Все тела по характеру распределения в пространстве отраженного и пропущенного световых потоков можно разделить на три группы. К первой группе относятся тела с направленным отражением (зеркальные поверхности) или пропусканием (оконное стекло), ко второй группе относятся тела с рассеянным (диффузным) отражением (гипс, мел) или пропусканием (молочное или матовое стекло). К третьей группе относятся тела со смешанным отражением и пропусканием. Зная световые свойства тел, можно выбрать наиболее рациональный материал для изготовления светильников, отделки стен и потолков.

В природе нет ни одного материала, у которого хотя бы один из трех коэффициентов был равен 1. Наибольшее диффузное отражение имеют свежевыпавший снег (1) и химически чистые сернокислый барий и окись магния (0,96). Наиболее зеркальное отражение у чистого полированного серебра (0,92) и у специально обработанного алюминия (0,95).

Величина коэффициента пропускания указывается в справочниках для толщины материала в 1 см. К наиболее прозрачным материалам можно отнести особо чистый кварц и некоторые марки органического стекла, у которых = 0,99 см.

Вещество с коэффициентом поглощения, равным 1, называется «абсолютно черным телом».

рабочая поверхность: Поверхность, на которой непосредственно выполняется работа.

расчетная рабочая поверхность: Условная горизонтальная поверхность, на которой рассчитывают среднюю освещенность при проектировании освещения.

Примечание - Исключая особые случаи, расчетная рабочая поверхность выбирается на расстоянии 0,85 м от пола (при особых случаях 0,7-0,75 м)

6 Расчет освещенностиот светящей линии

4 Конструкция,принцип действия ламп накаливания,галогенных ламп накал.

Лампы накаливания являются типичными теплоизлучателями. Важнейшие свойства лампы накаливания – световая отдача и срок службы – определяются температурой спирали. При повышении температуры спирали возрастает яркость, но вместе с тем и сокращается срок службы. Сокращение срока службы является следствием того, что испарение материала (вольфрама), из которого сделана нить, при высоких температурах происходит быстрее, вследствие чего колба темнеет, а нить накала становится все тоньше и тоньше и в определенный момент расплавляется, после чего лампа выходит из строя. Светоотдача ламп накаливания составляет примерно от 9 до 19 лм/Вт. Далеко от идеальной светоотдачи (683 лм/Вт).

Спектр излучения сплошной, что обеспечивает идеальную цветопередачу. Зажигание происходит моментально.

Рис. 2.2. Конструкция лампы накаливания общего назначения:1 – колба; 2 – спираль; 3 – кручки (держатели); 4 – линза; 5 – штабик; 6 – электроды; 7 – лопатки; 8 – штангель; 9 – цоколь; 10 – изолятор; 11 – нижний контакт. Материалы: а – вольфрам; б – стекло; в – молибден; г – никель; д – медь; ж – цокольная мастика; з – латунь, сталь;и – свинец, олово

Тело накала изготавливается из вольфрамовой проволоки. Вольфрам имеет большую температуру плавления около 3400°С (3600 К), формоустойчив при высокой рабочей температуре, устойчив к механическим нагрузкам, обладает высокой пластичностью в горячем состоянии, что позволяет получить из него нити весьма малых диаметров путем протяжки проволоки через калиброванное отверстие. Нить накала накаляется до температуры 2500…2800°С.

В зависимости от типа ламп вводы могут быть одно-, двух- и трехзвенными. Вводы и держатели являются частью, так называемой ножки. Это стеклянный конструктивный узел лампы, который кроме вводов и держателей включает в себя стеклянный штабик 5 с линзой 4 . Ножка служит опорой для тела накала лампы и в месте с колбой 1 обеспечивает герметизацию лампы.

Для обеспечения нормальной работы раскаленной вольфрамовой нити накала необходимо изолировать ее от кислорода воздуха. Для этого в колбе создается вакуум (такие лампы называются вакуумные) или заполняется инертным газом (аргон, криптон, ксенон с разным содержанием азота или галогенные с добавкой к наполняющему газу определенной доли галогенов, например йода) - газополные лампы.

Достоинства: непосредственное включение в сеть, т.е. для своей работы не требует дополнительных аппаратов;невысокая стоимость; удобство в эксплуатации; относительно небольшие первоначальные затраты на осветительную установку;

большой выбор по конструктивным особенностям;

широкая номенклатура по номинальному напряжению и мощности ламп; стабильность светового потока за срок службы.

Недостатки:малый срок службы (для ламп общего назначения средний срок службы составляет 1000 ч);низкая световая отдача (20 лм/Вт);неэкономичные (более 90% электроэнергии затрачивается на нагрев тела накала и выделяется в виде тепла).

Галогенные лампы По структуре и принципу действия сравнимы с лампами накаливания, но они содержат в газе-наполнителе незначительные добавки галогенов (бром, хлор, фтор, йод) или их соединения. С помощью этих добавок возможно в определенном температурном интервале практически полностью устранить потемнение колбы (вызванное испарением атомов вольфрама нити накала). Поэтому размер колбы в галогенных лампах накаливания может быть сильно уменьшен.

