Бінарне заняття: "ФОТОМЕТРІЯ. ОСНОВНІ СВІТЛОВІ ВЕЛИЧИНИ. ДЖЕРЕЛА СВІТЛА".

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ КОЛЕДЖ ТРАНСПОРТНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

 

 

ФОТОМЕТРІЯ. ОСНОВНІ СВІТЛОВІ ВЕЛИЧИНИ.

ДЖЕРЕЛА СВІТЛА.

 

Бінарне  заняття з навчальних дисциплін:

 Фізика та Електропостачання залізниць

 

 

 

 

 

Одеса

2017

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ КОЛЕДЖ ТРАНСПОРТНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

 

 

 

 

ФОТОМЕТРІЯ. ОСНОВНІ СВІТЛОВІ ВЕЛИЧИНИ.

ДЖЕРЕЛА СВІТЛА.

 

 

Бінарне  заняття з навчальних дисциплін:

 Фізика та Електропостачання залізниць

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одеса

2017

 

РОЗРОБНИКи: Пивоварова С.Ю. та  Іванова Г.С. викладачі Одеського коледжу транспортних технологій.

 

РЕЦЕНЗЕНТ: Голова обласної методичної комісії викладачів фізики І.Ю. Мисліна                           

 

 

НАЗВА РОБОТИ: бінарне  заняття з навчальних дисциплін: Фізика та Електропостачання залізниць «ФОТОМЕТРІЯ. ОСНОВНІ СВІТЛОВІ ВЕЛИЧИНИ. ДЖЕРЕЛА СВІТЛА».

 

 

Посібник містить розробку бінарного заняття, побудованого на тісних міжпредметних зв’язках, яке проводиться спільно двома  викладачами, забезпечує цілісний зв'язок теорії з практикою та  об'єднує  теми за рахунок використання  опорних знань. Методи та форми заняття допомагають студентам побачити невидиме, зрозуміти приховане, розглянути незвичайне у звичайному.

 Посібник рекомендовано педагогічним працівникам для проведення бінарних занять в навчальних закладах.

 

 

 

Погоджено

цикловою комісією

природничо-математичних

дисциплін,

_________ протокол № _______________

   (дата)             (номер протоколу)

 

Зміст

 

       С.

Методична мета проведення заняття              4

Навчально – методична карта  заняття             7

Хід заняття           8

Додаток А  Опорний конспект лекції до теми  

 

   

Методична мета проведення заняття

 

Бінарне заняття – це заняття, яке побудоване на тісних міжпредметних зв’язках, яке проводиться спільно двома  викладачами, забезпечує цілісний зв'язок теорії з практикою та  об'єднує  теми за рахунок використання  опорних знань.

Бінарне заняття з навчальних дисциплін «Фізика» та «Електропостачання залізниць» проводиться з метою вивчення основних термінів фотометрії, розширення знань про світлові явища і джерела світла, їх характеристики  та типи, а також показати наступність у вивченні окремих розділів та зв’язок з майбутньою професією.

Дана тема вивчається на заняттях з фізики на другому курсі студентами всіх спеціальностей . Вона дає можливість розкрити  особливе значення і роль  фізики  для майбутніх електриків

Робота на занятті направлена на розвиток професійного мислення, вміння аналізувати та робити висновки зі спостережень а також довести що фізика - наука, яка своїми законами охоплює навколишній світ та є базою при вивченні спец. дисципліни «Електропостачання залізниць», яка є однією з базових спеціальності «Електропостачання» .

Створення проблемних ситуацій стимулює студентів до активної пізнавальної та практичної  діяльності.

Методи та форми заняття допомагають студентам побачити невидиме, зрозуміти приховане, розглянути незвичайне у звичайному.

Тема : Фотометрія. Основні світлові величини. Джерела світла

Мета

   Навчальна:

•                ознайомитися з  поняттям «Фотометрія»;
•                навчитися користуватися основними термінами фотометрії;
•                сформувати початкові уявлення про природу та властивості світла;
•                навчити розрізняти джерела та приймачі світла;

 

   Розвиваюча:

•                розвивати вміння логічно мислити, робити висновки, аналізувати;
•                розвивати професійне мислення;
•                стимулювати активну пізнавальну діяльність;
•                створювати ситуації зацікавленості та позитивні емоції по відношенню до навчальної діяльності.
•                формувати уміння застосовувати одержані знання для розвитку навчально-виробничих задач.

