Інтенсивність освітлення та способи її вимірювання. Хвильова оптика

Замінити рослині сонце дуже важко. Спробуйте сонячного дня включити в кімнаті лампу, і ви зрозумієте, наскільки мало світла вона здатна дати рослинам.

Для людського ока світло – це енергетичні хвилі завдовжки від 380 нанометрів (нм) (фіолетовий) до 780 нм (червоний). Важливі для фотосинтезу хвилі лежать між 700 нм (червоний) та 450 нм (синій). Це особливо важливо знати при використанні штучного освітлення, адже в цьому випадку немає рівномірного розподілу хвиль різної довжини, як при сонячному світлі. Більше того, через конструкцію лампи окремі частини спектру можуть виявитися більш інтенсивними, інші менші. До того ж, людське око краще сприймає хвилі такої довжини, які не надто придатні для рослин. В результаті може вийти, що якесь освітлення здасться нам приємним і яскравим, а для рослин воно буде невідповідним і слабким.

Інтенсивність освітлення всередині та поза приміщенням

Інтенсивність світла, падаючого певну площину, вимірюється в одиниці «люкс». Влітку сонячного полудня інтенсивність світла в наших широтах досягає 100 000 люкс. У другій половині дня яскравість світла знижується до 25 000 люкс. У цей час у тіні, залежно від її густоти, вона становитиме лише десяту частину цього значення і навіть менше.

У будинках інтенсивність освітлення набагато менше, оскільки світло падає туди не прямо, а послаблюється іншими будинками чи деревами. Влітку на південному вікні, прямо за склом (тобто на підвіконні), інтенсивність світла досягає в найкращому випадкувід 3000 до 5000 люкс, а до середини кімнати швидко знижується. На відстані 2-3 метри від вікна вона складе близько 500 люкс.

Мінімальна кількість світла, яка потрібна для виживання кожній рослині, становить приблизно 500 люксів. При слабшому освітленні воно неминуче загине. Для нормального життяі росту навіть невибагливим рослинам з невеликою потребою у світлі необхідно як мінімум 800 люксів.

Як виміряти освітленість?

Людське око не в змозі визначити абсолютну інтенсивність світла, оскільки воно наділене здатністю пристосовуватися до освітлення. До того ж, око людини краще сприймає хвилі такої довжини, які не надто придатні для рослин.

Що ж робити? Допомогти може спеціальний прилад – люксметр. При його купівлі дуже важливо звертати увагу на те, який діапазон світлового спектру(довжину хвилі) він може виміряти. Інакше може статися так, що при вимірі ви потрапите на непридатну для рослин довжину хвилі. Пам'ятайте – люксметр, хоч і точніше людського ока, але теж сприймає обмежений діапазон світлових хвиль.

Для оцінки інтенсивності освітлення підійде камера або фотоекспонометр. Але оскільки при фотографуванні освітленість вимірюється не в люксах, доведеться провести відповідний перерахунок.

Вимірювання проводять так:

1.Встановіть світлочутливість на 100, а діафрагму на 4.

2. Покладіть білий аркуш паперу в місці, де хочете виміряти інтенсивність освітлення, і наведіть на нього фотоапарат.

3. Визначте витримку.

4. Знаменник витримки, помножений на 10, дасть зразкове значення люкс.

Приклад: якщо час витримки становив 1/60 секунди, це відповідає 600 люкс.

За матеріалами:

Палеєва Т. В. «Ваші квіти. Догляд та лікування», М.: Ексмо, 2003;

Аніта Паулісен «Квіти в домі», М.: Ексмо, 2004;

Воронцов В. В. «Догляд за кімнатними рослинами. Практичні порадилюбителям квітів», М.: ЗАТ «Фітон+», 2004;

Беспальченко О. О. «Тропічні декоративні рослини для дому, квартири та офісу», ТОВ ВКФ «БАТ», Донецьк, 2005;

Д. Госсе, «Навіть сонцю треба допомагати», журнал «Вісник квітникара», №3, 2005 р.

Встановимо залежність між зміщенням x частинок середовища, що беруть участь у хвильовому процесі, і відстанню у цих частинок від джерела коливань Про для будь-якого моменту часу Для більшої наочності розглянемо поперечну хвилю, хоча всі наступні міркування

будуть вірні і для поздовжньої хвилі. Нехай коливання джерела є гармонійними (див. § 27):

де А – амплітуда, кругова частота коливань. Тоді всі частинки середовища теж прийдуть у гармонійне коливання з такою самою частотою та амплітудою, але з різними фазами. У середовищі виникає синусоїдальна хвиля, зображена на рис. 58.

