Цель этого проекта продемонстрировать технику построения цифрового измерителя интенсивности света с помощью LDR датчика.
Измерение интенсивности света играет очень большую роль в таких отраслях как физика, техника, различные производства. Например, в области машиностроения, такие виды измерений, необходимы для разработки оптимальных условий освещения в помещении. При фотографировании, интенсивность света гарантирует хорошее качество картинки. Фототранзистор или фоторезистор с аналоговым LED вольтметром как на lm3914 так и на микроконтроллере и АЦП является простым измерителем интенсивности света. Недостаток самодельного устройства в том, что оно измеряет меру относительной интенсивности света и не в состоянии приводить измерения по абсолютной шкале. Тем не менее, зная характеристику LDR датчика, можно найти связь со стандартной единицей измерения интенсивности света. В случае, если характеристики датчика неизвестны, то можно провести калибровку датчика с помощью переменного источника света. Этот проект на микроконтроллере с LDR датчиком для измерения интенсивности света в Люксах. Люкс — это единица измерения освещенности (в СИ), а также меры освещенности Люмен на квадрат метра (lm/m2). В проекте используется микроконтроллер Atmel ATmega8L.
Данная схема не требует объяснения из-за ее простоты. Я использовал 28 контактную AVR демонстрационную плату, которая обеспечивает все необходимые интерфейсы. LDR используется как датчик света. Конечно, я мог бы использовать передовые световые датчики, такие как TSL257 или TSL230, но они довольно дорогие и редкие. Фототранзистор также хороший вариант, но фототранзисторы и фотодиоды сильно реагируют на быстро меняющиеся сигналы, что нежелательно здесь. Кроме того, обычные фототранзисторы и фотодиоды, более специфичные для определенной длины волны и, следовательно, не могут быть одинаково чувствительны к той же интенсивности, с разными длинами волн. Согласно схеме показанной ниже, LDR и точность аналоговой формы зависит от делителя напряжения. На выходе этого делителя аналоговый фильтр нижних частот(ФНЧ) 3-го порядка. ФНЧ здесь необходим для снижения шума и нежелательных высокой частоты переходов в связи с внезапными огнями, мерцаниями, бликами, пульсирующими источниками света и другими.
Выход с ФНЧ подается на первый канал аналогового преобразователя АЦП0 (pin C0). Дополнительное формирование сигнала делается внутри микроконтроллера, выполняя среднеквадратическое усреднение выборок АЦП. Таким образом, выполняется как аналоговая, так и цифровая фильтрации. Результатом такой двойной фильтрации является высокая степень обработки сигнала, которая является достаточно надежной и точной, чем при прямом подключении АЦП. Однако сложности возникают как на аппаратном и программном обеспечении. Остальные процессы после формирования сигнала происходят внутри AVR микроконтроллера. 16 × 2 буквенно-цифровой ЖК-дисплей подключенный к PORT B на AVR микроконтроллере, который показывает измеренный уровень освещенности в люксах. Следует отметить, что AVR работает на 8.0 МГц, полученных от внутреннего генератора.
Прошивка для ATmega8L писалась в MikroC Pro для AVR, компилируется она компилятором Микроэлектроника. Внутренний RC генератор на 8 МГц используется в качестве источника синхронизации для ATmega8L.Чип был запрограммирован с наименьшим байтом значение которого 0xE4 и наибольшее значение которого 0xC9. Байты блокировки были не использованы, так как они были не нужны. Основная программа сначала инициализирует необходимые переменные, регистры и библиотечные функции. В основном цикле, значение RMS 512 образцов АЦП, которые рассчитываются на основе соответствия «if», далее определяется соответствующее значение люкс и отображается на экране.
Калибровка LDR датчика
Я откалибровал выход LDR датчика кратным 1600-та люксам с помощью различных источников света. Я использовал фотометр LM631. В качестве различных источников света я использовал белую лампу накаливания с электронным регулятором, изменяя напряжение на лампе, изменяется интенсивность света. Фотометр и LDR расположены на одинаковом расстоянии от источника света. Я изменял интенсивность света в шаге 1600 люкс при помощи светильника для чтения.