Конструктивно не отличаются от ламп накаливания, но обладают более высоким сроком службы. Между сроком службы и световой отдачей существует прямая зависимость – чем больше светоотдача – тем меньше срок службы. Срок службы увеличен в галогенных лампах за счет иодно-вольфрамового цикла, возвращающего испарившийся вольфрам обратно на спираль.

Принцип действия галогенных ламп заключается в образовании на стенке колбы летучих соединений – галогенидов вольфрама, которые испаряются со стенки, разлагаются на теле накала и возвращают ему, таким образом, испарившиеся атомы вольфрама. В результате увеличивается срок службы ламп. Галогенные лампы по сравнению с обычными лампами накаливания имеют более стабильный световой поток, значительно меньшие размеры, более высокую термостойкость и механическую прочность благодаря применению кварцевой колбы.

В качестве галогенных добавок применяется йод, бром, хлор, фтор. Работа по подбору новых летучих химических соединений галогенов продолжается.

ФОТР/Ф + ФПОГЛ/Ф + ФПРОП/Ф.

Световые свойства тел

Световой поток, падающий на тело, этим телом частично отражается, частично поглощается, преобразуясь в другие виды энергии, и частично пропускается (в случае просвечивающего тела). Количественно отражение, поглощение и пропускание светового потока телом оцениваются соответствующими коэффициентами.

Коэффициент отражения ρ Ф ρ , отраженного телом, к световому потоку Ф , падающему на него:

ρ = Ф ρ /Ф .

Коэффициент поглощения α равен отношению светового потока Ф α , поглощенного телом, к световому потоку Ф , падающему на него:

α = Ф α /Ф .

Коэффициент пропускания τ равен отношению светового потока Ф τ , прошедшего сквозь тело, к световому потоку Ф , падающему на него:

τ = Ф τ /Ф .

Ф = Ф ОТР + Ф ПОГЛ + Ф ПРОП.

Разделив все члены этого уравнения на Ф , получим:

r + a + t = 1.

Все эти коэффициенты являются функциями длины волны. Так, разные длины волн тело будет отражать в разной степени. Для характеристики этого свойства используется спектральный коэффициент отражения r λ .

По характеру распределения отраженного или пропущенного световых потоков в пространстве принято различать:

Направленное отражение под­чиняется известным законам физики:

Отраженный луч находится в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения;

Угол отражения равен углу падения.

Зеркальным отражением обладают тела, имеющие такую чистоту обработки поверхности, что размеры шероховатостей на ней меньше длины волны падающего излучения;

2) рассеянное (диффузное) отражение (пропускание) (рис. 14).

Поверхность с таким отражением (пропусканием) кажется равно яркой во всех направлениях. Телесный угол, в котором распространяется световой поток, равен 2π.

ЯркостьL a = I a /S 1 cos a не будет зависеть от углаα, еслисила света по различным направлениям подчиняется закону косинуса:

I a = I 0 cos a .

ТогдаL a = I 0 /S 1 – постоянна. КСС представляет собой окружность, а фотометрическое тело – шар, лежащий на плоскости.

Светильники, обладающие диффузным отражением, называют косинусными.

Рассеянным отражением обладают тела, имеющие такие размеры шероховатостей на поверхности, которые значительно больше длины волны падающего излучения. К ним относятся уголь, чистый снег, неглазурованный фарфор, гипс, клеевая краска;

В природе нет тел, обладающих идеальными (зеркальным или рассеянным) отражениями. Реальные тела лишь в большей или меньшей степени приближаются к ним, обладая направленно-рассеянным отражением (пропусканием). При направленно-рассеянном отражении (травленые металлические поверхности, эмали, лакированные покрытия) световой поток отражается преимущественно в направлениях, примыкающих к направлению зеркального отражения. В случае направленно-рассеянного пропускания (матированные стекла) прошедший через тело световой поток распространяется пре­и­му­щест­венно в направлениях, близких к направлению падающего света.

Условия видимости объектов

То, как человек различает объекты, зависит от основных зрительных функций глаза. Различают три основные зрительные функции .

1. Контрастная чувствительность глаза – способность глаза человека различать объекты, имеющие разную яркость.

Эта зрительная функция определяется значениями пороговой раз­ности яркостей и коэффициентом видимости. Рассмотрим их подробнее.

Важнейшим фактором, влияющим на способность человека различать объекты, является контраст K объекта с фоном :

K = ôL об – L ф ô/L ф = DL/L ф,

где L об – яркость объекта;

L ф – яркость фона, на котором расположен объект.

Пороговая разность яркости – та минимальная разность яркости DL порог объекта и фона, которую способен различить глаз человека:

DL порОг = ôL об -L ф ô min = DL min .

Пороговый контраст (яркостный порог) – минимальный контраст, который способен различить глаз:

К порОг = DL порог /L ф .

Пороговый контраст не является постоянной величиной – он зависит от яркости фона (рис. 16) и увеличивается, если она мала (до 7 кд/м 2) или слишком велика (более 700 кд/м 2). В зоне наилучшей видимости (яркость фона от 7 до 700 кд/м 2) пороговый контраст не превышает 0,02.

