Hoy te contaremos todo sobre la fórmula de iluminación para espacios abiertos e interiores, así como la magnitud del flujo luminoso en diferentes circunstancias.
Vela y rueca
Antes de la electrificación generalizada, la fuente de luz era el sol, la luna, el fuego y la vela. Los científicos ya en el siglo XV pudieron crear un sistema de lentes para mejorar la iluminación, pero la mayoría de la gente trabajaba y vivía a la luz de las velas.
Algunos sintieron pena por gastar dinero en luces de cera, o esta forma de prolongar el día simplemente no estaba disponible. Luego utilizaron opciones de combustible alternativo: aceite, grasa animal, madera. Por ejemplo, las campesinas rusas del carril medio han estado tejiendo lino toda su vida a la luz de una antorcha. El lector puede preguntarse: "¿Por qué esto tuvo que hacerse de noche?" Después de todo, el coeficiente de luz natural durante el día es mucho mayor. El caso es que durante el día, las campesinas tenían muchas otras preocupaciones. Además, el proceso de tejido es muy laborioso y requiere tranquilidad. Era importante para las mujeres que nadie pisara la lona, para que los niños no confundieran los hilos y los hombres no distrajeran.
Pero con una vida así hay un peligro: el flujo luminoso (formulamosdar un poco más bajo) de la antorcha es muy bajo. Los ojos se cansaron y las mujeres perdieron rápidamente la vista.
Iluminación y aprendizaje
Cuando los niños de primer grado van a la escuela el primero de septiembre, esperan milagros con entusiasmo. Son capturados por la regla, flores, forma hermosa. Les interesa cómo será su profesor, con quién se sentarán en el mismo pupitre. Y una persona recuerda estos sentimientos por el resto de su vida.
Pero los adultos, cuando envían a sus hijos a la escuela, deberían pensar en cosas más prosaicas que en el deleite o la decepción. Los padres y maestros están preocupados por la comodidad del escritorio, el tamaño del salón de clases, la calidad de la tiza y la fórmula de iluminación en el salón. Estos indicadores tienen normas para niños de todas las edades. Por lo tanto, los escolares deberían estar agradecidos de que las personas hayan pensado de antemano no solo en el plan de estudios, sino también en el aspecto material del problema.
Iluminación y obra
No en vano los colegios realizan inspecciones en las que se aplica una fórmula para calcular la iluminación de las salas de clases. Los niños de diez u once años no hacen más que leer y escribir. Luego hacen su tarea por la noche, nuevamente sin separarse de bolígrafos, cuadernos y libros de texto. Después de eso, los adolescentes modernos también se adhieren a una variedad de pantallas. Como resultado, toda la vida de un escolar está asociada con una carga en la visión. Pero la escuela es sólo el comienzo de la vida. Además, todas estas personas están esperando una universidad y trabajo.
Cada tipo de trabajo requiere su propia salida de luz. La fórmula de cálculo siempre tiene en cuenta queuna persona hace 8 horas al día. Por ejemplo, un relojero o joyero debe tener en cuenta los detalles más pequeños y las tonalidades de los colores. Por lo tanto, el lugar de trabajo de las personas en esta profesión requiere lámparas grandes y brillantes. Un botánico que estudia las plantas de la selva tropical, por el contrario, necesita permanecer constantemente en el crepúsculo. Las orquídeas y las bromelias están acostumbradas al hecho de que el nivel superior de los árboles recibe casi toda la luz del sol.
Fórmula
Llegando directamente a la fórmula de iluminación. Su expresión matemática se ve así:
Eυ=dΦυ / dσ.
Echemos un vistazo más de cerca a la expresión. Obviamente, Eυ es la iluminación, luego Φυ es el flujo luminoso y σ es una pequeña unidad de área sobre la que cae el flujo. Se puede ver que E es un valor integral. Esto significa que se consideran segmentos y piezas muy pequeños. Es decir, los científicos suman la iluminación de todas estas pequeñas áreas para obtener el resultado final. La unidad de iluminación es el lux. El significado físico de un lux es un flujo luminoso de este tipo, para el cual hay un lumen por metro cuadrado. Lumen, a su vez, es un valor muy específico. Denota el flujo luminoso emitido por una fuente puntual isotrópica (de ahí la luz monocromática). La intensidad luminosa de esta fuente es igual a una candela por ángulo sólido de un estereorradián. La unidad de iluminación es un valor complejo que incluye el concepto de "candela". El significado físico de la última definición es el siguiente: la intensidad de la luz en una dirección conocida desde una fuente queemite radiación monocromática con una frecuencia de 540 1012 Hz (la longitud de onda se encuentra en la región visible del espectro), y la intensidad energética de la luz es 1/683 W/sr.
Conceptos de luz
Por supuesto, todos estos conceptos a primera vista parecen un caballo esférico en el vacío. Tales fuentes no existen en la naturaleza. Y el lector atento seguramente se hará la pregunta: “¿Por qué es esto necesario?” Pero los físicos tienen la necesidad de comparar. Por lo tanto, tienen que introducir ciertas normas por las que deben guiarse. La fórmula de iluminación es simple, pero muchas cosas pueden no estar claras. Vamos a desglosarlo.
