วันนี้เราจะบอกคุณเกี่ยวกับสูตรการส่องสว่างสำหรับพื้นที่เปิดและในอาคาร รวมทั้งบอกขนาดของฟลักซ์การส่องสว่างในสถานการณ์ต่างๆ
เทียนกับวงล้อหมุน
ก่อนเกิดไฟฟ้าใช้ แหล่งกำเนิดแสงคือดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ ไฟ และเทียน นักวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 15 สามารถสร้างระบบเลนส์เพื่อเพิ่มความสว่างได้ แต่คนส่วนใหญ่ทำงานและใช้ชีวิตใต้แสงเทียน
บางคนรู้สึกเสียใจที่ต้องเสียเงินไปส่องไฟแว็กซ์ มิฉะนั้นวิธีนี้จะทำให้วันนี้ไม่ว่าง จากนั้นจึงใช้เชื้อเพลิงทางเลือก ได้แก่ น้ำมัน ไขมันสัตว์ ไม้ ตัวอย่างเช่น หญิงชาวนารัสเซียในเลนกลางทอผ้าป่านมาทั้งชีวิตด้วยแสงไฟจากคบเพลิง ผู้อ่านอาจถามว่า: "ทำไมต้องทำตอนกลางคืน?" ท้ายที่สุดแล้ว ค่าสัมประสิทธิ์ของแสงธรรมชาติในตอนกลางวันจะสูงกว่ามาก ความจริงก็คือว่าในตอนกลางวัน ผู้หญิงชาวนามีความกังวลอื่นๆ มากมาย นอกจากนี้ กระบวนการทอต้องใช้ความอุตสาหะอย่างยิ่งและต้องการความอุ่นใจ เป็นเรื่องสำคัญสำหรับผู้หญิงที่ไม่มีใครเหยียบผืนผ้าใบ เพื่อที่เด็กๆ จะได้ไม่สับสนกับด้าย และผู้ชายจะได้ไม่วอกแวก
แต่ด้วยชีวิตเช่นนี้ มีอันตรายอย่างหนึ่ง: ฟลักซ์ส่องสว่าง (เรากำหนดให้ต่ำลงเล็กน้อย) จากจุดไฟต่ำมาก ตาพร่ามัวและผู้หญิงสูญเสียการมองเห็นอย่างรวดเร็ว
แสงสว่างและการเรียนรู้
เมื่อนักเรียนชั้นประถมคนแรกไปโรงเรียนในวันที่ 1 กันยายน พวกเขาคาดหวังปาฏิหาริย์ด้วยความตื่นเต้น พวกเขาจะจับไม้บรรทัด ดอกไม้ รูปทรงสวยงาม. พวกเขาสนใจว่าครูของพวกเขาจะเป็นอย่างไร โดยพวกเขาจะนั่งที่โต๊ะเดียวกัน และมีคนจำความรู้สึกเหล่านี้ไปตลอดชีวิต
แต่ผู้ใหญ่เมื่อส่งลูกไปโรงเรียนควรคิดถึงเรื่องธรรมดาๆ มากกว่าความสุขหรือความผิดหวัง ผู้ปกครองและครูกังวลเรื่องความสบายของโต๊ะ ขนาดของห้องเรียน คุณภาพของชอล์ค และสูตรการจัดแสงในห้อง ตัวชี้วัดเหล่านี้มีบรรทัดฐานสำหรับเด็กทุกวัย ดังนั้นเด็กนักเรียนควรจะขอบคุณที่ผู้คนคิดล่วงหน้าไม่เพียง แต่หลักสูตร แต่ยังรวมถึงด้านเนื้อหาของปัญหาด้วย
แสงสว่างและการทำงาน
โรงเรียนไม่ทำการตรวจสอบโดยใช้สูตรคำนวณความสว่างของห้องสำหรับชั้นเรียน เด็กสิบหรือสิบเอ็ดคนไม่ทำอะไรนอกจากอ่านและเขียน จากนั้นพวกเขาก็ทำการบ้านในตอนเย็น โดยไม่แยกจากปากกา สมุดบันทึก และหนังสือเรียนอีกต่อไป หลังจากนั้นวัยรุ่นยุคใหม่ก็ติดหน้าจอที่หลากหลาย เป็นผลให้ทั้งชีวิตของเด็กนักเรียนมีความสัมพันธ์กับภาระในการมองเห็น แต่โรงเรียนเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของชีวิต นอกจากนี้ คนเหล่านี้กำลังรอมหาวิทยาลัยและทำงาน
งานแต่ละประเภทต้องมีไฟส่องสว่างของตัวเอง สูตรการคำนวณคำนึงถึงว่าคนทำ 8 ชั่วโมงต่อวัน ตัวอย่างเช่น ช่างซ่อมนาฬิกาหรือช่างอัญมณีต้องคำนึงถึงรายละเอียดและเฉดสีที่เล็กที่สุด ดังนั้นสถานที่ทำงานของคนในอาชีพนี้จึงต้องการโคมไฟขนาดใหญ่และสว่าง นักพฤกษศาสตร์ที่ศึกษาพันธุ์ไม้ในป่าฝนต้องอยู่กลางดึกตลอดเวลา กล้วยไม้และบรอมมีเลียดคุ้นเคยกับความจริงที่ว่าชั้นบนของต้นไม้รับแสงแดดเกือบทั้งหมด
สูตร
มาตรงสูตรไฟ. นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของเธอมีลักษณะดังนี้:
Eυ=dΦυ / dσ.
