19 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Степень освещенности солнцем

Степень освещенности солнцем

01.10.2012 Световая отдача. Солнца и еще много интересного о самом большом источнике света, тепла и нашей жизни (положение во Вселенной, геометрические параметры, физические процессы, энергетические и светотехнические характеристики)

Со́лнечные пя́тна — тёмные области на Солнце, температура которых понижена примерно на 1500 К по сравнению с окружающими участками фотосферы.
Протуберанцы — плотные конденсации относительно холодного (по сравнению с солнечной короной) вещества, которые поднимаются и удерживаются над поверхностью Солнца магнитным полем.
Температура фотосферы Солнца около 5800 K, причем к основанию хромосферы она падает примерно до 4800 K

Солнце – ближайшая к Земле звезда Вселенной, относящаяся к разряду «жёлтых карликов».

Это раскалённая газовая сфера – 73% от массы и 92 % от объема составляет водород, 25% от массы и 7 % от объёма – гелий. Другие компоненты с малой концентрацией – железо, никель, кислород, азот, кремний, магний, углерод, неон, кальций, хром.

Энергетический спектр излучения Солнца

Цветовая температура излучения Солнца – 5081 К

  • в видимой части оптического диапазона (λ = 380-780 нм) Солнце излучает 45% от её общей энергии,
  • на долю ультрафиолетового излучения (λ ≤ 380 нм) приходится 9%,
  • в инфракрасной части спектра (λ≥ 780 нм) излучается примерно 46% от общей энергии излучения.

Физически Солнце можно рассматривать как Планковский излучатель (абс. чёрное тело) с температурой наружной поверхности 5773 К и удельной плотностью мощности излучения с единицы излучающей площади 6,35 кВт/cм 2 .

Вне атмосферы Земли общая мощность излучения Солнца составляет 1340 Вт/м 2 – эта величина называется солнечной постоянной (С cоnst )

Масса Солнца – 1,99·10 30 кг (99,866% от массы всей солнечной системы)

Диаметр Солнца – Dc= 1,392·10 6 км , экваториальный радиус – 6,95·10 5 км.

Угловой размер Солнца (c Земли) – 32

Яркость Солнца: Lc = 1,9·10 9 кд/м 2 (вне земной атмосферы) и 1,5·10 9 кд/м 2 (при измерении с Земли) – тысяча пятьсот мегакандел ! (Сильнейший слепящий источник !)

Площадь проекции поверхности Солнца относительно взгляда c Земли:

Sc.пр.= π (Dc/2) 2 =3,14 (6,957·10 8 м) 2 = 1,52·10 18 м 2

Сила света Солнца: Ic = Lc·Sc.пр.= 1,5·10 9 ·(1,52·10 18 ) = 2,887·10 27 кд = 2,28·10 21 Мкд

Суммарный световой поток Солнца: Фс= 4 π · Ic = 12,56 · 2,887·10 27 = 3,63·10 28 лм

Освещённость от прямого излучения Солнца:

Ес= Ic : (l сз) 2 =2,887·10 27 /(1,496·10 11 ) 2 ≈ 125 000лк. (lсзрасстояние Солнце-Земля)

Сочетание сверхвысоких давлений и температур (15·10 6 К) в центре активного ядра Солнца обусловливает постоянное протекание термоядерных реакций – преобразование водорода в гелий. Ежесекундно 657·10 6 т водорода преобразуется в 653·10 6 т гелия (таким образом, Солнце до некоторой степени можно считать самоконтролируемой водородной бомбой!). Уже в течение 4 млрд. лет каждую секунду Солнце излучает энергию, равную примерно 10 18 Вт · с (это эквивалентно мощности 400 млн. шт. водородных бомб . ). На современном уровне знаний, по данным учёных, до конца термоядерных реакций HHe на Солнце пройдёт ещё 4,5-5 млрд. лет. Таким образом, полный «срок службы» источника нашей жизни – приблизительно равен 10 млрд. лет !

Большой интерес представляет оценка световой отдачи Солнца. Ниже приведены 2 основных расчётных метода.

Возникающая при реакции в ядре Солнца разность масс равна:

∆m = 657·10 6 т — 653·10 6 т = 4,3·10 6 т.