   Виховна:

•                формувати уміння застосовувати здобуті знання на практиці;
•                показати значення цих знань для пояснення природних явищ;
•                виховувати любов до обраної професії;
•                виховувати бережливе, економне використання сировини, матеріалів;
•                встановлення зв’язків одержаних знань з практикою.

Міжпредметні зв‘язки : електротехніка, енергозбереження, електропостачання залізниць , конструкційні матеріали .

Вид заняття : лекція, бінарне заняття

Забезпечення заняття : мультимедійний проектор, презентація до  тем: « Основні світлові величини», «Джерела світла», наочні прилади, опорні конспекти-схеми «Геометрична оптика», прилад  для демонстрації законів оптики.

Література :

1. Гончаренко С.У. Фізика: Підруч. для 10 кл. серед. загальноосв. шк..- К.: Освіта, 2002. – 319 с.

2. Гончаренко С.У. Фізика: Підруч. для 11 кл. серед. загальноосв. шк..- К.:               Освіта, 2002. – 319 с.

3. К. Окслід, С. Паркер, Світ науки. – М.,1999.

4. Л.С. Жданов, Г.Л. Жданов, Фізика для середніх спеціальних навчальних закладів. – М., Наука, 1981.  Предмет фізики.

5. І.Є. Лопатинський, Курс фізики для інженерів.-Л.,Афіша,

2003.

6. І.П. Гаркуша, Збірник задач.-К.,Техніка,2003.
7. Мамошин Р.Р., Зимакова А.М. Электроснабжение

электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1980

8.                     Воронин А.В. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1978
9.                     Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Высшая школа, 1975
10.                .Прохорский А.А. Тяговые и трансформаторные подстанции. М.: Транспорт, 1983
11.                 Караев Р.И. Электрические сети и энергосистемы. М.: Транспорт, 1988.

 

Навчально – методична карта  заняття

№ з/п	Етапи заняття	Метод, форма проведення	Час (хв.)
1	Організаційний момент		2
2	Мотивація навчальної діяльності	Розповідь, частково-пошуковий	5
3	Актуалізація опорних знань	Бесіда, вправи	5
4	Формування знань		15
4.1	Джерела світла	Бесіда, пояснювально-спонукальний, ілюстрування	12
4.2	Фотометрія. Основні світлові величини.	Розповідь, пояснювально-ілюстративний	10
4.3	Закони освітленості.	Розповідь, репродуктивний	5
4.4	Вимоги до виробничого освітлення	Бесіда, дослідницький	4
4.5	Контроль зворотного зв‘язку	Бесіда, інструктивно-практичний, вправи	10
6	Підведення підсумків заняття	Бесіда	5
7	Домашнє завдання	Інструктаж	2

 

Хід заняття

1 Організаційний етап

2 Мотивація навчальної діяльності

3Актуалізація опорних знань

4 Формування знань

4.1 Джерела світла

4.2 Фотометрія. Основні світлові величини

4.3  Закони освітленості.

4.4 Вимоги до виробничого освітлення

4.5 Контроль зворотного зв‘язку

6 Підведення підсумків заняття

7 Домашнє завдання

 

 

1 Організаційний етап

2 Мотивація навчальної діяльності

Викладач фізики:

Зі світловими явищами ми зустрічаємося щодня протягом усього життя, адже вони є частиною природних умов, у яких ми живемо. Деякі з них  здаються нам справжнім дивом, наприклад міражі в пустелі, полярні сяйва. Проте погодьтеся, що й більш звичні для нас світлові явища: виблиск краплинки роси в сонячному промінні, місячна доріжка на плесі, семибарвний міст веселки після літнього дощу, блискавка у грозових хмарах, мерехтіння зір у нічному небі — теж є дивом, бо вони роблять світ навколо нас чудовим, сповненим чарівної краси та гармонії.

Завдяки органу зору людина бачить навколишній світ, здійснює зв'язок з навколишнім середовищем, може відпочивати і працювати. Від того, як освітлюються предмети залежить продуктивність праці. Без достатнього освітлення рослини не можуть нормально розвиватися. Найкраща ілюстрація значення світлових явищ у житті людини – «хвилинний» експеримент:  потрібно на одну хвилину заплющити очі і уявити «життя в темряві»

Викладач спец.дисциплін:

Сьогодні на заняті ми  розширимо та  поглибимо ваші знання про джерела світла, переглянемо відеоролик « Інноваційні джерела світла» і на протязі заняття дізнаємось, чому людство переходить на світлодіоди для освітлення, чому на поверхні близьких до Сонця планет висока температура, а на далеких планетах — низька, чому відбувається зміна пори року? З’ясуємо переваги та недоліки різних джерел світла та визначимо роль фізики  для вас- майбутніх електромонтерів .

