Исследование основных параметров искусственного освещения



В данной статье рассматривались основные параметры искусственного освещения с помощью самодельного люксметра.

Ключевые слова: люксметр, освещение, свет.

В темное время суток и зимний период для компенсации недостатка солнечного света используется искусственное освещение как производственных, так и бытовых помещений. Вы когда-нибудь задумывались о значении освещения в вашей повседневной жизни?

С одной стороны, слишком яркий свет раздражает сетчатку глаза, вредит зрению и негативно сказывается на психическом состоянии человека. С другой стороны, недостаток освещения может вызвать у человека нарушения сердечного ритма, колебания температуры тела, могут появляться симптомы усталости и депрессии. От того, насколько правильно освещены места отдыха и работы человека, во многом зависит его здоровье, работоспособность и общее самочувствие. Вред организму также наносит пульсация, которая характерна для всех типов ламп. Мерцание вызывает головную боль и расстройство нервной системы. Негативное влияние на мозг человека обуславливается тем, что ритмические активности элементов головного мозга вынуждены подстраиваться под окружающую пульсацию.

Для определения качества искусственного освещения используют люксметр — это переносной прибор для измерения освещённости, один из видов фотометров.

Поэтому, изучив теорию, мною был собран прибор, который должен показывать основные параметры, по которым возможно определение качества искусственного освещения.

Определение зависимости освещенности от расстояния .

Весь световой поток, исходящий от источника света, подчиняется определенным законам. Я проведу серию опытов, чтобы исследовать эти законы.

С помощью цифрового люксметра измерим освещенность на различном расстоянии от ламп. Стоит учесть, что у моего прибора предел измерения равен 55 000 Лк. В данном эксперименте использовались два источника света: светодиодная лампа на 7.0W и лампа накаливания на 60W.

В данном опыте я буду последовательно увеличивать расстояние от люксметра до источника света, результаты представлены в таблице 1, где

— освещенность от светодиодной лампы, — освещенность от лампы накаливания.

Таблица 1

R, м	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
, лк	2916	1258	764	459	331	249	189	150	128
, лк	3075	1366	769	492	341	251	192	152	123
, кд							120,96	121,5	128
, лк	1516	685	386	235	160	126	99	85	71
, кд							63,36	68,85	71
, лк	1700	755	425	272	189	138	106	84	68

Чтобы сравнить экспериментальные показания с теоретически возможными, найдем сначала силу света лампы для последних трех измерений по формуле и определим теоретически возможную освещенность на соответствующих расстояниях, полученные данные были также занесены в таблицу 1.

На основании результатов эксперимента можно сделать вывод, что освещенность зависит от расстояния до источника света, чем ближе источник света к освещаемой поверхности, тем больше освещенность, также стоит учесть, что теоретически возможная освещенность светодиодной лампы практически совпадет с экспериментально установленной, тогда как на практике освещенность лампы накаливания ниже, чем при расчетах. Таким образом, при подборе источников света в помещения для ламп накаливая необходимо учитывать теоретическую погрешность, для светодиодных ламп такая погрешность практически отсутствует.

Исследование освещенности в зависимости от угла .

В данном эксперименте было проведено исследование освещенности в зависимости от угла наклона на расстоянии 1 м. Опыт проводился также на примере светодиодной лампы и лампы накаливания.

С помощью прибора измерялась освещенность для углов от 0 до 180 с шагом в 15 градусов. Данные с датчика занесены в таблицу 2, где — освещенность от светодиодной лампы, — освещенность от лампы накаливания.

Таблица 2

Угол	0	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150	165	180
, лк	53	86	93	126	150	156	166	156	150	126	93	86	53
, лк	76	83	96	103	106	108	110	108	106	103	96	83	76

В результате эксперимента было установлено, что светодиодные лампы обладают направленным светом, они плохо освещает сбоку от себя и совсем не освещают сзади, это связано с тем, что в отличие от ламп накаливания светодиодные имеют непрозрачный колпак, поэтому возможно ощущение дискомфорта от другого распределения световых потоков.

Исследование освещенности от двух точечных светильников

Для данного эксперимента было использовано два точёных источника света (лампы), и измерялась освещенность между ними на различных расстояниях от центра оси светильников.

По прямой ОС расстояние менялось с шагом в 10 см, результаты опыта были занесены в таблицу 3, где — освещенность от светодиодной лампы, — освещенность от лампы накаливания.

Таблица 3

Х, м	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
, лк	3	20	80	150	216	239	243	256	233	219	186
, лк	16	33	83	140	176	183	186	173	156	140	110

Также был проведен опыт с изменением расстояния r между двумя точечными источниками света, расстояние (x) до освещаемой поверхности равно 1 м, данные, полученные в ходе эксперимента, были занесены в таблицу 4, где — освещенность от светодиодной лампы, — освещенность от лампы накаливания.

Таблица 4

r, м	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
, лк	256	243	226	209	190	166	146	136	123	113	99
, лк	190	183	170	163	146	133	125	116	109	96	86

Таким образом, в результате проделанных экспериментов, я пришел к выводу, что освещенность двух точечных источников света зависит от расстояния между ними, но как оказалось, максимальная освещенность достигается при нахождении источников на расстоянии 0,7 метров от освещаемой поверхности, если между ними 1 м.

Исследование пульсации света

Далее мною были произведены замеры коэффициента пульсации нескольких типов световых источников. Данные эксперимента отражаются в таблице 5.

Таблица 5

Тип лампы	Коэффициент пульсации, %
Галогеновые лампы	26
Лампы накаливания	16
Люминесцентные лампы	34
Светодиодные лампы	5

В результате проделанных измерений можно утверждать, что при использовании люминесцентных ламп может возникать стробоскопический эффект, в связи с чем, использование таких ламп на производстве опасно для жизни и здоровья человека, зачастую такие лампы установлены в образовательных учреждениях, что негативно сказывается на зрительном анализаторе, а также на общем самочувствие и работоспособности учеников. На данный момент самым низким коэффициентом пульсации обладают светодиодные лампы, использование которых поможет избежать возникновение стробоскопического эффекта.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, как подобрать правильное искусственное освещение. На данный момент оптимальное освещение — светодиодное. Исходя из многих характеристик, таких как простота в обслуживании, долговечность (средний срок службы ламп составляет 30 000 часов), безопасность (не содержат хрупких и токсичных компонентов), также у светодиодных ламп с хорошими драйверами достаточно низкий коэффициент пульсации, можно сделать вывод, что они являются наиболее безопасными для здоровья человека. Сейчас появляются светодиодные лампы с прозрачными конусами, это сделает их использование еще более комфортным, так как распределение светового потока будет происходить и с боков лампы.

Литература:

1. С. А. Кравков. Глаз и его работа, 4-е изд., перераб. и доп. — М.-Л.: Издательство Академии наук СССР, 1950. — 531 с.
2. Гершензон Е. М., Малов Н. Н., Мансуров А. Н. Курс общей физики. –Оптика и атомная физика. М., Академия, 2000 г., 408 с
3. Яворский, Б. М. Справочник по физике / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. — М.: Наука, 1985. — 512 с.
4. Савельев, И. В. Курс общей физики: учебник. В 3-х т. Т. 2.Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. — СПб.: Лань,2011. — 496 с.