Косвенным доказательством этого факта является то, что читать текст на белой бумаге значительно легче, чем на серой.

В абсолютной темноте человек способен различать объекты с яркостью 10 –6 кд/м 2 .

Формулу определения контраста объекта с фоном можно преобразовать, используя понятие пороговой разности яркости:

К = ôL об – L ф ô/L ф = u DL порог /L ф = u К порог ,

гдеu – количество пороговых разностей яркостей, укладывающихся между L об и L ф.

Коэффициент видимости u – отношение реального контраста к пороговому – показывает, сколько ступеней DL порог лежит между яркостями объекта и фона:

u = К/К ПОРОГ .

Чем больше u , тем лучше наблюдатель различает объект.

Блескостью называется свой­­ство ярких тел резко увеличивать пороговую разность яркости при попадании их в поле зрения наблюдателя. Принято различать прямую и отражённую блескость.

Ослеплённость – это состояние глаза под воздействием блескости.

2 . Острота зрения харак­те­ри­зует способность глаза раз­личать близко распо­ло­жен­ные объекты как раздельные.

Разрешающая способность глаза (величина обратная остроте) – отношение расстояния между двумя близко расположенными объектами, которые способен различать глаз, к расстоянию от них до глаза. У человека с нормальным зрением разрешающая способность глаз равна примерно 1/3500, что соответствует угловому размеру прост­ранства между объектами примерно в одну минуту. При хорошем освещении чело­век может отличать объекты с угло­выми размерами до 0,7…0,8 минут. Пороговый контраст тоже зависит от уг­ло­вых размеров объекта, умень­шаясь при их увеличении.

Острота зрения сущест­венно зависит от яркости фона и контраста объекта с фоном (рис. 17), увеличиваясь с их ростом. Особенно заметное снижение остроты зрения наблюдается при переходе от яр­костей фона 500 – 700 кд/м 2 к малым яркостям (доли кд/м 2).

3. Быстрота (скорость) различения объекта зависит от его освещенности. Она во многом определяет производительность труда. Это подтверждено проводившимися опытами по определению скорости чтения текста. Ско­рость чтения текста с листа бумаги при изменении осве­щенности от 20 до 100 лк увеличивается на 20 %; от 100 до 200 лк – еще на 9 %, и будет продолжать понемногу расти при росте освещенности до 1000 лк. Этот процесс сопровождается также уменьшением утомляемости зрения.

Скорость зрительного восприятия численно харак­те­ри­зуют значениями, обратными минимальным длительностям различения рассматриваемого объекта (рис. 18).

Подводя итог, следует подчеркнуть, что главными условиями, обеспечивающими близкое к оптимальному различение объектов, являются обеспечение оптимальной освещённости, создание высокого контраста объекта с фоном, желательно наибольшая светлота фона, увеличение угловых размеров объектов.

Цветовые свойства тел и восприятие цвета

Большинство реальных объектов является селективными отражателями, они по-разному отражают разные длины волн, т.е. их коэффициент отражения r(λ) является функцией длины волны, и его можно назвать спектральным коэффициентом отражения.

Восприятие цвета поверхности зависит от двух факторов:

‑ спектрального состава падающего на объект потока излучения;

‑ спектрального коэффициента отражения объекта.

Это можно наглядно проиллюстрировать конкретным примером (рис. 19) , в котором все графики построены в относительных единицах по отношению к их значениям при длине волны 555 нм. Перемножая ординаты двух кривых – спектрального коэффициента отражения поверхности (кривая 1) и относительной спектральной плотности потока излучения падающего дневного света (кривая 2) можно получить кривую 3 относительной спектральной плотности светового потока отражённого дневного света. Максимум отражённого излучения при этом лежит в голубой части спектра. Если на поверхность падает поток излучения лампы накаливания (кривая 4), то спектральный состав отражённого потока (кривая 5) будет отличаться от того состава отраженного света, который получается при освещении поверхности естественным дневным светом. Максимум отражённого излучения переместился в зелёную область спектра.

При изменении спектрального состава падающего излучения и при изменении отражающих свойств поверхности восприятие цвета будет разным , так как разными будут кривые, характеризующие отраженный данным объектом поток. При освещении лампой накаливания будет наблюдаться следующее изменение цветов по сравнению с естественным (дневным) светом: оранжевые цвета краснеют, голубые – зеленеют, синие и фиолетовые несколько краснеют и значительно темнеют.

Цветопередача – понятие, характеризующее восприятие цветных объектов человеком при освещении этих объектов различными источниками света, спектральный состав излучения которых не совпадает со спектром излучения эталонного источника.

Цветопередача тем лучше, чем ближе восприятие цвета объекта к восприятию, обеспечиваемому освещением его эталонным (опорным) источником света.

Индекс цветопередачи R – количественная характеристика, устанавливающая соответствие между цветопередачами, обеспечиваемыми реальным и эталонным источниками света. Международное обозначение индекса цветопередачи – CRI (Color Rendering Index).