Графік хвилі (рис. 58) зовні схожий графік гармонійного коливання (рис. 46), але сутнісно вони різні. Графік коливання представляє залежність усунення цієї частки від часу. Графік хвилі представляє залежність усунення всіх частинок середовища від відстані до джерела коливань в Наразічасу. Він є як би миттєвою фотографією хвилі.

Розглянемо деяку частинку С, що знаходиться на відстані від джерела коливань (частки О). Очевидно, що якщо частка Про коливається вже то частка С коливається ще де час поширення коливань від до С, тобто час, за яке хвиля пройшла шлях у. Тоді рівняння коливання частки С слід написати так:

Але де швидкість поширення хвилі. Тоді

Співвідношення (23), що дозволяє визначити зміщення будь-якої точки хвилі у будь-який момент часу, називається рівнянням хвилі. Вводячи на розгляд довжину хвилі X як відстань між двома найближчими точками хвилі, що знаходяться в однаковій фазі, наприклад між двома сусідніми гребенями хвилі, можна надати рівняння хвилі інший вид. Очевидно, що довжина хвилі дорівнює відстані, на яку поширюється коливання за період зі швидкістю

де частота хвилі. Тоді, підставляючи в рівняння та враховуючи, що отримаємо інші форми рівняння хвилі:

Оскільки проходження хвиль супроводжується коливанням частинок середовища, разом із хвилею переміщається у просторі й енергія коливань. Енергія, що переноситься хвилею за одиницю часу через одиницю площі, перпендикулярної до променя, називається інтенсивністю хвилі (або щільністю потоку енергії). Отримаємо вираз для інтенсивності хвилі

Хвильовий процес пов'язаний із поширенням енергії (Е)в просторі. Кількісної енергетичною характеристикоюцього процесу є потік енергії (Ф) - відношення енергії, перенесеної хвилею через деяку поверхню, до часу (t), за який це перенесення відбувається. Якщо перенесення енергії здійснюється рівномірно, то: Ф = Е/t, а загального випадку потік представляє похідну від енергії за часом - Ф = d Е / d t. Одиниця виміру потоку енергії збігається з одиницею потужності Дж/с = Вт.

Інтенсивність хвилі (або щільність потоку енергії) (I)-відношення потоку енергії до площі (S) поверхні, розташованої перпендикулярно напрямку поширення хвилі. Для рівномірного розподілу енергії поверхнею, якою проходить хвиля I = Ф/S, а в загальному випадку - I = dФ/dS. Вимірюється інтенсивність у Вт/м 2 .

Зазначимо, що інтенсивність є тим фізичним параметром, який на первинному рівні визначає ступінь фізіологічного відчуття, що виникає під дією хвильового процесу (наприклад, звук або світло).

Представимо у вигляді паралелепіпеда завдовжки lділянку середовища, в якому поширюється хвиля. Площа грані паралелепіпеда, яка перепендикулярна до напрямку швидкості хвилі v, позначимо через S(Див.рис.9) . Введемо об'ємну щільність енергії коливального руху w,що становить кількість енергії в одиниці об'єму:
w = Е / V. За час tчерез майданчик Sпройде енергія, рівна добуткувеличини обсягу V = l S = v t Sна об'ємну щільність енергії:

Е = w v t S.(25)

Розділивши ліву та праву частини формули (25) на час і площу, отримаємо вираз, що зв'язує інтенсивність хвилі та швидкість її поширення. Вектор , модуль якого дорівнює інтенсивності хвилі, а напрямок збігається з напрямком її поширення зветься вектора Умова :

Формулу (26) можна подати в дещо іншому вигляді. Враховуючи, що енергія гармонійних коливань(див. Формулу (7)) і висловивши масу mчерез щільність речовини rта обсяг V, для об'ємної щільностіенергії отримаємо: w =. Тоді формула (26) набуває вигляду:

. (27)

Отже інтенсивність пружної хвилі, що визначається вектором Умова, прямо пропорційна швидкості її розповсюдження, квадрату амплітуди коливань частинок та квадрату частоти коливань.

Світло грає величезну рольне тільки в інтер'єрі, а й у нашому житті загалом. Адже від правильної освітленості приміщення залежить ефективність роботи, а також наше психологічний стан. Світло дає людині можливість не лише бачити, а й оцінювати кольори та форми навколишніх предметів.

Звичайно, для людських очей найбільш комфортний природне світло. При такому освітленні все видно добре і без спотворень кольорів. Але не завжди природне освітлення присутній, темний часдоби, наприклад, доводиться обходитися штучними джереламисвітла.

