Hoje vamos falar sobre a fórmula de iluminação para áreas abertas e interiores, bem como dar a magnitude do fluxo luminoso em diferentes circunstâncias.
Vela e roca
Antes da eletrificação generalizada, a fonte de luz era o sol, a lua, o fogo e a vela. Os cientistas já no século XV conseguiram criar um sistema de lentes para melhorar a iluminação, mas a maioria das pessoas trabalhava e vivia à luz de velas.
Alguns sentiram pena de gastar dinheiro em luzes de cera, ou esta forma de prolongar o dia simplesmente não estava disponível. Em seguida, eles usaram opções alternativas de combustível - óleo, gordura animal, madeira. Por exemplo, as camponesas russas da faixa do meio tecem linho durante toda a vida à luz de uma tocha. O leitor pode perguntar: "Por que isso teve que ser feito à noite?" Afinal, o coeficiente de luz natural durante o dia é muito maior. O fato é que durante o dia as camponesas tinham muitas outras preocupações. Além disso, o processo de tecelagem é muito meticuloso e requer tranquilidade. Era importante para as mulheres que ninguém pisasse na tela, para que as crianças não confundissem os fios e os homens não distraíssem.
Mas com tal vida há um perigo: o fluxo luminoso (nós formulamosdar um pouco mais baixo) da tocha é muito baixo. Olhos tensos e as mulheres rapidamente perderam a visão.
Iluminação e aprendizado
Quando os alunos da primeira série vão para a escola no dia primeiro de setembro, eles esperam milagres com entusiasmo. Eles são capturados pela régua, flores, forma bonita. Eles estão interessados em como será seu professor, com quem eles se sentarão na mesma mesa. E uma pessoa se lembra desses sentimentos pelo resto de sua vida.
Mas os adultos, quando mandam seus filhos para a escola, devem pensar em coisas mais prosaicas do que em deleite ou decepção. Pais e professores estão preocupados com o conforto da carteira, o tamanho da sala de aula, a qualidade do giz e a fórmula de iluminação da sala. Esses indicadores têm normas para crianças de todas as idades. Portanto, os alunos devem ser gratos que as pessoas pensaram com antecedência não apenas no currículo, mas também no lado material da questão.
Iluminação e trabalho
Não é à toa que as escolas realizam inspeções nas quais é aplicada uma fórmula para calcular a iluminação das salas de aula. Crianças de dez ou onze anos não fazem nada além de ler e escrever. Então eles fazem sua lição de casa à noite, novamente não se separando de canetas, cadernos e livros didáticos. Depois disso, os adolescentes modernos também aderem a uma variedade de telas. Como resultado, toda a vida de um aluno está associada a uma carga de visão. Mas a escola é apenas o começo da vida. Além disso, todas essas pessoas estão esperando por uma universidade e trabalho.
Cada tipo de trabalho requer sua própria saída de luz. A fórmula de cálculo sempre leva em consideração queuma pessoa faz 8 horas por dia. Por exemplo, um relojoeiro ou joalheiro deve considerar os menores detalhes e tons de cores. Portanto, o local de trabalho das pessoas nesta profissão requer lâmpadas grandes e brilhantes. Um botânico que estuda as plantas da floresta tropical, ao contrário, precisa ficar constantemente no crepúsculo. As orquídeas e bromélias estão acostumadas ao fato de que a camada superior das árvores recebe quase toda a luz do sol.
Fórmula
Vindo diretamente para a fórmula de iluminação. Sua expressão matemática fica assim:
Eυ=dΦυ / dσ.
Vamos dar uma olhada mais de perto na expressão. Obviamente, Eυ é a iluminação, então Φυ é o fluxo luminoso e σ é uma pequena unidade de área na qual o fluxo incide. Pode-se ver que E é um valor integral. Isso significa que segmentos e peças muito pequenos são considerados. Ou seja, os cientistas somam a iluminação de todas essas pequenas áreas para obter o resultado final. A unidade de iluminação é lux. O significado físico de um lux é um fluxo luminoso, para o qual existe um lúmen por metro quadrado. O lúmen, por sua vez, é um valor muito específico. Denota o fluxo luminoso emitido por uma fonte isotrópica pontual (daí a luz monocromática). A intensidade luminosa desta fonte é igual a uma candela por ângulo sólido de um esterradiano. A unidade de iluminação é um valor complexo que inclui o conceito de "candela". O significado físico da última definição é o seguinte: a intensidade da luz em uma direção conhecida de uma fonte queemite radiação monocromática com uma frequência de 540 1012 Hz (comprimento de onda na região visível do espectro), e a intensidade de energia da luz é 1/683 W/sr.
Conceitos de luz
Claro, todos esses conceitos à primeira vista parecem um cavalo esférico no vácuo. Tais fontes não existem na natureza. E o leitor atento certamente se fará a pergunta: “Por que isso é necessário?” Mas os físicos precisam comparar. Portanto, eles têm que introduzir certas normas que devem ser guiadas. A fórmula de iluminação é simples, mas muita coisa pode não ser clara. Vamos detalhar.