Простой способ измерения светового потока, подходит для приближенной оценки светового потока большинства светильников или светодиодных модулей. Измерение светового потока своими руками.
Большинство бытовых и офисных матовых светильников имеют круглосимметричную «косинусную» кривую силы света (КСС) в нижней полусфере, то есть в направлении фотометрической оси (ориентация светильника — основной поток света вниз). Ширина угла излучения (по уровню 0,5) составляет 120°.
Для измерения светового потока потребуется: рулетка до 3 метров и бытовой люксметр для измерения освещенности. Измерение лучше всего проводить в большой комнате с темными стенами, при отсутствии естественного освещения и выключенных посторонних источниках света. Измерительный датчик люксметра располагают на расстоянии 2,5 метра от центра стекла (рассеивателя) светильника. Для первого измерения, плоскость стекла светильника должна быть перпендикулярна направлению на люксметр. Для второго измерения, можно повернуть светильник на месте, или переместить по окружности датчик, так чтобы расстояние до центра стекла не изменилось, а угол между плоскостью стекла и направлением на датчик люксметра стал 45⁰.
Далее смотрим таблицу соответствия освещенности и светового потока, выбираем ближайшее к измеренному значение освещенности из таблицы, и соответствующее значение светового потока в люменах. Зависимость освещенности и светового потока — линейная, поэтому промежуточные значения можно аппроксимировать через пропорцию. Для косинусной формы КСС первое измерение больше второго в 1,41 раза. Если соотношение другое, то форма КСС не косинусная и таблица не подходит. Для измерения светового потока с любой формой КСС можно обратиться в нашу светотехническую лабораторию.
Для электромагнитного поля справедлив принцип суперпозиции. Так как свет имеет электромагнитную природу, то применение принципа суперпозиции означает, что результирующая напряженность электрического (магнитного) поля двух световых волн, проходящих через одну точку, равна векторной сумме напряженностей электрического (магнитного) поля каждой из волн в отдельности.
Как известно, интенсивность электромагнитной волны пропорциональна среднему по времени значению квадрата амплитуды колебаний вектора напряженности электромагнитного поля:
Поэтому интенсивность волны, как и любая другая нелинейная по полю (в данном случае — квадратичная по полю) величина принципу суперпозиции не подчиняется. Для нелинейных по полю величин принципа суперпозиции нет. Если векторы напряженности поля складываются, то интенсивности волн и общем случае не складываются. Отвлекаясь от деталей можно утверждать, что именно в этом и состоит причина такого явления как интерференция волн.
Рассмотрим две электромагнитные волны одинаковой частоты, которые накладываются друг на друга и возбуждают в некоторой точке пространства два колебания одинакового направления:
где и не зависящие от времени начальные фазы колебаний в рассматриваемой точке
Амплитуду результирующего колебания в данной точке можно найти с помощью векторной диаграммы.
Эта амплитуда Е0 зависит от разности фаз складываемых колебаний в данной точке. В рассматриваемом случае равенства частот волн разность фаз колебаний не изменяется во времени и равна при этом результирующая амплитуда Е0 также остается постоянной во времени:
Когерентные волны — это волны, которые возбуждают колебания в точках пространства, разность фаз которых остается неизменной во времени.
Когерентность — это согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов.
Для когерентных волн косинус разности фаз имеет постоянное во времени значение (но свое для каждой точки пространства), так что результирующая интенсивность света, как следует из (4.1) и (4.2), равна
Последнее слагаемое в полученном выражении носит название интерференционного члена. Таким образом, при наложении когерентных световых волн происходит перераспределение светового потока в пространстве, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других — минимумы интенсивности. Если интенсивности обеих интерферирующих волн одинаковы (), то в максимумах , а в минимумах .