 

2 Актуалізація опорних знань

Викладач фізики:

1) Дайте визначення  «геометричної оптики».

Очікувана відповідь: Геометри́чна о́птика — розділ оптики, в якому вивчаються закони поширення світлових променів.

2) На яких законах базується геометрична оптика?

Очікувана відповідь: 1. Закон прямолінійного поширення світла: в однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно. Даний закон дає змогу визначити області тіні і напівтіні від джерел світла.

2. Закон відбивання. Падаючий промінь і перпендикуляр до межі розділу двох середовищ, поставлений у точці падіння, лежить в одній площині, кут падіння α дорівнює куту відбивання β .

3 Закон відбивання світла. Падаючий і заломлений промені і нормаль до межі поділу лежать в одній площині.

Відношення синуса кута падіння α до синуса кута заломлення γ дорівнює відношенню швидкостей поширення світла в цих середовищах:

 

3) Що називають «світловим променем»?

Очікувана відповідь: Світловий промінь — крива, дотична до якої в будь-якій точці збігається із напрямком розповсюдження світла.

4) Що називають «світловим пучком»?

Очікувана відповідь: Світловий пучок — просторово обмежений у напрямку, перпендикулярному до розповсюдження, потік світла. 

Викладач спец.дисциплін:

5)Які ви знаєте джерела світла?

Очікувана відповідь: Свічки,лампадки, газові лампи, електричні джерела світла,сонце,зорі і т.п.

4 Формування знань

4.1 Джерела світла

Викладач фізики:

 Фізичні тіла, атоми та молекули яких випромінюють світло, називають джерелами світла.

Погляньте навколо, зверніться до свого досвіду — і ви, без сумніву, назвете багато джерел світла: Сонце, спалах блискавки, вогонь багаття, полум'я свічки, лампа розжарювання, екран телевізора, монітор комп'ютера тощо (див., наприклад, рис. 1.1). Світло можуть випромінювати також організми (деякі морські тварини, світлячки та ін.).

  У ясну місячну ніч ми можемо досить добре бачити предмети, освітлені місячним сяйвом. Однак Місяць не можна вважати джерелом світла: Місяць світла не випромінює, а тільки відбиває світло, що йде від Сонця. Так само не можна назвати джерелом світла дзеркало, за допомогою якого ви посилаєте «сонячного зай-чика» у вікно вашого друга.

  Викладач спец.дисциплін:

Залежно від походження розрізняють природні та штучні (створені людиною) джерела світла.

  До природних джерел світла належать, наприклад, Сонце й зорі, розпечена лава та полярні сяйва, деякі світні об'єкти з-поміж тварин і рослин: глибоководна каракатиця, радіолярія, світні бактерії тощо. Так, теплої літньої ночі в лісовій траві можна побачити яскраві цятки світла — світлячків.

Природні джерела не можуть повністю задовольнити дедалі більшу потребу людини у світлі. І тому ще в давнину люди почали створювати штучні джерела світла. Спочатку це були вогнище й каганець, пізніше з'явилися свічки, оливні та гасові лампи. Наприкінці XIX століття винайдено електричну лампу. Сьогодні різні види електричних ламп використовують усюди (рис. 1.2—1.4)

 

Рисунок 1.1. - Приклади джерел світла

  У помешканнях ми зазвичай використовуємо лампи розжарювання. На жаль, вони не є досить економними: у таких лампах більша частина електричної енергії йде на нагрівання самої лампи та повітря навколо і тільки З—4 % енергії перетворюється на світлову. В останні роки, однак, з'явилися нові, у декілька разів економніші конструкції електричних ламп.

 Великі приміщення (супермаркети, цехи підприємств тощо) освітлюються джерелами світла у вигляді довгих трубок — лампами денного світла. Для різнобарвної ілюмінації, якою вночі підсвічено деякі будинки, торговельні центри тощо, використовують неонові, криптонові та інші лампи. 

 

 

 

  Залежно від температури джерел світла їх поділяють на теплові та люмінесцентні.

  Сонце й зорі, розпечена лава та лампочка розжарювання, полум'я вогнища, свічки, газові пальники тощо — усе це приклади теплових джерел світла: вони випромінюють світло завдяки тому, що мають високу власну температуру (рис. 1.5).

