|
6.1. Podstawowe pojęcia techniki świetlnej Badaniem natury światła, a więc prawami opisującymi jego emisję, rozchodzenie się oraz oddziaływanie z materią, zajmuje się dział fizyki zwany optyką. W optyce falowej rozpatrywane są zjawiska optyczne, w których przejawia się falowa natura światła, np.: zjawiska interferencji, dyfrakcji, polaryzacji i dyspersji światła. 1.2. Widmo promieniowania widzialnego Światło jest promieniowaniem widzialnym (elektromagnetycznym) zdolnym do wywoływania u człowieka i zwierząt bezpośrednio wrażeń wzrokowych, z których wynika widzenie. Źródła światła sztucznego są przeważnie źródłami elektrycznymi, natomiast wytwarzane przez nie światło jest w zasadzie wielkością nieelektryczną, wyrażaną wielkościami i prawami fotometrycznymi.  Rys. 1. Zakres promieniowania widzialnego Przyjmuje się, że promieniowanie widzialne zawiera w widmie fal elektromagnetycznych, w bardzo wąski przedział od 380 do 780 nm. Taki zakres odbiera nasze oko, ale zwierzęta mogą rejestrować promieniowanie o innych długościach. W widmie światła widzialnego istnieją przedziały o różnych długościach fal, które oko ludzkie odbiera jako wrażenie różnych barw, np.: przedział o długości fali od 380 nm do 436 nm - fiolet, przedział o długości fali od 436 nm do 495 nm - niebieski, przedział o długości fali od 495 nm do 566 nm - zielony, przedział o długości fali od 566 nm do 589 nm - żółty, przedział o długości fali od 589 nm do 627 nm - pomarańczowy, przedział o długości fali od 627 nm do 780 nm - czerwony.
Najlepiej widzimy w środku zakresu promieniowania widzialnego a najgorzej na końcach zakresu. Światło w naszym oku odbierają receptory znajdujące się na siatkówce: 125 milionów pręcików i 6,5 miliona czopków. Dzięki czopkom człowiek rozróżnia barwy w jasnym pomieszczeniu oraz ostro widzi szczegóły. Czopki zawierają trzy typy barwników o maksimach czułości w obszarach błękitu, oranżu i czerwieni. W zależności od stopnia podrażnienia każdego z barwików mózg otrzymuje różne serie impulsów nerwowych i interpretuje je jako różne kolory. Czopki potrafią również rozróżniać natężenie światła czyli jego intensywność. Gdy oświetlenie jest słabe, czopki przestają pracować i nie rozpoznajemy wtedy barw. Zaczynają wtedy odbierać pręciki, które pozwalają widzieć jednobarwne przedmioty przy słabym oświetleniu, rejestrując ich natężenie. Naturalnymi źródłami światła są ciała ogrzane do temperatury ponad 700°C. Na skutek ruchów cieplnych następuje wtedy wzbudzenie elektronów wewnątrz substancji i przy powrocie do niższych stanów energetycznych następuje emisja światła. Taki proces zachodzi w zwykłych żarówkach. Innym sposobem jest pobudzanie do świecenia atomów substancji (najczęściej rtęci) przepływającym prądem w gazach. Są to lampy wyładowcze np. świetlówki lub żarówki energooszczędne. 1.3. Podstawowe wielkości oświetleniowe 1) Strumień świetlny Strumieniem świetlnym (Φ) nazywamy część promieniowania optycznego emitowanego przez źródło światła, którą widzi oko ludzkie w jednostce czasu. Jednostką strumienia świetlnego jest lumen, Im. 2) Światłość Światłość (I) jest to gęstość kątowa strumienia świetlnego źródła światła wysyłanego w danym kierunku. Światłość charakteryzuje rozsył strumienia świetlnego w przestrzeni, czyli ilość strumienia świetlnego wysyłanego przez źródło światła w niewielkim kącie bryłowym otaczającym określony kierunek. Światłość I wyznacza się ze wzoru: 
gdzie ω - jest to kąt bryłowy, który na powierzchni kuli o promieniu r, zakreślanej z wierzchołka tego kąta, ogranicza pole S = r2. Jednostką światłości jest kandela cd = Im/sr, gdzie; sr - steradian to jednostka kąta bryłowego. 
Rys. 2. Graficzne przedstawienie światłości 3) Natężenie oświetlenia Natężenie oświetlenia (E) jest to gęstość powierzchniowa strumienia świetlnego padającego na daną płaszczyznę, czyli jest to stosunek strumienia świetlnego padającego na płaszczyznę do jej pola powierzchni: 
Jednostką natężenia oświetlenia jest luks (lx), gdzie: lx = Im/m2. 
Rys. 3. Graficzne przedstawienie jednostki natężenia oświetlenia 4. Luminancja Luminancja (L) jest fizyczną miarą jaskrawości. Zależy od natężenia oświetlenia na obserwowanym obiekcie, właściwości odbiciowych powierzchni obiektu (barwa, stopień chropowatości) oraz od jego pola pozornej powierzchni świecącej. Pozorna powierzchnia świecąca jest to wielkość postrzeganej przez obserwatora powierzchni płaszczyzny świecącej uzależniona od kierunku jej obserwacji. Pozorna powierzchnia świecąca jest to zarówno płaszczyzna świecąca w sposób bezpośredni - oprawa oświetleniowa, jak i płaszczyzna świecąca w sposób pośredni, np. ściana, przez odbicie światła. Wówczas gdy kąt pomiędzy prostopadłą do powierzchni świecącej a kierunkiem obserwacji wynosi 0°, pole pozornej powierzchni świecącej równe jest polu powierzchni świecącej. W miarę wzrostu ww. kąta, pole pozornej powierzchni świecącej zmniejsza się zgodnie z kosinusem tego kąta, aż do kąta 90°, kiedy wynosi zero. Luminancja wyrażana jest wzorem: L =ρE / p. Jednostką luminancji jest cd/m2. 
Rys. 4. Pozorna powierzchnia świecąca 5) Kontrast jaskrawości Kontrast jaskrawości (k) oznacza subiektywne oszacowanie różnicy w wyglądzie dwu części pola widzenia, oglądanych równocześnie lub kolejno. W znaczeniu obiektywnym kontrast jest najczęściej określany wzorem: k = L1/ L2 , gdzie: L1, L2 – luminancje, a L 1 > L2 .
|