Если накладываются некогерентные волны, то в данной точке пространства складываются колебания, разность фаз которых не постоянна во времени и, вообще говоря, принимает случайные значения. Если при этом случайно меняющаяся разность фаз — за некоторое время — принимает все возможные значения в интервале длиной , то среднее (за время ) значение косинуса в интерференционном члене равно нулю и наблюдаемая интенсивность света во всех точках пространства представляется просто суммой интенсивностей двух волн:
При равенстве интенсивностей приходящих волн получаем . Когда мы включаем две одинаковые лампочки, и помещение освещается в два раза ярче, чем одной из них, то это означает отсутствие интерференции и проявление соотношения (4.4). Таким образом,
необходимым условием наблюдения интерференции волн является их когерентность.
В фотометрия, интенсивность света является мерой длина волнывзвешенный мощность выпущен источник света в определенном направлении на единицу телесный угол, на основе функция светимости, стандартизированная модель чувствительности человеческий глаз. В SI единицей силы света является кандела (cd), Базовая единица СИ.
Фотометрия занимается измерением видимого света, воспринимаемого человеческими глазами. Человеческий глаз видит свет только в видимый спектр и имеет разную чувствительность к свет разных длин волн в спектре. При адаптации к ярким условиям (фотопическое зрение), глаз наиболее чувствителен к зеленовато-желтому свету с длиной волны 555 нм. Свет с таким же интенсивность излучения на других длинах волн имеет меньшую силу света. Кривая, измеряющая реакцию человеческого глаза на свет, представляет собой определенный стандарт, известный как функция светимости. Эта кривая, обозначенная V(λ) или у ¯ ( λ ) < displaystyle textstyle < overline
Содержание
Отношение к другим показателям
Сила света не следует путать с другой фотометрической единицей, световой поток, которая представляет собой общую воспринимаемую мощность, излучаемую во всех направлениях. Сила света — это воспринимаемая мощность на единицу телесного угла. Если лампа имеет колбу 1 люмен и оптика лампы настроена так, чтобы равномерно фокусировать свет в 1 люмен стерадиан луч, то луч будет иметь силу света 1 кандела. Если бы оптику изменили, чтобы сконцентрировать луч на 1/2 стерадиана, то источник имел бы силу света 2 канделы. В результате луч становится уже и ярче, но его световой поток остается неизменным.
Сила света также не такая, как у интенсивность излучения, соответствующая цель физическое количество используется в измерительной науке радиометрия.
Единицы
Как и другие базовые единицы системы СИ, кандела имеет Рабочее определение- он определяется описанием физического процесса, который будет производить одну канделу силы света. По определению, если создать источник света, который излучает монохроматический зеленый свет с частотой 540 ТГц и интенсивностью излучения 1/683Вт на стерадиан в заданном направлении этот источник света будет излучать одну канделу в заданном направлении. [1]
Частота света, используемая в определении, соответствует длине волны в вакууме 555 нм, что близко к пику реакции глаза на свет. Если источник испускается равномерно во всех направлениях, общая лучистый поток будет около 18,40 мВт, поскольку в сфере 4π стерадиана. Типичная свеча дает примерно одну канделу силы света.
До определения канделы в разных странах использовались различные единицы измерения силы света. Обычно они основывались на яркости пламени «стандартной свечи» определенного состава или яркости нити накаливания определенной конструкции. Одним из самых известных стандартов был английский стандарт: свеча. Одна свеча — это свет, производимый чистым спермацет свеча весом одну шестую фунта, горящая со скоростью 120зерна в час. Германия, Австрия и Скандинавия использовали Хефнеркерзе, блок, основанный на выходе Лампа Хефнера. [2] В 1881 г. Жюль Виоль предложил Violle как единица силы света, и она была известна как первая единица силы света, которая не зависела от свойств конкретной лампы. Все эти единицы были заменены определением канделы.
использование
Сила света для монохроматического света с определенной длиной волны λ определяется выражением
Если присутствует более одной длины волны (как это обычно бывает), необходимо суммировать или интегрировать по спектр имеющихся длин волн для получения силы света:
Смотрите также
Рекомендации
- ^«Определения базовой единицы: кандела». Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . Получено 8 февраля 2008 .