  Люмінесцентні джерела світла відрізняються від теплових тим, що для їхнього світіння не потрібна висока температура: світлове випромінювання може бути доволі інтенсивним, а джерело при цьому залишається відносно холодним.

  Прикладами люмінесцентних джерел є екран телевізора, монітор комп'ютера, лампи денного світла, дороговкази та дорожні знаки, вкриті люмінесцентною фарбою, світлові індикатори, деякі організми, а також полярні сяйва.

 

Рисунок 1.2. - Для освітлювання стадіонів застосовують мачти

Рисунок 1.3- Потужними джерелами штучного світла є галогенні та ксенонові  лампи у фарах автомобіля

 

Викладач фізики:

  Залежно від співвідношення розміру джерела світла і відстані від нього до приймача світла розрізняють точкові та протяжні джерела світла.

  Джерело світла вважається точковим, якщо його розмір є відносно невеликим порівняно з відстанню від нього до приймача світла.

  У протилежному разі джерело вважається протяжним

 Таким чином, те саме джерело світла залежно від умов може вважатися як протяжним, так і точковим.

 

 

Рисунок 1.4- Сигнали сучасних світлофорів добре видно навіть тоді, коли сонце світить яскраво.

 У таких світлофорах лампи розжарювання замінено світлодіодами

  Так, коли ми перебуваємо в кухні, то лампа денного світла (трубка завдовжки 0,5—1 м), що її освітлює, є для нас протяжним джерелом світла. Якщо ж ми спробуємо подивитися на ту саму лампу знадвору (наприклад, зі скверика навпроти будинку, з відстані 100—150 м до джерела світла), то лампа являтиме собою точкове джерело.

  Таким чином, до точкових джерел світла можна віднести навіть величезні зорі, які за розміром набагато більші, ніж Сонце,— у тому випадку, якщо спостерігати їх із Землі, з від¬стані, що в мільйони разів перевищує розміри цих зір.

Рисунок. 1.5 - Температура деяких теплових джерел світла

 

Викладач спец.дисциплін:

В сучасних штучних джерелах світла для перетворення в світ використовується переважно електрична енергія. Такі джерела світла називаються електричними.

Ознаки електричних джерел світла
І За механізмом генерування світла (видом  випромінювання)	ІІ За призначенням (областях застосування)	ІІІ За конструктивно-технологічними ознаками
Теплові: лампи розжарювання, в яких світло випромінюється провідником (вольфрамовим тілом напруження), протікає через нього розжареним електричним струмом.	1)загального призначення - для загального освітлення приміщень і відкритих просторів	лампи розжарювання: вольфрамове спіральне тіло розжарювання, відносно малі габарити, високий рівень механізації та автоматизації складальних операцій.
	2) метрологічні
	3) транспортні
	4) для сигналізації та індикації
Люмінесцентні: трубчасті люмінесцентні лампи низького тиску, а також дугові ртутні лампи типу ДРЛ в яких одночасно з електролюмінесценцією парів ртуті в плазмі електричного розряду використовується фотолюмінесценція нанесеного на стінку колби люмінофора під дією випромінювання стовпа розряду.	5) для оптичних систем і приладів	газорозрядні лампи низького тиску: наявність анода і катода, що забезпечують електричний розряд у лампі; присутність ртутних парів в лампі і наявність люмінофора на колбі; як правило, відносно велика довжина ламп.
	6)місцевого освітлення для освітлення  індивідуальних робочих місць
	7) для технологічних цілей
	8) для спеціальних світлотехнічних систем і установок
Змішаного випромінювання: такі джерела світла, в яких присутні  одночасно і люмінесценція, і теплове випромінювання - дуга високої інтенсивності, в якій світіння дуги зумовлена явищем електролюмінесценції рідкоземельних елементів, які вступають з фітиля анода в міжелектродний  простір, а світіння розпеченого анода є тепловим випромінюванням		газорозрядні лампи високого тиску: специфічна конструкція анода і катода; наявність деталей з кварцу і тугоплавкого скла, а також інших тепло - та термостійких матеріалів; використання в більшості випадків двох колб (кварцова пальник і зовнішня колба); застосування фольгових молібденових впаев ускладненої конструкції; порівняно невисока продуктивність технологічного обладнання

 

.

