Šviesa, jos techniniai apibrėžimai, matavimo vienetai, dydžiai

Mus supantis pasaulis yra kupinas šviesos. Nuo jos neatsiejamas mūsų gyvenimas, buitis. Šviesa, jos intensyvumas, daro įtaką žmogui tiek fiziškai, tiek emociškai. Ji geba mums sukelti nuovargį, nerimą arba sutekti jėgų, energijos, gerų emocijų.

Keičiantis amžiams, technologijoms vystantis, žmonija sugebėjo pažaboti šviesą, ją sukurti, keisti, tobulinti. Saulės teikiamos šviesos jau seniai nebepakanka. Jau seniai praėjo tie 1880-ieji, kuomet išradėjas Tomas Edisonas (angl. Tom Edison) užpatentavo pirmąją elektros paskirstymo sistemą, taip suteikdamas galimybę kaitrinei lemputei atsirasti kiekvieno to meto amerikiečio namuose.

Nuo to laiko šviesos šaltiniai vis tobulinami, išrandami naujesni, taupesni, ekonomiškesni. Kartu su jais vystėsi tokios mokslo šakos, tiriančios šviesą, kaip šviesotechnika, elektrotechnika. Jų dėka, susisteminti šviesos bei apšvietimo techniniai parametrai, apibrėžti jų dydžiai bei matavimo vienetai.


Trumpa šviesos savybių apžvalga:

Šviesa - tai elektromagnetinis spiduliavimas, veikiantis akies tinklainę ir sukuriantis joje matomą vaizdą. Mus supančių spalvų matymas priklauso nuo elektromagnetinių bangų ilgio:

Raudona - λ = 0,76 ÷ 0,62 µm;
Oranžinė - λ = 0,62 ÷ 0,59 µm;
Geltona - λ = 0,59 ÷ 0,56 µm;
Žalia - λ = 0,56 ÷ 0,50 µm;
Žydra - λ = 0,50 ÷ 0,48 µm;
Mėlyna - λ = 0,48 ÷ 0,45 µm;
Violetinė - λ = 0,45 ÷ 0,38 µm.

Žmogaus akis skirtingai reaguoja į spalvas, štai į gelsvai-žalsvą spalvą ji reaguoja jautriausiai. Maksimalus akies jautrumas yra esant 0,555 µm ilgio bangai. Bangų spektras, esantis už raudonos ir violetinės spalvų spektro ribų, žmogaus akimi jau nebematomas.

Apšvietimas gali būti natūralusis, dirbtinis, mišrus. Natūraliojo apšvietimo spektras žmogui artimesnis, tačiau jis yra nepastovus tiek paros, tiek metų bėgyje, todėl visais atvejais papildomai įrengiamos dirbtinio apšvietimo sistemos. Šių sistemų projektavimui naudojamos tokios kompiuterinės programos, kaip ReLux, Optiwin, Lumagic, Jakobsson, Calcolux ir kitos.

Apšvietimas nusakomas kiekybiniais ir kokybiniais rodikliais. Kiekybiniai rodikliai: šviesos srautas, šviesos stipris, apšvieta, skaistis, šviesis, šviesinis veiksmingumas ir atspindžio koeficientas. Pagrindiniai kokybiniai rodikliai: pulsacijos koeficientas, akinimo indeksas, fonas, kontrastas su fonu, spalvos atkūrimo indeksas, spalvinė temperatūra ir t.t.

Pagrindinis fotometrijos dydis, apibūdinantis šviesą - šviesos srautas - Φ. Tai spindulių srauto dalis, sukelianti žmogaus regos organams šviesos pojūtį. Šviesos srauto matavimo vienetas - liumenas (lm). Liumeno dydžio suvokimui pateiksime pavyzdį: 1cm2 žemės paviršiui, esant debesuotam orui, tenka apie 1lm šviesos srauto, o esant giedram orui - apie 10lm. Štai įprasta katrinė lemputė, 60W galingumo, esant 230V įtampai, į 1 cm2 žemės paviršiaus išskiria apie 800lmšviesos srauto, kai tuo tarpu kišeninis žibintuvėlis - 6lm.

Šviesos srautas erdvėje pasiskirstęs netolygiai. Jo spinduliavimo bet kuria kryptimi intensyvumą charakterizuoja šviesos stipris. Tai šviesos srauto ir erdvinio kampo, į kurį šaltinis spinduliuoja šviesą, santykis.

Apšvieta E yra šviesos srauto tankis apšviestame paviršiuje.
Skaistis L, cd/ m2 apibūdina bet kurio paviršiaus ploto vieneto S, m2 spinduliuojamos šviesos stiprį I, cd.
Šviesis M, lm/m2 , apibūdina bet kurio paviršiaus ploto vieneto S, m2, atspindimą (praleidžiamą) šviesos srautą Φ, lm
Šviesinis veiksmingumas K, lm/W, apibūdina šviesos šaltinio efektyvumą.
Atspindžio koeficientas ρ apibūdina paviršiaus savybę atspindėti į jį krintantį šviesos srautą Φ.
Objekto ir fono kontrastas KL - tai stebimojo objekto ir fono skaičių santykis.
Dujinio išlydžio lempos pasižymi tam tikro dažnio pulsacija esant kintamai elektros srovei. Pulsacijos dažnis apibūdinamas pulsacijos koeficientu KP, %. Šio koeficiento preocentinė reikšmė nurodo lempos ryškumą:
Spalvinė temperatūra - tai juodojo kūno, spinduoliuosjančio tokio pat spektro, kaip tiriamas šviesos šaltinis, spindulius, temperatūra. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnę spektro dalį sudaro trumpabangis, artimas violetiniam, spinduliavimui.

Praktiniam naudojimui skiriamos keturios spalvinių temperatūrų kategorijos:

• 2500-2800 K - šilta, gelsva. Šios spalvos šviesą skleidžia kaitrinės lempos ir liuminescencinės lempos 827, 927. 
• 2800-3500 K - šilta, neutrali. Šios spalvos šviesą skleidžia kaitinamosios halogeninės lempos ir liuminescencinės lempos 830, 930. 
• 3500-5000 K - neutrali, šalta. Šios spalvos šviesą skleidžia liuminescencinės lempos 840, 940. 
• 5000 K ir daugiau - dienos šviesos, šaltos dienos (melsvos) šviesos. Šios spalvos šviesą skleidžia liuminescencinės lempos 850, 865, 950, 965.

Spalvos atkūrimo indeksas R_a, %.

Natūrali šviesa, kaitrinės ir halogeninės kaitinamosios lempos stebimų objektų spalvos neiškraipo, nes šių šaltinių spinduliuojamas spektras tolygus. Didžiajai daliai dujinio išlydžio lempų būdingas netolygus, iškraipytas spektras, pakeičiantis stebimo objekto spalvos suvokimą. Dažniausiai naudojamos trys spalvų atkūrimo indekso Ra kategorijos: 

• R_a nuo 90÷100 - labai geras spalvų atkūrimas,
• R_a nuo 80÷90 - pakankamas spalvų atkūrimas,
• R_a nuo 80 ir mažiau - patenkinamas ir blogas spalvų atkūrimas.

Projektuojant apšvietimą, būtina žinoti šias pagrindines šviesos savybes. Remiantis visais reikalavimais ir gebant teisingai apskaičiuoti šviesos intensyvumą tam tikroje erdvėje, galima sukurti puikų apšvietimą, atitinkantį kiekvieno poreikius.