- ^«Блок Хефнера, или свеча Хефнера». Sizes.com. 30 мая 2007 г. . Получено 25 февраля 2009 .
Данные кривой
- ^«Кривая светимости CIE Scotopic (1951)». Архивировано из оригинал 28 декабря 2008 г.
- ^«CIE (1931) 2-градусные функции согласования цветов». Архивировано из оригинал 28 декабря 2008 г.
- ^«Физиологически значимые функции светоотдачи CIE». Архивировано из оригинал 7 июля 2019 г.
- ^«Модифицированная кривая светимости 2-градусной фотопической светимости CIE, модифицированная Джаддом – Восом (1978)». Архивировано из оригинал 28 декабря 2008 г.
- ^«Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle (2005) 2-градусная функция светоотдачи V * (l)». Архивировано из оригинал 27 сентября 2007 г.
- ^Организации по стандартизации рекомендуют обозначать фотометрические величины индексом «v» (от «визуального»), чтобы избежать путаницы с радиометрическими или фотон количества. Например: Стандартные буквенные символы США для светотехники USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967
- ^ Символы в этом столбце обозначают размеры; «L«, «Т» и «J«обозначают длину, время и силу света соответственно, а не символы для единицы литр, тесла и джоуль.
- ^ абc Иногда встречаются альтернативные символы: W для световой энергии, п или же F для светового потока, и ρ для световой отдачи источника.
| Количество | Единица СИ | |||
|---|---|---|---|---|
| Имя | Символ | Измерение символ |
Единица измерения имя |
Единица измерения символ |
| время, продолжительность | т | Т | второй | s |
| длина | л , Икс , р , так далее. | L | метр | м |
| масса | м | M | килограмм | кг |
| электрический ток | я , я | я | ампер | А |
| термодинамическая температура | Т | Θ | кельвин | K |
| количество вещества | п | N | крот | моль |
| интенсивность света | яv | J | кандела | CD |
- Книга
- Категория
- Контур
I. КРАТКАЯ СВОДКА ОСНОВНЫХ ФОРМУЛ.
— угол поворота лучей тонкой призмой,
— угол при вершине призмы,
— показатель преломления призмы.
— оптическая сила линзы,
— фокусное расстояние линзы в вакууме.
— фокусное расстояние линзы в вакууме,
— расстояние от источника света до линзы,
— расстояние от линзы до изображения источника света.
— фокусное расстояние линзы в вакууме,
— показатель преломления линзы,
, — радиусы кривизны поверхностей линзы.
— оптическая сила линзы,
, — показатели преломления среды перед линзой и за линзой,
, — фокусные расстояния перед линзой и за линзой,
— расстояние от источника света до линзы,
— расстояние от линзы до изображения источника света.
— оптическая сила сферической поверхности,
, — показатели преломления среды с двух сторон сферической поверхности,
— радиус кривизны поверхности.
— фокусное расстояние сферического зеркала,
R — радиус кривизны зеркала.
— освещенность поверхности,
— поток световой энергии,
— площадь поверхности.
— светимость поверхности,
— поток световой энергии,
— площадь поверхности.
— освещенность поверхности, создаваемая точечным источником света,
— сила света,
— угол падения света на поверхность,
— расстояние от источника света до точки наблюдения.
— яркость источника света,
— поток световой энергии,
— угол между нормалью к поверхности и направлением излучения,
— площадь излучающей поверхности,
— телесный угол.
— светимость поверхности,
= 3.141592653589793.
— яркость ламбертовского источника излучения.
— интенсивность света,
— скорость света в вакууме
— напряженность электрического поля световой волны,
— среднее значение по времени.
— ширина интерференционных полос,
— длина волны света,
— угол, под которым интерферирующие лучи сходятся на экране.
— длина волны света,
— частота света,
, — спектральная ширина линии излучения в шкале длин волн и в шкале частот.
— длина когерентности,
— длина волны света,
— немонохроматичность света (спектральная ширина источника света).
— максимальный порядок интерференции,
— длина волны света,
— частота света,
, — немонохроматичность света в шкале длин волн и в шкале частот.
