Khái niệm về quang thông là khái niệm đầu tiên mà con ngời thấy đợc là ánh sáng ngọn nến và đèn măng song không cho cùng một lợng sáng. Nh- ng 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 đ- ợc. Điều này thúc đẩy nhà vật lý Lambert ở thế kỷ 18 đã đa 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 đờng sinh tựa trên chu vi của mặt đợc 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 dới góc đó.
Góc khối Ω đợc định nghĩa là tỷ số của diện tích S với bình phơng 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 = 2R 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 tởng tợng chắn trên một mặt cầu có diện tích bằng bình phơng bán kính mặt cầu đó.
2. Cờng độ sáng - Iα(Cd).
Là đại lợng mới nhất đa 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 đợc ánh sáng nh nhau, vì quang thông của nguồn sáng phát ra theo từng phơng 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 trng cho sự phân bố nhiều hay ít quang thông theo từng phơng của nguồn sáng ngời ta đa ra khái niệm cờng độ ánh sáng.
Nh vậy, cờng độ ánh sáng của một nguồn sáng theo một phơng nào đó là quang thông mà nguồn gửi đi trong một đơn vị góc khối nằm theo phơng ấy.
Gọi Iαlà cờng độ ánh sáng của nguồn theo phơng α nào đó thì ta có:
α I =
Ω
d dFα
α
dF : là vi phân của quang thông gửi đi trong 1 góc khối dΩ theo ph- ơng α .
Đơn vị đo cờng độ ánh sáng là Cendela, ký hiệu là Cd. 1Cd = 1(Lm)1(Sr)
Cendela là cờng độ sáng theo một phơng đã cho của nguồn phát một bức xạ đơn sắc có tần số 540.1012 Hz (λ= 550 nm) và cờng độ năng lợng theo phơng này là 1/683 (W/Sr).
Nh vậy, cờng độ sáng là mật độ khối của quang thông theo những ph- ơng 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 cờng độ sáng là Cendela do nguồn phát ra theo mọi h- ớng tơng ứng với đơn vị quang thông là Lumen. Do đó, nếu ta biết đợc sự phân bố cờng độ sáng của một nguồn trong không gian ta có thể biết đợc quang thông của nguồn.
Trờng hợp đặc biệt nhng thờng gặp khi cờng độ bức xạ I không phụ thuộc vào phơng 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 (Lux) 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 th- ờng khi chiếu sáng tự nhiên hay nhân tạo:
+ Ngoài trời buổi tra, trời nắng: 100 000 lux
+ Trời có mây : 2000 ữ 10 000 lux + Trăng tròn : 0,25 lux
+ Phòng làm việc : 400 ữ 600 lux + Nhà ở : 159 ữ 300 lux + Phố đợc chiếu sáng : 20 ữ 50 lux
Khái niệm vể độ rọi còn liên quan tới vị trí của mặt đợc chiếu sáng. Ta coi một nguồn sáng điểm O bức xạ tới một mặt nguyên tố dS ở cách O một khoảng R, có cờng độ sáng I.
Gọi α là góc hợp bởi pháp tuyến n của dS với phơng R. Góc khối d
Ω 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 tơng đối của bề mặt và tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách.
5. Độ chói - L (Cd/m2).
Các vật đợc chiếu sáng nói chung phản xạ ánh sáng một cách khác nhau và tác động nh 1 nguồn sáng thứ cấp ra cờng độ sáng khác nhau theo mọi hớng.
Để đặc trng cho quan hệ của nguồn kể cả nguồn sơ cấp lẫn nguồn thứ cấp đối với mắt cần phải thêm vào cờng độ sáng cách xuất hiện ánh sáng. Quan hệ này đợc minh hoạ bằng ví dụ sau:
Một đèn sợi đốt 40 W thực tế phát ra cùng một quang thông, do đó c- ờng độ sáng theo mọi hớng 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.
Ngời ta định nghĩa độ chói L trong một phơng cho trớc là tỷ số của c- ờng độ sáng dI theo phơng này trên diện tích biểu kiến của dS.
L = dS.cosdI α (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.
Chơng 2
Thiết kế hệ thống chiếu sáng
cho phân xởng chế biến thức ăn gia súc I. Yêu cầu cơ bản khi thiết kế hệ thống chiếu sáng.
ánh sáng là phần không thể thiếu đợc trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. Để đảm bảo sản xuất, đảm bảo chất lợng sản phẩm đợc tốt, năng suất lao động cao, đảm bảo an toàn cho công nhân thì ngoài ánh sáng tự nhiên cần có một hệ thống chiếu sáng nhân tạo trong PX. Chiếu sáng nhân tạo bằng điện hiện nay đợc sử dụng rộng rãi, bởi vì chiếu sáng bằng điện có rất nhiều u điểm: thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiện, giá thành rẻ, tạo đợc ánh sáng gần với ánh sáng tự nhiên. Với tầm quan trọng đó vấn đề chiếu sáng đã đợc nghiên cứu trên nhiều lĩnh vực chuyên sâu nh: nguồn sáng, chiếu sáng công nghiệp, chiếu sáng công cộng v v ... ở đây, trong yêu cầu thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phân xởng ta chỉ quan tâm đến chiếu sáng công nghiệp.
Khi thiết kế chiếu sáng điều quan trọng nhất là phải đáp ứng đợc nhu cầu về độ rọi và hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác. Ngoài độ rọi, hiệu quả chiếu sáng còn phụ thuộc vào quang thông, mầu sắc ánh sáng, sự lựa chọn hợp lý các chao đèn, sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế, mỹ quan.
Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau:
•Không bị loá mắt: Vì với cờng độ sáng mạnh mẽ sẽ làm cho mắt có cảm giác loá, thần kinh bị căng thẳng, thị giác mất chính xác.
• Không loá do phản xạ: ở một số vật công tác có có tia phản xạ khá mạnh và trực tiếp. Do đó, khi bố trí đèn cần phải tránh hiện tợng này.
• Không có bóng tối: ở nơi sản xuất các phân xởng không nên có bóng tối mà phải sáng đồng đều, có thể quan sát đợc toàn bộ phân xởng. Muốn khử các bóng tối cục bộ thờng sử dụng bóng mờ và treo cao đèn.
•Độ rọi yêu cầu phải đồng đều: Nhằm mục đích khi quan sát từ vị trí này sang vị trí khác mắt ngời không đợc điều tiết quá nhiều, gây mỏi mắt.
•Phải tạo đợc ánh sáng giống ánh sáng ban ngày: Để thị giác đánh giá đợc chính xác.