Освещенность в физике - формулы и определения с примерами

Содержание:

Освещенность:

Вспомните свои ощущения, когда вы входили в темное помещение. Становится как то не по себе, ведь ничего не видно вокруг... Но сто ит включить фонарик — и близко расположенные предметы становятся хорошо заметными. Те же, что находятся где то дальше, можно едва различить по контурам. В таких случаях говорят, что предметы по разному освещены. Выясним, что такое освещенность и от чего она зависит.

Определение освещенности

От любого источника света распространяется световой поток. Чем больший световой поток упадет на поверхность того или иного тела, тем лучше его видно.

Физическая величина, численно равная световому потоку, падающему на единицу освещенной поверхности, называется освещенностью.
Освещенность обозначается символом Е и определяется по формуле:

где Ф — световой поток; S — площадь поверхности, на которую падает световой поток.

В СИ за единицу освещенности принят люкс (лк) (от латин. lux — свет).

Один люкс — это освещенность такой поверхности, на один квадрат ный метр которой падает световой поток, равный одному люмену:

Приводим некоторые значения освещенности поверхности (вблизи земли).

Освещенность Е:

• солнечными лучами в полдень (на средних широтах) — 100 000 лк;
• солнечными лучами на открытом месте в пасмурный день — 1000 лк;
• солнечными лучами в светлой комнате (вблизи окна) — 100 лк;
• на улице при искусственном освещении до 4 лк;
• от полной луны — 0,2 лк;
• от звездного неба в безлунную ночь — 0,0003 лк.
   

От чего зависит освещенность

Наверное, все вы видели шпионские фильмы. Представьте: какой-нибудь герой при свете слабого карманного фонарика внимательно просматривает документы в поисках необходимых «секретных данных». Вообще, чтобы читать, не напрягая глаз, нужна освещенность не меньше 30 лк (рис. 3.9), а это немало. И как наш герой добивается такой освещенности?

Во-первых, он подносит фонарик как можно ближе к документу, который просматривает. Значит, освещенность зависит от расстояния от источника света до освещаемого предмета.

Во-вторых, он располагает фонарик перпендикулярно к поверхности документа, а это значит, что освещенность зависит от угла, под которым свет падает на поверхность.

И в конце концов, для лучшего освещения он просто может взять более мощный фонарик, так как очевидно, что с увеличением силы света источника увеличивается освещенность.

Выясним, как изменяется освещенность в случае увеличения расстояния от точечного источника света до освещаемой поверхности. Пусть, например, световой поток от точечного источника падает на экран, расположенный на определенном расстоянии от источника. Если увеличить расстояние вдвое, можно заметить, что один и тот же световой поток будет освещать в 4 раза большую площадь.

• Заказать решение задач по физике

Поскольку , то освещенность в этом случае уменьшится в 4 раза. Если увеличить расстояние в 3 раза, освещенность уменьшится в раз. Т. е. освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния от точечного источника света до поверхности (рис. 3.10).

Если пучок света падает перпендикулярно к поверхности, то световой поток распределяется на минимальной площади. В случае увеличения угла падения света увеличивается площадь, на которую падает световой поток, поэтому освещенность уменьшается (рис. 3.11). Мы уже говорили, что в случае увеличения силы света источника освещенность увеличивается. Экспериментально установлено, что освещенность прямо пропорциональна силе света источника.

(Освещенность уменьшается, если в воздухе есть частички пыли, тумана, дыма, так как они отражают и рассеивают определенную часть световой энергии.)

Если поверхность расположена перпендикулярно к направлению распространения света от точечного источника и свет распространяется в чистом воздухе, то освещенность можно определить по формуле:

где I сила света источника, R — расстояние от источника света до поверхности.

Пример решения задачи

Стол освещен лампой, расположенной на высоте 1,2 м прямо над столом. Определите освещенность стола непосредственно под лампой, если полный световой ноток лампы составляет 750 лм. Лампу считайте точечным источником света.

Анализ физической проблемы, поиск математической модели Поскольку источник света считаем точечным и стол расположен перпендикулярно к направлению распространения света,
Дано:

Ф = 750 лм

R = 1,2 м
E — ?

Анализ физической проблемы, поиск математической модели Поскольку источник света считаем точечным и стол расположен перпендикулярно к направлению распространения света,то можем воспользоваться формулой (1). Лампа распространяет свет во все стороны равномерно, поэтому (2).

Решение и анализ результатов

Подставив формулу (2) в формулу (1), получим:
 Определим значение искомой величины:

Анализ результатов: полученное значение освещенности Е = 41,5 лк является вполне реальным.

Ответ: E = 41,5 лк.
 

Итоги:

Физическая величина, численно равная световому потоку Ф, падающему на единицу освещаемой поверхности S, называется освещенностьюВ СИ за единицу освещенности принят люкс (лк).

Освещенность поверхности E зависит: а) от расстояния R до освещаемой поверхности б) от угла, под которым свет надает на поверхность (чем меньше угол падения, тем больше освещенность); в) от силы света I ^ источника (Е~ I); г) прозрачности среды, в которой распространяется свет, проходя от источника до поверхности.