— время когерентности,
— спектральная ширина источника света.
— максимальная апертура интерференции,
— длина пространственной когерентности,
— расстояние до источника света,
— длина волны света,
— перпендикулярный лучу размер источника света.
— шаг дифракционной решетки,
— направление на главный дифракционный максимум m-ого порядка,
— угол падения света на дифракционную решетку,
— длина волны света.
— относительное спектральное разрешение дифракционной решетки,
— порядок дифракции,
— число штрихов дифракционной решетки.
— радиус первой зоны Френеля,
— длина волны света,
, — расстояние от отверстия в экране до точки наблюдения,
— расстояние от источника света до отверстия в экране.
— радиус -ой зоны Френеля,
— радиус первой зоны Френеля.
— угол дифракции света на препятствии,
— длина волны света,
— размер препятствия.
— угловой радиус первого темного кольца при дифракции Фраунгофера на круглом отверстии,
— длина волны света,
— диаметр отверстия.
— предел разрешения микроскопа,
— длина волны света,
— показатель преломления среды между предметом и объективом микроскопа,
— входная апертура объектива,
— числовая апертура.
Большую часть информации человек получает с помощью органов зрения. Качество получаемой информации сильно зависит от освещения: при недостаточном количестве и качестве света утомляется не только зрение, но и весь организм в целом.
Выделяют три вида освещения — искусственное, естественное и совмещенное (естественное и искусственное вместе). Естественное освещение обеспечивается солнечным излучением, которое в оптической области спектра подразделяется на ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное.
Ультрафиолетовое излучение, с одной стороны, оказывает положительное воздействие на организм человека, помогая усвоению некоторых витаминов, повышая общий иммунитет, тонизируя организм человека в целом и оказывая благоприятное психологическое воздействие. С другой стороны, в больших дозах, оно может вызывать ожоги кожи, сетчатки глаза и может стать причиной теплового удара или потери зрения.
Для оценки интенсивности освещения используют понятие освещенности (Е), измеряемой в люксах (лк). Для измерения освещенности применяют прибор под названием люксметр. Принцип его действия основан на фотоэлектрическом эффекте, а именно, при попадании световой волны на селеновый фотоэлемент в цепи соединенного с ним гальванометра возникает фототок, благодаря которому происходит отклонение стрелки микроамперметра, шкала которого градуирована в люксах.
Согласно СП 52.13330.2016 «Естественное и искусственное освещение», естественное освещение — освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях, а также через световоды. Оно может быть боковым, если осуществляется через окна в стенах, и верхним — через фонари, окна в кровле, а также через проемы в стенах в местах перепада высот здания. Комбинированное естественное освещение — одновременное наличие бокового и верхнего естественного освещения.
Нормирование естественного освещения производится при помощи коэффициента естественной освещенности (КЕО). Согласно СП 23-102-203 «Естественное освещение жилых и общественных зданий», КЕО — отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражений), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода, выраженное в %:
где — При одностороннем боковом естественном освещении нормируется минимальное значение КЕО в точке, расположенной на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола);
— При двустороннем боковом освещении нормируется минимальное значение КЕО в точке посередине помещения на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола);
— При верхнем или верхнем и боковом естественном освещении нормируется среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола).
Существенное значение имеет то, в каком поясе светового климата размещается помещение, так как естественное освещение зависит от числа солнечных дней в году, а также от устойчивости снежного покрова.
Одним из требований санитарных норм (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий», п. 2.1.1) является обязательное наличие естественного света в помещениях, где предполагается длительное нахождение людей (в жилых зданиях, школах, больницах, детских садах, офисах и т.д.).
В процессе проектирования оценка значения КЕО является обязательной, так как от нее зависит выбор систем естественного освещения здания (размер оконных проемов, вид остекления), его ориентация в пространстве, а также необходимость установки дополнительных систем искусственного освещения. Как правило, расчет КЕО с учетом множества параметров (административного района, ориентации световых проемов по сторонам света, разряда зрительной работы помещения и др.) проводят с использованием специального программного обеспечения.