มาดูสำนวนกันดีกว่า เห็นได้ชัดว่า Eυ คือการให้แสงสว่าง จากนั้น Φυ คือฟลักซ์การส่องสว่าง และ σ คือหน่วยเล็กๆ ของพื้นที่ที่ฟลักซ์ตก จะเห็นว่า E เป็นค่าปริพันธ์ ซึ่งหมายความว่ามีการพิจารณาส่วนและชิ้นส่วนที่เล็กมาก นั่นคือ นักวิทยาศาสตร์สรุปการส่องสว่างของพื้นที่เล็กๆ เหล่านี้ทั้งหมดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์สุดท้าย หน่วยความสว่างคือลักซ์ ความหมายทางกายภาพของหนึ่งลักซ์คือฟลักซ์การส่องสว่างซึ่งมีหนึ่งลูเมนต่อตารางเมตร ในทางกลับกัน Lumen เป็นค่าที่เฉพาะเจาะจงมาก หมายถึงฟลักซ์การส่องสว่างที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดไอโซโทรปิกแบบจุด (ด้วยเหตุนี้แสงสีเดียว) ความเข้มของการส่องสว่างของแหล่งกำเนิดนี้เท่ากับหนึ่งแคนเดลาต่อมุมทึบของหนึ่งสเตอเรเดียน หน่วยของการส่องสว่างเป็นค่าที่ซับซ้อนซึ่งรวมถึงแนวคิดของ "แคนเดลา" ความหมายทางกายภาพของคำจำกัดความสุดท้ายมีดังนี้ ความเข้มของแสงในทิศทางที่ทราบจากแหล่งกำเนิดที่แผ่รังสีเอกรงค์ด้วยความถี่ 540 1012 Hz (ความยาวคลื่นอยู่ในบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม) และความเข้มพลังงานของแสงเท่ากับ 1/683 W/sr.
แนวคิดเบา
แน่นอนว่าแนวคิดทั้งหมดนี้ในแวบแรกดูเหมือนม้าทรงกลมในสุญญากาศ แหล่งที่มาดังกล่าวไม่มีอยู่ในธรรมชาติ และผู้อ่านที่เอาใจใส่จะถามคำถามกับตัวเองอย่างแน่นอน: "ทำไมจึงจำเป็น" แต่นักฟิสิกส์จำเป็นต้องเปรียบเทียบ ดังนั้นพวกเขาจึงต้องแนะนำบรรทัดฐานบางอย่างที่ต้องได้รับคำแนะนำ สูตรการส่องสว่างนั้นเรียบง่าย แต่มีหลายอย่างที่ไม่ชัดเจน มาทำลายมันกันเถอะ
ดัชนี "υ"
ดัชนี υ หมายความว่าค่าไม่เชิงโฟโตเมตริก และนี่เป็นเพราะความสามารถของมนุษย์มีจำกัด ตัวอย่างเช่น ตารับรู้เฉพาะสเปกตรัมที่มองเห็นได้ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนี้ ผู้คนยังมองเห็นพื้นที่ส่วนกลางของมาตราส่วนนี้ (หมายถึงสีเขียว) ได้ดีกว่าพื้นที่ชายขอบ (สีแดงและสีม่วง) อย่างมาก อันที่จริงแล้วบุคคลไม่รับรู้โฟตอน 100% ที่มีสีเหลืองหรือสีน้ำเงิน ในขณะเดียวกันก็มีอุปกรณ์ที่ปราศจากข้อผิดพลาดดังกล่าว ค่าที่ลดลงซึ่งใช้สูตรการส่องสว่าง (เช่น ฟลักซ์การส่องสว่าง) และค่าที่เขียนแทนด้วยตัวอักษรกรีก "υ" จะได้รับการแก้ไขสำหรับการมองเห็นของมนุษย์
