Keamatan cahaya dan cara mengukurnya. optik gelombang

Menggantikan tumbuhan dengan matahari adalah sangat sukar. Cuba nyalakan lampu di dalam bilik pada hari yang cerah, dan anda akan memahami betapa sedikit cahaya yang dapat diberikan kepada tumbuhan.

Bagi mata manusia, cahaya ialah gelombang tenaga antara 380 nanometer (nm) (ungu) hingga 780 nm (merah). Panjang gelombang yang penting untuk fotosintesis terletak antara 700 nm (merah) dan 450 nm (biru). Ini amat penting untuk diketahui apabila menggunakan pencahayaan buatan, kerana dalam kes ini tidak ada pengedaran seragam gelombang dengan panjang yang berbeza, seperti dalam cahaya matahari. Selain itu, disebabkan reka bentuk lampu, bahagian tertentu spektrum mungkin lebih sengit, yang lain kurang begitu. Di samping itu, mata manusia melihat lebih baik hanya panjang gelombang yang tidak begitu sesuai untuk tumbuhan. Akibatnya, nampaknya beberapa pencahayaan akan kelihatan menyenangkan dan terang kepada kita, tetapi untuk tumbuhan ia akan menjadi tidak sesuai dan lemah.

Keamatan cahaya di dalam dan di luar rumah

Keamatan cahaya yang jatuh pada satah tertentu diukur dalam unit "lux". Pada musim panas, pada tengah hari suria, keamatan cahaya di latitud kami mencapai 100,000 lux. Pada sebelah petang, kecerahan cahaya dikurangkan kepada 25,000 lux. Pada masa yang sama, di bawah naungan, bergantung kepada ketumpatannya, ia hanya akan menjadi sepersepuluh daripada nilai ini atau lebih kurang.

Di rumah, keamatan pencahayaan lebih kurang, kerana cahaya tidak jatuh di sana secara langsung, tetapi dilemahkan oleh rumah atau pokok lain. Pada musim panas, di tingkap selatan, betul-betul di belakang kaca (iaitu, di ambang tingkap), keamatan cahaya mencapai yang terbaik dari 3000 hingga 5000 lux, dan dengan cepat berkurangan ke arah tengah bilik. Pada jarak 2-3 meter dari tingkap, ia akan menjadi kira-kira 500 lux.

Jumlah minimum cahaya yang diperlukan oleh setiap tumbuhan untuk terus hidup adalah kira-kira 500 lux. Dengan pencahayaan yang lebih lemah, ia pasti akan mati. Untuk kehidupan dan pertumbuhan normal, walaupun tumbuhan bersahaja dengan keperluan kecil untuk cahaya memerlukan sekurang-kurangnya 800 lux.

Bagaimana untuk mengukur pencahayaan?

Mata manusia tidak dapat menentukan keamatan mutlak cahaya, kerana ia dikurniakan keupayaan untuk menyesuaikan diri dengan pencahayaan. Di samping itu, mata manusia melihat lebih baik hanya panjang gelombang yang tidak begitu sesuai untuk tumbuhan.

Apa nak buat? Peranti khas - meter cahaya - boleh membantu. Apabila membelinya, sangat penting untuk memberi perhatian kepada julat spektrum cahaya (panjang gelombang) yang mampu diukur. Jika tidak, ia mungkin berlaku semasa pengukuran anda sampai ke panjang gelombang yang tidak sesuai untuk tumbuhan. Ingat - luxmeter, walaupun lebih tepat daripada mata manusia, juga melihat julat gelombang cahaya yang terhad.

Untuk menilai keamatan pencahayaan, kamera atau meter pendedahan foto adalah sesuai. Tetapi kerana apabila mengambil gambar, pencahayaan tidak diukur dalam "lux", anda perlu membuat penukaran yang sesuai.

Pengukuran dilakukan seperti berikut:

1. Tetapkan ISO kepada 100 dan Apertur kepada 4.

2. Letakkan helaian kertas putih di tempat anda ingin mengukur keamatan cahaya dan halakan kamera anda ke arahnya.

3. Tetapkan kelajuan pengatup anda.

4. Penyebut kelajuan pengatup didarab dengan 10 akan memberikan nilai lux anggaran.

Contoh: jika masa pendedahan adalah 1/60 saat, ini sepadan dengan 600 lux.

