Các đại lượng và đơn vị đo ánh sáng

Chương 5: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN HẠ ÁP

6.2. Các đại lượng và đơn vị đo ánh sáng

Chúng ta đều biết rằng ánh sáng là những bức xạ điện từ, tuy nhiên chỉ có những bức xạ điện từ có dải bước sóng từ 380 nm đến 760 nm (1nm =10-9m) mới gây nên tác dụng nhìn thấy ở mắt người. Các bức xạ trong dải bước sóng này sẽ có tác dụng lên tế bào thần kinh võng mạc mắt và gây ra cảm giác nhìn thấy ở mắt người. Và được gọi là “ánh sáng”. Trong dải bức xạ này tương ứng với các bước sóng khác nhau sẽ tạo ra các mầu sắc khác nhau trên hình 6.1.

Hình 6.1. Dải bức xạ

380 nm 550 nm 760 nm

Tím Chàm Xanh Vàng Cam Đỏ

lam Xanh lá cây Bức xạ tử

ngoại Bức xạ hồng

ngoại

Phổ nhìn thấy của mắt người

Trong phổ nhìn thấy của mắt người, thì mắt người lại có cảm giác nhậy cảm nhất với bức xạ có bước sóng 550 nm (tương ứng với mầu vàng chanh). Tức là mắt sẽ có cảm giác sáng nhất ở ánh sáng mầu vàng chanh. Bằng thực nghiệm người ta đã xây dựng được đường cong độ nhậy của mắt (đường cong được xây dựng và kiểm tra với một số đông người mắt tốt (Hình 6.2).

Độ nhậy tương đối: “Độ nhậy tương đối của mắt V với ánh sáng bước sóng  là tỷ số giữa công suất bức xạ bước sóng 550 nm với công suất bức xạ bước sóng , Cần thiết để có được cảm giác về độ sáng như nhau của mắt” .

 P P

V  550

V ≤ 1; V550 = 1

Hình 6.2. Đường cong độ nhậy của mắt 6.2.1. Quang thông: F

Quang thông đặc trưng cho độ lớn của thông lượng hữu ích (công suất hữu ích) của nguồn sáng qui về ánh sáng mầu vàng chanh.

Thông thường các nguồn sáng đều bức xạ ra với các ánh sáng có bước sóng khác nhau có thể từ 0   và tỷ lệ phân bổ các bước sóng cũng khác nhau, vì vậy để đánh giá độ sáng của một nguồn sáng người ta đưa ra khái niệm về quang thông.

Quang thông thực chất là phần công suất qui đổi về bức xạ mầu vàng chanh (bước sóng 550 nm) của nguồn sáng và được xác định bằng biểu thức sau:



 0 V P d F (). ().  V() - độ nhậy của mắt theo .

P() - hàm phân bố năng lượng bức xạ theo  F - được gọi là quang thông của nguồn sáng.

+ Đơn vị đo của quang thông là lumen viết tắt là: lm 1lm = W

6801 của bức xạ vàng chanh.

550 700

400  (nm)

1

0 V

6.2.2. Góc khối: d

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 (Hình 6.3).

+ Đơn vị đo của góc khối là Steradian viết tắt là st.

+ Góc khối 1 st là góc khối có đỉnh tại tâm một mặt cầu tưởng tượng chắn trên mặt cầu đó một diện tích bằng bình phương bán kính của mặt cầu đó.

6.2.3. Cường độ sáng :I

Ta thấy rằng quang thông của nguồn sáng phát ra theo các hướng trong không gian thường là không đồng đều (do các nguồn sáng thường là không đối xứng). Vì vậy người ta đưa ra một đại lượng đặc trưng cho sự phân bố quang thông nhiều hay ít theo các hướng khác nhau của nguồn sáng.