Índice "υ"
Índice υ significa que el valor no es del todo fotométrico. Y esto se debe al hecho de que las capacidades humanas son limitadas. Por ejemplo, el ojo percibe solo el espectro visible de la radiación electromagnética. Además, la gente ve la parte central de esta escala (se refiere al color verde) mucho mejor que las áreas marginales (rojo y morado). Es decir, de hecho, una persona no percibe el 100% de los fotones de color amarillo o azul. Al mismo tiempo, hay dispositivos que carecen de dicho error. Los valores reducidos sobre los que opera la fórmula de iluminancia (flujo luminoso, por ejemplo) y que se denotan con la letra griega "υ", están corregidos para la visión humana.
Generador de radiación monocromática
En la base misma, como se mencionó anteriormente, es el número de fotones con una cierta longitudondas que se emiten en una determinada dirección por unidad de tiempo. Incluso el láser más monocromático tiene alguna distribución de longitud de onda. Y ciertamente tiene que estar en algo. Esto significa que los fotones no se emiten en todas las direcciones. Pero en la fórmula hay algo así como una "fuente puntual de luz". Este es otro modelo diseñado para unificar un cierto valor. Y ni un solo objeto del universo puede llamarse así. Entonces, una fuente de luz puntual es un generador de fotones que emite un número igual de cuantos de campo electromagnético en todas las direcciones, su tamaño es igual a un punto matemático. Sin embargo, hay un truco, puede convertir un objeto real en una fuente puntual: si la distancia a la que llegan los fotones es muy grande en comparación con el tamaño del generador. Así, nuestra estrella central, el Sol, es un disco, pero las estrellas lejanas son puntos.
Arbor, bueno, parque
Seguramente un lector atento notó lo siguiente: en un día soleado, un área abierta parece mucho más iluminada que un claro o césped cerrado por un lado. Por lo tanto, la orilla del mar es tan atractiva: siempre está soleada y cálida allí. Pero incluso un gran claro en el bosque es más oscuro y frío. Y el pozo poco profundo está mal iluminado en el día más brillante. Esto se debe a que si una persona ve solo una parte del cielo, menos fotones llegan a su ojo. El coeficiente de iluminación natural se calcula como la relación entre el flujo de luz de todo el cielo y el área visible.
Círculo, óvalo, ángulo
Todos estosLos conceptos están relacionados con la geometría. Pero ahora hablaremos de un fenómeno que está directamente relacionado con la fórmula de la iluminación y, en consecuencia, con la física. Hasta este punto, se suponía que la luz incide sobre la superficie de forma perpendicular, estrictamente hacia abajo. Esto, por supuesto, también es una aproximación. Bajo esta condición, la distancia desde la fuente de luz significa la caída de la iluminación en proporción al cuadrado de la distancia. Por lo tanto, las estrellas que una persona ve a simple vista en el cielo están ubicadas no muy lejos de nosotros (todas pertenecen a la galaxia de la Vía Láctea) o son muy brillantes. Pero si la luz incide en la superficie en ángulo, las cosas son diferentes.
Piensa en una linterna. Da un punto redondo de luz cuando se dirige estrictamente perpendicular a la pared. Si lo inclina, el punto cambiará de forma a un óvalo. Como sabes por la geometría, un óvalo tiene un área más grande. Y dado que la linterna sigue siendo la misma, significa que la intensidad de la luz es la misma, pero está, por así decirlo, "manchada" en un área grande. La intensidad de la luz depende del ángulo de incidencia según la ley del coseno.
Primavera, invierno, otoño
El título suena como el título de una hermosa película. Pero la presencia de las estaciones depende directamente del ángulo en el que incide la luz en su punto más alto sobre la superficie del planeta. Y por el momento no se trata sólo de la Tierra. Las estaciones existen en cualquier objeto del sistema solar cuyo eje de rotación esté inclinado con respecto a la eclíptica (por ejemplo, en Marte). Probablemente el lector ya lo haya adivinado: a mayor ángulo de inclinación, menos fotones por kilómetro cuadrado de superficie por segundo. Así que esola temporada será más fría. En el momento de mayor desviación del planeta en el hemisferio, reina el invierno, en el momento de menor, el verano.
Cifras y hechos
Para no ser infundado, aquí algunos datos. Te avisamos: todos están promediados y no son adecuados para resolver problemas específicos. Además, existen directorios de iluminación superficial por diferentes tipos de fuentes. Es mejor referirse a ellos al hacer los cálculos.
- A una distancia del Sol a cualquier punto del espacio, que es aproximadamente igual a la distancia a la Tierra, la iluminación es de ciento treinta y cinco mil lux.
- Nuestro planeta tiene una atmósfera que absorbe parte de la radiación. Por lo tanto, la superficie de la tierra se ilumina con un máximo de cien mil lux.
- Las latitudes medias de verano están iluminadas al mediodía por diecisiete mil lux en tiempo despejado y por quince mil lux en tiempo nublado.
- En una noche de luna llena, la iluminación es de dos décimas de lux. La luz de las estrellas en una noche sin luna es solo una o dos milésimas de lux.
- Leer un libro requiere al menos de treinta a cincuenta lux de iluminación.
- Cuando una persona ve una película en un cine, el flujo luminoso es de unos cien lux. Las escenas más oscuras tendrán un indicador de ochenta lux, y la imagen de un día soleado y brillante "tirará" de ciento veinte.
- La puesta de sol o el amanecer sobre el mar darán una iluminación de unos mil lux. Al mismo tiempo, a una profundidad de cincuenta metros, la iluminación será de unos 20 lux. El agua absorbe muy bien la luz solar.
