Основные теоретические положения
Свет представляет собой электромагнитные излучения с широким спектром длин волн. Свет имеет двойную природу: волновую и квантовую. Человек воспринимает световую энергию в диапазоне длин волн от 380 до 780 нм. Определенный диапазон длин волн вызывает различное цветовое ощущение. Невидимые ультрафиолетовое и инфракрасное излучения примыкают к оптическому излучению и относятся к световым волнам. Но только видимый спектр электромагнитного излучения воздействует на светочувствительные элементы глаза, вызывая впечатление света. Свет с длиной волны 555нм наиболее благоприятен для восприятия организмом человека.
Характеристики световой среды. Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся:
· световой поток F – часть лучистого потока, воспринимаемая человеком как свет; характеризует мощность светового излучения, измеряется в люменах (лм);
· сила света J – пространственная плотность светового потока в пределах телесного угла. Измеряется в канделах (кд):
, (1)
где ω – величина телесного угла, стерадиан;
· освещенность Е – плотность светового потока на освещаемой поверхности; измеряется в люксах (лк):
, (2)
где S – площадь освещаемой поверхности, м2;
· яркость L – величина светового потока, исходящего от освещаемой или светящейся поверхности в сторону глаза, кд/м2. Для зрительного восприятия освещаемых предметов необходим определенный уровень яркости. Чрезмерная яркость – так называемая блесткость – оказывает отрицательное влияние на зрение, вызывая затрудненное видение, тем самым снижая работоспособность человека.
Для качественной оценки зрительной работы используют показатели:
- фон – поверхность, на которой происходит различение объекта. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падающий на нее световой поток. Эта способность (коэффициент отражения ρ) определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Fотр к падающему на нее световому потоку Fпад:
(3)
В зависимости от цвета и фактуры поверхности значения коэффициента отражения находятся в пределах 0,2…0,95; при ρ>0,4 фон считается светлым, при ρ=0,2…0,4 – средним и при ρ<0,2 – темным;
- объект различения – минимальный элемент рассматриваемого предмета, который необходимо выделить для зрительной работы;
- контраст объекта с фоном k – степень различения объекта и фона – характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, знака, пятна и т.п.) и фона:
(4)
Контраст объекта с фоном считается большим при k>0,5, средним при 0,2<k<0,5, малым при k<0,2.
Виды производственного освещения. При освещении производственных помещений используют естественное освещение, создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода, искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света, и совмещенное освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.
Конструктивно естественное освещение подразделяют на боковое (одно- и двустороннее), осуществляемое через световые проемы в наружных стенах; верхнее – через световые проемы в кровле и перекрытиях; комбинированное – сочетание верхнего и бокового освещения. Естественное освещение имеет положительные и отрицательные стороны. Более благоприятный спектральный состав (наличие ультрафиолетовых лучей), высокая рассеянность света способствуют улучшению зрительных условий работы. В то же время при естественном освещении освещенность во времени и пространстве непостоянна, зависит от погодных условий, возможно тенеобразование, ослепление при ярком солнечном свете.
Искусственное освещение по конструктивному исполнению может быть общим, местным и комбинированным. Общее освещение – освещение, при котором светильники располагаются в верхней зоне равномерно или над оборудованием; его применяют там, где рабочей поверхностью может служить любой участок пола цеха и не требуется различать мелкие детали. Оно обеспечивает требуемые условия зрительной работы по всей освещаемой площади за счет равномерного расположения светильников на относительно большой площади. Комбинированным считается освещение, при котором к общему добавляется местное освещение. Комбинированное освещение устраивают там, где точность выполняемого процесса требует более высокой освещенности. Местное освещение создают светильники, располагаемые над рабочими поверхностями. Система местного освещения обеспечивает высокое качество освещения, что особенно важно при рассмотрении мелких и рельефных деталей. Применение только местного освещения не допускается, т.к. резкий контраст между ярко освещенными и неосвещенными предметами утомляет глаз и может явиться причиной несчастных случаев.
По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на рабочее, дежурное, аварийное и охранное. Рабочее освещение следует предусматривать для всех помещений здания, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Дежурное освещение включают в нерабочее время. Аварийное освещение подразделяется на освещение безопасности и эвакуационное. Освещение безопасности предусмотрено для продолжения работы на случай отключения рабочего освещения. Эвакуационное освещение предназначено для обеспечения эвакуации людей из производственного помещения при авариях и отключении рабочего освещения; организуется в местах, опасных для прохода людей. Охранное освещение утраивают вдоль границ территорий, охраняемых специальным персоналом.