Для ЛН в качестве эталонного источника используется абсолютно чёрное тело (АЧТ), а для разрядных ламп – так называемый эталонный источник D65 (аналог облачного неба). Индекс цветопередачи может принимать значения от 1 (наихудшая цветопередача) до 100 (наилучшая).

Определяется индекс цветопередачи путём сопоставления цвета восьми эталонных образцов (красного, синего, жёлтого, зелёного, цвета кожи человека, цвета листвы и т.д.). Для каждого из этих цветов находятся частные индексы, а их арифметическое усреднение даёт индекс общий .

Максимальный индекс цветопередачи равный 100 – у эталонного источника. Если R ≥ 85, то считается, что цветопередача высокая, если менее 70 – низкая.

В технических каталогах на производимые источники света (ИС) часто указывается группа цветопередачи : группе 1А соответствует R = 90…100, группе 1В – от 80 до 89, группе 2А – от 70…79, группе 2В – от 60 до 69, наконец группе 3 соответствуют индексы цветопередачи от 40 до 59.

Все излучения можно разделить на 2 группы:

1) хроматические – имеют цветовой оттенок;

2) ахроматические (серые) – цветового оттенка не имеют, крайними в ряду ахроматических излучений являются белый и черный.

Ахроматические цвета в спектре отсутствуют. Они присущи телам, неизбирательно отражающим падающие излучения. Их можно получить при смешивании в разных пропорциях белого и чёрного. Эти цвета нельзя характеризовать какой-либо длиной волны – они отличаются друг от друга только количественно, т.е. яркостью. Тела, которые не излучают и не отражают свет, выглядят чёрными (чёрная бархатная бумага). Из бесконечного числа серых цветов (от белого до чёрного) глаз способен различать примерно триста.

Для характеристики хроматических излучений используются одна количественная (яркость) и две качественные характеристики:

1) цветовой тон – характеризуется длиной волны хроматического излучения, к которому необходимо добавить белый свет, чтобы получить данный цвет излучения.

2) чистота (насыщенность) цвета характеризует степень разбавления хроматического излучения белым светом.

Спектральные цвета, получающиеся при разложении света призмой, имеют чистоту 100 %, ахроматические – 0 %. Например, излучение ртутной лампы высокого давления имеет цветовой тон 489 нм и чистоту цвета 28 %, т.е. для получения цвета, совпадающего с цветом излучения этой лампы, надо смешать 28 % излучения длиной волны 489 нм и 72 % белого.

Сочетание цветового тона и чистоты цвета называется цветностью.

Для полной характеристики цвета надо знать не только цветность, но и яркость . Так, розовый цвет при малой яркости представляется как бордо, жёлтый – как коричневый, голубой – как синий.

Излучение (радиация) является одной из форм существования материи в виде электромагнитного поля. Все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, излучают в окружающее пространство лучистую энергию. Лучистая энергия имеет одновременно электромагнитную и квантовую природу. Переносится эта энергия не в виде непрерывных магнитных волн, а квантами (фотонами).

Основной характеристикой излучения является длина волны

где с– скорость света (в вакууме 299 792 458 м/с;

v – частота электромагнитных колебаний, Гц.

По длине волны различают: радиоволны; инфракрасное излучение; видимое излучение; ультрафиолетовое излучение; рентгеновское излучение; g-излучение.

Область электромагнитных излучений с длиной волны от 1 нм до 1 мм называют оптическим излучением.

Оптическая область спектра делится на ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную.

Ультрафиолетовое излучение – оптическое излучение, длины волн примерно от 1 до 380 нм ( или ).

Инфракрасное излучение имеет длины волн от 760 нм до 1 мм.

Видимое излучение (свет) – излучение, которое, попадая на сетчатую оболочку глаза, может вызвать зрительное ощущение.

Видимое излучение имеет длины волн в пределах 380 – 760 нм (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Видимая часть спектра

Видимая часть спектра состоит из следующих цветных полос:

– красный – 760…630 нм;

– оранжевый – 630…600 нм:

– желтый – 600…570 нм;

– зеленый – 570…490 нм;

– синий – 490…450 нм;

– голубой – 450…430 нм;

– фиолетовый – 430…380 нм.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями.

К количественным показателям относятся:световой поток, сила света, ярость, освещенность, коэффициент отражения.

К качественным – фон, контраст объекта, видимость, показатель ослепленности, коэффициент пульсации освещенности.

Основной величиной, характеризующей искусственное освещение, является световой поток.

Световой поток (Ф) – мощность светового излучения (видимого излучения), которая оценивается по световому ощущению, воспринимаемому глазом человека.

Единица светового потока – люмен (лм) Люмен, равный потоку, излучаемому абсолютно черным телом с площади 0,5305 мм2 при температуре затвердевания платины (1773˚С).

Сила света точечного источника. Пространственная плотность светового потока называется силой света

При равномерном распределении светового потока в пределах телесного угла, имеющего конечные размеры, сила света в направлении оси угла

Единица силы света – кандела (кд).

Кандела равна силе света, испускаемого в перпендикулярном направлении с площади в 1/600 000 м2 черного тела при температуре затвердевания платины и давлении 101 325 Па.

