Изучение способов определения освещенности

Почти все стороны хозяйственной и культурной жизни человека связаны с применением света. Значение хорошего естественного и искусственного освещения исключительно важно. Известно, что хорошо и правильно устроенное естественное и искусственное освещение, достаточное по интенсивности и качественно отвечающее гигиеническим требованиям, помимо повышения производительности труда, способствует снижению числа несчастных случаев, предупреждению чрезмерного напряжения и утомления зрения и всего организма, а также профилактике близорукости, часто возникающей от вынужденной работы на близком расстоянии при недостаточном и качественно неудовлетворительном освещении. В связи с этим нами была поставлена следующая цель: изучение способов определения освещенности в помещении (образовательном учреждении).

Для реализации поставленной цели сформулированы соответствующие задачи:

1. Изучить нормы освещенности в учебных заведениях.
2. Проанализировать различные способы определения освещенности.
3. Провести сравнительные замеры освещенности в классах ОУ.
4. Собрать схему «Люксметр», откалибровать показания и измерить с помощью нее освещенность;
5. Сформулировать общие выводы и рекомендации управляющим органам ОУ.

Объект исследования: свет

Предмет исследования: освещенность.

Методы исследования:

Теоретические: анализ и обобщение информации по теме “Освещенность”, “Способы измерения освещенности”.

Практические: эксперимент “Определение освещенности различными способами”.

Согласно определению, освещенность - это величина, равная отношению светового потока к площади, на которую он падает.

Нормы освещенности для образовательных учреждений определены такими документами, как “Строительные нормы и правила (СНиП)” и “Санитарные нормы и правила (СанПиН)”.

Для измерения освещенности существует прибор, который называется люксметр. (Поток света, попадая на фотоэлемент, высвобождает поток электронов в теле полупроводника. Благодаря этому фотоэлемент начинает проводить электрический ток. Вот величина этого тока прямо пропорциональна освещённости фотоэлемента. Он и отражается на шкале.)

Также существует приложение «Люксметр» для смартфонов. Для определения степени освещенности используются данные, полученные с передней или задней камеры смартфона.

В любом цифровом фотоаппарате есть встроенный экспонометр, с помощью которого можно узнать освещенность места или объекта, причем получить конкретное значение в люксах.

Для измерения освещенности люксметром датчик необходимо держать горизонтально или положив на поверхность. При измерении освещенности с помощью приложений смартфон необходимо держать в руках, так как используется две камеры (рис.1).

Рисунок 1. Измерение освещенности люксметром

Рисунок 2. Характеристики фотографии

Результаты измерений освещенности представлены в таблице 1.

Таблица 1. Значения освещенности, измеренной разными способами

Для замера освещенности также была собрана электрическая схема люксметра (рис.3)

Согласно приведенной схеме фототранзистор VT1, принимающий световой поток от источника световой энергии, выполняет роль фотодатчика. Фототранзистор VT1 переходит из закрытого состояния в открытое по мере нарастания фототока. Изменение фототока имеет пропорциональную зависимость по отношению к изменению освещенности базы фототранзистора VT1. Отображаемый измерительным прибором, включенным между коллекторным и эмиттерным выводами транзистора VT2, сигнал пропорционален освещенности. Регулировка чувствительности устройства осуществляется с помощью изменения сопротивления переменного резистора R1.

По схеме фотодатчика на макетной плате произведен монтаж устройства. В качестве источника светового излучения задействована лампа накаливания, питание которой осуществляется с помощью лабораторного автотрансформатора. Для получения градуировочной характеристики показания измерительного прибора – мультиметра сопоставлены с показаниями люксметра (MS6610 цифровой люксметр 0-50000 Lux) (рис.4).  

В ходе экспериментального исследования проведена серия измерений, состоящая из одиннадцати измерений, по семь измерений в каждой серии в зависимости от напряжения, прикладываемого от автотрансформатора к лампе.

Результат исследования показал работоспособность спроектированного устройства. Как следует из графика зависимости освещенности от приложенного напряжения, градуировочная характеристика имеет линейную зависимость. Показания переводятся в люксы согласно градуировочному графику.

Таким образом, в целом по работе можно сделать следующий вывод.

1. Освещенность играет большую роль в жизнедеятельности живых организмов.
2. Освещенность можно измерять различными способами (разница между способами 10-12 %). И даже не имея под рукой специальных приборов.
3. Все расчеты освещенности очень приблизительны. Особенно это касается помещений, имеющих площадь менее 50 м². На результаты расчетов очень большое влияние оказывают коэффициенты отражения стен и потолка. Достаточно в помещении со светлыми стенами покрасить их темной краской, что бы уменьшить освещенность в 2 – 2,5 раза.