Cường độ sáng của 1 nguồn sáng theo một phương nào đó, là lượng quang thông mà nguồn gửi đi trong một đơn vị góc khối nằm theo phương ấy



 dFd

I  Đơn vị đo là candela viết tắt là cd 1 candela =

steradian 11lumen Ví dụ:

- Ngọn nến có cường độ sáng là 0,8cd (theo mọi hướng)

- Đèn sợi đốt 40W/220V có cường độ sáng là 35cd (theo mọi hướng) - Đèn sợi đốt 300W/220V có cường độ sáng là 400cd (theo mọi hướng) Đường cong phân bố cường độ sáng của đèn

Để thuận tiện cho thiết kế chiếu sáng, thông thường các nhà chế tạo bóng đèn thường đưa ra các biểu đồ phân bố cường độ sáng theo các hướng khác nhau trong không gian. Tuy nhiên cùng một kiểu đèn lại được thiết kế vời nhiều kích cỡ về công suất khác nhau mặc dù chung vẫn cùng một có một qui luật phân bố cường độ sáng.

S

d R

S

90 0

d = 1st

Hình 6.3. Góc khối

Chính vì vậy các tài liệu thiết kế chiếu sáng lại xây dựng biểu đồ chiếu sáng của đèn qui ước có quang thông là 1000 lm cho các kiểu loại đèn.

Hình 6.4: Đường cong phân bố cường độ sáng của đèn 6.2.4. Độ rọi: E

Để đánh giá độ chiếu sáng của một nguồn sáng lên một bề mặt của một vật bất kỳ, người ta đưa ra khái niệm về độ rọi. Thực chất là lượng quan thông (mật độ quang thông trên bề mặt của một vật).

Độ rọi của một mặt là phần quang thông đến trên một đơn vị diện tích của mặt đó.

dSdF

E  [lux] viết tắt là lx.

1lux = 1lm/1m2 6.2.4.1. Tính chất quang học của vật:

Năng lượng bức xạ đi đến bề mặt của vật được chiếu sáng gồm ba phần: Phần bị vật phản xạ lại, phần bị vật hấp thụ và một phần khác sẽ đi xuyên qua vật. Với các loại vật chất khác nhau tỷ lệ này sẽ khác nhau, mặc dù tổng các bức xạ này vẫn không đổi theo định luật bảo toàn năng lượng.

W = W + W + W

Trong đó: W - năng lượng chiếu tới vật.

W - năng lượng bị vật hấp thụ.

W - năng lượng bị vật phản xạ lại.

W - năng lượng đi xuyên qua vật.

Để đánh giá tính chất quang học khác nhau của vật. Người ta đưa ra các hệ số được đánh giá bằng tỷ số giữa các năng lượng và tổng năng lượng nhận được từ vật.

Hệ số hấp thụ:   ww

900 90

0

600

300 30

0

600

0 0 0 0

Hệ số phản xạ: w w

 

Hệ số xuyên qua   w w 

Các hệ số trên có liên hệ với nhau thông qua hệ thức sau:

 +  +  = 1 6.2.4.2. Độ rọi tiêu chuẩn

Căn cứ vào tính chất công việc, vào điều kiện đảm bảo sức khoẻ của công nhân, vào khả năng cung cấp điện của mỗi nước. Nhà nước đã ban hành những tiêu chuẩn về độ rọi cho các loại hình công việc khác nhau. Khi thiết kế cần phải căn cứ vào các tiêu chuẩn đó để tính toán. Trong thực tế vận hành xuất hiện bụi, bồ hóng, khói … có thể bám vào bóng đèn, làm giảm quang thông của đèn. Vì vậy khi thiết kế chiếu sáng cần phải tăng thêm tiêu chuẩn độ rọi bằng cách nhân nó với các hệ số dự trữ ghi trong bảng 6.3.

