Oggi ti parleremo della formula di illuminazione per spazi aperti e interni, oltre a fornire l'intensità del flusso luminoso in diverse circostanze.
Candela e ruota che gira
Prima dell'elettrificazione diffusa, la fonte di luce era il sole, la luna, il fuoco e la candela. Gli scienziati già nel XV secolo furono in grado di creare un sistema di lenti per migliorare l'illuminazione, ma la maggior parte delle persone lavorava e viveva a lume di candela.
Alcuni si sono dispiaciuti di aver speso soldi per le luci di cera, o semplicemente non era disponibile questo modo per prolungare la giornata. Quindi hanno utilizzato opzioni di carburante alternative: olio, grasso animale, legno. Ad esempio, le contadine russe della via di mezzo hanno teso il lino per tutta la vita alla luce di una torcia. Il lettore potrebbe chiedere: "Perché questo doveva essere fatto di notte?" Dopotutto, il coefficiente di luce naturale durante il giorno è molto più alto. Il fatto è che durante il giorno le contadine avevano molte altre preoccupazioni. Inoltre, il processo di tessitura è molto meticoloso e richiede tranquillità. Per le donne era importante che nessuno calpestasse la tela, in modo che i bambini non confondessero i fili e gli uomini non si distraessero.
Ma con una vita del genere c'è un pericolo: il flusso luminoso (formuliamodare un po' più in basso) dalla torcia è molto basso. Occhi sforzati e le donne hanno perso rapidamente la vista.
Illuminazione e apprendimento
Quando i bambini di prima elementare vanno a scuola il primo settembre, si aspettano miracoli con entusiasmo. Sono catturati dal sovrano, dai fiori, dalla bella forma. Sono interessati a come sarà il loro insegnante, con il quale siederanno alla stessa scrivania. E una persona ricorda questi sentimenti per il resto della sua vita.
Ma gli adulti, quando mandano i propri figli a scuola, dovrebbero pensare a cose più banali della gioia o della delusione. Genitori e insegnanti sono preoccupati per il comfort della scrivania, le dimensioni dell'aula, la qualità del gesso e la formula dell'illuminazione nella stanza. Questi indicatori hanno norme per bambini di tutte le età. Pertanto, gli scolari dovrebbero essere grati che le persone abbiano pensato in anticipo non solo al curriculum, ma anche al lato materiale della questione.
Illuminazione e lavoro
Non a caso le scuole effettuano sopralluoghi in cui viene applicata una formula per calcolare l'illuminazione delle aule per le classi. I bambini di dieci o undici anni non fanno altro che leggere e scrivere. Poi fanno i compiti la sera, di nuovo senza separarsi da penne, quaderni e libri di testo. Dopodiché, anche gli adolescenti moderni si attengono a una varietà di schermi. Di conseguenza, l'intera vita di uno scolaro è associata a un carico sulla vista. Ma la scuola è solo l'inizio della vita. Inoltre, tutte queste persone stanno aspettando un'università e un lavoro.
Ogni tipo di lavoro richiede la propria emissione di luce. La formula di calcolo ne tiene sempre contouna persona fa 8 ore al giorno. Ad esempio, un orologiaio o un gioielliere deve considerare i minimi dettagli e le sfumature di colore. Pertanto, il posto di lavoro delle persone in questa professione richiede lampade grandi e luminose. Un botanico che studia le piante della foresta pluviale, al contrario, ha bisogno di rimanere costantemente nel crepuscolo. Orchidee e bromelie sono abituate al fatto che il livello superiore degli alberi assorbe quasi tutta la luce solare.
Formula
Veniamo direttamente alla formula dell'illuminazione. La sua espressione matematica si presenta così:
MIυ=dΦυ / dσ.
Diamo un'occhiata più da vicino all'espressione. Ovviamente, Eυ è l'illuminazione, quindi Φυ è il flusso luminoso e σ è una piccola unità di area su cui cade il flusso. Si può vedere che E è un valore integrale. Ciò significa che vengono considerati segmenti e pezzi molto piccoli. Cioè, gli scienziati sommano l'illuminazione di tutte queste piccole aree per ottenere il risultato finale. L'unità di illuminazione è lux. Il significato fisico di un lux è un tale flusso luminoso, per il quale c'è un lumen per metro quadrato. Lumen, a sua volta, è un valore molto specifico. Denota il flusso luminoso emesso da una sorgente isotropica puntiforme (da cui luce monocromatica). L'intensità luminosa di questa sorgente è pari a una candela per angolo solido di uno steradiante. L'unità di illuminazione è un valore complesso che include il concetto di "candela". Il significato fisico dell'ultima definizione è il seguente: l'intensità della luce in una direzione nota da una sorgente cheemette radiazioni monocromatiche con una frequenza di 540 1012 Hz (la lunghezza d'onda si trova nella regione visibile dello spettro) e l'intensità energetica della luce è 1/683 W/sr.
Concetti di luce
Ovviamente, tutti questi concetti a prima vista sembrano un cavallo sferico nel vuoto. Tali fonti non esistono in natura. E il lettore attento si porrà certamente la domanda: "Perché è necessario?" Ma i fisici hanno bisogno di confrontare. Pertanto, devono introdurre alcune norme che devono essere guidate. La formula dell'illuminazione è semplice, ma molto può essere poco chiaro. Analizziamolo.
