WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 19 |

7. Обеспечение электро-, взрыво- и пожаробезопасности.

Неправильная эксплуатация, ошибки, допущенные при проектировании и устройстве осветительных установок в пожаро- и взрывоопасных цехах (неправильный выбор светильников, проводов), могут привести к взрыву, пожару и несчастным случаям.

8. Экономичность. Определяется, во-первых, экономическими и эксплуатационными характеристиками источника света (светоотдача и срок службы лампы) и, во-вторых, является основой выбора варианта проектного решения осветительной установки. Основные санитарногигиенические требования к производственному освещению сформулированы в СНиП 23-05–95, отраслевых нормах и др.

2.2. Основные этапы развития светотехники Великий английский физик Исаак Ньютон (1643–1727) первый создал научно обоснованную гипотезу, объяснившую природу световых явлений. Согласно этой гипотезе, световые излучения представляют собой поток мельчайших особых частиц-корпускул, исходящих от источника света и распространяющихся прямолинейно по различным направлениям пространства. Эта теория света более ста лет была господствующей.

Почти одновременно с И. Ньютоном голландский физик Х. Гюйгенс (1629–1695) создал гипотезу о волновом характере света. Световые явления он объяснил упругой деформацией гипотетической среды – эфира. Рассматривая распределение света как волновой процесс, он не представлял себе этот процесс периодическим, который можно характеризовать длиной волны и частотой. Х. Гюйгенс сформулировал общий принцип, позволяющий определить путем геометрического построения направление распространения света.

Волновую теорию света разделяли и развивали крупные русские ученые Л. Эйлер (1707–1783) и М.В. Ломоносов (1711–1765), которые также рассматривали процесс распространения света как волновой процесс, происходящий в гипотетической среде – эфире.

Французский физик О. Френель (1788–1827) и английский физик Т. Юнг (1773–1829) продолжили разработку волновой теории света и дали объяснение прямолинейному распространению света с позиций волновой теории. Рассматривая интерференцию поляризованного света, они доказали поперечность световых волн. Интерференция света – явление попеременного ослабления и усиления света в различных местах пространства, на которые падают лучи света, вышедшие из одного и того же источника света, но прошедшие разные пути, что доказывает волновую природу света. Поляризация света – различие величин амплитуд световых колебаний в разных направлениях, перпендикулярных направлению распространения света. Поляризация света возможна ввиду поперечности световых колебаний. При линейной поляризации света световые колебания происходят только в одном направлении, остающемся постоянным;

при круговой или эллиптической поляризации света направления колебаний регулярно изменяются; такой свет называется поляризованным.

Английский физик М. Фарадей (1791–1867) установил связь между оптическими и магнитными явлениями, обнаружив вращение плоскости поляризации излучения в магнитном поле.

Английский физик К. Максвелл (1831–1879) на основании теоретических исследований показал, что электромагнитные волны распространяются в пустоте со скоростью с = 3 · 1010 см · с-1, с такой же скоростью распространяется свет в безвоздушном пространстве.

Таким образом, К. Максвелл доказал электромагнитную природу света, по которой свет представляет собой электромагнитные волны очень короткой длины.

В 1900 г. немецкий физик-теоретик М. Планк (1858–1947) высказал гипотезу о возникновении излучения порциями энергии. Минимальная порция лучистой энергии – квант энергии:

h, где – квант энергии излучения, эрг; h – постоянная Планка, равная 6,624 · 10-27 эрг · с; – частота излучения, с-1.

Энергия однородного (монохроматического) излучения всегда кратна величине кванта энергии излучения:

W n, где n – целое число выделенных квантов.

Квантовый характер поглощения и возникновения излучения установлен в настоящее время для всего диапазона электромагнитного спектра.

А. Эйнштейн (1879–1955) разработал фотонную теорию, согласно которой излучение представляет собой поток частиц – фотонов с энергией h. Возникновение, распространение и поглощение излучения происходит отдельными фотонами.