Índice "υ"
Index υ significa que o valor não é bem fotométrico. E isso se deve ao fato de que as capacidades humanas são limitadas. Por exemplo, o olho percebe apenas o espectro visível da radiação eletromagnética. Além disso, as pessoas veem a parte central dessa escala (refere-se à cor verde) muito melhor do que as áreas marginais (vermelho e roxo). Ou seja, de fato, uma pessoa não percebe 100% dos fótons de cor amarela ou azul. Ao mesmo tempo, existem dispositivos que não apresentam esse erro. Os valores reduzidos que a fórmula de iluminância opera (fluxo luminoso, por exemplo) e que são denotados pela letra grega "υ", são corrigidos para a visão humana.
Gerador de Radiação Monocromática
Na base, como mencionado acima, está o número de fótons com um certo comprimentoondas que são emitidas em uma determinada direção por unidade de tempo. Mesmo o laser mais monocromático tem alguma distribuição de comprimento de onda. E ele certamente tem que estar em alguma coisa. Isso significa que os fótons não são emitidos em todas as direções. Mas na fórmula existe algo como uma "fonte pontual de luz". Este é outro modelo projetado para unificar um determinado valor. E nem um único objeto do universo pode ser chamado assim. Assim, uma fonte de luz pontual é um gerador de fótons que emite um número igual de quanta de campo eletromagnético em todas as direções, seu tamanho é igual a um ponto matemático. No entanto, há um truque, ele pode tornar um objeto real uma fonte pontual: se a distância que os fótons alcançam for muito grande em comparação com o tamanho do gerador. Assim, nossa estrela central, o Sol, é um disco, mas as estrelas distantes são pontos.
Arvore, bem, estacione
Certamente um leitor atento notou o seguinte: em um dia ensolarado, uma área aberta parece muito mais iluminada do que uma clareira ou gramado fechado de um lado. Portanto, a beira-mar é tão sedutora: está sempre ensolarado e quente lá. Mas mesmo uma grande clareira na floresta é mais escura e fria. E o poço raso fica mal iluminado no dia mais claro. Isso ocorre porque se uma pessoa vê apenas parte do céu, menos fótons atingem seu olho. O coeficiente de iluminação natural é calculado como a razão do fluxo de luz de todo o céu para a área visível.
Círculo, oval, ângulo
Tudo issoconceitos estão relacionados com a geometria. Mas agora vamos falar de um fenômeno que está diretamente relacionado à fórmula da iluminação e, consequentemente, à física. Até este ponto, assumiu-se que a luz incide na superfície perpendicularmente, estritamente para baixo. Isso, é claro, também é uma aproximação. Nessa condição, a distância da fonte de luz significa a queda da iluminação na proporção do quadrado da distância. Assim, as estrelas que uma pessoa vê a olho nu no céu estão localizadas não muito longe de nós (todos eles pertencem à Via Láctea) ou muito brilhantes. Mas se a luz atinge a superfície em um ângulo, as coisas são diferentes.
Pense em uma lanterna. Dá um ponto redondo de luz quando direcionado estritamente perpendicular à parede. Se você incliná-lo, o ponto mudará de forma para um oval. Como você sabe da geometria, um oval tem uma área maior. E como a lanterna ainda é a mesma, significa que a intensidade da luz é a mesma, mas está, por assim dizer, “manchada” sobre uma grande área. A intensidade da luz depende do ângulo de incidência de acordo com a lei do cosseno.
Primavera, inverno, outono
O título parece o título de um belo filme. Mas a presença de estações depende diretamente do ângulo em que a luz incide em seu ponto mais alto na superfície do planeta. E no momento não se trata apenas da Terra. As estações existem em qualquer objeto do sistema solar cujo eixo de rotação esteja inclinado em relação à eclíptica (por exemplo, em Marte). O leitor provavelmente já adivinhou: quanto maior o ângulo de inclinação, menos fótons por quilômetro quadrado de superfície por segundo. De modo aa estação será mais fria. No momento do maior desvio do planeta no hemisfério, reina o inverno, no momento do menor - verão.
Números e fatos
Para não ficar sem fundamento, aqui estão alguns dados. Nós avisamos: todos eles são médios e não são adequados para resolver problemas específicos. Além disso, existem diretórios de iluminação de superfície por diferentes tipos de fontes. É melhor se referir a eles ao fazer cálculos.
- A uma distância do Sol a qualquer ponto no espaço, que é aproximadamente igual à distância da Terra, a iluminação é de cento e trinta e cinco mil lux.
- Nosso planeta tem uma atmosfera que absorve parte da radiação. Portanto, a superfície da Terra é iluminada com um máximo de cem mil lux.
- As latitudes médias do verão são iluminadas ao meio-dia por dezessete mil lux em tempo claro e por quinze mil lux em tempo nublado.
- Em uma noite de lua cheia, a iluminação é de dois décimos de lux. A luz das estrelas em uma noite sem lua é apenas um ou dois milésimos de lux.
- Ler um livro requer pelo menos trinta a cinquenta lux de iluminação.
- Quando uma pessoa assiste a um filme no cinema, o fluxo luminoso é de cerca de cem lux. As cenas mais escuras terão um indicador de oitenta lux, e a imagem de um dia ensolarado brilhante “puxará” cento e vinte.
- Pôr do sol ou nascer do sol sobre o mar dará uma iluminação de cerca de mil lux. Ao mesmo tempo, a uma profundidade de cinquenta metros, a iluminação será de cerca de 20 lux. A água absorve muito bem a luz solar.
