Co wiadomo o sile światła i wzorze na jego obliczenie?
Jednym z najciekawszych i najbardziej kontrowersyjnych zjawisk naszego świata jest światło. Dla fizyki jest to jeden z podstawowych parametrów wielu obliczeń. Za pomocą światła naukowcy mają nadzieję znaleźć wskazówkę dotyczącą istnienia naszego wszechświata, a także otworzyć przed ludzkością nowe możliwości. W życiu codziennym duże znaczenie ma również światło, zwłaszcza przy tworzeniu wysokiej jakości oświetlenia w różnych pomieszczeniach.
Jednym z ważnych parametrów światła jest jego siła, która charakteryzuje siłę tego zjawiska. To właśnie sile światła i obliczeniu tego parametru będzie poświęcony ten artykuł.
Ogólne informacje o koncepcji
W fizyce światłość (Iv) oznacza moc strumienia świetlnego, określoną w ramach określonego kąta bryłowego. Z tej koncepcji wynika, że parametr ten nie oznacza całego światła dostępnego w przestrzeni, a jedynie tę jego część, która jest emitowana w określonym kierunku.
W zależności od dostępnego źródła promieniowania ten parametr będzie się zwiększał lub zmniejszał. Na jego zmiany bezpośrednio wpłynie wartość kąta bryłowego.
Notatka! W niektórych sytuacjach natężenie światła będzie takie samo dla każdego kąta. Jest to możliwe w sytuacjach, gdy źródło światła tworzy równomierne oświetlenie przestrzeni.
Ten parametr odzwierciedla fizyczną właściwość światła, co odróżnia go od pomiarów, takich jak jasność, które odzwierciedlają subiektywne odczucia. Ponadto siła światła w fizyce jest uważana za moc. Mówiąc dokładniej, szacowany jest jako jednostka mocy. Jednocześnie władza różni się tutaj od zwykłej koncepcji. Tutaj moc zależy nie tylko od energii, którą emituje instalacja oświetleniowa, ale także od czegoś takiego jak długość fali.
Należy zauważyć, że wrażliwość ludzi na promieniowanie świetlne zależy bezpośrednio od długości fali. Zależność ta znajduje odzwierciedlenie w funkcji widmowej skuteczności świetlnej. W tym przypadku samo natężenie światła jest wielkością zależną od skuteczności świetlnej. Przy długości fali 550 nanometrów (kolor zielony) ten parametr przyjmie maksymalną wartość. W rezultacie ludzkie oko będzie mniej lub bardziej wrażliwe na strumień światła o różnych długościach fal.
Jednostką miary tego wskaźnika jest kandela (cd).
Notatka! Siła promieniowania pochodzącego z jednej świecy będzie w przybliżeniu równa jednej kandeli. Międzynarodowa świeca poprzednio używana do formuły obliczeniowej wynosiła 1,005 cd.
Blask jednej świecy
W rzadkich przypadkach używana jest przestarzała jednostka miary - świeca międzynarodowa. Ale we współczesnym świecie jednostka miary tej wielkości, kandela, jest już używana prawie wszędzie.
Wykres parametrów fotometrycznych
IV jest najważniejszym parametrem fotometrycznym. Oprócz tej wartości do najważniejszych parametrów fotometrycznych należą jasność, a także oświetlenie. Wszystkie te cztery wartości są aktywnie wykorzystywane przy tworzeniu systemu oświetleniowego w różnych pomieszczeniach. Bez nich niemożliwe jest oszacowanie wymaganego poziomu oświetlenia dla każdej indywidualnej sytuacji.
Cztery najważniejsze cechy oświetlenia
Aby ułatwić zrozumienie tego zjawiska fizycznego, należy wziąć pod uwagę schemat przedstawiający płaszczyznę odbijającą propagację światła.
Wykres natężenia światła
Z wykresu wynika, że Iv zależy od kierunku w kierunku źródła promieniowania. Oznacza to, że dla żarówki LED, dla której kierunek maksymalnego promieniowania przyjmiemy jako 0°, to przy pomiarze potrzebnej nam wartości w kierunku 180° uzyskamy wartość mniejszą niż dla kierunku 0°.
Jak widać na diagramie, promieniowanie rozchodzące się przez dwa źródła (żółte i czerwone) pokryje równy obszar. W tym przypadku żółte promieniowanie zostanie rozproszone, analogicznie do światła świecy. Jego moc będzie w przybliżeniu równa 100 cd. Co więcej, wartość tej wartości będzie taka sama we wszystkich kierunkach. Jednocześnie czerwony będzie kierunkowy. W pozycji 0° będzie miał maksymalną wartość 225 cd. W takim przypadku wartość ta zmniejszy się w przypadku odchylenia od 0°.
notacja parametrów SI
Ponieważ IV jest wielkością fizyczną, można ją obliczyć. W tym celu stosuje się specjalną formułę. Ale przed osiągnięciem formuły konieczne jest zrozumienie, w jaki sposób pożądana wartość jest zapisana w systemie SI. W tym systemie nasza wartość będzie wyświetlana jako J (czasami oznaczana jako I), której jednostką będzie kandela (cd). Jednostka miary odzwierciedla, że Iv emitowane przez pełny promiennik na powierzchni przekroju 1/600.000 m2. będzie skierowany w kierunku prostopadłym do danego odcinka. W tym przypadku temperatura emitera będzie zbliżona do poziomu, przy którym przy ciśnieniu 101325 Pa będzie obserwowane krzepnięcie platyny.
Notatka! Za pomocą kandeli możesz określić pozostałe jednostki fotometryczne.
Ponieważ strumień światła w przestrzeni jest rozłożony nierównomiernie, konieczne jest wprowadzenie takiej koncepcji, jak kąt bryłowy. Jest zwykle oznaczany symbolem .
Intensywność światła jest używana do obliczeń, gdy stosowana jest formuła wymiaru. W tym przypadku wartość ta jest powiązana ze strumieniem świetlnym za pomocą wzorów. W takiej sytuacji strumień świetlny będzie iloczynem Iv i kąta bryłowego, do którego rozchodzi się promieniowanie.
Strumień świetlny (Фv) jest iloczynem natężenia światła i kąta bryłowego, w którym rozchodzi się strumień. Ф=I .
Formuła strumienia świetlnego
Z tego wzoru wynika, że Фv jest wewnętrznym strumieniem rozchodzącym się w określonym kącie bryłowym (jeden steradian) w obecności IV w jednej kandeli.
Notatka! Steradian to kąt bryłowy, który wycina na powierzchni kuli odcinek równy kwadratowi promienia tej kuli.
W tym przypadku Iv i moc mogą być powiązane poprzez promieniowanie świetlne. Przecież przez Fv rozumie się również wartość charakteryzującą moc emisji promieniowania świetlnego, gdy jest ona postrzegana przez przeciętne oko ludzkie, które ma wrażliwość na promieniowanie o określonej częstotliwości. W rezultacie z powyższego wzoru można wyprowadzić następujące równanie:
Formuła na intensywność światła
Widać to wyraźnie na przykładzie diod LED. W takich źródłach promieniowania świetlnego jego siła jest zwykle równa pobieranej mocy. W rezultacie im wyższe zużycie energii elektrycznej, tym wyższy poziom promieniowania.
Jak widać, wzór na obliczenie potrzebnej nam wartości nie jest tak skomplikowany.
Dodatkowe opcje obliczeń
Ponieważ rozkład promieniowania pochodzącego z rzeczywistego źródła w kosmosie będzie nierównomierny, to Фv nie będzie już mogło pełnić funkcji wyczerpującej cechy źródła. Ale tylko z wyjątkiem sytuacji, gdy jednocześnie nie zostanie określony rozkład emitowanego promieniowania w różnych kierunkach.
Aby scharakteryzować rozkład Фv w fizyce, wykorzystują takie pojęcie, jak przestrzenna gęstość promieniowania strumienia świetlnego dla różnych kierunków przestrzeni. W tym przypadku dla Iv konieczne jest zastosowanie znanej już formuły, ale w nieco uzupełnionej formie:
Druga formuła do obliczania
Ten wzór pozwoli oszacować pożądaną wartość w różnych kierunkach.
Wniosek
Moc światła zajmuje ważne miejsce nie tylko w fizyce, ale także w bardziej przyziemnych, codziennych chwilach. Ten parametr jest szczególnie ważny dla oświetlenia, bez którego istnienie znanego nam świata jest niemożliwe. Jednocześnie wartość ta jest wykorzystywana nie tylko przy opracowywaniu nowych urządzeń oświetleniowych o korzystniejszych parametrach technicznych, ale także w niektórych obliczeniach związanych z organizacją systemu podświetlenia.
Oświetlenie budynków lampami naziemnymi – przegląd najpopularniejszych instalacji
Żyrandole dziecięce do pokoju dziewczynki: kryteria wyboru