Тогда световой поток в 1 лм соответствует световому потоку, излучаемому в единичном телесном угле точечным источником с силой света 1 кандела.

Телесный угол w – часть пространства, ограниченная конической поверхностью (рис. 1.2). Величина телесного угла определяется как отношение площади сферической поверхностиS, на которую он опирается, к квадрату радиуса сферы r.

Рис. 1.2. Телесный угол

Единица телесного угла – стерадиан (ср). Величина телесного угла в 1 ср представляет собой телесный угол, который вырезает на поверхности сферы площадь, равную квадрату радиуса данной сферы.

Освещенность. Световой поток, падая на любую поверхность, освещает ее. Для количественной оценки плотности светового потока на освещаемой поверхности пользуются понятием освещенности.

Освещенность (Е) – отношение светового потока к площади, освещаемой им поверхности

За единицу освещенности принят люкс (лк). Освещенность в 1 лк имеет поверхность в 1 м2 на которую падает и равномерно по ней распределяется световой поток в 1 лм.

Яркость. Световой поток от источника света, падая на поверхность какого-либо предмета, частично ею отражается. При наблюдении в глаз наблюдателя попадает лишь часть отраженного светового потока от поверхности предмета, вызывающая зрительное восприятие. Чем больше отраженного светового потока от поверхности предмета попадает в глаз наблюдателя, тем сильнее зрительное ощущение этого предмета. Освещенный предмет будет лучше виден тогда, когда его поверхность будет отражать больше светового потока в направлении глаза наблюдателя. Условия видения количественно характеризуются величиной яркости.

Яркость освещаемой поверхности в каком-либо направлении называется отношение силы света, излучаемой поверхностью в данном направлении, к площади проекции освещаемой поверхности на плоскость перпендикулярно тому же направлению (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Яркость поверхности

Если лучи от плоскости освещаемой поверхности, направленные к глазу человека, перпендикулярны этой поверхности, то яркость освещаемой поверхности

где L – яркость;

I – сила света, перпендикулярная освещаемой поверхности, кд;

S – площадь поверхности, м2.

Понятие яркости применимо не только к освещенным поверхностям, но и к источникам света.

Единицей яркости служит кандела на квадратный метр (кд/м2).

Источник света, имеющий форму шара диаметром D и излучающий равномерно во все стороны силу света, обладает яркостью

Световые свойства тел. Световой поток Ф, падая на какое-либо тело в общем случаи частично отражается от его поверхности, частично преломляется (проходит через тело), частично им поглощается. По закону сохранения энергии

, (1.6)

где - отраженная часть светового потока;

Поглощенная часть светового потока;

Световой поток, пропущенный через тело.

Отношение каждого из составляющих светового потока к световому потоку, падающему на поверхность, называют коэффициентом отражения r, поглощения a, и пропускания t:

Очевидно, что

. (1.7)

Различают три вида отражения и пропускания света телами:

– направленное;

– рассеянное (диффузное);

– направленно-рассеянное (рис. 1.4).

Тела с гладкой блестящей поверхностью обладают направленным или зеркальным отражением – зеркало, полированная поверхность.Тела прозрачные обладают направленным пропусканием – стекло.

Тела, которые отражают или пропускают свет, рассеивая его настолько, что их яркость становится одинаковой по всем направлениям пространства, обладают соответственно диффузным отражением – мел, гипс, известь или диффузным пропусканием – матовое стекло.

Рис. 1.4. Разновидности отражения и пропускания светового
потока

Фон – поверхность, прилегаемая к объекту различия, на которой он рассматривается.

Фон характеризуется коэффициентом отражения, зависящим от цвета и фактуры поверхности, значения которого находятся в пределах 0,02…0,95. Фон считается светлым при коэффициенте отражения поверхности более 0,4; средним – от 0,2 до 0,4; темным – менее 0,2.

Контраст объекта – отношение абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона:

где и – яркость соответственно объекта и фона.

Контраст объекта считается большим приК более 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости), средним при К от 0,2 до 0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости), малым – при К менее 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости).

В зависимости от сочетания характеристик фона и контраста объекта с фоном разряды зрительной работы разделяются на подразряды.

Видимость – универсальная характеристика качества освещения, которая характеризует способность глаза воспринимать объект. Зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции.

Видимость V определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном:

где К – контраст объекта с фоном;

– пороговый контраст, наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым.

Показатель ослепленности – критерий оценки слепящего действия осветительной установки определяемый выражением:

, (1.10)

где S – коэффициент ослепленности, равный отношению видимости объекта соответственно при экранировании и при наличии блеских источников в поле зрения.

Коэффициент пульсации освещенности – критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током, определяемый по формуле:

, (1.11)

где и – соответственно максимальное и минимальное значения освещенности за период ее колебания, лк;

– среднее значение освещенности за этот же период, лк.

Основные искусственные источники света: конструкции, принцип действия, схема включения, типы, световые и электрические характеристики.