Это эквивалентная энергия излучения Солнца, которую оно каждую секунду посылает в мировое пространство.

Знаменитая формула Альберта Эйнштейна:

ε = m·c 2 (m – масса, с – скорость света)

Тогда мощность Солнца определится как:

Рс= ∆m·c 2 /cек = 4,3·10 9 кг· (300·10 3 км/c) 2 /cек = 3,87·10 26 Вт

Световая отдача Солнца:

ηс = Фс / Рс = 3,63·10 28 лм / 3,87·10 26 Вт = 93,78 лм/Вт

Световая отдача Солнца может быть также определена по интенсивности спектральной облучённости Ееλ вне земной атмосферы в видимом диапазоне оптического спектра (λ= 380-780 нм).

Е = 683(лм/Вт) · Σ Ееλ· V(λ) λ , где Ееλ – в Вт /(м 2 · нм), λ = 10 нм, пределы суммирования: нижний — λ=380 нм, верхний — λ=780 нм

Тогда Е = 683 лм/Вт · 181,81 Вт /м 2 = 124 176 лк

и с учётом солнечной постоянной Сcоnst=1340 Вт /м 2 световая отдача Солнца:

ηс = 124 176 лм·м -2 /1340 Вт · м -2 = 92,7 лм/Вт.

А теперь «вернёмся на Землю».

Важный вывод для авторов учебников, пособий, консультантов, а также для всех интересующихся светотехникой: наше «старое доброе» Солнышко по световой отдаче ( ≈ 93 лм/Вт) примерно эквивалентно линейным люминесцентным лампам Т16 (Т5) и значительно уступает современным светодиодам и целому ряду газоразрядных ламп высокого давления. Лампы накаливания общего назначения из-за очень низкой световой отдачи (не более 13 лм/ Вт) уходят в прошлое. Они, тем не менее, верно прослужили человечеству почти 130 лет. Многие дизайнеры и архитекторы субъективно отнеслись к запрету ламп накаливания весьма отрицательно.

Интересно, что до настоящего времени на улицах столицы Германии функционирует примерно 40 000 газовых фонарей cо световой отдачей их горелок – 2 лм/Вт (!). Магистрат Берлина принял решение заменить это ностальгическое наследие XIX в. на современные типы светодиодных светильников со световой отдачей не менее 100 лм/Вт.

Степень освещенности солнцем

Калькулятор солнца для растений

Автор: Сергей Безруков aka Ser60
Опубликовано 19.06.2012
Создано при помощи КотоРед.

Как известно, для оптимальных условий роста многих растений нормируется максимальное или минимальное время их пребывания по солнцем. Мох, например, растет преимущественно в тени, а для роз наоборот требуется много солнца. Несоблюдение этих норм может иметь необратимые последствия для растений вплоть до их гибели. Как правило, на этикетках растений, продающихся в садовых центрах, имеется необходимая информация об оптимальных условиях их посадки. Однако, оценить «на глаз» продолжительность нахождения предполагаемого места посадки под солнцем не всегда просто, т.к. тени от объектов перемещаются вместе с солнцем. Кроме того, эта продолжительность может потребовать переоценки от года к году. В динамике развития сада некоротые уже посаженные растения могут отбрасывать тень на места посадки новых и таким образом влиять на их освещенность солнцем. Кроме того, многие растения со временем существенно изменяют свои габариты и, следовательно, площадь тени, отбрасываемой на пространство вокруг них.

Предлагаемое устройство предназначено для автоматизации оценки количества солнечной энергии, приходящейся на выбранную точку ландшафта. В теории садоводства различаются всего 4 градации освещенности солнцем: полное солнце, частичное солнце, частичная тень, и полная тень [1]. Определения эти весьма расплывчаты, я смог найти некие количественные оценки только для первого и последнего значений. Именно, полное солнце подразумевает нахождение площадки под солнцем в течении не менее 6 часов в день, а полная тень – менее 3 часов. Насколько я понял, для остальных двух величин не имеется устоявшейся количественной характеристики. В данном приборе интервал между 3 и 6 часами разбит на 2 равных подинтервала по 1.5 часа каждый. Площадка считается находящейся частично под солнцем, если она освещается им от 4.5 до 6 часов в день. Если это время составляет от 3 до 4.5 часов, то площадка считается находящейся в зоне частичной тени.