เครื่องกำเนิดรังสีเอกรงค์
พื้นฐานดังที่กล่าวไว้ข้างต้นคือจำนวนโฟตอนที่มีความยาวที่แน่นอนคลื่นที่ปล่อยออกมาในทิศทางที่แน่นอนต่อหน่วยเวลา แม้แต่เลเซอร์แบบเอกรงค์ส่วนใหญ่ก็มีการกระจายความยาวคลื่นบางส่วน และแน่นอนว่าเขาต้องทำอะไรสักอย่าง ซึ่งหมายความว่าโฟตอนจะไม่ถูกปล่อยออกมาในทุกทิศทาง แต่ในสูตรมีสิ่งที่เรียกว่า "แหล่งกำเนิดแสง" นี่เป็นอีกรูปแบบหนึ่งที่ออกแบบมาเพื่อรวมค่าบางอย่าง และไม่มีวัตถุชิ้นเดียวในจักรวาลที่สามารถเรียกได้ว่า ดังนั้นแหล่งกำเนิดแสงแบบจุดคือเครื่องกำเนิดโฟตอนที่ปล่อยควอนตาสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนเท่ากันในทุกทิศทาง ขนาดของมันเท่ากับจุดทางคณิตศาสตร์ อย่างไรก็ตาม มีเคล็ดลับอยู่ข้อหนึ่ง มันสามารถทำให้วัตถุจริงกลายเป็นแหล่งกำเนิดของจุดได้: หากระยะทางที่โฟตอนไปถึงนั้นใหญ่มากเมื่อเทียบกับขนาดของเครื่องกำเนิด ดังนั้นดาวใจกลางของเราคือดวงอาทิตย์เป็นจาน แต่ดาวที่อยู่ห่างไกลเป็นจุด
อาร์เบอร์ เอาล่ะ จอดรถ
ผู้อ่านที่ใส่ใจจะสังเกตเห็นสิ่งต่อไปนี้: ในวันที่แสงแดดสดใส พื้นที่เปิดโล่งดูสว่างไสวกว่าที่โล่งหรือสนามหญ้าปิดด้านหนึ่งมาก ดังนั้นชายทะเลจึงมีเสน่ห์มาก: ที่นั่นมีแดดและอบอุ่นอยู่เสมอ แต่แม้แต่ที่โล่งขนาดใหญ่ในป่าก็ยังมืดและเย็นกว่า และบ่อน้ำตื้นก็มีแสงสว่างน้อยในวันที่สว่างที่สุด นั่นเป็นเพราะว่าถ้าคนเห็นเพียงบางส่วนของท้องฟ้า โฟตอนจะเข้าตาเขาน้อยลง ค่าสัมประสิทธิ์การส่องสว่างตามธรรมชาติคำนวณจากอัตราส่วนของการไหลของแสงจากทั้งท้องฟ้าไปยังบริเวณที่มองเห็น
วงกลม วงรี มุม
ทั้งหมดนี้แนวคิดเกี่ยวข้องกับเรขาคณิต แต่ตอนนี้เราจะพูดถึงปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับสูตรการส่องสว่างและด้วยเหตุนี้กับฟิสิกส์ ถึงจุดนี้ สันนิษฐานว่าแสงตกบนพื้นผิวในแนวตั้งฉากลงอย่างเคร่งครัด แน่นอนว่านี่เป็นการประมาณเช่นกัน ภายใต้เงื่อนไขนี้ ระยะห่างจากแหล่งกำเนิดแสงหมายถึงการตกของแสงเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของระยะทาง ดังนั้นดวงดาวที่คนเห็นด้วยตาเปล่าบนท้องฟ้าจึงอยู่ไม่ไกลจากเรามากนัก (ดาวทั้งหมดเป็นของดาราจักรทางช้างเผือก) หรือสว่างมาก แต่ถ้าแสงกระทบพื้นผิวเป็นมุม สิ่งต่างๆ ก็ต่างกัน