Искусственные источники света - устройства различной конструкции, преобразовывающие энергию в световое излучение. В источниках света используется в основном электроэнергия, но так же иногда применяется химическая энергия и другие способы генерации света.

Источники света, более часто применяемые для искусственного освещения, делят на три группы - газоразрядные лампы, лампы накаливания и светодиоды. Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити. В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминесценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет. Светодиод - это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. Специально выращенные кристаллы дают минимальное потребление электроэнергии.

Основные характеристики источников света: 1) номинальное напряжение питающей сети U, B; 2) электрическая мощность W, Вт; 3) световой поток Ф, лм; 4) световая отдача (отношение светового потока лампы к ее мощности) лм/Вт; 5) срок службы t, ч; 6) Цветовая температура Tc, К.

Характеристики светодиодов (световая отдача до 120 Лм/Вт, срок службы до 100 000 часов).

Сравнительная характеристика различных типов источников света. Выбор типа источника света.

Главным недостатком ламп накаливания является низкая световая отдача, при небольшём сроке службы; Низкая световая отдача объясняется тем, что 70–76% мощности излучения тела накала лежит в ИК-области спектра.

У разрядных лампах световая отдача в 5–10, а срок службы в 10–20 раз превышают световую отдачу и срок службы ламп накала. Наиболее массовыми являются люминисцентные лампы - за счет лучшей экономической эффективности.

Светодиоды - источники света, принципиально отличающиеся от тепловых или разрядных излучателей. Они характеризуются низким энергопотреблением, длинными сроками работы и низкой стоимостью обслуживания, однако гораздо дороже. Параметры: световая отдача - до 55 лм/Вт (белых), общий индекс цветопередачи белых - 85.

Выбор источников света определяется их характеристиками и требованиями к освещению. Применение газоразрядных ламп исключается, если питание осуществляется от сети постоянного тока или если возможно понижение напряжения более чем на 10 % от номинального. Необходимость быстрого включения ламп после кратковременного исчезновения напряжения не позволяет применять лампы ДРЛ. При температуре окружающей среды ниже +5 °С освещение с помощью люминесцентных ламп может оказаться неэффективным. Для местного освещения на напряжении 12-42 В применяют лампы накаливания. Светодиоды можно использовать без ограничения.

Требования, предъявляемые к осветительным установкам. Правила искусственного освещения.

Экономичность: Правильный выбор источников света, систем освещения, типа и расположения светильников.

Надежность: Выбор типа светильников и способа проводки в соответствии с условиями среды помещения.

Безопасность: Выбор сети в соответствии с требованиями ПУЭ. Применение в необходимых случаях светильников с недоступными токоведущими частями. Устройство заземления.

Достаточная яркость: Выбор освещенности согласно нормам и проектом осветительной установки.

Устройсва авырийного освещения.

Искусственное освещение помещений может быть двух систем - общее и комбинированное. Рабочее освещение следует предусматривать для всех помещений зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Для искусственного освещения следует использовать экономичные источники света, отдавая предпочтение при равной мощности источникам света с наибольшей световой отдачей и сроком службы.

Светотехнические и электротехнические задачи проектирования осветительных установок.

Задачей светотехнического расчета является определение: необходимой освещенности в заданных точках, количество и тип светильников, а также контроль качественных характеристик.

При проектировании эл. части решаются следующие вопросы: расчёт эл. нагрузок; уровни напряжения; источники и схемы питания; надежность и бесперебойность эл. снабжения; способы управления освещением; расчет защит и выполнение осветительных систем; эл. безопасность при эксплуатации; используемое эл. оборудование.

Принцип действия и устройства печей сопротивления. Нагреватели и электрооборудование электропечей сопротивления.

Печь сопротивления, это печь, в которой тепло выделяется в результате прохождения тока через проводники с активным сопротивлением. Состоит из рабочей камеры, образованной из слоя огнеупорного кирпича, несущего на себе изделия и нагреватели и изолированного от металлического кожуха теплоизоляционным слоем. Работающие в камере печи детали и механизмы, а также нагревательные элементы выполняются из жаропрочных и жароупорных сталей и других жароупорных материалов. В электрических печах сопротивления с рабочими температурами до 700° С широко используется принудительная циркуляция газов с помощью вентиляторов, встраиваемых в печь или вынесенных из печи вместе с нагревателями в эл.калориферы. (прямого и косвенного действия)

Источники питания сварочной дуги. Требования к источникам питания сварочной дуги. Характеристики дуги и источников.

В качестве источника электрической дуги могут применяться сварочные трансформаторы на переменном токе, сварочные выпрямители и сварочные генераторы на постоянном токе.

Устойчивость сварочной дуги переменного тока по сравнению с дугой постоянного тока снижается в связи с переходом переменного тока через нуль с частотой 50 Гц. Электрическая дуга зажигается при напряжении 60–70 В и устойчиво горит при напряжении 20–30 В. Сварочный ток зависит от толщины или диаметра свариваемых деталей и находится в пределах 10–400 А.

Сварочные трансформаторы имеют две обмотки – первичную, включаемую в электрическую сеть с напряжением 380 или 220 В, и вторичную, которая соединяется со сварочной цепью. Обмотки расположены на магнитопроводе.