Идеей для этого проекта послужило промышленное устройство [2]. Однако, оно не дешевое и мне их надо несколько штук для одновременного замера нескольких точек в саду. Поэтому было принято решение создать аналогичное по функционированию собственное устройство. Пользоваться прибором очень просто. Для измерений следует выбрать ясный солнечный день с минимальной облачностью. После включения прибор следует утром воткнуть в грунт на предполагаемое место посадки и оставить на 12 часов. По прошествии этого времени прибор покажет степень освещенности площадки солнцем. При этом на дисплее, в соответствии с терминологией в [2], будет отображаться одно из 3-х сокращений: FSU (Full SUn – полное солнце), PSU (Partial SUn – частичное солнце), PSH (Partial SHade – частичная тень), или FSH (Full SHade – полная тень).

Читать еще:  Украшаем интерьер осенние поделки из соломы фото

Измерения освещенности производятся периодически с интервалом в 12 секунд, т.е. 5 раз в минуту. Если в 3-х или более измерений из 5-ти в течении минуты будет зарегистрировано солнце, то вся минута считается «солнечной». В противном случае минута считается «теневой». Число солнечных минут подсчитывается в течении всего времени измерения (12 часов) и по окончании этого времени в зависимости от их числа высвечивается одно из сообщений, указанных выше. Измерения автоматически прекращаются после 12 часов работы прибора, а индикация на дисплее продолжается вплоть до выключения питания.

На первый взгляд, дело несложное и в голове сразу вырисовывается схема для измерения напряжения на фоторезисторе. Однако, большинство фоторезисторов и фотодиодов имеют высокую чувствительность к инфракрасному излучению, которое имеется в изобилии в спектре солнечного света. Это излучение, однако, не оказывает существенного влияния на фотосинтез и многие другие биологичекие процессы жизнедеятельности клеток и не должно учитываться при подсчете полезной доли солнечной энергии, получаемой растением. В промышленных изделиях [2] для блокировки инфракрасного излучения применяются специальные пассивные фильтры, которые я так и не смог найти в продаже в разумных количествах. Поэтому в своем устройстве я использовал датчик освещенности MAX44009, оснащенный встроенным инфракрасным фильтром. Датчик имеет диаграмму чувствительности аналогичную человеческому глазу и позволяет измерять освещенность в пределах 0.045 – 180000 люкс. Этого диапазона вполне достаточно, т.к. на широте нашего места (широта Парижа) интенсивность солнечного света в ясный безоблачный день не превышает 120000 люкс.

Измерение освещенности производится датчиком по внутреннему таймеру с периодом 0.8 сек. Датчик соединен с микроконтроллером по интерфейсу I 2 C и опрашивается последним каждые 12 сек. Так как датчик всегда является ведомым устройством, подтягивающий резистор в цепи синхронизации интерфейса не требуется. Синхронизация производится на частоте около 100 кгц. Как показали эксперименты, для надежного измерения освещенности датчику необходимо сделать несколько измерений для нормальной работы его встроенного цифрового фильтра. Датчик имеет микроамперное потребление и его постоянная работа не вносит существенного вклада в общее среднее токопотребление схемы от батареи, которое примерно равно 12 мкА. Это позволяет прибору работать в течении нескольких лет без смены батареи.

Сердцем прибора является микроконтроллер (МК) фирмы Silicon Laboratories. Он отличается предельно низким собственным потреблением в режиме неактивности с работающим таймером (на уровне 0.3 мкА). Большую часть времени МК находится в режиме сна и пробуждается каждые 60.5 мсек. По пробуждении МК инвертирует состояния своих выводов соединенных с ЖКИ, что необходимо для его нормальной работы. В активном режиме МК тактируется на частоте 20 мгц и инвертирование сигналов ЖКИ занимает менее микросекунды.