Таким образом, природа излучения является двойственной.

Явление дифракции и интерференции хорошо объясняет волновая теория, и в то же время явления выделения и поглощения излучения объясняет только квантовая теория излучения.

Опыты П.Н. Лебедева (1866–1912), доказавшие, что свет оказывает давление, убедительно показали материальность излучения, т.е. что излучение обладает массой. Установлена связь между энергией фотона и его массой:

h m, ф с2 сгде mф – масса фотона; с – скорость света.

2.3. Основные понятия и определения, применяемые в светотехнике 2.3.1. Лучистая энергия Наука об использовании энергии оптической области спектра называется светотехникой. Энергию оптической области спектра принято называть лучистой энергией.

Излучения оптической области электромагнитного спектра делятся на ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения.

Ультрафиолетовое излучение (УФ) – оптическое излучение, длины волн монохроматических составляющих которого лежат в пределах от 100 до 380 нм. Ультрафиолетовое излучение обладает самыми мощными фотонами в оптической области спектра. При облучении ультрафиолетом люминофоров получается источник видимых излучений (люминесцентные лампы), он обладает сильным фотохимическим действием и широко применяется в фотографической технике для получения негативных и позитивных изображений, а также оказывает многообразное биологическое действие. Без ультрафиолетовых излучений невозможно нормальное функционирование организма человека и животного. Большие дозы этого излучения вызывают ожоги кожи, воспаление слизистых оболочек, гибель бактерий. Лучистая энергия может быть измерена в эргах, джоулях, калориях или других единицах энергии.



Видимое излучение (свет) – излучение, которое, попадая на сетчатую оболочку глаза, может вызвать зрительное ощущение (превращение энергии внешнего раздражителя в факт сознания) и позволяет видеть все многообразие окружающего нас мира. Свет имеет двоякую природу: волновую и квантовую. Видимое излучение имеет длины волн монохроматических составляющих в пределах 380– 780 нм. Каждый диапазон длин волн вызывает определенное цветовое ощущение. Например, красный цвет имеет длину волны 680 нм, зеленый – 480 нм, фиолетовый – 380 нм. Излучение этого участка спектра обладает значительными фотоэлектрическими и фотохимическими действиями.

Инфракрасное излучение (ИК) имеет длины волн монохроматических составляющих больше длин волн видимого излучения от 780 до 340 000 нм (но не более 1 мм), фотоны с меньшей энергией, чем видимых и ультрафиолетовых излучений. Инфракрасное излучение имеет важное значение в теплообмене человека с внешней средой, так как теплоотдача организма в большей мере происходит путем излучения. Характерным для излучений этого участка спектра является их тепловое действие и в значительно меньшей степени фотоэлектрическое и фотохимическое действие. В последнее время появились фотоматериалы, позволяющие получить фотоснимки при помощи инфракрасных излучений, и ограниченное число полупроводниковых приборов, преобразующих лучистую энергию этого участка спектра в энергию электрическую.

2.3.2. Лучистый поток Мощность лучистой энергии оптического излучения называется лучистым потоком и обозначается буквой Фе. Лучистый поток, состоящий из однородных излучений только одной длины волны, называется монохроматическим, т.е. одноцветным, и обозначается Фе.

Если же в потоке содержатся излучения различных длин волн, такой поток называется сложным.

Спектр лучистого потока может быть сплошным или линейчатым.

Сплошным – когда сложный поток состоит из монохроматических излучений всех длин волн некоторой области спектра; линейчатым – когда сложный поток образуется из монохроматических излучений только одной или нескольких длин волн. Пример сплошного спектра излучения – лампы накаливания, а пример линейчатого – спектр излучения разряда в парах металлов.

Лучистый поток, как и любая мощность, измеряется в ваттах.

Длина волны и мощность являются качественной и количественной характеристикой монохроматического лучистого потока. Для сложного потока такие характеристики обычно задаются в графическом виде.