Искусственное освещение лишено недостатков естественного освещения, связанных с неравномерностью в течение дня, сезона и т.д., но оно связано с затратами энергии, имеет худшую спектральную характеристику, требует внимания к вопросам электробезопасности, устранения пульсации светового потока, шума и т.д.
Источники производственного освещения. Важнейшим источником естественного освещения является Солнце. Световая постоянная Солнца 137000 лк. На поверхности Земли солнечная постоянная (суточная продолжительность, спектральный состав и интенсивность) несколько меньше, что связано как с астрономическими факторами (вращение Земли вокруг оси и склонением Солнца), так и оптическими свойствами атмосферы, через которую проходит солнечное излучение. При идеальных условиях прозрачности атмосферы освещенность при безоблачной погоде на солнце колеблется от 700 (перед восходом) до 90000 лк (при высоте стояния 60º). На естественное освещение производственных помещений оказывают влияние эксплуатационные условия, характер застекления светопроемов, загрязнение стекол и др.).
Для искусственного освещения производственных помещений используются лампы накаливания и газоразрядные лампы, различающиеся принципом генерирования света. Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается а результате нагрева электрической вольфрамовой нити. Благодаря удобству в эксплуатации, простоте в изготовлении, низкой инерционности при включении, отсутствии дополнительных пусковых устройств, надежности работы при колебаниях напряжения и при различных метеоусловиях окружающей среды лампы накаливания находят широкое применение в промышленности. Наряду с отмеченными преимуществами лампы накаливания имеют и существенные недостатки: низкая световая отдача, сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс. ч), в спектре преобладают желтые и красные лучи, что сильно отличает их спектральный состав от солнечного света.
В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминесценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет. Основным преимуществом газоразрядных ламп перед лампами накаливания является большая световая отдача, они имеют значительно больший срок службы (до 8-12 тыс. ч) и близкий к естественному, солнечному спектр излучения. К недостаткам газоразрядных ламп следует отнести наличие вредных для биосферы и человека паров ртути и натрия при их разгерметизации, радиопомехи, сложную и дорогостоящую пускорегулирующую арматуру. Также существенным недостатком всех газоразрядных ламп является пульсация светового потока, т.е. непостоянство во времени излучения света, вызванное переменным током в питающей сети и малой инерционностью процессов, сопровождающих работу этих ламп.
Влияние освещения на организм человека. При освещении рабочей зоны используется область оптического спектра электромагнитных излучений «видимый свет». Он обеспечивает возможность зрительного восприятия, дающего около 90% информации об окружающей среде, влияет на тонус ЦНС, на обмен веществ в организме, его иммунные и аллергические реакции, на работоспособность и самочувствие человека. Недостаточное освещение рабочего места затрудняет длительную работу, вызывает повышенное утомление и способствует развитию близорукости. Слишком низкие уровни освещенности вызывают апатию и сонливость. Излишне яркий свет слепит, снижает зрительные функции, приводит к перевозбуждению нервной системы, уменьшает работоспособность, нарушает механизм сумеречного зрения. Воздействие чрезмерной яркости может вызвать фотоожоги глаз и кожи, кератиты и катаракты и другие нарушения тканей.
Нормирование освещения. За основу расчета при нормировании естественного освещения внутри производственных помещений принят коэффициент естественной освещенности (КЕО) - отношение освещенности в данной точке помещения (Евн) к наблюдаемой одновременно освещенности под открытым небом (Енар):
·100% (5)
Гигиенические нормативы устанавливаю КЕО в зависимости от характеристики зрительных работ и вида освещения. Зрительные работы характеризуют степенью точности, т.е. линейным размером объекта различения.
Для искусственного освещения регламентирована наименьшая допустимая освещенность рабочих мест. Нормирование искусственной освещенности зависит от характера работ, размеров объекта различения, контраста предмета с фоном, а также фона. Нормы устанавливаются в зависимости от источников освещения (ламп люминесцентных и накаливания) и системы освещения (комбинированного и местного).
3. Порядок выполнения работы и обработка экспериментальных данных
3.1. Приборы и реактивы: люксметр Ю-16 (ТУ 25-04-941-75) с погрешностью измерения на основных пределах ±10 %, а на дополнительных ±15%, исследуемый светильник с лампами накаливания, исследуемый светильник с люминесцентной лампой.