นึกถึงไฟฉาย. ให้แสงที่กลมเมื่อตั้งฉากกับผนังอย่างเคร่งครัด หากคุณเอียง จุดจะเปลี่ยนรูปร่างเป็นรูปวงรี อย่างที่คุณทราบจากเรขาคณิต วงรีมีพื้นที่ที่ใหญ่กว่า และเนื่องจากไฟฉายยังคงเท่าเดิม หมายความว่าความเข้มของแสงจะเท่าเดิม แต่ "ป้าย" ในบริเวณกว้างๆ เหมือนเดิม ความเข้มของแสงขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบตามกฎของโคไซน์
ฤดูใบไม้ผลิ ฤดูหนาว ฤดูใบไม้ร่วง
ชื่อเรื่องเหมือนชื่อหนังเลย แต่การมีอยู่ของฤดูกาลโดยตรงนั้นขึ้นอยู่กับมุมที่แสงตกที่จุดสูงสุดบนพื้นผิวโลก และในขณะนี้ไม่ได้เป็นเพียงเกี่ยวกับโลกเท่านั้น ฤดูกาลมีอยู่บนวัตถุใดๆ ในระบบสุริยะที่แกนหมุนเอียงเมื่อเทียบกับสุริยุปราคา (เช่น บนดาวอังคาร) ผู้อ่านคงเดาได้แล้วว่า ยิ่งมุมเอียงมากเท่าใด โฟตอนต่อตารางกิโลเมตรของพื้นผิวก็จะยิ่งน้อยลงต่อวินาที ดังนั้นฤดูกาลจะเย็นลง ในช่วงเวลาของการเบี่ยงเบนที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของดาวเคราะห์ในซีกโลก ฤดูหนาวจะครอบครอง ในช่วงเวลาที่น้อยที่สุด - ฤดูร้อน
ตัวเลขและข้อเท็จจริง
เพื่อไม่ให้ไม่มีข้อมูล นี่คือข้อมูลบางส่วน เราเตือนคุณ: ทั้งหมดนี้เป็นค่าเฉลี่ยและไม่เหมาะสำหรับการแก้ปัญหาเฉพาะ นอกจากนี้ยังมีไดเร็กทอรีของการส่องสว่างที่พื้นผิวตามแหล่งที่มาประเภทต่างๆ ควรใช้อ้างอิงเมื่อทำการคำนวณ
- ที่ระยะห่างจากดวงอาทิตย์ไปยังจุดใดๆ ในอวกาศ ซึ่งเท่ากับระยะทางถึงโลกโดยประมาณ แสงสว่างอยู่ที่หนึ่งแสนสามหมื่นห้าพันลักซ์
- โลกของเรามีชั้นบรรยากาศที่ดูดซับรังสีบางส่วน ดังนั้นพื้นผิวโลกจึงส่องสว่างสูงสุดหนึ่งแสนลักซ์
- ละติจูดกลางฤดูร้อนจะสว่างในตอนเที่ยงโดย 17,000 ลักซ์ในสภาพอากาศที่ชัดเจนและ 15,000 ลักซ์ในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก
- ในคืนพระจันทร์เต็มดวง การส่องสว่างเป็นสองในสิบของลักซ์ แสงดาวในคืนไร้จันทร์เป็นเพียงหนึ่งในพันของลักซ์
- การอ่านหนังสือต้องใช้ความสว่างอย่างน้อยสามสิบถึงห้าสิบลักซ์
- เมื่อคนดูหนังในโรงหนัง ฟลักซ์การส่องสว่างจะอยู่ที่ประมาณหนึ่งร้อยลักซ์ ฉากที่มืดที่สุดจะมีตัวบ่งชี้ที่ 80 ลักซ์ และภาพของวันที่แดดจ้าจะ "ดึง" หนึ่งร้อยยี่สิบ
- พระอาทิตย์ตกหรือพระอาทิตย์ขึ้นเหนือทะเลจะให้แสงสว่างประมาณหนึ่งพันลักซ์ ในเวลาเดียวกัน ที่ความลึกห้าสิบเมตร การส่องสว่างจะอยู่ที่ประมาณ 20 ลักซ์ น้ำดูดซับแสงแดดได้ดีมาก