Сварочный генератор постоянного тока, в качестве двигателей могут применяться асинхронные эл.двигатели или ДВС. На статоре закреплены главные полюса с намагничивающими обмотками. Внутри статора расположен ротор. В пазах ротора обмотка, концы которой соединены коллектором. Вращающийся ротор с обмоткой называют якорем. При вращении якоря в обмотке наводится ЭДС. Сварочный ток снимается с коллектора щетками.

Сварочный выпрямитель содержит трансформатор и тиристорный блок. Тиристоры собираются по шестифазной схеме с уравнительным реактором. Выпрямитель подключается к сети напряжением 380 В. Для охлаждения тиристоров служит вентилятор с приводным асинхронным двигателем.

Требования, предъявляемые к крановому электрооборудованию. Особенности работы грузоподъемных кранов.

К надежности кранового электрооборудования должны предъявляться очень жесткие требования. Выход из строя любого элемента электрооборудования приводят к остановке крана, что вызывает простой и другого оборудования. Крановое электрооборудование должно обеспечивать надежную, безаварийную работу механизмов крана при любых температурных и метеорологических условиях, при наличии влаги и пыли, сильной вибрации, в широком диапазоне нагрузок. Циклический характер работы обусловливает необходимость рассчитывать крановое электрооборудование на тяжелые повторно-кратковременные режимы при числе включений до 500-600 в час. Схема управления эл.двигателями крана должна исключать: самозапуск эдвигателей после восстановления напряжения в сети. Самозапуск предотвращается нулевой блокировкой контроллеров. Выключатель главных троллейных проводов напряжением до 660 В должен быть закрытого типа и рассчитан на отключение рабочего тока всех кранов, установленных в одном пролете. Выключатель должен быть размещен в доступном месте и отключать троллейные провода только одного пролета

Особенности работы кранового оборудования: изменение нагрузки в широких пределах; режим работы повторно-кратковременный при большом числе включений в час; условия работы тяжелые (тряска, влажность, запыленность и колебания температуры).

Требования, предъявляемая к электрооборудованию лифтов.

Современный лифт является сложным эл.техническим автоматизированным устройством. Он относится к машинам повышенной опасности. Поэтому лифты должны быть спроектированы, изготовлены, смонтированы и введены в эксплуатацию, в соответствии с требованиями «Правил устройства и безопасной эксплуатации лифтов».

Наряду с общими требованиями в отношении надежности и безопасности работы, лифты должны удовлетворять еще и следующим специфическим требованиям: а ) точности остановки кабины на заданном этаже; б ) ограничения величин ускорения и замедления; в ) бесшумности в работе и отсутствия помех радиоприему.

Исполнение электрооборудования (IP, IM, IC).

Класс защиты IP степень защиты от проникновения твердых тел и жидкости, определяется кодом, который имеет вид IP XX, где ХХ - две цифры, первая из которых определяет степень механической защиты: от 0 до 6. Вторая цифра обозначает степень влагозащищенности оборудования: от 0 до 8.

Конструктивное исполнение эл.двигателей по способу монтажа (IM).

1-ая цифра обозначает группу по способу монтажа от 1до 9, наиболее распространена IM1- на лапах и с подшипниковыми щитами. IM2 – на лапах с двумя подшипниковыми щитами и фланцами. IM3 – без лап с фланцами на щитах.

2-ая цифра обозначает более детально 0 – обычные или приподнятые лапы

3-ая цифра обозначает характер направления конца вала

4-ая цифра обозначает исполнение конца вала (цилиндрический или конический)

Способ охлаждения эл.двигателей (IC) . Система охлаждения может включать в себя одну или две цепи циркулярного хладореагента.

Для каждой цепи циркуляций вводится группа знаков. Буква обозначает вид охлаждения: А – воздух, W – вода. 1-ая цифра от 0 до 9 обозначает устройство цепи циркуляции. 0 – свободная циркуляция. 2-ая цифра от 0 до 9 обозначает способ перемещения хладореагента. 0 – свободная циркуляция.

Световые свойства материалов: отражение, поглощение, пропускание света. Методы и свойства измерения световых величин.

Световой поток представляет собой видимую часть спектра электромагнитных излучений. Световой поток Р, падающий на материал, претерпевает ряд изменений: часть его Рр отражается от поверхности, часть Ра поглощается и часть Рх проходит через него.

Основными характеристиками световых свойств материалов служат коэффициенты: отражения Кр, поглощения Ка и пропускания Кт. Эти коэффициенты представляют собой отношение соответственно отраженного Рр, поглощенного Ра и пропущенного Рх потоков излучения к падающему потоку:

Кр = Рр/Р; Ка = Pа/P, Кх = Pх/P.

1) Визуальный метод (приемник - глаз). Основа метода – свойства глаза точно фиксировать равенство яркостей световых потоков.

2) Физический (приемник – фотоэлемент). Основа метода – использование фотоэлементов, преобразующих поглощенную энергию в электрическую, химическую, тепловую. Для световых измерений используют эталоны световых величин:

1) Первичный эталон – государственный эталон силы света (Кс).