За оцінками експертів, використання ламп нового покоління в масштабах Євросоюзу дозволить країнам заощаджувати на споживанні електрики до10 млрд. євро на рік. При цьому середня європейська сім’я зможе скоротити щорічні витрати на електрику на 150 євро. Українські виробники також освоїли виробництво енергозберігаючих ламп. Їх виробляють підприємства «Іскра» і «Газотрон».  Але – майбутнє за світло діодами

Викладач фізики:

  Ви, напевне, вже здогадалися, що пристрої, за допомогою яких можна виявити світлове випромінювання, називають приймачами світла (рис. 1.6).

  Природними приймачами світла є очі живих істот.

  Одержуючи за допомогою цих приймачів інформацію, організми певним чином реагують на зміни в довкіллі. Так, зайшовши з темряви до яскраво освітленої кімнати, ми, звичайно, замружимо очі, а побачивши вночі світло фар автомобіля поблизу, обов'язково зупинимося край дороги.

  Аналогічну очам функцію виконують штучні приймачі світла. Так, фотоелектричними приймачами світла — фотодіодами — обладнано, наприклад, турнікети для проходження пасажирів у метро, на вокзалах тощо. Штучні фотохімічні приймачі — це фото- й кіноплівка, фотопапір.

  Пропонуємо вам самим відповісти на запитання про користь таких фотохімічних приймачів.

Рисунок 1.6. - Приймачі світла

4.2 Фотометрія. Основні світлові величини

Викладач фізики:

Давайте разом з вами розглянемо особливості джерел світла з точки зору фізики.

Фотометрія – розділ оптики, в якому розглядається вимірювання енергії, що переноситься електромагнітними світловими хвилями.

У фотометрії використовуються наступні величини:

1) енергетичні - характеризують енергетичні параметри оптичного випромінювання безвідносно до його дії на приймач випромінювання;

2) світлові - характеризують дії світла й оцінюються по впливу на око (виходячи з так званої середньої чутливості ока) або інші приймачі випромінювання.

Джерела світла  охарактеризують  кількісними та якісними показниками.

До кількісних показників  освітлення відносять:

• світловий потік,
• сила світла,
•  освітленість,
• яскравість,

До якісних:

• фон,
• контраст об'єкта з фоном,
• видимість,
• показник осліпленості ,
• коефіцієнт пульсації освітленості.

 

Світловий потік (Ф) — фізична величина, що характеризує «кількість» світлової енергії у відповідному потоці випромінювання або це потужність такого випромінювання, яке доступно для сприйняття нормальним людським оком або кількість світлової енергії, що проходить через деяку поверхню за одиницю часу.

Одиниця виміру СІ: люмен ,

Світловий потік джерел світла :

- Лампа розжарювання 40 Вт    415-460 лм

60 Вт    790-830 лм

100 Вт    1550-1630 лм

200 Вт    2860-2960 лм

Газорозрядна лампа 35 Вт ("автомобільний ксенон")    3000-3100 лм

Світлодіод Cree XP-G 5 Вт    460-493 лм

Світлодіод P7 SSC , Creemc-e 10 Вт     близько 700 лм

Люмінесцентна лампа 40 Вт    2480 лм

Значення освітленості чи світлового потоку має бути постійною в часі (порушується при коливанні напруги в мережі, пульсації світлового потоку, затемненні світлових отворів тощо). Слід обирати оптимальну спрямованість світлового потоку і необхідний спектральний склад світла:розпізнання рельєфа поверхні та правильної кольоропередачі, кольоророзпізнання)

 

Сила світла(І) — це кількісна величина потоку випромінювання, що доводиться на одиницю тілесного кута межі його поширення або  це кількість світла (у люменах), що доводиться на 1 стерадіан або величина, що визначається світловим потоком Ф, який випромінюється в простір у межах тілесного кута в 4стерадіанів:

де - потік, який випромінюється в межах тілесного кута .

Тілесний кут потрібно вибирати таким чином, щоб потік, що обмежується їм, можна було б уважати найбільш рівномірним. Тоді одиниця тілесного кута в цьому напрямку від джерела буде містити силу світла чисельно рівну світловому потоку.

Тілесний кут в 1, називаний також стерадіан, відповідає тілесному куту, який, як прямій конус із центром у середині сфери радіуса 1 м, вирізує з поверхні сфери площу 1м².