Все временные интервалы работы прибора обеспечиваются встроенным таймером SmaRTClock МК. Таймер работает от встроенного микромощного генератора LFO, определяющего среднее токопотребление схемы. Однако, частота этого генератора может варьироваться от экземпляра к экземпляру и подвержена температурной нестабильности. Частота LFO измеряется каждые 2 минуты с помощью встроенного в МК таймера Timer2, тактируемого от прецезионного встроенного генератора на 24.5 мгц. Частота этого генератора гарантируется производителем с точностью 2% во всем диапазоне температур и питающих напряжений. Прецезионный генератор включается только на короткое время измерения 8-ми периодов частоты LFO. В результате измерения корректируется верхний порог счета таймера SmaRTClock, определяющего период управляющих импульсов ЖКИ, которые также используются и для измерения реального времени. В результате длительность 12-часового интервала измерения выдерживается с точностью до нескольких минут, что вполне приемлимо для такого устройства.

Прибор начинает работать спустя примерно 12 секунд после включения питания. Задержка включения позволяет пользователю установить прибор на нужное место в землю до начала измерений. Процесс измерений сопровождается миганием центрального сегмента в левом разряде ЖКИ с периодом 1 сек для сигнализации работы программы. Для оперативного контроля результатов измерений в двух других разрядах ЖКИ при этом отображается либо SU (Sun) либо SH (SHade) в зависимости от текущей освещенности места солнцем. Эти показания обновляются каждые 12 секунд после очередного измерения освещенности. Порог солнца/тени экспериментально установлен в программе на уровне 16200 люкс. При таком пороге прибор регистрирует солнце даже если оно спрячется за не очень плотное белое облако. Но стоит лишь перегородить солнце ладонью на расстоянии около метра от датчика, как прибор сразу покажет тень. Так как высокая точность для измерения освещенности не требуется, из сенсора считывается только порядок и 4 старших бита результата.

Приведенная выше схема соответствует третьей версии устройства. В предыдущих двух версиях я пытался задействовать встроенный в МК импульсный преобразователь, служащий для повышения напряжения батареи от 1.5 до 3.3в, требуемых ЖКИ. Преобразователь отключался на время сна и прибор питался напряжением на накопительном конденсаторе. В помещении все работало замечательно, но при ярком солнечном свете начинались непонятные мне процессы, приводяшие к спонтанному отказу включения преобразователя после нескольких часов работы и, соответственно, невыходу МК из режима сна. Думаю, все дело в сенсоре, токопотребление которого сильно возрастает при высоком уровне освещенности. Отключать сенсор на время сна неудобно, т.к. он должен сделать неколько измерений, чтобы заполнить встроенный цифровой фильтр и на это может уйти до нескольких секунд в зависимости от освещенности. Короче, после многочисленных экспериментов я сдался (прибор мне нужен уже сейчас) и решил запитать схему от внешнего микромощного преобразователя типа charge pump на микросхеме DA1. Это совершенно уникальная микросхема в плане собственного токопотребления и КПД и лучшая из известных мне для питания маломощных устройств с микроамперным потреблением. Для повышения эффективности преобразователя при малых токах нагрузки он работает в дремлющем режиме (snooze), что достигается заземлением вывода 1. Конечно, можно было сразу запитать прибор от литиевой CR-ки на 3в, но в корпусе уже имелся отсек для одной батареи типа ААА.

Уровень освещённости на планетах Солнечной системы

Дата публикации: 06.10.2019 2019-10-06

Статья просмотрена: 34 раза

Библиографическое описание:

Татьянина Е. Р., Брылева О. И. Уровень освещённости на планетах Солнечной системы // Юный ученый. — 2019. — №8. — С. 62-65. — URL https://moluch.ru/young/archive/28/1670/ (дата обращения: 13.01.2020).

1.Введение

Мы живём на планете Земля, которая входит в систему планет и других небесных тел, вращающихся вокруг звезды, названной Солнцем. Планеты составляют основу Солнечной системы. Планеты находятся на разных расстояниях от Солнца и вращаются вокруг него по орбитам с разной скоростью, в одном направлении. Чем ближе планета к Солнцу, тем меньше её орбита, тем короче путь, который ей приходится пробегать.

Планеты расположены в следующем порядке от светила: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. [2]

Ближайшие к Солнцу планеты (Меркурий, Венера, Земля, Марс,) довольно сильно отличаются от следующих четырёх. Так как они состоят, подобно Земле, из твёрдых пород, то называются планетами земного типа. В отличие от них, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, состоящие в основном из водорода, называют планетами-гигантами. [1]

Меня заинтересовало, как будет изменяться уровень количества света по мере удаления от Солнца.

