Физические характеристики искусственного освещения

1. Искусственное освещение (как и естественное) характеризуют:

– сила света (І) – мощность источников света, которая определяется в канделах (Кд). Это сила света, которая генерирует в определенном направлении монохроматическое излучение с частотой 540 × 10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/стерадиан;

_– световой поток (F) – пространственная плотность светового излучения, единицей которого является люмен (лм) – световой поток, излучаемый единичным источником при силе света 1 кд в телесном углу в 1 стерадиан (пространственный угол в виде конуса с вершиной в центре сферы, которая вырезает на поверхности этой сферы поверхность, площадь которой равняется квадрату радиуса сферы);

_– освещенность (Е) – поверхностная плотность светового потока ,

где: S – площадь осветительной поверхности, м².

Единица освещенности – люкс (лк) – освещенность поверхности площадью 1 м² световым потоком в 1 лм;

– яркость (В) – сила света, что излучается или отражается с единицы площади в м² в определенном направлении: кд/м²,

где:

dS cosj - видимая площадка светящейся поверхности;

j - угол между направлением распространения светового потока и нормалью к светящейся поверхности.

Единицей яркости есть кд/м² – яркость светящейся поверхности (генерирующей или отражающей) с площади 1 м² при силе света 1 кд;

– коэффициент отражения (b) – отношение отраженного потока света (F_отр.) к потоку, который падает на поверхность (F_пад.), определяется по формуле b = F_отр./F_пад.

Величина b для свежего снега равняется – 0,9, для белой бумаги – 0,7, для не загорелой кожи – 0,35.

– коэффициент светопропускания (t)– отношение светового потока, который прошел сквозь среду (F_пр) к световому потоку, который падает на эту среду ( F_пад):

t = F_пр./F_пад.

Этот коэффициент разрешает оценивать качество и чистоту оконного стекла, стекла осветительной арматуры.

– светность (М) – поверхностная плотность светового потока в лм, что излучается ( или отражается) с площади 1 м² (лм/м²).

Зрительные функции

– острота зрения (острота различения) - способность зрительного анализатора различать наименьшие детали объекта. Определяется наименьшим углом, под которым две смежные точки различаются как отдельные. Условно считают, что острота зрения равняется одной радиальной минуте. Острота различения возрастает пропорционально увеличению освещенности до 130-150лк, а с дальнейшим увеличением освещенности этот рост замедляется;

– контрастная чувствительность - способность зрительного анализатора воспринимать минимальную разность яркостей исследуемого объекта и фона. Она наибольшая при освещенности 1000 -2500 лк;

– скорость зрительного восприятия - время, на протяжении которого происходит осознание деталей объекта, который рассматривается. Эта скорость возрастает к освещенности 150 лк, а потом этот рост несколько снижается непропорционально росту освещенности;

– видимость - интегральная функция зрительного анализатора, которая учитывает основные его функции - остроту зрения, контрастную чувствительность, скорость зрительного восприятия;

– устойчивость ясного видения - отношение времени ясного видения объекта к суммарному времени рассматривания детали. Физиологически эта функция зрительного анализатора основывается на разрушении зрительного пурпура под влиянием световой энергии и образовании защитного черного пигмента на тех участках сетчатки, где изображение ярче. Эта функция достигает оптимальных значений при освещенности 600- 1000 лк. Ее снижение свидетельствует о развитии утомления зрительного анализатора;

– функция цветового различия (восприятие). Белый, черный, серый цвета - ахроматические, характеризуются лишь яркостью, интенсивностью светопотока. Хроматические цвета - монохроматические, характеризуются яркостью и цветностью. Зрение наиболее чувствительно к желто-зеленой части видимого спектра, наименее чувствительно к фиолетовому излучению. При сумеречном и искусственном освещении (особенно при лампах накаливания) цветовая чувствительность зрительного анализатора снижается и искажается.

– адаптация - способность зрительного анализатора: а) уменьшать свою чувствительность при переходе от низкой до высокой освещенности (световая адаптация), которая наступает довольно быстро (за 2-3 минуты) и обусловлена преобразованиям зрительного пурпура в защитный черный пигмент в сетчатке глаза; б) увеличивать эту чувствительность при переходе от высокой к низкой освещенности (темновая адаптация), которая длится значительно дольше - до 40-60 минут и обусловлена восстановлением зрительного пурпура в сетчатке глаза.

– аккомодация - способность глаза регулировать остроту зрения в зависимости от расстояния до объекта рассматривания и освещения за счет изменений в преломлении света в оптической системе глаза, в основном за счет кривизны хрусталика. При уменьшении освещенности ниже 100-75 лк эта кривизна увеличивается, объект, который рассматривается, нужно приблизить к глазам .

Недостаточная освещенность способствует перенапряжению системы аккомодации, развитию усталости и переутомления зрительного анализатора, а в несформированном зрительном анализаторе (дети, подростки) - развитию близорукости, особенно, когда к этому есть врожденная предрасположенность.

– критическая частота мигания определяется временами, на протяжении которого в зрительном анализаторе сохраняются следы образов: изображение объекта, которое исчезло с поля зрения, еще какой-то миг остается видимым в зависимости от яркости этого объекта. Физиологической основой этой функции зрения есть те самые процессы разрушения и восстановления зрительного пурпура. На этой функции зрения основывается величайшее изобретение человечества - кино. Частое изменение кадров (25 за секунду), близких за конфигурацией объектов и затемнение экрана обеспечивают непрерывность и динамику изображения.

Источника искусственного освещения - электрические и неэлектрические. К последним относятся керосинки, карбидные лампы, свечки, газовые светильники. Их использование в наше время ограничено - в аварийных ситуациях, в полевых условиях и др.

Электрические источники искусственного освещения делятся на дуговые (в прожекторах, юпитерах”), лампы накаливания, газоосветительные, люминесцентные.

Недостатком ламп накаливания есть смещения спектра в желто-красную сторону, искажение цветового ощущения, ослепляющее действие прямых лучей.

Люминесцентные лампы имеют спектр, приближенный к дневному свету, с модификациями, которые зависят от люминофора, который покрывает внутреннюю поверхность стеклянной трубки и трансформирует ультрафиолетовое свечение паров ртути в трубке в видимый свет. Различают лампы дневного света (ЛД), белого света (ЛБ), теплого белого света (ЛТБ) и др.

Недостатком люминесцентных ламп является стробоскопический эффект - мигание подвижных предметов.

Одним из недостатков как прямого солнечного света, так и ярких источников искусственного освещения есть их способность вызвать ослепляющий эффект. От яркого солнечного света мы защищаемся шторами, жалюзями на окнах, тонированием стекла, использованием защитных очков.

Для защиты от ослепляющего действия искусственных источников освещения используется осветительная арматура (которая, кстати, выполняет также эстетические функции).

С точки зрения формирования светового потока различают 5 типов осветительной арматуры (рис. 5.1):

- прямого света, когда весь световой поток направляется в одну полусферу (настольная лампа с непрозрачным абажуром, прожектор, ,,юпитеры”, которые используются в фото - киносъемках);

- равномерно-рассеянного света (матовый или молочно-белый шар);

- отраженного света (когда светильник с непрозрачным абажуром направляет световой поток в верхнюю полусферу. При этом свет отбивается от потолка и рассеивается в нижнюю полусферу);

- направленно-рассеянного света, когда основной световой поток направляется в нижнюю полусферу через отверстие в абажуре, а часть его рассеивается в верхнюю полусферу через абажур из матового или молочно-белого стекла или пластика;

- отраженно-рассеянного света, когда основной световой поток направляется в верхнюю полусферу и отбивается от потолка, а часть рассеивается в нижнюю полусферу через абажур из матового или молочно-белого стекла или пластика.

Допустимая величина ослепленности зрения на рабочем месте составляет:

- при І, ІІ разряде зрительной работы – 20 кд\м²;

- при ІІІ,ІV,V разряде зрительной работы – 40 кд\м²;

- при VІ, VІІ разряде зрительной работы – 60 кд\м².

Мал. 5.1. Типы осветительных арматур

(1 - прямого света; 2 - направленно-рассеянного света; 3, 4 - равномерно-рассеянного света; 5 - отраженно-рассеянного света)

Приложение 2