После завершения строительства здания, перед вводом его в эксплуатацию, измерение КЕО проводят уже напрямую для оценки соответствия его расчетным значениям (по проекту) и санитарным нормам.
Чаще всего, коэффициент естественной освещённости измеряется при помощи двух люксметров. В процессе измерений один оператор с люксметром измеряет естественную освещённость вне помещения (как правило, на крыше здания), а второй оператор, со вторым люксметром, одновременно измеряет освещённость внутри помещения, в строго определенных точках. При этом, измерение КЕО на соответствие действующим нормам проводят в помещениях, свободных от мебели и оборудования, не затеняемых озеленением и деревьями, при вымытых и исправных окнах. Также, следует выбирать дни со сплошной равномерной облачностью, покрывающей весь небосвод.
Минимальная допустимая величина КЕО (как правило, от 0,1 до 6%) определяется в соответствие с СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение» и зависит от типа освещения (боковое, верхнее, комбинированное) и назначения помещения.
В Москве по заказу Комитета государственного строительного надзора Лаборатория санитарно-эпидемиологического и радиационного контроля ГБУ «Центр экспертиз, исследований и испытаний в строительстве» в 2019 году планирует проводить обследования зданий и сооружений перед вводом их в эксплуатацию на предмет соответствия требованиям к естественной освещенности жилых и производственных помещений.
Статью написал / оформил инженер-эксперт Лаборатории «СЭиРК» Чендева А.А.
Интенсивностью света ($I$) в избранной точке называют модуль средней по времени величины плотности потока энергии, которую световая волна переносит. В свою очередь плотность потока электромагнитной энергии определяют с помощью вектора Умова — Пойнтинга ($\overrightarrow
$). Значит, в математическом виде определение интенсивности света можно записать как:
\[I=\left|\left\langle \overrightarrow
\right\rangle \right|=\left|\left\langle \overrightarrow
где усреднение производят за время ($t$) много большее, чем период ($T$) колебаний волны: ($t\gg T$). Определение интенсивности света можно записать в виде:
Единицами измерения интенсивности света в $СИ$, обычно служат $\frac<Вт><м^2>.$
Модули амплитуд ($E_m\ и\ H_m$) векторов напряжённостей электрического ($\overrightarrow
где считаем, что $\mu \approx 1.$ Выразим из (3) амплитуду $H_m$, получим:
где $n=\sqrt<\varepsilon \mu >=\sqrt<\varepsilon>$ при $\mu \approx 1$- показатель преломления вещества, в котором распространяется свет. Из выражения (4) следует, что:
Модуль среднего значения вектора Умова — Пойнтинга пропорционален произведению амплитуд $E_m\ \cdot \ H_m$, значит можно записать, что интенсивность света:
Интенсивность света не может быть измеряна в связи с тем, что поле изменяется с высокой частотой ($\nu =<10>^<15>Гц$), соответственно период колебаний составляет $T=<10>^<-15>с$, тогда как приемники колебаний имеют время инерции существенно больше, чем $<10>^<-15>с$. Следовательно, регистрировать мы можем среднее значение интенсивности. Кроме того, можно измерять среднюю интенсивность, но не фазу поля.
Готовые работы на аналогичную тему
Давление света
В соответствии с законом сохранения в случае, когда тело поглощает или отражает свет, ему сообщается импульс, который равен разности импульсов пучка света до и после поглощения или отражения. Значит, на тело действует сила, свет производит на тело соответствующее давление. Предположение о существовании давления света была выдвинута Кеплером, который рассматривал отклонение хвостов комет от Солнца.
Сторонниками волновой теории давление света отрицалось, отсутствие эмпирических доказательств существования светового давления считалось аргументом против корпускулярной теории света. Существование светового давления является следствием электромагнитной теории.
При перпендикулярном падении световой волны на плоскую поверхность тела, и полном поглощении света, его давление ($p$) определяют как:
где $G$ — плотность импульса световой волны, $P$ — модуль вектора Умова — Пойнтинга (надо отметить, что на практике часто используют его среднее значение), $c$ — скорость света в вакууме.
