Khái niệm về quang thông là khái niệm đầu tiên mà con người thấy được là ánh sáng ngọn nến và đèn măng song không cho cùng một lượng sáng. Nhưng khái niệm này không nêu nên bất kỳ sự phân bố ánh sáng nào đó trong các miền khác nhau của không gian chiếu sáng, hơn nữa nó không thể đo được. Điều này thúc đẩy nhà vật lý Lambert ở thế kỷ 18 đã đưa ra
các cơ sở của phép đo ánh sáng dựa trên cơ sở quang học, hình học và sinh lý học.
1. Góc khối (Ω).
Góc khối Ω là phần không gian hình nón có đỉnh nằm tại tâm của nguồn sáng và có đường sinh tựa trên chu vi của mặt được chiếu sáng.
r s Ω r k.s k s2 s Ω
Ta giả thiết rằng có một nguồn sáng có đặt tai tâm O của một hình cầu rỗng có bán kính R và ký hiệu S là nguyên tố mặt của hình cầu này.
Hình nón đỉnh O cắt S trên hình cầu biểu diễn góc khối Ω, nguồn sáng nhìn mặt S dưới góc đó.
Góc khối Ω được định nghĩa là tỷ số của diện tích S với bình phương của bán kính R:
Ω = 2
RS S
Ta có giá trị cực đại của góc khối Ω khi từ tâm O ta chắn cả không gian, tức là toàn bộ mặt cầu:
Ω = 2 R S = 2 2 R .R 4.π = 4.π
Đơn vị của góc khối là Sterađian, ký hiệu là Sr.
Vậy 1 Sr là một góc khối có đỉnh tại tâm của mặt cầu tưởng tượng chắn trên một mặt cầu có diện tích bằng bình phương bán kính mặt cầu đó.
2. Cường độ sáng - Iα(Cd).
Là đại lượng mới nhất đưa vào hệ đơn vị SI hợp lý hoá từ khái niệm về quang thông.
Xét một nguồn sáng O gởi ánh sáng lên một mặt S nào đó. không phải mọi vị trí nào trên mặt phẳng đó đều nhận được ánh sáng như nhau, vì quang thông của nguồn sáng phát ra theo từng phương không đồng đều do cấu trúc của nguồn sáng không đối xứng ( nguồn sáng trong thực tế không phải là nguồn điểm). Vì vậy, để đặc trưng cho sự phân bố nhiều hay ít
quang thông theo từng phương của nguồn sáng người ta đưa ra khái niệm cường độ ánh sáng.
Như vậy, cường độ ánh sáng của một nguồn sáng theo một phương nào đó là quang thông mà nguồn gửi đi trong một đơn vị góc khối nằm theo phương ấy.
Gọi Iαlà cường độ ánh sáng của nguồn theo phương α nào đó thì ta có: α I = Ω d dFα Trong đó: α
dF : là vi phân của quang thông gửi đi trong 1 góc khối dΩ theo phương α .
Đơn vị đo cường độ ánh sáng là Cendela, ký hiệu là Cd. 1Cd =
1(Sr) 1(Lm)
Cendela là cường độ sáng theo một phương đã cho của nguồn phát một bức xạ đơn sắc có tần số 540.1012 Hz (λ= 550 nm) và cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 (W/Sr).
Như vậy, cường độ sáng là mật độ khối của quang thông theo những phương xác định.
3. Quang thông - Φ (Lm).
Lumen là quang thông do nguồn phát ra trong một góc mở bằng một Steridian. Đơn vị của cường độ sáng là Cendela do nguồn phát ra theo mọi hướng tương ứng với đơn vị quang thông là Lumen. Do đó, nếu ta biết được sự phân bố cường độ sáng của một nguồn trong không gian ta có thể biết được quang thông của nguồn.
Trường hợp đặc biệt nhưng thường gặp khi cường độ bức xạ I không phụ thuộc vào phương thì quang thông là:
Φ =4.∫π
0
I.dΦ = 4.π.I
4. Độ rọi - E (Lux).
Độ rọi là mật độ quang thông rơi trên một bề mặt, có đơn vị là Lux E =
S
Φ
hay 1 Lux = 1(m1(lm)2)
Khi sự chiếu sáng trên bề mặt không đều nên tính trung bình số hình học ở các điểm khác nhau để tính độ rọi trung bình. Một số giá trị thông thường khi chiếu sáng tự nhiên hay nhân tạo:
+ Ngoài trời buổi trưa, trời nắng: 100 000 lux + Trời có mây : 2000 ÷ 10 000 lux + Trăng tròn : 0,25 lux
+ Phòng làm việc : 400 ÷ 600 lux + Nhà ở : 159 ÷ 300 lux + Phố được chiếu sáng : 20 ÷ 50 lux
Khái niệm vể độ rọi còn liên quan tới vị trí của mặt được chiếu sáng. Ta coi một nguồn sáng điểm O bức xạ tới một mặt nguyên tố dS ở cách O một khoảng R, có cường độ sáng I.
Gọi αlà góc hợp bởi pháp tuyến n của dS với phương R. Góc khối dΩ chắn trên một hình cầu bán kính R một diện tích là dS .cosα .
dΩ = I d R dS.cos 2 Φ = α Ta có: E dS dΦ = = 2 R I.cosα
Biểu thức này đúng với các nguyên tố bề mặt chứng tỏ rằng độ rọi thay đổi với độ nghiêng tương đối của bề mặt và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách.
5. Độ chói - L (Cd/m2).
Các vật được chiếu sáng nói chung phản xạ ánh sáng một cách khác nhau và tác động như 1 nguồn sáng thứ cấp ra cường độ sáng khác nhau theo mọi hướng.
Để đặc trưng cho quan hệ của nguồn kể cả nguồn sơ cấp lẫn nguồn thứ cấp đối với mắt cần phải thêm vào cường độ sáng cách xuất hiện ánh sáng. Quan hệ này được minh hoạ bằng ví dụ sau:
Một đèn sợi đốt 40 W thực tế phát ra cùng một quang thông, do đó cường độ sáng theo mọi hướng dù bóng đèn thuỷ tinh trong hay thuỷ tinh mờ. Tuy nhiên đối với mắt, nó xuất hiện một cách khác nhau, chói mắt hơn đối với bóng đèn thuỷ tinh trong.
Người ta định nghĩa độ chói L trong một phương cho trước là tỷ số của cường độ sáng dI theo phương này trên diện tích biểu kiến của dS.
L =
α
dS.cos dI
(Cd/m2)
Độ chói đóng vai trò cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các khái niệm về tri giác và thị giác.
CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
CHO PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN THỨC ĂN GIA SÚC