Щоб очі не напружувалися і не псувався зір, необхідно створити оптимальні умови світла і тіні, створюючи максимально комфортне освітлення.

Для очей найприємніше освітлення - природне

Висвітлення, так само як і багато інших факторів, оцінюється за кількісними та якісними параметрами. Кількісні характеристикивизначаються інтенсивністю світла, а якісні – його спектральним складомта розподілом у просторі.

Як і у чому вимірюється інтенсивність світла?

У світла є безліч характеристик і на кожну існує своя одиниця виміру:

• Сила світла характеризує величину світлової енергії, що переноситься за визначений часу будь-який напрямок. Вона вимірюється в канделах (кд), 1 кд приблизно дорівнює силі світла, яке випромінює одна свічка, що горить;
• Яскравість також вимірюється в канделах, крім цього існують такі одиниці виміру, як стильб, апостильб і ламберт;
• Освітленість – це відношення світлового потоку, який падає на певну ділянку до його поверхні. Вимірюється вона у люксах.

Саме освітленість є важливим показникомдля правильної роботизору. Для того, щоб визначити цю величину, використовується спеціальний прилад для вимірювання. Називається він люксометр.

Люксометр – це прилад для виміру освітленості.

Складається даний прилад із приймача світла та вимірювальної частини, вона буває стрілочного типу або електронного. Приймач світла – це фотоелемент, який перетворює світлову хвилюв електричний сигнал і направляє вимірювальну частину. Цей пристрій є фотометром і має задану спектральну чутливість. З його допомогою можна виміряти не лише видиме світло, а й інфрачервоне випромінюванняі т.д.

Цей прилад використовується як у виробничих приміщеннях, так і в навчальних закладах, а також вдома. Для кожного виду діяльності та занять існують свої норми того, якою має бути інтенсивність світла.

Комфортна інтенсивність освітлення

Зоровий комфорт залежить від багатьох факторів. Безумовно, найприємнішим для людського ока є сонячне світло. Але сучасний ритм життя диктує свої правила, і дуже часто доводиться працювати чи просто перебувати при штучному висвітленні.

Виробники освітлювальних приладів і ламп намагаються створювати такі джерела світла, які б відповідали особливостям зорового сприйняттялюдей і створювали б максимально комфортне за інтенсивністю світло.

Світло від лампи розжарювання найточніше передає природні відтінки.

У звичайних лампах розжарювання як джерело освітлення використовується розжарена пружина, а тому, це світло найбільше схоже на природне.

Лампи поділяють на такі категорії за типом світла, яке вони дають:

• тепле світло, Що має червоні відтінки, він добре підходить для домашньої обстановки;
• нейтральне світло, біле, використовується для освітлення робочих місць;
• холодне світло, блакитне, призначене для місць, де виконуються роботи високої точностіабо для місць із спекотним кліматом.

Важливо не тільки те, до якого типу належать лампи, а й конструкція самого світильникаабо люстри: скільки лампочок вкручується туди, куди спрямоване світло, закриті або відкриті плафони - всі ці особливості потрібно враховувати при виборі освітлювального приладу.

Норми освітленості зафіксовані у кількох документах, найголовніші це: СНиП ( будівельні нормита правила) та СанПіН (санітарні правила та норми). Існують також МГСН (Московські міські будівельні норми), а також свій збір правил для кожного регіону.

Саме на основі всіх цих документів і приймається рішення про те, якою має бути інтенсивність висвітлення.

Безперечно, замислюючись про те, яку люстру повісити у вітальню, спальню або кухню, ніхто не заміряє інтенсивність освітлення за допомогою люксометра. Однак, знати у загальних рисахяке світло буде комфортніше для очей, дуже корисно.

У Таблиці 1 наведено норми освітленості для житлових приміщень:

Таблиця 1

У Таблиці 2 наведено норми освітленості для офісів

У домашніх умовах, без спеціального обладнання важко виміряти освітлення в приміщеннях, а тому для того щоб зрозуміти, яку лампу вибрати, варто звернути увагу на колір (холодний, нейтральний або теплий) та кількість Ватт. У приміщеннях для відпочинку краще використовувати не надто яскраві, а в робочих кабінетах – з інтенсивнішим світлом.

Оскільки для очей найприємніше природне освітлення, то перевагу в домашній обстановці варто віддавати лампам, що дають тепле світло. Коли ми приходимо додому, очам обов'язково потрібний відпочинок після напруженого робочого дня. Правильно підібрані за яскравістю лампи люстрі світильників допоможуть створити відповідне інтенсивність освітлення.