Гипотеза: я думаю, что по мере удаления от Солнца уровень яркости света уменьшается

Цель: исследовать уровень количества света на разных расстояниях, используя измерительный модуль «Свет».

Задачи:

  1. Изучить информацию по данной теме.
  2. Изготовить модель Солнечной системы в масштабе.
  3. Измерить количество света, поступающего от источника света на разные расстояния

2. Практическая часть.

Измерение количества света, поступающего от источника света на разные расстояния с использованием измерительного модуля «Свет».

Оборудование и материалы:

  1. ПК сустановленным ПО РROLog;
  2. Модуль сопряженияUSB-200;
  3. Измерительный модуль «Свет».
  4. Настольная лампа с лампочкой на 50 Вт.
  5. Клейкая лента (скотч) или стикеры.
  6. Маркер.
  7. Мерная линейка.
Читать еще:  Проект сада от ландшафтных дизайнеров мероприятия

Методика проведения исследования

I. Изготовление модели Солнечной системы в масштабе, которая будет показывать относительное расстояние планет до Солнца (приложение)

  1. Кладем линейку рядом с источником света тем краем, на котором находится отметка 0 см.
  2. Отмеряем 10 см от лампы и помечаем это место, наклеив кусочек липкой ленты с надписью «Меркурий».
  3. Отмеряем 20 см от лампы. Помечаем эту точку кусочком липкой ленты с надписью «Венера».
  4. Отмеряем 30 см от лампы. Помечаем эту точку кусочком липкой ленты с надписью «Земля».
  5. Отмеряем 40 см от лампы. Помечаем эту точку кусочком липкой ленты с надписью «Марс».

II. Работа с модулем «Свет» (см. приложение)

  1. Включаем лампу и максимально затеняем комнату.
  2. Помещаем модуль туда, где на модели находится Меркурий. Чувствительное окно измерительного модуля направляем на лампу.
  3. Смотрим показания на экране компьютера, чтобы узнать уровень яркости света. Вращаем модуль, чтобы получить как можно более высокие показания. Полученные данные заносим в таблицу.
  4. Повторяем эксперимент с другими планетами.
  5. Составляем таблицу с результатами наблюдений. [3]

Количество света, поступающего от источника света на разные расстояния

Пояса освещенности Земли

Какие существуют пояса освещенности?

От степени освещения земного шара выделяют несколько таких поясов – один тропический, умеренные и полярные по одному в северном и южном полушариях.

Выделяют всего пять поясов освещенности:

  • Тропический;
  • Умеренные — Северный, Южный;
  • Полярные — Северный, Южный.

Тропический пояс освещенности

Итак, границами тропического пояса освещенности являются Южный и Северный тропики — параллели с соответствующими географическими координатами – 23,44° южной широты и столько же 23,44° северной. Над этими параллелями и в пределах тропического пояса освещенности солнечный свет еще образует с поверхностью Земли прямой угол падения, те есть Солнце будет находиться в зените (предметы и объекты на поверхности в этот момент не отбрасывают тень). Рельеф Земли между этими тропиками получает максимум количества солнечного тепла и света. Это происходит в момент зимнего (для юж. тропика) и летнего (для сев. тропика) солнцестояния.

Умеренные пояса освещенности

Дальше за границами тропического пояса освещенности, в сторону полюсов лежат зоны умеренных поясов освещенности. Отличительная особенность — средняя освещенность, которая к тому же сильно зависит от годового положения Земли относительно Солнца, то есть в зимнее время года будет один уровень поступающего света от солнца, а летом другой. Соответственно, степень получаемого тепла поверхностью Земли будет не одинаковой. В областях умеренных поясов освещенности Солнце на протяжении всего года ни разу не достигает положения в зените. Границами умеренного пояса освещенности северного полушария будет широта Северного тропика в 23,44° и широта Северного полярного круга в 66,56° , для Южного полушария соответственно – Южные тропик и полярный круг с соответствующими координатами по параллелям.

Полярные пояса освещенности

Полярные пояса освещенности (северный и южный) лежат за пределами полярных кругов (в 66,56°) в обоих полушариях. Здесь освещение поверхности Земли минимальная. Границей полярного пояса освещения определена параллель, над которой Солнце достигает верхней точки над горизонтом в декабре в момент солнцестояния — это 66,56° северной широты. Аналогично, для южной широты в 66,56°, где солнечный диск виден в наивысшей точке только уже в июне в момент солнцестояния.