2.3.3. Световой поток Видимое излучение, оцениваемое по световому ощущению, которое оно производит на средний человеческий глаз, называется световым излучением, а мощность такого излучения – световым потоком:

dQ Ф, dt где Q – энергия излучения.

Излучения равной мощности, но разной длины волны обладают неодинаковой световой эффективностью, т.е. вызывают неодинаковые световые ощущения. Глаз наиболее чувствителен к излучениям средней части видимого спектра и имеет максимальную чувствительность при длине волны = 555 нм, окрашенную в желтозеленый цвет. По экспериментальным данным, световая эффективность такого излучения составляет 680 лм/Вт.

Чувствительность глаза к этим лучам приравнивается к единице, а к другим монохроматическим лучам определяется кривой относительной видимости (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Кривая относительной видимости Единица светового потока – люмен (лм); 1 лм соответствует световому потоку, излучаемому в единичном телесном угле (стерадиан) точечным изотропным источником с силой света 1 кандела.

2.3.4. Сила света Источники света излучают световой поток в разных направлениях неодинаково, поэтому для характеристики интенсивности излучения светового потока в том или ином направлении вводится понятие пространственной плотности светового потока, называемой силой света (I) источника в данном направлении. Математически сила света выражается отношением элементарного светового потока dФ к элементарному телесному углу d, в котором он распространяется, т.е.

dФ I.

d Телесный угол – часть пространства, ограниченная прямыми, проведенными из одной точки (вершины) ко всем точкам какой-либо замкнутой кривой (рис. 2.2). За единицу телесного угла принят стерадиан. За единицу измерения силы света принята кандела (кд).

2.3.5. Яркость Величина, характеризующая уровень светового ощущения, называется яркостью. Яркость L светящейся поверхности определяется отношением силы света I в данном направлении к площади проекции светящейся поверхности S на плоскость, перпендикулярную данному направлению и выражается в кд/м2:

dI L, dS cos где – угол между перпендикуляром к площади светящейся поверхности и направлением излучения.

Рис. 2.2. Телесный угол За единицу измерения яркости кд/м2 принята яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света 1 кд с площади 1 м2. Для этой же единицы применяется и второе наименование – нит (нт). 1 нт равен 0,0001 стильба (сб).

Пример: лист белой бумаги, освещенный настольной лампой мощностью 60 Вт, имеет яркость 30–40 кд/м2.





Для измерения яркости применяется прибор, называемый фотометром.

2.3.6. Освещенность и светимость Световой поток Фпад, падающий на некоторую поверхность S, распределяется по ней в общем случае неравномерно. Поверхностная плотность светового потока в данной точке называется освещенностью Е и определяется отношением светового потока dФпад к площади этой поверхности dS:

dФпад E.

dS Средняя величина освещенности для точек данной поверхности определяется отношением Фпад E.

ср S Примерно оценить понятие освещенности можно, зная, что освещенность поверхности Земли в лунную ночь составляет порядка 0,2 лк, а в солнечный день доходит до 100 000 лк.

Для поверхностей, излучающих свет, аналогично понятию освещенности вводится понятие светимости М, под которой понимают поверхностную плотность излучаемого потока Физл:

dФизл М, dS Физл М.

ср S За единицу освещенности принят люкс (лк).

Люкс соответствует поверхностной плотности светового потока 1 лм, равномерно распределенного по площади 1 м2. Единица светимости специального названия не имеет и определяется как лм/м2.

Для измерения освещенности применяются приборы, называемые люксметрами. Люксметр наиболее распространенной конструкции (Ю-116, 117 и др.) состоит из фотоэлемента и соединенного с ним электрическим шнуром гальванометра.

2.3.7. Световые свойства тел Если на какое-либо тело падает световой поток Ф, то в общем случае часть потока Ф отражается, часть Ф поглощается и часть Ф пропускается через него. При этом имеет место равенство Ф Ф Ф Ф, или в относительных единицах Ф Ф Ф.