Одиниця виміру СІ: кандела (кд) = люмен (лм) / стерадіан (ср)

 

Сила світла типових джерел:

Свічка    1 кд

Лампа розжарювання    100 кд

Звичайний світодіод    0,005..3 кд

Над яскравий світодіод    25…500 кд

Сучасна люмінесцентна лампа    100 кд

Сонце    3×1027 кд

 

Закріпимо визначення сили світла та тілесного кута при розв’язуванні задачі

 

Дано:      Розв’язання:

   Тілесний кут знайдемо за формулою:

  А силу світла:

Ф=10лм

-?     Обчислення:

І-?    

    Вт/ср.

Відповідь: ср;  І=0,06Вт/ср.

 

Освітленість (Е) — фізична величина, що характеризує висвітлення поверхні, створюване світловим потоком, що падають на поверхню або величина, яка вимірюється світловим потоком, що падає на одиницю площі освітленої поверхні або це величина, яка показує, скільки світла потрапляє на одиницю площі поверхні (характеризує поверхню, що освітлюється).

Одиницею виміру в системі СІ :  люкс (1 люкс = 1 лм/м²).

Освітленість прямо пропорційна силі світла джерела світла. При видаленні його від освітлюваної поверхні її освітленість зменшується назад пропорційно квадрату відстані.

Коли промені світла падають похило до освітлюваної поверхні, освітленість зменшується пропорційно косинусу кута падіння променів.

Освітленість у фототехніці визначають за допомогою експонометрів і експозиметрів, у фотометрії — за допомогою люксметрів.

.

   

 Світлочутливим елементом таких приладів є фотоелемент. У разі віддалення від джерела освітленість зменшується.

Розрахунки й досліди показують, що для точкового джерела (такого, що випромінює світло однаково в усіх напрямках і розмірами якого можна знехтувати) освітленість Е прямо пропорційна силі світла І джерела світла й обернено пропорційна квадратові відстані R до джерела:

Приклади освітленості:

•     Сонячні промені опівдні     100 000 лк
•     При кінозйомці в студії     10 000 лк
•     На відкритому місці в похмурий день     1000 лк
•     У світлій кімнаті поблизу вікна     100 лк
• На робочому столі для  робіт пов’язаних з точністю виконання операцій 100-200 лк
•     На екрані кінотеатру     85-120 лк
•     Необхідне для читання     30-50 лк
•     Від повного місяця     0,2 лк
•     Від нічного неба в безмісячну ніч     0,0003 лк

 

Освітленість на робочому місці повинна відповідати санітарно-гігієнічним нормам

Давайте разом з вами визначимо освітленніссть за допомогою задач.

 

Задача 1

На стовпі заввишки 6м висить лампа 400 кд. Обчислити освітленість на відстані 8м від основи стовпа.

Відповідь: Е=2,4 лк.

Задача 2

Дано:     Розв’язання:

  

І=200кд    

    Обчислення:

 

Ф -?   Ф= 200 1=200лм

Е -?   Е=200/2=100лк.

 

Відповідь:  Ф=200лм;  Е=100лк.

 

Викладач спец.дисциплін:

Яскравість джерела світла (В, L) – це потік, що посилає в даному напрямку одиницею видимої поверхні в одиничному тілесному куті або характеристика світних тіл, рівна відношенню сили світла в якому-небудь напрямку до площі проекції світної поверхні на площину, перпендикулярну цьому напрямку або величина, яка вимірюється відношенням сили світла джерела в певному напрямку до проекції світної поверхні на площу, перпендикулярну цьому напрямку:

 

У системі СІ вимірюється в:  кд/ м².

Аркуш білого паперу, освітлений лампою потужністю 60 Вт, має яскравість від 30 до 40 кд/м².

Яскравість, що складає 30000 кд/м², діє засліплююче. Виходячи з цього, введено поняття блискучості джерела світла, тобто підвищеної яскравості поверхонь, що світяться, яка погіршує зорову здатність.

Оскільки рівень відчуття світла людським оком залежить від щільності світлового потоку (освітленості) на сітківці ока, то основне значення для зору має не освітленість якоїсь поверхні, а світловий потік Ф, що відбивається від цієї поверхні й потрапляє на зіницю. У зв'язку з цим введено поняття яскравості.

Людина розрівняє оточуючі предмети завдяки тому, що вони мають різну яскравість.

Яскравість  є тією характеристикою світла, яка безпосередньо впливає на органи зору і на яку безпосередньо реагує око.

Повинен бути досить рівномірним розподіл яскравості - на робочій поверхні, а також у межах оточуючого простору, яскравість не може відрізнятися більш ніж у 3-5 разів. У полі зору не повинно бути прямої і відбитої блискучості (підвищена яскравість світлових поверхонь, що викликає засліплення)

 

Фон - це поверхня, що прилягає безпосередньо до об'єкта розпізнавання, на якій він розглядається; оцінюється за коефіцієнтом відбиття поверхні р.