Рис. 1. Пояса освещенности Земли

Граница поясов освещенности

В период полярного дня в пределах полюсов солнце ближе к горизонту и не поднимается высоко. Солнечные потоки света, из-за малого угла падения, слегка обогревают поверхность, большей частью отражаются от заснеженных равнин и горных ледяных скал. А полярной ночью, солнце и вовсе остается за горизонтом. В этих широтах перепады температур составляют 35°С — 65°С. Формирование подобного климата зависит от степени нагрева земной поверхности, то есть, от того, насколько эффективно освещается Солнцем данная часть Земли.

Разделение зон по количеству поступающего солнечного света между собой обуславливает наличие границ поясов освещенности.

Так что является границей поясов освещенности? Это условно принятые параллели, которые разделяют участки освещения планеты — Северный тропик и Южный, Северный полярный круг и Южный. Смотрите рисунок 2.

Зоны освещенности — формирование климата

Солнце – источник тепла, который нагревает земную поверхность и окружающий воздух. Солнечный свет, который несет с собой тепло, падает на поверхность планеты на разных широтах под своим углом, что приводит к не равной степени поглощения тепла поверхностью.

Например, в экваториальных широтах угол падения солнечных лучей составляет 90° — поверхность земли получает максимум тепла, а в северных широтах угол падения 30° — эти районы планеты нагреваются меньше.

Благодаря разной степени освещенности формируется определенные пояса освещенности Земли и их границы. Этим определяется разница климата в северных, умеренных и экваториальных широтах земного шара.

Сразу уточним – тепловые пояса и зоны освещенности Земли имеют разные границы и не идентичны. Тепловые пояса прежде всего зависят от горообразования, наличия прибрежных областей — соприкосновение морей и океанов с материками, от разных направлений течения вод в океанах, от распределения воздушных потоков и количества осадков.

Рис. 3. Сколько на Земле поясов освещенности

Почему температура поверхности и воздушных масс на экваторе меняется не так сильно по сравнению с северными широтами? Потому, что угол падения солнечного света на протяжении года изменяется на малую величину.

По итогам выше сказанного — пояса освещенности граничат между собой. Границы поясов освещенности — это параллели в 23,44° и 66,56° северных и южных широт. Иначе эти пограничные линии называются Северным и Южным тропиком, Северным полярным и Южным полярным кругами – это четыре из пяти главных параллелей, отмечаемых на карте.

Освещенность в цифрах

Чтобы верно настроить датчик света, нужно верно указать значения освещенности в цифрах. Разберемся, как определить нужный уровень освещенности и что такое люксы и люмены.

По науке

Применимые к повседневной жизни показатели освещенности колеблются от 1 люкс (настолько освещает предметы полная луны в ясную погоду) до 100,000 люкс (предметы под ярким солнцем).

При этом стоит иметь в виду, что нормальная освещенность в помещении почти всегда ниже, чем на улице. Например, обычная освещенность в жилой комнате — 50 люкс, а в офисном помещении — 500 люкс. В то же время освещенность предметов на улице даже в пасмурный день — 1,000 люкс, а освещенность в тени в солнечный день — до 25,000 люкс.

Определите, какая освещенность вам нужна, и используйте соответствующие значения.

На практике

Более простой, но требующий больше времени вариант — запомнить, какие значения показывает датчик в моменты, когда комната освещена так, как вам нужно.

Например, обратите внимания, сколько люкс показывает датчик освещенности в яркий солнечный день, а сколько летним вечером. Сколько в дождливое утро, а сколько ясным зимним днем.

Что такое освещенность

Хотя для обычного человека освещенность, яркость и сила света — примерно одно и то же, в действительности это разные световые (фотометрические) величины.

Весь поток света, который испускает светильник, пламя или звезда, так и называется — световой поток, и измеряется в люменах. Как говорят, фонарь потребляет ватты (мощность) из электросети и выдает люмены. При этом очевидно, что если взять две лампы одного типа, то у более мощной будет больше и световой поток.