Ф Ф Ф Относительные величины отраженного, поглощенного и пропущенного световых потоков носят название коэффициентов отражения, поглощения и пропускания и выражаются в долях единицы или в процентах.

Отражением называется возвращение излучения объектом без изменения длин волн составляющих его монохроматических излучений. Коэффициент отражения () представляет собой отношение отраженного телом светового потока (Ф) к падающему:

Ф.

Ф Поглощением называется поглощение излучения объектом без изменения длин волн составляющих его монохроматических излучений. Коэффициент поглощения () – отношение поглощенного телом светового потока (Ф) к падающему:

Ф.

Ф Пропусканием называется прохождение излучения (света) сквозь среду без изменения длин волн составляющих его монохроматических излучений. Коэффициент пропускания () – отношение светового потока, прошедшего через среду (Ф), к падающему:

Ф.

Ф 2.3.8. Цветовые свойства тел Большинство реальных тел пропускает и отражает свет селективно, т.е. коэффициенты отражения и пропускания этих тел зависят от длины волны.

Цвет любого тела определяется спектральным составом падающего на него света и зависимостью спектрального коэффициента отражения этого тела от длины волны. Аналогично и для пропускания света телом. Красный цвет имеет одну длину, зеленый – другую (меньше), волны синих лучей еще короче. Белый свет – это смесь всех цветовых лучей сразу. Когда он падает на предмет, одни волны поглощаются, а другие отражаются. Какие волны отразились – такой цвет мы и увидим. Белая бумага отражает все волны одинаково хорошо, и поэтому она воспринимается как белая, черный бархат поглощает все волны, и поэтому кажется черным.

2.4. Устройство глаза Основная задача светотехники – создание наилучших условий для процесса видения. При решении этой задачи необходимо исходить из свойств и закономерности работы человеческого глаза.

Глаз человека по своему устройству аналогичен фотоаппарату (рис.

2.3). Хрусталик подобен объективу, зрачок – диафрагме, светочувствительная сетчатая оболочка – фотопленке. Сетчатая оболочка (сетчатка) содержит в себе клетки (нейроны), являющиеся приемниками световых раздражений. В сетчатке имеются три ряда взаимно связанных нейронов, образующих в совокупности «сетку» толщиной около 0,2 мм. Свет проходит через эту сетку и, достигая оконечных нейронов, вызывает в них фотохимическую реакцию, обусловливающую зрительное ощущение.

Рис. 2.3. Глаз как оптическая система:

1 – сетчатка; 2 – зрачок; 3 – хрусталик Оконечные нейроны, являющиеся приемниками световых излучений, разделяются на две группы: более чувствительные нейроны, имеющие резко вытянутую форму, называются палочками, а менее чувствительные, округлой формы – колбочками. Колбочки располагаются в центральной части сетчатки и являются аппаратом дневного зрения, а палочки размещены на периферии сетчатки и служат аппаратом ночного зрения, когда глазу необходима повышенная чувствительность. Колбочки реагируют на яркость и на цвет. Палочки же не воспринимают цвета, а реагируют только на яркость. В условиях сумерек в работе глаза участвуют палочки и колбочки. Цветоощущение в этих условиях хотя и сохраняется, но чувствительность глаза к цвету носит уже иной характер.

2.4.1. Функции и параметры зрения Глаз может приспосабливаться (адаптироваться) к разнообразным условиям освещения в очень широких пределах.

Адаптация – приспособление глаза к изменившимся уровням освещения. Благодаря механизму адаптации зрительная система обладает способностью работать в широком диапазоне освещенностей зрачка. Различают два вида адаптации – темновую и световую.

Темновая адаптация – приспособление глаза к работе в условиях низких яркостей поля зрения. Темновая адаптация происходит при понижении яркостей в поле зрения, т.е. при переходе от условий дневного зрения к условиям ночного зрения.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 19 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.