Mengikut bahan:

Paleeva T. V. “Bunga awak. Penjagaan dan rawatan”, M.: Eksmo, 2003;

Anita Paulisen "Bunga dalam Rumah", M .: Eksmo, 2004;

Vorontsov V. V. "Penjagaan tumbuhan dalaman. Nasihat praktikal untuk pencinta bunga”, Moscow: ZAO Fiton+, 2004;

Bespalchenko E. A. "Tumbuhan hiasan tropika untuk rumah, apartmen dan pejabat", OOO PKF "BAO", Donetsk, 2005;

D. Gosse, "Malah matahari mesti dibantu", majalah "Buletin Kedai Bunga", No. 3, 2005

Mari kita wujudkan hubungan antara sesaran x zarah medium yang mengambil bahagian dalam proses gelombang dan jarak y zarah ini dari punca getaran O untuk sebarang saat. Untuk lebih jelas, kita mempertimbangkan gelombang melintang, walaupun semua penaakulan seterusnya

juga akan benar untuk gelombang membujur. Biarkan ayunan sumber menjadi harmonik (lihat § 27):

di mana A ialah amplitud, kekerapan bulatan ayunan. Kemudian semua zarah medium juga akan datang ke dalam ayunan harmonik dengan frekuensi dan amplitud yang sama, tetapi dengan fasa yang berbeza. Gelombang sinusoidal muncul dalam medium, ditunjukkan dalam Rajah. 58.

Graf gelombang (Rajah 58) adalah sama secara luaran dengan graf ayunan harmonik (Rajah 46), tetapi pada dasarnya ia berbeza. Graf goyangan mewakili sesaran zarah tertentu sebagai fungsi masa. Graf gelombang mewakili pergantungan anjakan semua zarah medium pada jarak ke punca getaran pada masa tertentu. Ia, seolah-olah, gambaran gelombang.

Pertimbangkan beberapa zarah C terletak pada jarak y dari punca ayunan (zarah O). Jelas sekali, jika zarah O sudah berayun, maka zarah C berayun hanya di mana masa perambatan ayunan adalah dari ke C, iaitu, masa di mana gelombang telah melalui laluan y. Kemudian persamaan untuk ayunan zarah C hendaklah ditulis seperti berikut:

Tetapi di manakah kelajuan perambatan gelombang. Kemudian

Perhubungan (23), yang memungkinkan untuk menentukan anjakan mana-mana titik gelombang pada bila-bila masa, dipanggil persamaan gelombang. Dengan memperkenalkan panjang gelombang X sebagai jarak antara dua titik terdekat gelombang yang berada dalam fasa yang sama, contohnya, antara dua puncak gelombang bersebelahan, seseorang boleh memberikan persamaan gelombang bentuk yang berbeza. Jelas sekali, panjang gelombang adalah sama dengan jarak di mana ayunan merambat dalam tempoh dengan kelajuan

di manakah frekuensi gelombang. Kemudian, menggantikan ke dalam persamaan dan mengambil kira bahawa kita memperoleh bentuk lain persamaan gelombang:

Oleh kerana laluan gelombang disertai oleh ayunan zarah medium, tenaga ayunan juga bergerak di angkasa bersama dengan gelombang. Tenaga yang dipindahkan oleh gelombang per unit masa melalui kawasan unit berserenjang dengan rasuk dipanggil keamatan gelombang (atau ketumpatan fluks tenaga). Kami memperoleh ungkapan untuk keamatan gelombang

Proses gelombang dikaitkan dengan perambatan tenaga (E) di angkasa. Ciri tenaga kuantitatif proses ini ialah aliran tenaga (F) - nisbah tenaga yang dipindahkan oleh gelombang melalui permukaan tertentu kepada masa (t) semasa pemindahan ini berlaku. Jika pemindahan tenaga adalah seragam, maka: F \u003d E / t, dan untuk kes umum, aliran mewakili terbitan tenaga berkenaan dengan masa - F \u003d d E / d t. Unit aliran tenaga adalah sama dengan unit kuasa J/s = W.

Keamatan gelombang (atau ketumpatan fluks tenaga) (I)-nisbah fluks tenaga kepada kawasan (S) permukaan yang terletak berserenjang dengan arah perambatan gelombang. Untuk pengagihan seragam tenaga ke atas permukaan yang dilalui gelombang I = F / S, dan dalam kes umum - I = dF / dS. Keamatan diukur dalam W / m 2.

Ambil perhatian bahawa keamatan ialah parameter fizikal yang pada peringkat primer menentukan tahap sensasi fisiologi yang berlaku di bawah tindakan proses gelombang (contohnya, bunyi atau cahaya).

Mewakili dalam bentuk selari dengan panjang l sebahagian daripada medium di mana gelombang merambat. Luas muka selari, yang berserenjang dengan arah halaju gelombang v, akan dilambangkan dengan S(lihat rajah 9) . Mari kita perkenalkan ketumpatan tenaga isipadu bagi gerakan berayun w, mewakili jumlah tenaga per unit isipadu:
w = E / V. semasa t melalui tapak S tenaga yang sama dengan hasil darab isipadu V = l S = v t S pada ketumpatan tenaga isipadu:

E = w v t S .(25)

Membahagikan bahagian kiri dan kanan formula (25) mengikut masa dan kawasan, kita memperoleh ungkapan yang berkaitan dengan keamatan gelombang dan kelajuan perambatannya. Vektor, yang modulusnya sama dengan keamatan gelombang, dan arahnya bertepatan dengan arah perambatannya, dipanggil vektor Umov :

Formula (26) boleh diwakili dalam bentuk yang sedikit berbeza. Memandangkan tenaga ayunan harmonik (lihat formula (7)) dan menyatakan jisim m melalui ketumpatan jirim r dan kelantangan V, untuk ketumpatan tenaga isipadu yang kami perolehi: w =. Kemudian formula (26) mengambil bentuk:

. (27)

Jadi, keamatan gelombang elastik, ditentukan oleh vektor Umov, adalah berkadar terus dengan halaju perambatannya, kuasa dua amplitud ayunan zarah, dan kuasa dua frekuensi ayunan.

Cahaya memainkan peranan yang besar bukan sahaja di kawasan pedalaman, tetapi juga dalam kehidupan kita secara umum. Lagipun, kecekapan kerja, serta keadaan psikologi kita, bergantung pada pencahayaan bilik yang betul. Cahaya memberi seseorang peluang bukan sahaja untuk melihat, tetapi juga untuk menilai warna dan bentuk objek sekeliling.

Sudah tentu, cahaya semula jadi paling selesa untuk mata manusia. Dalam pencahayaan sedemikian, semuanya dilihat dengan baik dan tanpa herotan warna. Tetapi tidak selalu pencahayaan semula jadi hadir, dalam gelap, sebagai contoh, anda perlu membuat kaitan dengan sumber cahaya buatan.

Supaya mata tidak tegang, dan penglihatan tidak merosot, adalah perlu untuk mewujudkan keadaan optimum untuk cahaya dan bayang-bayang, mewujudkan pencahayaan yang paling selesa.

Untuk mata, pencahayaan yang paling menyenangkan adalah semula jadi

Pencahayaan, serta banyak faktor lain, dinilai dari segi parameter kuantitatif dan kualitatif. Ciri kuantitatif ditentukan oleh keamatan cahaya, manakala ciri kualitatif ditentukan oleh komposisi spektrum dan pengedarannya dalam ruang.

Bagaimana dan bagaimanakah keamatan cahaya diukur?

Cahaya mempunyai banyak ciri dan masing-masing mempunyai unit ukuran sendiri:

• Keamatan cahaya mencirikan jumlah tenaga cahaya yang dipindahkan dalam masa tertentu ke mana-mana arah. Ia diukur dalam candelas (cd), 1 cd adalah lebih kurang sama dengan keamatan cahaya yang dipancarkan oleh satu lilin yang menyala;
• Kecerahan juga diukur dalam candela, di samping itu, terdapat unit seperti stilb, apostilb dan lambert;
• Pencahayaan ialah nisbah fluks bercahaya yang jatuh pada kawasan tertentu ke permukaannya. Ia diukur dalam lux.

Ia adalah pencahayaan yang merupakan penunjuk penting untuk berfungsi dengan baik penglihatan. Untuk menentukan nilai ini, alat pengukur khas digunakan. Ia dipanggil luxometer.

Luxometer ialah peranti untuk mengukur pencahayaan.

Peranti ini terdiri daripada penerima cahaya dan bahagian pengukur, ia boleh daripada jenis penunjuk atau elektronik. Penerima cahaya ialah fotosel yang menukarkan gelombang cahaya kepada isyarat elektrik dan menghantarnya ke bahagian pengukur. Peranti ini ialah fotometer dan mempunyai kepekaan spektrum tertentu. Dengan itu, anda boleh mengukur bukan sahaja cahaya yang kelihatan, tetapi juga sinaran inframerah, dsb.

Peranti ini digunakan di premis perindustrian dan di institusi pendidikan, serta di rumah. Untuk setiap jenis aktiviti dan pekerjaan, terdapat piawaian untuk keamatan cahaya yang sepatutnya.

Keamatan cahaya yang selesa

Keselesaan visual bergantung kepada banyak faktor. Setakat ini, yang paling menyenangkan mata manusia ialah cahaya matahari. Tetapi irama kehidupan moden menentukan peraturannya sendiri, dan selalunya anda perlu bekerja atau hanya berada dalam pencahayaan buatan.

Pengilang lekapan lampu dan lampu cuba mencipta sumber cahaya sedemikian yang sesuai dengan keanehan persepsi visual orang dan akan mencipta cahaya yang paling selesa dari segi keamatan.

Cahaya daripada lampu pijar paling tepat menghasilkan semula warna semula jadi

Lampu pijar konvensional menggunakan spring pijar sebagai sumber cahaya, dan oleh itu, cahaya ini paling mirip dengan cahaya semula jadi.

Lampu dibahagikan kepada kategori berikut mengikut jenis cahaya yang diberikan:

• cahaya hangat dengan warna kemerahan, ia sangat sesuai untuk persekitaran rumah;
• cahaya neutral, putih, digunakan untuk menerangi tempat kerja;
• cahaya sejuk, kebiruan, bertujuan untuk tempat di mana kerja berketepatan tinggi dilakukan atau untuk tempat dengan iklim panas.

Adalah penting bukan sahaja jenis lampu yang dimiliki, tetapi juga reka bentuk lampu itu sendiri. lampu atau candelier: berapa banyak mentol lampu diskrukan di mana cahaya diarahkan, warna ditutup atau terbuka - semua ciri ini mesti diambil kira semasa memilih peranti pencahayaan.

Piawaian pencahayaan ditetapkan dalam beberapa dokumen, yang paling penting ialah: SNiP (kod dan peraturan bangunan) dan SanPiN (peraturan dan peraturan kebersihan). Terdapat juga MGSN (kod bangunan bandar Moscow), serta set peraturannya sendiri untuk setiap wilayah.

Berdasarkan semua dokumen ini, keputusan dibuat tentang keamatan pencahayaan yang sepatutnya.

Sudah tentu, apabila memikirkan candelier mana yang hendak digantung di ruang tamu, bilik tidur atau dapur, tiada siapa yang mengukur keamatan pencahayaan dengan luxmeter. Walau bagaimanapun, adalah sangat berguna untuk mengetahui secara umum cahaya mana yang akan lebih selesa untuk mata.

Jadual 1 menunjukkan piawaian pencahayaan untuk premis kediaman:

Jadual 1

Jadual 2 menunjukkan piawaian pencahayaan untuk pejabat

Di rumah, tanpa peralatan khas, sukar untuk mengukur pencahayaan di dalam premis, dan oleh itu, untuk memahami lampu mana yang hendak dipilih, anda harus memberi perhatian kepada warna (sejuk, neutral atau hangat) dan bilangan watt. Di bilik rekreasi, lebih baik menggunakan yang tidak terlalu terang, dan di bilik kerja - dengan cahaya yang lebih terang.

Memandangkan cahaya semula jadi paling menyenangkan mata, lampu yang memberikan cahaya hangat harus diutamakan dalam persekitaran rumah. Apabila pulang ke rumah, pastinya mata kita memerlukan rehat selepas penat bekerja. Lampu bersaiz betul untuk candelier dan lampu akan membantu mencipta keamatan pencahayaan yang betul.