Свет распространяется в разные направления, причем в разные стороны фонарь может светить с разной силой: предмет перед автомобильной фарой освещен хорошо, а стоящий поодаль сбоку — хуже. Силу светового потока в определенном направлении, соответственно, так и называют — сила света, и измеряют в канделах (свечах).

Например, возьмем и включим лампу. Испускаемый ей световой поток всегда будет одинаковым. Но сила света может различаться: если свет будет равномерно рассеиваться во все стороны — она будет одной, а если сфокусировать ее в каком-то направлении — то сила света в этом направлении будет гораздо выше, а в остальных направлениях — значительно ниже. То есть лампа испускает одно и то же количество люменов, но в сфокусированном потоке исходящего от нее света собраны много кандел, а в остальные стороны — мало.

Читать еще:  Правила комбинирования обоев в интерьере дома фото

Большое число кандел у светильника означает, что он испускает сильно сфокусированный свет, то есть дает мощный луч, который в состоянии как следует осветить даже достаточно удаленные предметы. При этом предметы, на которые не направлен луч, почти не получат света. Противоположный пример — светильник вроде настольной лампы, которая равномерно светит во все стороны, но не сможет как следует осветить удаленные предметы.

Таким образом, фонарь и настольная лампа будут освещать предметы с разным количеством кандел, даже если испускаемое число люменов у них равное.

Освещенность показывает, какая часть светового потока попала на конкретный предмет или поверхность, и измеряется в люксах. Чем ближе предмет к источнику света и чем меньше разного рода препятствий на пути света, тем лучше предмет освещен.

Поэтому, например, освещенность в ясный день выше, чем в облачный. Числовой пример: если источник выдает световой поток в 1,000 люменов на небольшой стол площадью 1 квадратный метр, то освещенность стола — 1,000 люкс. Но если источник света отодвинуть так, что он будет освещать целый дачный участок площадью 6 соток — то на наш будет освещен не так интенсивно, его освещенность теперь составит меньше 2 люкс.

Световой поток и сила света показывают, как светит лампа. Освещенность показывает, насколько освещены предметы вокруг. Фонарь может испускать мощный световой поток, но если поместить его в коробку — освещенность окружающих предметов будет стремиться к нулю.

Степень освещенности солнцем

Единственным источником естественного освещения является солнце.

Оно излучает прямой солнечный свет, часть которого рассеивается в атмосфере и создает рассеянное излучение. Таким образом, различают свет, падающий непосредственно от солнца и свет «неба» — солнечного света рассеянного атмосферой.

Естественное освещение меняется в зависимости от времени дня, состояния погоды и времени года. Главная особенность естественного освещения — непостоянство интенсивности и спектрального состава его излучения. Изменение освещенности подвержено влиянию закономерных и случайных факторов.

Закономерные факторы, влияющие на изменчивость естественного освещения — высота солнца над горизонтом и географическая широта. Случайные факторы определяются состоянием атмосферы — ясно, дождь, туман. Случайным дополнительным фактором является отражение света от земли и окружающих предметов.

С восходом солнца увеличивается интенсивность света и его цветовая температура . Примечателен тот факт, что в силу преломления солнечных лучей в атмосфере мы видим восход солнца несколько раньше, а закат — чуть позже, чем это имеет место в действительности. Расчеты показывают: когда мы видим, что нижний край Солнца коснулся горизонта, в действительности оно уже зашло.

Лучи, входящие в состав солнечного света, фиолетовые, синие, голубые и зеленые, преломляются в атмосфере Земли сильнее, чем желтые и красные. Поэтому первые лучи при восходе Солнца — синий и зеленый, так же как и последний луч заходящего солнца.

Из-за рассеивания в атмосфере синий луч не наблюдается. Зеленый луч — редкое зрелище. Его удается увидеть при очень чистом, спокойном и однородном воздухе, когда вплоть до горизонта отсутствуют конвекционные восходящие потоки в атмосфере. Чаще всего зеленый луч наблюдают на берегу спокойного моря.

Спектральная характеристика естественного освещения

Фазы дневного освещения

Цветовая температура излучения, К

Прямые солнечные лучи при восходе и заходе солнца

Прямой солнечный свет через час после восхода солнца

Прямой солнечный свет ранним утром и в предвечернее время

Солнечный свет в полдень летом

Рассеянный дневной свет в тени летом

Рассеянный дневной свет в пасмурную погоду

Свет от голубого неба

Данные приведены для средней полосы (широта 55°)

В зависимости от высоты солнца над горизонтом естественное освещение делится на периоды эффективного, нормального и зенитного освещения.