В случае полного отражения света поверхностью тела импульс, передаваемый светом в два раза больше, соответственно больше во столько же давление.
Если энергия световой волны поглощается телом частично, при этом плотность потока поглощаемой энергии ($P_
при этом плотность потока отражаемой энергии ($P_
Принимая во внимание выражения (8) и (9) давление определим:
Если световая волна падает на поверхность тела под углом к нормали, то при расчете давления используют только перпендикулярную составляющую плотности потока энергии. Давление света при обычных условиях кране мало, примерно в $<10>^<10>\ $меньше атмосферного.
Первым световое давление измерил П.Н. Лебедев в 1899 г. Он использовал для этого крутильные весы, которые находились в вакууме. Значение опытов Лебедева в том, что существование давления света подтверждало электромагнитную теорию света Максвелла.
Итак, давление электромагнитных волн — результат того, что при воздействии электрического поля волны частицы вещества, обладающие электрическим зарядом, упорядочено движутся, на них действуют силы Лоренца.
Задание: Каким будет давление, которое оказывает плоская световая волна, которая падает перпендикулярно на поверхность тела и полностью телом поглощается? Амплитуда напряженности электрического поля при этом равна $2\frac<В><м>$.
Решение:
За основу решения задачи примем выражение:
где $\left\langle P\right\rangle $ — среднее значение модуля вектора Умова — Пойнтинга, $c=3\cdot <10>^8\frac<м><с>$ — скорость света в вакууме.
При этом среднее значение модуля вектора Умова — Пойнтинга найдем как:
\[\left\langle P\right\rangle =\left\langle E\cdot H\right\rangle \left(1.2\right).\]
Так как по условию задачи мы имеем плоскую волну, то уравнение колебаний ее составляющих запишем как:
Для того чтобы найти значение амплитуды напряжения магнитного поля воспользуемся соотношением:
Используем то, что для вакуума $\varepsilon $=1, $\mu =1$, выразим из (1.4) $H_m$, имеем:
где $\mu_0=4\pi \cdot <10>^<-7>\frac<Гн><м>,\ \varepsilon_0=\frac<1><4\pi \cdot <9\cdot 10>^9>\frac<Ф><м>$. В таком случае среднее значение модуля вектора Умова — Пойнтинга равно:
Подставим правую часть выражения (1.6) в формулу (1.1) вместо величины $\left\langle P\right\rangle $, получим искомое давление света:
Ответ: $p=17,7пПа.$
Задание: Какой будет интенсивность ($I$), плоской световой волны, которая распространяется вдоль $оси X$? Амплитуда напряженности электрического поля волны при этом равна $E_m(\frac<В><м>)$.
Решение:
По определению интенсивность световой волны можно найти как:
\[I=\left\langle P\right\rangle \left(2.1\right).\]
Для плоской световой волны модуль вектора Умова — Пойнтинга запишем как (см. Пример 1):
Тогда среднее значение $\left\langle P\right\rangle $ можно выразить как:
\[\left\langle P\right\rangle =\frac<1><2>E_mH_m\left(2.3\right),\]
так как $\left\langle c
При этом так же, как в примере 1, выразим амплитуду напряженности магнитного поля:
Освещение требуется человеку не только для ориентации и совершения каких-либо действий в темноте, но и для поддержания психологического здоровья, комфорта. Кроме того, искусственное освещение позволяет работникам продолжать выполнять свои обязанности в вечернее и ночное время. Однако выбирать светильники и лампы следует, учитывая их характеристики, наиболее важной из которых является световая отдача, которая измеряется в люменах на ватты (лм/Вт). В самом помещении также необходимо контролировать уровень освещенности, и с учетом этого подбирать ее источники.
Виды света
Самым полезным и безопасным освещением является, конечно, природное. Оно обладает теплым оттенком и не наносит вреда глазам.
Обратите внимание! По своим параметрам ближе всего к данному типу находились лампы накаливания, которые характеризовались красноватым свечением. Они не вызывали раздражения глаз и по излучаемому спектру были практически идентичными естественному освещению от солнца, попадающему через окна в помещения.
Развитие технологий привело к появлению множества вариантов приборов освещения, поэтому при покупке следует обращать внимание на характеристики, которые указываются на упаковке лампы.
Дополнительная информация. Так, теплый свет рекомендуется размещать в квартирах или жилых домах, нейтральный – для освещения офисов и производственных цехов. Холодный – эффективно применяется в помещениях, где осуществляется работа с мелкими деталями. Также его часто применяют в субтропическом климате, где благодаря такому оттенку создается ощущение прохлады.
Таким образом, выбор лампочки влияет не только на освещенность пространства, но и на морально-психологическое состояние сотрудника на производстве или человека в квартире.
Характеристики светового потока
Приобретая лампочки, покупатели часто не знают или не задумываются над ответом на вопрос, в чем измеряется свет, а между тем таких показателей довольно много:
- Светоотдача;
- Сила света;
- Интенсивность;
- Яркость.
Все это физические свойства светового потока, которые могут быть измерены специальными приборами, их следует учитывать в обязательном порядке при планировании освещения помещения (осуществляя расчет необходимого количества приборов освещения в каждой комнате или кабинете), ведь это влияет на здоровье глаз и нервной системы.
Светоотдача
Световая отдача является самым важным параметром. Она отражает соотношение светового потока, который излучается лампочкой или другим прибором, к потребляемой им мощности. Соответственно, его единицами измерения являются люмены на ватт (лм/Вт). Данный параметр позволяет оценить экономическую эффективность способа освещения.
Световая отдача различных приборов
Чем выше световая отдача, тем более эффективно расходуется энергия, а значит, оптимизируются расходы на коммунальные услуги, что приобретает особую актуальность в условиях постоянного роста тарифов. По этой причине высокой популярностью пользуются энергосберегающие лампы, которые обеспечивают одно из самых высоких соотношений лм/Вт.
Сила света
Характеристикой излучения является не только световая отдача, но и сила, с которой его энергия перемещается из одной точки пространства в другую в течение определенного временного промежутка. Необходимо учитывать, что сила света может изменять направление движения в зависимости от условий, задаваемых прибором, формирующим поток.
Яркость и насыщенность света
Измерить данный параметр можно в канделах.
Важно! Выбирая лампу, на описываемый параметр следует также обращать внимание, только зависимость не настолько прямая, как в случае со световой отдачей. Уровень силы следует подбирать, исходя из нормативного значения, которое должна иметь единица яркости светящейся поверхности. Данный показатель можно найти в различных стандартах, а также строительных нормах и правилах. Он изменяется в зависимости от назначения помещения, его конфигурации и так далее.
Интенсивность освещения
Данная характеристика часто называется освещенностью или насыщенностью. Она представляет собой соотношение светового потока к площади объекта, на который он падает. Данная единица яркости светящейся поверхности измеряется в люксах.
Яркость
Сила света, деленная на единицу площади, называется яркостью. Измеряется она в канделах на квадратный метр. Источник распространяет излучение, которое освещает определенную площадь. Чем выше такая площадь, тем, соответственно, больше яркость света. Данный параметр также характеризует эффективность источника освещения, а ее измерение требуется, чтобы посчитать необходимое количество световых приборов в помещении и, соответственно, спроектировать их расположение и проводку.
Свет высокой яркости
Таким образом, у светового потока есть несколько параметров, и не всегда понятно, на какие из них обращать внимание в процессе приобретения приборов освещения. Рядовому потребителю сложно разобраться, что такое световая отдача, чем отличается насыщенность от яркости и так далее. Более того, единицы измерения, которые указаны на коробках, тоже являются малоинформативными для непосвященного человека: лм/Вт, кд, кд/кв.м, все это похоже на иероглифы, из которых не понятно, сколько лампочек и с какими характеристиками необходимо приобрести. Поэтому, чтобы рассчитать количество приборов освещения, рекомендуется либо воспользоваться услугами профессионалов, либо специальным калькулятором, который можно найти в сети Интернет.