomto případě mohou být Iv a výkon spojeny prostřednictvím světelného záření. Ostatně Fv je také chápána jako hodnota, která charakterizuje sílu emise světelného záření při jeho vnímání průměrným lidským okem, které má citlivost na záření o určité frekvenci. V důsledku toho lze z výše uvedeného vzorce odvodit následující rovnici:

Vzorec pro intenzitu světla

To je jasně vidět na příkladu LED. V takových zdrojích světelného záření se jeho síla obvykle rovná spotřebované energii. V důsledku toho platí, že čím vyšší je spotřeba elektřiny, tím vyšší je úroveň radiace.
Jak vidíte, vzorec pro výpočet hodnoty, kterou potřebujeme, není tak složitý.

Další možnosti výpočtu

Vzhledem k tomu, že distribuce záření přicházejícího z reálného zdroje do prostoru bude nerovnoměrná, pak Фv již nebude moci působit jako vyčerpávající charakteristika zdroje. Ale pouze s výjimkou situace, kdy zároveň nebude určeno rozložení emitovaného záření v různých směrech.
K charakterizaci distribuce Фv ve fyzice používají takový koncept, jako je prostorová hustota záření světelného toku pro různé směry prostoru. V tomto případě pro Iv je nutné použít již známý vzorec, ale v mírně doplněné podobě:

Druhý vzorec pro výpočet

Tento vzorec vám umožní odhadnout požadovanou hodnotu v různých směrech.

Závěr

Síla světla zaujímá důležité místo nejen ve fyzice, ale i ve všednějších, každodenních okamžicích. Tento parametr je zvláště důležitý pro osvětlení, bez kterého je existence nám známého světa nemožná. Současně se tato hodnota používá nejen při vývoji nových osvětlovacích zařízení s příznivějšími technickými vlastnostmi, ale také při určitých výpočtech souvisejících s organizací systému podsvícení.

Osvětlení budov zemními lampami - přehled nejoblíbenějších, instalace
Dětské lustry do dívčího pokoje: kritéria výběru