 Фон вважається світлим при коефіцієнті відбиття поверхні р > 0,4, середнім при р = 0,2...0,4, темним при р < 0,2.

 

 Контраст об ’єкта розпізнавання з фоном (К) характеризується відношенням  абсолютної величини різниці між яскравістю об'єкта і фону  до яскравості фону:

де Lo та Lф - яскравість відповідно об'єкта і фону.

 

При К більш 0,5 контраст об ’ єкта розпізнавання з фоном вважається великим, середнім - від 0,2 до 0,5 малим - менше 0,2 (об'єкт і фон мало відрізняються за яскравістю).

На робочих місцях не повинно бути різких тіней, їх наявність створює нерівномірний розподіл яскравості, змінює розміри та форму об'єктів розпізнавання, викликає втому очей.

Слід уникати потрапляння до очей сильного прямого світла, дуже різкого контрасту між сусідніми поверхнями.

 

Видимість V - характеристика здатності ока сприймати об'єкт,  показує, у скільки разів наявний контраст більший за граничний; залежить від освітленості, розміру об'єкта, його яскравості, контрасту об'єкта з фоном, експозиції.

Видимість визначається числом порогових контрастів (Кпор - найменший помітний контраст)

де Кпор - пороговий контраст, тобто найменший контраст, який розпізнає око, мінімальне значення контрасту, необхідне для виявлення вперше якого-небудь об'єкта з імовірністю розпізнавання 50%;

      К — контраст об'єкта розпізнавання з фоном

 

Показник засліпленості (Р) - критерій оцінки сліпучого дії освітлювальної установки.

де S = коефіцієнт засліпленості

 

де V₁ - видимість об'єкту спостереження при екранування блискучих джерел світла;

      V₂ - видимість об'єкту спостереження за наявності блискучих джерелу полі зору.

 

Коефіцієнт пульсації освітленості Кп у відсотках - показник відносної глибини коливань освітленості в часі внаслідок зміни світлового потоку газорозрядних ламп, що живляться змінним струмом:

де Е_max, Е _min — максимальна та мінімальна освітленість за період її коливання,лк;
Т = 0,02 с;

    Е_ср - середнє значення освітленості за цей же період, лк.

 

4.3 Закони освітленості

Викладач фізики:

 Закони фотометрії дозволяють пояснити багато явищ. Наприклад, легко зрозуміти, чому на поверхні близьких до Сонця планет висока температура, а на далеких планетах — низька.

 Зміну пір року пояснюють тим, що взимку сонячні промені навіть опівдні падають не згори, а під досить великим кутом до вертикалі. За такого кута падіння вони «світять, але не гріють».

 

Перший закон освітленості:

 Освітленість поверхні прямо пропорційна силі світла джерела і обернена пропорційна квадрату його відстані від поверхні:

Другий закон освітленості:

 Освітленість поверхні паралельним світловим пучком прямо пропорційна косинусу кута падіння променів:

.

 

4.4  Вимоги до виробничого освітлення

Викладач спец.дисциплін:

Основна задача освітлення на виробництві - створення найсприятливіших умов праці щодо зору. Усі ці вимоги враховуються чинними нормами проектування і правилами експлуатації освітлення у виробничих приміщеннях і на відкритих просторах, місцях. Основним нормативним документом є СНиП ІІ-4-79 "Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования".

5. Етап зворотнього зв'язку

Зараз переглянемо відеоролик « Інноваційні джерела світла» і дамо відповіді на тестові завдання. Студенти  дають відповіді на тести , що приводить на слайдах викладач

 Відгадайте  загадки , які описують оптичні явища.