Indice "υ"
Indice υ significa che il valore non è proprio fotometrico. E questo è dovuto al fatto che le capacità umane sono limitate. Ad esempio, l'occhio percepisce solo lo spettro visibile della radiazione elettromagnetica. Inoltre, le persone vedono la parte centrale di questa scala (riferita al colore verde) molto meglio delle aree marginali (rosso e viola). Cioè, infatti, una persona non percepisce il 100% dei fotoni di colore giallo o blu. Allo stesso tempo, ci sono dispositivi privi di tale errore. I valori ridotti su cui opera la formula dell'illuminamento (flusso luminoso, ad esempio) e che sono indicati dalla lettera greca "υ", sono corretti per la visione umana.
Generatore di radiazioni monocromatiche
Alla base, come accennato in precedenza, c'è il numero di fotoni con una certa lunghezzaonde che vengono emesse in una certa direzione per unità di tempo. Anche il laser più monocromatico ha una certa distribuzione della lunghezza d'onda. E di certo deve essere coinvolto in qualcosa. Ciò significa che i fotoni non vengono emessi in tutte le direzioni. Ma nella formula c'è una cosa come una "sorgente puntiforme di luce". Questo è un altro modello progettato per unificare un certo valore. E non un singolo oggetto dell'universo può essere chiamato così. Quindi, una sorgente di luce puntiforme è un generatore di fotoni che emette un numero uguale di quanti di campo elettromagnetico in tutte le direzioni, la sua dimensione è uguale a un punto matematico. Tuttavia, c'è un trucco, può fare di un oggetto reale una sorgente puntiforme: se la distanza su cui raggiungono i fotoni è molto grande rispetto alla dimensione del generatore. Quindi, la nostra stella centrale, il Sole, è un disco, ma le stelle lontane sono punti.
Arbor, beh, parcheggia
Sicuramente un lettore attento ha notato quanto segue: in una luminosa giornata di sole, un'area aperta sembra molto più illuminata di una radura o di un prato chiuso su un lato. Pertanto, la spiaggia è così allettante: lì è sempre soleggiata e calda. Ma anche una grande radura nella foresta è più scura e più fredda. E il pozzo poco profondo è scarsamente illuminato nel giorno più luminoso. Questo perché se una persona vede solo una parte del cielo, meno fotoni raggiungono il suo occhio. Il coefficiente di illuminazione naturale è calcolato come il rapporto tra il flusso di luce dall'intero cielo all'area visibile.
Cerchio, ovale, angolo
Tutti questii concetti sono legati alla geometria. Ma ora parleremo di un fenomeno che è direttamente correlato alla formula dell'illuminazione e, di conseguenza, alla fisica. Fino a questo punto si presumeva che la luce cadesse sulla superficie perpendicolarmente, rigorosamente verso il basso. Anche questa, ovviamente, è un'approssimazione. In questa condizione, la distanza dalla sorgente luminosa significa la diminuzione dell'illuminazione in proporzione al quadrato della distanza. Pertanto, le stelle che una persona vede ad occhio nudo nel cielo si trovano non così lontano da noi (appartengono tutte alla galassia della Via Lattea) o molto luminose. Ma se la luce colpisce la superficie ad angolo, le cose sono diverse.
Pensa a una torcia. Dà un punto luminoso rotondo quando diretto rigorosamente perpendicolare alla parete. Se lo inclini, il punto cambierà forma in un ovale. Come sai dalla geometria, un ovale ha un'area più ampia. E poiché la torcia è sempre la stessa, significa che l'intensità della luce è la stessa, ma è, per così dire, "spalmata" su una vasta area. L'intensità della luce dipende dall'angolo di incidenza secondo la legge del coseno.
Primavera, inverno, autunno
Il titolo suona come il titolo di un bellissimo film. Ma la presenza delle stagioni dipende direttamente dall'angolo con cui la luce cade nel punto più alto della superficie del pianeta. E al momento non si tratta solo della Terra. Le stagioni esistono su qualsiasi oggetto nel sistema solare il cui asse di rotazione è inclinato rispetto all'eclittica (ad esempio, su Marte). Probabilmente il lettore ha già intuito: maggiore è l'angolo di inclinazione, meno fotoni per chilometro quadrato di superficie al secondo. Così chela stagione sarà più fredda. Nel momento della massima deviazione del pianeta nell'emisfero, regna l'inverno, nel momento della minima - estate.
Cifre e fatti
Per non essere infondato, ecco alcuni dati. Vi avvertiamo: sono tutti mediati e non adatti a risolvere problemi specifici. Inoltre, ci sono directory di illuminazione della superficie da diversi tipi di sorgenti. È meglio fare riferimento a loro quando si effettuano i calcoli.
- A una distanza dal Sole a qualsiasi punto dello spazio, che è approssimativamente uguale alla distanza dalla Terra, l'illuminazione è di centotrentacinquemila lux.
- Il nostro pianeta ha un'atmosfera che assorbe parte delle radiazioni. Pertanto, la superficie terrestre è illuminata con un massimo di centomila lux.
- Le medie latitudini estive sono illuminate a mezzogiorno di diciassettemila lux con tempo sereno e di quindicimila lux con tempo nuvoloso.
- In una notte di luna piena, l'illuminazione è di due decimi di lux. La luce delle stelle in una notte senza luna è solo uno o due millesimi di lux.
- Leggere un libro richiede almeno dai trenta ai cinquanta lux di illuminazione.
- Quando una persona guarda un film in un cinema, il flusso luminoso è di circa cento lux. Le scene più scure avranno un indicatore di ottanta lux e l'immagine di una luminosa giornata di sole "tirerà" centoventi.
- Il tramonto o l'alba sul mare daranno un'illuminazione di circa mille lux. Allo stesso tempo, a una profondità di cinquanta metri, l'illuminazione sarà di circa 20 lux. L'acqua assorbe molto bene la luce solare.