Tiêu chuẩn độ rọi ở những khu vực làm việc ngoài trời Bảng 6.1 công Cấp

việc Tính chất công việc phải làm Độ rọi nhỏ nhất

trên bề mặt làm việc (lx) I Những công việc đòi hỏi độ chính xác cao, cần phân biệt

sự khác nhau giữa các chi tiết khi tỷ số giữa kích thước nhỏ nhất của các chi tiết đó với khoảng cách từ vật tới mắt người công nhân nhỏ hơn 0,005

30

II Những công việc đòi hỏi độ chính xác cao, cần phân biệt sự khác nhau giữa các chi tiết khi tỷ số giữa kích thước nhỏ nhất của các chi tiết đó với khoảng cách từ vật tới mắt người công nhân trong phạm vi 0,005- 0,02

20

III Những công việc ít chính xác và thô sơ khi tỷ số giữa kích thước nhỏ nhất của các chi tiết với khoảng cách từ vật tới mắt ngươì công nhân trong phạm vi 0,02- 0,05

10

IV Những công việc cơ khí máy móc không đòi hỏi phải phân biệt sự khác nhau giữa các chi tiết trong quá trình gia công sản xuất

5

V Những công việc chỉ yêu cầu phân biệt sự khác nhau giữa các vật lớn ở gần người công nhân hoặc những công việc chỉ cần quan sát chung trên bề mặt làm việc mà không cần phân biệt các chi tiết trên bề mặt đó

2

Tiêu chuẩn độ rọi trong phạm vi xí nghiệp Bảng 6.2

TT Khu vực được chiếu sáng Mặt phẳng

được chiếu sáng

Độ rọi nhỏ nhất (lx) 1 Đường đi lại vận chuyển chính

a. Số lượng người đi lại và vận chuyển nhiều

b. Số lượng người đi lại và vận chuyển trung bình

Các đường đi lại và vận chuyển khác Cầu thang, nhà cầu đi lại

Mặt đường Mặt đường Mặt đường Mặt bậc thang

3 1 0,5

2

2 Đường ranh giới bảo vệ thuộc khu vực xí nghiệp, kho tàng

Mặt tường rào 0,3

Hệ số dự trữ Bảng 6.3.

TT Tính chất của công trình

Số lần lau bóng ít nhất trong 1

tháng

Hệ số dự trữ Đèn huỳnh

quang

Đèn nung sáng 1 Các phòng có nhiều khói, bụi,

tro hoặc bồ hóng

4 2 1,7

2 Các phòng có khói, bụi, tro hoặc bồ hóng ở mức độ trung bình

3 1,8 1,5

3 Các phòng có ít khói, bụi, tro hoặc bồ hóng

2 1,5 1,3

6.2.5. Độ chói: L

Khi ta nhìn vào một nguồn sáng hay một vật được chiếu sáng ta có cảm giác bị chói mắt. Để đặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng của nguồn hoặc bề mặt phản xạ gây nên cảm giác chói sáng đối với mắt, người ta đưa ra định nghĩa về độ chói. Các nguyên tố diện tích của các vật được chiếu sáng nói chung phản xạ ánh sáng nhận

được một cách khác nhau và tác động như một nguồn sáng thứ cấp phát các cường độ sáng khác nhau theo mọi hướng.

Độ chói L theo một phương cho trước của một diện tích mặt phát sáng dS là tỷ số của cường độ sáng dI phát bởi dS theo phương này và diện tích biểu kiến của dS

) ( cos . ( )

) 2 /

( 2 dS dI cdm

Lcd m

 

Ta thấy độ chói của một bề mặt bức xạ phụ thuộc vào hướng quan sát mà không phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn đến điểm quan sát. Khi  = 0 và trên diện tích dS có cường độ sáng đều I, ta có

dSdI L

Độ chói của một số nguồn thông dụng Bảng 6.4

Nguồn sáng Độ chói (cd/m2)

Bề mặt mặt trời 165.107

Bề mặt mặt trăng 2500

Bầu trời xanh 1500

Bầu trời xám 1000

Đèn sợi đốt 100W 6.106

Đèn huỳnh quang 40W 7000

Giấy trắng khi độ rọi 400lux 80

Độ chói của mặt đường 1-2

6.2.6. Độ trưng: M

Độ trưng tại một điểm của bề mặt phát xạ M là quang thông phát ra bởi một đơn vị diện tích tại điểm đó, là tỷ số giữa quang thông phát ra bởi một nguyên tố bề mặt chứa điểm đó với diện tích của nó.

) / (lumen m2 ddS

M  