2) Вторичный эталон – обладает устойчивыми и воспроизводимыми характеристиками, сила света которого определяется прямым сравнением с первичным эталоном.

3) Рабочий эталон – предназначен для текущих световых измерений, проходит периодическую проверку со вторичным эталоном. Эти эталоны хранятся в метрологическом учреждении.

Наряду с задачей концентрации светового потока нередко возникает потребность распределения этого потока на большую площадь с целью создания равномерной и умеренной освещенности. Для этой цели обычно заставляют световой поток отражаться и рассеиваться соответствующими поверхностями. Однако надо считаться с тем, что при этом лишь часть светового потока отражается или пропускается телом, часть же неминуемо поглощается.

Тот факт, что мы видим тела, связан с тем, что они различным образом отражают, преломляют и поглощают падающий на них свет. Если некоторое тело отражает свет сильнее, чем окружающие его тела, то оно представляется нам светлым на темном фоне. Если же тело отражает меньше света, чем окружающие его тела, то оно будет казаться нам темным. Например, белая бумага отражает свет сильнее, чем серый картон, и кусочек картона на листе бумаги кажется нам темным. Этот же кусочек картона, если его положить на черный бархат (очень слабо отражающее тело), кажется нам светлым. Тело, отражающее свет так же, как и окружающий фон, сливается с этим фоном.

Прозрачные тела мы видим частично в отраженном, частично в прошедшем через них свете. Рассматривая, например, такой, казалось бы, простой предмет, как граненая стеклянная пробка от графина, мы имеем дело с рядом сложных явлений: свет частично отражается от граней пробки или рассеивается, если ее грани матированы; часть света проходит сквозь пробку, преломляясь на ее поверхности. Если вполне прозрачное тело погрузить в жидкость с тем же показателем преломления, как у данного тела, то оно станет невидимым, так как световые лучи пройдут через него, не изменяя ни своего направления, ни интенсивности.

Поглощение света ведет к потерям в световом потоке, энергия которого расходуется при этом главным образом на нагревание поглощающего тела. Как правило, стремятся избегать поглощения светового потока; иногда, впрочем, бывает необходимо обеспечить темный фон или устранить световые потоки нежелательного направления; при этом прибегают к сильно поглощающим покрытиям (например, чернение некоторых поверхностей внутри оптических приборов). Поглощение характеризуется коэффициентом поглощения , равным отношению светового потока поглощенного телом, к световому потоку , падающему на тело:

Отражение светового потока оценивается коэффициентом отражения , показывающим отношение отраженного потока к падающему , т. е.

Наконец, для характеристики пропускания света служит коэффициент пропускания , равный отношению пропущенного телом светового потока к падающему , т. е.

По закону сохранения энергии имеем

,

откуда на основании (76.1), (76.2) и (76.3) следует

Итак, сумма коэффициентов поглощения, отражения и пропускания равна единице. Коэффициенты зависят обычно от цвета (длины волны) света.

Как при отражении, так и при пропускании светового потока следует различать направленное и диффузное (рассеянное) отражение и пропускание.

При зеркальном отражении от плоской поверхности телесный угол светового потока не изменяется (рис. 162, а, в). При рассеянном отражении происходит увеличение телесного угла, в котором распространяется световой поток (рис. 162, 6, г). Увеличение может быть более или менее значительным в зависимости от свойств рассеивающей поверхности. Аналогично, направленное пропускание характеризуется сохранением телесного угла при прохождении потока сквозь тело, например прохождении света через плоскопараллельную пластинку (рис. 163, а). В противоположность этому диффузное пропускание сопровождается более или менее значительным увеличением телесного угла светового потока. Примером диффузно отражающей поверхности может служить матовая бумага; примером диффузно пропускающего материала - так называемые молочные стекла. Матовое стекло является одновременно и диффузным отражателем и диффузно пропускающей средой.

Рис. 162. Отражение светового потока от плоскостей поверхности: а) направленное отражение; диаграмма 6) не изменяется при изменении угла падения первичного пучка; в) направленное (зеркальное) отражение; параллельный пучок света, падающий на полированной металлическую поверхность, создает резко очерченный отраженный луч; г) диффузное отражение; при падении параллельного пучка световых лучей на белую бумагу свет отражается по всем направлениям.

Рис. 163. Пропускание света плоскопараллельной пластинкой: а) направленное пропускание; 6) диффузное пропускание. Диаграмма б) не меняется при изменении угла падения первичного пучка

Рассеивающие свойства поверхности характеризуются диаграммами, подобными изображенным на рис. 162, б и 163, б, где длины стрелок показывают, какая часть света рассеивается в том или ином направлении. Диффузно отражающие поверхности могут различаться также и по коэффициенту отражения, который для таких поверхностей обычно называют альбедо. Так, белая бумага для рисования имеет альбедо около . Очень высокое альбедо - около - имеют поверхности, покрытые окисью магния (белый порошок, получающийся при сжигании металлического магния). Наоборот, очень малым альбедо обладает черный бархат - от до . для всех цветов.