Период эффективного освещения характеризуется малой освещенностью и большим содержанием оранжево-красных лучей в естественном свете. При восходе и закате они равноценны свету ламп накаливания (см. табл. 1.2). Их цветовая температура составляет 3000. 3200°К.

Благоприятным для глаз является период нормального освещения. В это время плавно изменяется освещенность и незначительно изменяется спектр естественного освещения.

Период зенитного освещения характеризуется наибольшей разницей освещения горизонтальных и вертикальных поверхностей. Он неприятен для глаз из-за высокого контраста между освещенными участками и освещенностью в тенях. Высокий контраст при зенитном освещении наиболее остро ощущается в южных широтах.

Освещенность земной поверхности в различные периоды года и часы дня, %

Время суток, час

Данные приведены для средней полосы (широта 55°)

В безоблачную погоду, при отсутствии дымки, колебания освещенности, связанные с влиянием атмосферных факторов, невелики. Относительные средние характеристики естественного освещения в безоблачную погоду в зависимости от времени суток приведены в табл. 1.3.

На характер естественного освещения значительное влияние оказывает состояние атмосферы — густота облаков, их высота и расположение по отношению к солнцу, дымка, туман, дождь, снег. При этом изменяется освещенность объектов, контрастность и спектральная характеристика света.

Например, при наличии кучевой облачности освещенность незатененных объектов, освещенных солнцем, увеличивается на 25%, а освещенность в тени возрастает в два с половиной раза. Контрастность освещения снижается приблизительно в два раза в сравнении с освещением в безоблачную погоду. При сплошной облачности наблюдается значительное уменьшение освещенности и контрастности освещения.

С восхождением солнца постепенно увеличивается не только интенсивность света, но и его цветовая температура. Взвешенные в воздухе частицы меньше рассеивают лучи коротковолновой части спектра — фиолетовых, синих и голубых. Увеличение доли синих лучей приводит к расширению коротковолновой части спектра и, следовательно, к увеличению цветовой температуры дневного освещения.

Цветовая температура — это мера объективного впечатления от цвета данного источника света. По определению, цветовой температурой характеризуются источники света с непрерывным спектром излучения, которые излучают свет от нагретого тела.

Зимнее и летнее время


Рис. 1.6. Изменение светлого и темного времени суток в течение года для широты 50°

Человек стремится вставать с рассветом, чтобы максимально использовать световой день. Отсюда берет начало идея летнего и зимнего времени, по которому сейчас живут во многих странах мира. Совмещение времени бодрствования со светлыми часами суток позволяет экономить потребление электроэнергии: весной стрелки часов, идущих по поясному времени, переводят на час вперед, а осенью ставят опять по поясному времени.

На рис. 1.6 показано изменение светлого и темного времени суток в течение года для широты 50° (широта Киева). Границей между светлым и темным временем принято считать начало или конец так называемых гражданских сумерек, то есть времени, когда Солнце опустилось за горизонт на 6°. По вечерам к этому моменту на улицах города следует включать освещение. На графике указано солнечное истинное время.

Среднестатистический человек встает в 7 утра и ложится в 23 часа по местному времени. На графике время бодрствования такого человека отмечено двумя горизонтальными пунктирными линиями. Начиная с марта, он встает после рассвета. Переводя часы вперед, его заставляют вставать раньше (сплошные горизонтальные линии). Это оправдано тем, что он будет вставать в светлое время суток, и расходовать меньше электроэнергии на освещение.

Возвращение на зимнее время в октябре к экономии электроэнергии не приводит. Как оказалось, это делается исключительно для того, чтобы зимой люди не вставали много раньше восхода Солнца. Поэтому переход на зимнее время представляется не оправданным.

Рационально вернуться к декретному времени, отказаться от ежегодного перевода часов и жить при неизменном отсчете, который будет отличаться на один час вперед в сравнении с поясным временем. Такой ритм жизни, с биологической точки зрения, наиболее благоприятен для человека.

Источник: журнал «Наука и Техника»

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector