Quantidades de iluminação: fluxo luminoso, intensidade da luz, iluminância, brilho, brilho

1. Fluxo de luz

Fluxo luminoso — o poder da energia radiante, conforme julgado pela sensação de luz que produz. A energia radiante é determinada pelo número de quanta emitidos pelo emissor para o espaço. A energia radiante (energia radiante) é medida em joules. A quantidade de energia emitida por unidade de tempo é chamada de fluxo radiante ou fluxo radiante. O fluxo radiante é medido em watts. O fluxo luminoso é denotado por Fe.

onde: Qе — energia de radiação.

O fluxo de radiação é caracterizado por uma distribuição de energia no tempo e no espaço.

Na maioria dos casos, quando falam sobre a distribuição do fluxo de radiação ao longo do tempo, eles não levam em consideração a natureza quântica do aparecimento da radiação, mas a entendem como uma função que dá uma mudança no tempo dos valores instantâneos do fluxo de radiação Ф (t). Isso é aceitável porque o número de fótons emitidos pela fonte por unidade de tempo é muito grande.

De acordo com a distribuição espectral do fluxo de radiação, as fontes são divididas em três classes: com espectro linear, listrado e contínuo. O fluxo de radiação de uma fonte com um espectro linear consiste em fluxos monocromáticos de linhas individuais:

onde: Фλ — fluxo de radiação monocromático; Fe — fluxo de radiação.

Para fontes de espectro de banda, a emissão ocorre em regiões espectrais razoavelmente amplas - bandas separadas umas das outras por lacunas escuras. Para caracterizar a distribuição espectral do fluxo de radiação com espectros contínuos e em faixas, uma quantidade chamada densidade de fluxo de radiação espectral é usada

onde: λ é o comprimento de onda.

A densidade do fluxo de radiação espectral é uma característica da distribuição do fluxo de radiação ao longo do espectro e é igual à razão do fluxo elementar ΔFeλ correspondente a uma seção infinitesimal para a largura desta seção:

A densidade do fluxo de radiação espectral é medida em watts por nanômetro.

Na engenharia de iluminação, onde o olho humano é o principal receptor de radiação, o conceito de fluxo luminoso é introduzido para avaliar a ação efetiva do fluxo de radiação. Fluxo luminoso é o fluxo de radiação estimado a partir de seu efeito sobre o olho, cuja sensibilidade espectral relativa é determinada pela curva de eficiência espectral média aprovada pela CIE.

A seguinte definição de fluxo luminoso também é usada na tecnologia de iluminação: fluxo luminoso é a potência da energia luminosa. A unidade de fluxo luminoso é o lúmen (lm). 1 lm corresponde ao fluxo luminoso emitido em um único ângulo sólido por uma fonte pontual isotrópica com intensidade luminosa de 1 candela.

Tabela 1.Valores luminosos típicos de fontes de luz:

Tipos de lâmpadas Energia elétrica, W Fluxo luminoso, lm Eficiência luminosa lm / w Lâmpada incandescente 100 watts 1360 lm 13,6 lm / W Lâmpada fluorescente 58 watts 5400 lm 93 lm / W Lâmpada de sódio de alta pressão 100 watts 10000 lm 100 lm / W Baixa lâmpada de sódio de pressão 180 watts 33000 lm 183 lm / W Lâmpada de mercúrio de alta pressão 1000 watts 58000 lm 58 lm / W Lâmpada de iodetos metálicos 2000 watts 190 000 lm 95 lm / W O fluxo luminoso Ф caindo sobre o corpo é distribuído em três componentes: refletido pelo corpo Фρabsorvido por Фα e pelo Фτ perdido... cálculos de iluminação fatores de utilização: reflexões ρ = Fρ/ F; absorção α= Fα/ F; transmissão τ= Fτ/ Ф.

Tabela 2. Características de luz de alguns materiais e superfícies

Materiais ou superfícies Coeficientes Comportamento de reflexão e transmissão reflexão ρ absorção α transmissão τ giz 0,85 0,15 — Esmalte de silicato difuso 0,8 0,2 — Espelho de alumínio difuso 0,85 0,15 — Espelho de vidro pontiagudo 0,8 0 ,2 — Vidro fosco direcionado 0,1 0,5 0,4 Vidro de leite biológico difuso 0,22 0,15 0,63 Vidro de silicato de opala dirigido difuso 0,3 0,1 0,6 Vidro de silicato de leite difuso 0, 45 0,15 0,4 Difuso

2. Intensidade da luz

A distribuição da radiação de uma fonte real no espaço circundante não é uniforme.Portanto, o fluxo luminoso não será uma característica exaustiva da fonte se a distribuição da radiação nas diferentes direções do espaço circundante não for determinada simultaneamente.

Para caracterizar a distribuição do fluxo de luz, é utilizado o conceito de densidade espacial do fluxo de luz em diferentes direções do espaço circundante. A densidade espacial do fluxo luminoso, que é determinada pela relação entre o fluxo luminoso e o ângulo sólido com o ápice no ponto onde a fonte está localizada, dentro da qual esse fluxo é distribuído uniformemente, é chamada de intensidade luminosa:

onde: Ф — fluxo luminoso; ω — ângulo sólido.

A unidade de intensidade luminosa é a candela. 1 cd.

Esta é a intensidade luminosa emitida perpendicularmente por um elemento de superfície de corpo negro de área 1:600.000 m2 na temperatura de solidificação da platina.
A unidade de intensidade luminosa é a candela, cd é uma das principais grandezas do sistema SI e corresponde a um fluxo luminoso de 1 lm uniformemente distribuído em um ângulo sólido de 1 esterradiano (cf.). Um ângulo sólido é a porção de espaço encerrada em uma superfície cônica. Um ângulo sólido ω medido pela razão da área que corta de uma esfera de raio arbitrário para o quadrado desta última.

3. Iluminação

Iluminação é a quantidade de luz ou fluxo luminoso que incide sobre uma superfície unitária. É indicado pela letra E e é medido em lux (lx).

A unidade de iluminância lux, lx, é medida em lúmens por metro quadrado (lm/m2).

A iluminação pode ser definida como a densidade do fluxo de luz na superfície iluminada:

A iluminação não depende da direção de propagação do fluxo de luz para a superfície.

Aqui estão alguns indicadores de luminância comumente aceitos:

• Verão, um dia sob um céu sem nuvens — 100.000 lux

• Iluminação pública - 5-30 lux

• Lua cheia em noite clara — 0,25 lux

4. A relação entre a intensidade da luz (I) e a iluminância (E).

Lei do inverso quadrado

A iluminação em um determinado ponto da superfície, perpendicular à direção de propagação da luz, é definida como a razão entre a intensidade da luz e o quadrado da distância desse ponto à fonte de luz. Se considerarmos essa distância como d, essa razão pode ser expressa pela seguinte fórmula:

Por exemplo: se uma fonte de luz emite luz com potência de 1200 cd em uma direção perpendicular à superfície a uma distância de 3 metros desta superfície, então a iluminação (Ep) no ponto onde a luz atinge a superfície será de 1200 /32 = 133 lux. Se a superfície estiver a uma distância de 6 m da fonte de luz, a iluminação será 1200/62 = 33 lux. Essa relação é chamada de lei do inverso do quadrado.

A iluminação em um determinado ponto de uma superfície que não é perpendicular à direção de propagação da luz é igual à intensidade da luz na direção do ponto de medição dividido pelo quadrado da distância entre a fonte de luz e um ponto no plano multiplicado por o cosseno do ângulo γ (γ é o ângulo formado pela direção de incidência da luz e a perpendicular a este plano).

Portanto:

Esta é a lei dos cossenos (Figura 1.).

Arroz. 1. À lei dos cossenos

5. Iluminação horizontal

Para calcular a iluminação horizontal, é recomendável modificar a última fórmula substituindo a distância d entre a fonte de luz e o ponto de medição pela altura h da fonte de luz até a superfície.

Figura 2:

Então:

Nós temos:

Esta fórmula calcula a iluminação horizontal no ponto de medição.

Arroz. 2. Iluminação horizontal

6. Iluminação vertical

A iluminação do mesmo ponto P em um plano vertical orientado para a fonte de luz pode ser representada em função da altura (h) da fonte de luz e do ângulo de incidência (γ) da intensidade da luz (I) (Figura 3 ) .

Nós temos:

Arroz. 3. Iluminação vertical

7. Iluminação

Para caracterizar superfícies que brilham devido ao fluxo de luz que passa por elas ou é refletido por elas, é usada a relação entre o fluxo de luz emitido pelo elemento de superfície e a área desse elemento. Essa quantidade é chamada de luminosidade:

Para superfícies com dimensões limitadas:

A iluminância é a densidade do fluxo de luz emitido pela superfície luminosa. A unidade de iluminância é o lúmen por metro quadrado da superfície luminosa, que corresponde a uma área de 1 m2 que emite uniformemente um fluxo luminoso de 1 lm. No caso da radiação total, introduz-se o conceito de luminosidade energética do corpo irradiante (Me).

A unidade de luz radiante é W/m2.

O brilho neste caso pode ser expresso pela densidade espectral da luminosidade energética do corpo emissor Meλ (λ)

Para uma avaliação comparativa, trazemos os brilhos de energia para as luminosidades de algumas superfícies:

• Superfície solar — Me = 6 • 107 W / m2;

• Filamento incandescente — Me = 2 • 105 W / m2;

• A superfície do sol em seu zênite — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Lâmpada fluorescente — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Brilho

Brilho O brilho da luz emitida por uma unidade de superfície em uma determinada direção. A unidade de medida de brilho é a candela por metro quadrado (cd/m2).

A própria superfície pode emitir luz, semelhante à superfície de uma lâmpada, ou refletir a luz que vem de outra fonte, como a superfície de uma estrada.

Superfícies com diferentes propriedades reflexivas sob a mesma iluminação terão diferentes graus de brilho.

O brilho emitido pela superfície dA em um ângulo Φ em relação à projeção dessa superfície é igual à razão entre a intensidade da luz emitida em uma determinada direção e a projeção da superfície emissora (Fig. 4).

Arroz. 4. Brilho

A intensidade da luz e a projeção da superfície emissora são independentes da distância. Portanto, o brilho também não depende da distância.

Alguns exemplos práticos:

• Brilho da superfície solar — 2.000.000.000 cd / m2

• Brilho das lâmpadas fluorescentes — de 5.000 a 15.000 cd/m2

• Brilho da superfície da lua cheia — 2500 cd / m2

• Iluminação rodoviária artificial — 30 lux 2 cd / m2