1) Дощ пройшов. Через ставок  перекинувся місток. Кольорів у ньому сім. Він подобається всім.  ( веселка)

2) За лісом , за пралісом золота діжа сходить.    ( сонце )

3) Схочеш взяти його – втече, і мерщій сховається.  ( світло )

4) Якщо сонечко в вікні, від предметів від блискучих пробігаю по стіні. ( сонячний зайчик )

 

6 Підсумки заняття

7 Домашнє завдання: [3]ст.230 - 235, [4]§33.1- 33.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ ДО ТЕМИ

Фізичні тіла, атоми та молекули яких випромінюють світло, називають джерелами світла

Приймачі світла- пристрої, за допомогою виявляють світлове випромінювання

Джерела світла
1) Залежно від походження	2) Залежно від температури	4 )Залежно від співвідношення розміру джерела світла і відстані від нього до приймача світла
-Природні - Штучні	- теплові: випромінюють світло завдяки тому, що мають високу власну температуру (Сонце й зорі, розпечена лава ,  лампочка розжарювання) - люмінесцентні : для їх світіння не потрібна висока температура (екран телевізора,комп'ютера, лампи денного світла, світлові індикатори)	- точкові: його розмір є невеликим порівняно з відстанню від нього до приймача світла - протяжні

 

Ознаки електричних джерел світла
І За механізмом генерування світла (видом  випромінювання)	ІІ За призначенням (областях застосування)	ІІІ За конструктивно-технологічними ознаками
Теплові: лампи розжарювання, в яких світло випромінюється провідником (вольфрамовим тілом напруження), протікає через нього розжареним електричним струмом.	1)загального призначення - для загального освітлення приміщень і відкритих просторів	лампи розжарювання: вольфрамове спіральне тіло розжарювання, відносно малі габарити, високий рівень механізації та автоматизації складальних операцій.
	2) метрологічні
	3) транспортні
	4) для сигналізації та індикації
Люмінесцентні: трубчасті люмінесцентні лампи низького тиску, а також дугові ртутні лампи типу ДРЛ в яких одночасно з електролюмінесценцією парів ртуті в плазмі електричного розряду використовується фотолюмінесценція нанесеного на стінку колби люмінофора під дією випромінювання стовпа розряду.	5) для оптичних систем і приладів	газорозрядні лампи низького тиску: наявність анода і катода, що забезпечують електричний розряд у лампі; присутність ртутних парів в лампі і наявність люмінофора на колбі; як правило, відносно велика довжина ламп.
	6)місцевого освітлення для освітлення  індивідуальних робочих місць
	7) для технологічних цілей
	8) для спеціальних світлотехнічних систем і установок
Змішаного випромінювання: такі джерела світла, в яких присутні  одночасно і люмінесценція, і теплове випромінювання - дуга високої інтенсивності, в якій світіння дуги зумовлена явищем електролюмінесценції рідкоземельних елементів, які вступають з фітиля анода в міжелектродний  простір, а світіння розпеченого анода є тепловим випромінюванням		газорозрядні лампи високого тиску: специфічна конструкція анода і катода; наявність деталей з кварцу і тугоплавкого скла, а також інших тепло - та термостійких матеріалів; використання двох колб (кварцовий пальник і зовнішня колба);; невисока продуктивність технологічного обладнання

Фотометрія – розділ оптики, в якому розглядається вимірювання енергії, що переноситься електромагнітними світловими хвилями.

Величини  фотометрії:
Енергетичні - характеризують енергетичні параметри оптичного випромінювання безвідносно до його дії на приймач випромінювання	Світлові - характеризують дії світла й оцінюються по впливу на око або інші приймачі випромінювання

 

Показники освітлення
Кількісні		Якісні
світловий потік	потужність випромінювання, яке доступно для сприйняття нормальним людським оком Од.вим. СІ: люмен	Фон	поверхня, що прилягає до об'єкта розпізнавання, на якій він розглядається;
сила світла	-кількісна величина потоку випромінювання, що доводиться на одиницю тілесного кута межі його поширення Од.вим. СІ: кандела (кд)	контраст об'єкта з фоном	відношенням  абсолютної величини різниці між яскравістю об'єкта і фону  до яскравості фону:
освітленість	величина, яка показує, скільки світла потрапляє на одиницю площі поверхні Од.вим. СІ:  люкс	Видимість	показує, у скільки разів наявний контраст більший за граничний
яскравість,	потік, що посилає в даному напрямку одиницею видимої поверхні в одиничному тілесному куті Од.вим. СІ:  кд/ м².	показник осліпленості	критерій оцінки сліпучого дії освітлювальної установки. де S = коефіцієнт засліпленості
		коефіцієнт пульсації освітленості	показник відносної глибини коливань освітленості в часі внаслідок зміни світлового потоку газорозрядних ламп, що живляться змінним струмом:

Перший закон освітленості: Освітленість поверхні прямо пропорційна силі світла джерела і обернена пропорційна квадрату його відстані від поверхні:

Другий закон освітленості:

 Освітленість поверхні паралельним світловим пучком прямо пропорційна косинусу кута падіння променів: .