3tom311

Technika świetlna

prof. dr hab. inż. Jerzy Bąk (p. io.i. 10.2. w.S.10.6; część p. 10.3.10.4) mgr inż. Małgorzata Skonieczna (część p. 10.3.10.4)

10.1. Wiadomości ogólne

Technika świetlna jest interdyscyplinarną dziedziną obejmującą zagadnienia wytwarzania światła, formowania rozsyłu światła w przestrzeni, mierzenia światła i barwy oraz stosowania światła w celu oświetlania, tj. uwidocznienia obiektów i ich otoczenia. Do jej działów podstawowych zalicza się:

—    źródła światła,

—    oprawy oświetleniowe,

—    fotometrię,

—    kolorymetrię,

—    technikę oświetlania.

W problematyce źródeł światła występują zagadnienia konstrukcyjno-technologiczne oraz eksploatacyjne, dotyczące żarówek i różnych odmian lamp wyładowczych oraz sprzętu pomocniczego, umożliwiającego zapłon i świecenie źródeł [10.7, 10.9, 10.20, 10.22].

W problematyce opraw oświetleniowych występują zagadnienia konstrukcyjno--technologicznc dotyczące formowania rozsyłu światła w przestrzeni, praktycznego przyłączania źródeł do sieci zasilającej oraz eksploatacyjne. Formowanie rozsyłu światła jest przeprowadzane w celu umożliwienia racjonalnego oświetlania [10.9, 10.12, 10.20, 10.22].

Fotometria obejmuje pomiary światła, na podstawie których określa się wartości podstawowych wielkości i wielu wskaźników charakteryzujących źródła światła i oprawy oświetleniowe, oraz cechy wytworzonego oświetlenia [10.1, 10.8, 10.11, 10.20].

Kolorymetria to określanie barwy światła na podstawie pomiarów i obliczeń, prowadzonych w celu scharakteryzowania niektórych cech źródeł światła, a także cech oświetlenia [10.6],

Technika oświetlania to sposoby stosowania światła w celu oświetlania. W zależności od miejsca stosowania światła oraz od rodzaju światła sposoby te są na tyle różne, że wydziela się odrębne poddziały, np. oświetlenie wnętrz światłem naturalnym [10.3,10.22], oświetlenie wnętrz światłem sztucznym (elektrycznym) [10.2, 10.3, 10.13, 10.15, 10.22], oświetlenie dróg i ulic światłem elektrycznym [10.3, 10.5, 10.10, 10.22] itd. Niektóre poddziały ulegają dalszemu podziałowi ze względu na specyfikę wymagań i rozwiązań oświetlenia, np. oświetlenie mieszkań, oświetlenie w teatrach, studiach TV itp.

Technika świetlna należy do dość specyficznych dziedzin. Podstawą takiego osądu jest nie tylko złożoność i rozległość tej dziedziny. Istotna odrębność wynika z faktu, że naczelnym kryterium jest sposób reagowania człowieka na światło i barwę. Wynika stąd konieczność stosowania odrębnego układu wielkości, tzw. wielkości fotomeirycznych, jak również zasad oświetlania związanych z czynnikami decydującymi o jakości widzenia i o pożądanym oddziaływaniu psychologicznym światła. Zachodzi potrzeba optymalizacji w doborze bodźców (światła), gdyż zbyt słabe lub zbyt silne bodźce prowadzą do wrażeń niepożądanych. Wynika również orientacja co do tolerancji w doborze pożądanych wartości oświetlenia, a zatem potrzebnej dokładności spełnienia wymagań, obliczeń i pomiarów oświetleniowych.

W niniejszym rozdziale przedstawiono wybrane zagadnienia techniki świetlnej, typowe i najbardziej przydatne w praktyce inżynierskiej. Zagadnienia te podano w ujęciu ogólnym, a szczegółowe wiadomości może znaleźć Czytelnik w literaturze uzupełniającej, np. w poradnikach techniki świetlnej opracowanych w różnych krajach [10.16, 10.18, 10.19, 10.21].

10.2. Podstawowe wielkości fotometryczne

Wielkości fotometryczne są odpowiednikami wielkości energetycznych, przydatnymi do charakteryzowania promieniowania ze względu na skuteczność w wywoływaniu wrażeń wzrokowych. Podstawowe wielkości fotometryczne odnoszą się do widzenia fotopowego, tj. do widzenia przy pełnym przystosowaniu się narządu wzroku do tzw. jasności (wtedy działają głównie receptory siatkówki zwane czopkami, a poziom tzw. luminancji występującej w polu widzenia wynosi co najmniej kilka nitów). Do podstawowych wielkości fotometrycznych zalicza się: strumień świetlny, światłość, natężenie oświetlenia, luminancję.

Strumień świetlny (&) jest wielkością wyprowadzoną z mocy promieniowania przez ocenienie promieniowania wg jego działania na odbiornik selektywny (oko), którego czułość widmowa jest określona wartościami skuteczności świetlnej widmowej względnej dla widzenia fotopowego. Strumień świetlny jest zatem mocą promieniowania ocenioną wg zdolności wywoływania wrażeń wzrokowych. Jego jednostką jest lumen (lm).

Światłość (Z*) w określonym kierunku jest gęstością kątową strumienia świetlnego w obrębie kąta przestrzennego obejmującego dany kierunek. Charakteryzuje rozsył strumienia świetlnego w przestrzeni. Jednostką światłości jest kandela (cd). Pojęcie światłości dotyczy — ściśle rzecz biorąc — punktowych (teoretycznych) źródeł światła. Skończone wymiary rzeczywistych źródeł światła mogą być jednak pominięte w przypadku odpowiednich odległości, z jakich dane źródła są rozpatrywane. Oznacza to, że w odpowiednich warunkach rzeczywiste źródła światła (oprawy oświetleniowe) mogą być traktowane jako źródła punktowe. Założenie takie przyjmuje się w praktyce, gdy odległość — z jakiej źródło jest rozpatrywane —jest co najmniej pięć razy większa od największego wymiaru źródła. Pominięcie w takich warunkach wymiarów źródłajest związane z błędem obliczeń lub pomiarów wynoszącym najwyżej 1%.

Natężenie oświetlenia (£) na elementarnym polu powierzchni lub na polu powierzchni jest gęstością powierzchniową strumienia świetlnego na oświetlonej powierzchni. Jednostką natężenia oświetlenia jest luks (lx).

Luminancja (L,) w określonym kierunku, elementarnego pola powierzchni świecącej (lub pola powierzchni świecącej) jest — w przeciętnych warunkach — przybliżoną, techniczną, umowną miarą intensywności wrażeń świetlnych. Przeciętność warunków sprowadza się do obserwacji obiektów z takich odległości, aby obraz obiektu na siatkówce 40 Poradnik inżyniera elektryka tom 3