Základní pojmy ze světelné techniky

Zatímco poznatky o šíření světelných paprsků, jejich odrazu a lomu patřící do oboru geometrické optiky mají tisíciletou tradici, první poznatky o kvantitativních vlastnostech světla byly zaznamenány až v 15. a 16. století. Například geniální Leonardo da Vinci (1452–1519) uvedl, že intenzita osvětlení klesá při šikmém dopadu světla a nepřímo úměrně vzdálenosti osvětlované roviny od světelného zdroje. Toto tvrzení nebylo přesné.SoučasnostDnes se teorie i praxe fotometrie běžně používají a do norem pro osvětlení byly zavedeny požadavky na udávání nejistot měření a výpočtů, které často provádějí počítačové programy. To vše nevylučuje možnost chyb vyplývajících z opomenutí a neznalosti základních vztahů a zákonitostí. Proto jsou v tab. 1 uvedeny definice základních světelnětechnických veličin, jednotek a také matematických vztahů. Pro názornější představu jsou geometrické parametry použité v rovnicích zakresleny v obr. 1, v němž zdrojem světla je ploška A1, ležící v rovině hlavního kruhového řezu koule o poloměru r.Oficiální definice uvedených veličin a jejich modifikace jsou v ČSN IEC 50(845) [1] a v ČSN EN 12665 [2].Nadbytečný komentář1. Bodový zdroj je důležitý teoretický pojem, ovšem v praxi je to např. přibližně také svítidlo délky 1 m s jednou zářivkou zavěšené 3 m nad srovnávací (výpočtovou) rovinou. Slunce s gigantickým průměrem 1 392 000 km je vzhledem k Zemi vzdálené 1 496•105 km jednoznačně fotometricky bodový zdroj.2. Svítivost, charakterizovaná světelným tokem vycházejícím z bodového zdroje v elementárním kuželu (prostorovém úhlu), se v prostředí se zanedbatelným činitelem pohlcení a rozptylu vzdáleností nemění, a tudíž svítivost bodového zdroje závisí jen na směru.3. Světelný tok světelného zdroje, který charakterizuje vlastně jeho výkon, je možné vypočítat z rozložení svítivosti. Přesnost stanovení světelného toku zdroje výpočtem ve srovnání s měřením v kulovém integrátoru je při stejné pečlivosti a přesnosti měřicích přístrojů až o řád lepší.4. Prostorový úhel se měří steradiány, obdobně jako radiány (nebo úhlovými stupni) úhel v rovině. Při měření a udávání rozložení svítivosti světelných zdrojů a svítidel se prostor dělí na dílčí prostorové úhly zpravidla pomocí svazků rovin (které na kouli se středem v optickém středu měřeného zdroje vytínají soustavy „poledníků“), viz ČSN EN 13032-1 [3] a ČSN EN 13032-2 [4]. Tabulky svítivosti naměřené goniofotometry v doporučené síti směrů (dané souborem dvojic úhlů) jsou určeny jak k výpočtu světelného toku svítidla, tak k přesnějšímu bodovému výpočtu osvětlenosti na libovolné srovnávací rovině, a to dnes zpravidla na počítači.5. Osvětlenost je pro jednoduchost výpočtu i měření používána jako kvantitativní charakteristika osvětlení, a to jak umělého, tak denního. Například pro charakterizování osvětlení Země Sluncem se uvádí tzv. solární konstanta 135 klx, což je průměrná intenzita osvětlení roviny kolmé na spojnici Země–Slunce při zanedbání pohlcení a rozptylu v zemském ovzduší. Odpovídající průměrná svítivost Slunce ve směru k Zemi je 3,021•1024 kcd.6. Jas je veličina, kterou vnímá zrak a na jejíž hodnotu se snaží adaptovat. Jas současných umělých světelných zdrojů má zpravidla hodnoty přesahující adaptační schopnost zraku, a proto se zdroje ve svítidlech cloní neprůsvitnými nebo rozptylujícími stínidly. Průměrný jas slunečního kotouče za již uvedených ideálních předpokladů činí 1,985•106 kcd/m2. Jas zdroje se v nerozptylujícím a nepohlcujícím prostředí se vzdáleností pozorování nebo měření nemění. Rovněž je dobře si uvědomit, že jas nelze žádnou optikou zvětšit. Vždy vznikne pouze obraz zdroje s menším jasem oproti originálu v důsledku pohlcení a rozptylu v optické soustavě.7. Světlení charakterizuje světelný tok primárního nebo sekundárního (tj. odrážejícího nebo propouštějícího světlo) světelného zdroje bez ohledu na směr jeho vyzařování. Všeobecně je znám vztah mezi jasem a světlením u rovnoměrně odrážející nebo propouštějící látky:M = ρ (resp. τ) E = Π L, kde ρ a τ jsou činitele odrazu a prostupu.8. Světelné množství je veličina používaná jako srovnávací ukazatel technickoekonomické úrovně světelných zdrojů, který zahrnuje světelný tok (včetně jeho časového průběhu) a život světelného zdroje. Například 100W žárovka s průměrným životem 1 000 h a světelným tokem 1 300 lm vyprodukuje celkem 1,3 mil. lumenhodin světla, zatímco 21W kompaktní zářivka s integrovaným předřadníkem, průměrným životem 6 000 ha světelným tokem 1 100 lm vyzáří 6,6 mil. lm•h. Tento ukazatel se také používá k charakteristice spotřeby světla v jednotlivých státech, zpravidla v přepočtu na jednoho obyvatele. ZávěrKrátká exkurze do základů světelné techniky je určena hlavně k upozornění na to, že i v době počítačů bychom měli vědět, co vlastně počítáme, a uvědomit si, k čemu nám slouží světlo, jeho používání a dimenzování. V textu byly použity příklady světelnětechnických parametrů Slunce na počest Mezinárodního heliofyzikálního roku, který byl oficiálně zahájen na tiskové konferenci 23. ledna 2007 uspořádané Astronomickým ústavem AV ČR, v. v. i., Českou astronomickou společností a Odborem mediální komunikace Akademie věd ČR. V celosvětovém měřítku se tak stalo na půdě OSN ve Vídni 19. až 20. února 2007, kde byla Česká republika také zastoupena. Další informace lze nalézt na stránkách http://ihy2007.astro.cz Literatura:[1] ČSN IEC 50(845) Mezinárodní elektrotechnický slovník. Kapitola 845: Osvětlení. [2] ČSN EN 12665 Světlo a osvětlení – Základní termíny a kritéria pro stanovení požadavků na osvětlení. [3] ČSN EN 13032-1 Světlo a osvětlení – Měření a uvádění fotometrických údajů světelných zdrojů a svítidel –Část 1: Měření a formát souboru. [4] ČSN EN 13032-2 Světlo a osvětlení – Měření a uvádění fotometrických údajů světelných zdrojů a svítidel – Část 2: Způsob uvádění údajů pro vnitřní a venkovní pracovní prostory. Pro tématickou rubriku ARCHITEKTURA A SVĚTLO převzato z časopisu Světlo - www.svetlo.info