Se qualcuno non ha letto l’articolo, consiglio vivamente di leggerlo, perché l’argomento dell’articolo di oggi avrà qualcosa in comune con quello precedente. Per tutti gli altri ripeterò ancora una volta il riassunto. Esistono tre tipi di fotocamere: compatta, mirrorless e DSLR. Quelli compatti sono i più semplici e quelli mirror sono i più avanzati. La conclusione pratica dell'articolo è stata che per la fotografia più o meno seria, dovresti optare per fotocamere mirrorless e DSLR.

Oggi parleremo del dispositivo della fotocamera. Come in ogni attività, è necessario comprendere il principio di funzionamento del proprio strumento per una gestione sicura. Non è necessario conoscere a fondo il dispositivo, ma è necessario comprenderne i componenti principali e il principio di funzionamento. Ciò ti consentirà di guardare la fotocamera da una prospettiva diversa, non come una scatola nera con un segnale di ingresso sotto forma di luce e un'uscita sotto forma di un'immagine finita, ma come un dispositivo in cui capisci e capisci dove la luce va dopo e come si ottiene il risultato finale. Non parleremo delle fotocamere compatte, ma parleremo piuttosto delle fotocamere DSLR e mirrorless.

Progettazione di fotocamere reflex

Globalmente, una fotocamera è composta da due parti: una fotocamera (chiamata anche corpo) e un obiettivo. La carcassa si presenta così:

Carcassa - vista frontale

Carcassa - vista dall'alto

Ed ecco come appare la fotocamera completa di obiettivo:

Ora diamo un'occhiata all'immagine schematica della telecamera. Il diagramma mostrerà la struttura della fotocamera “in sezione trasversale” dalla stessa angolazione dell'ultima immagine. I numeri sul diagramma indicano i componenti principali che prenderemo in considerazione.

Dopo aver regolato tutte le impostazioni, inquadratura e messa a fuoco, il fotografo preme il pulsante di scatto. Allo stesso tempo, lo specchio si alza e il flusso di luce cade sull'elemento principale della fotocamera: la matrice.

Come puoi vedere, lo specchio si alza e l'otturatore 1 si apre. L'otturatore nelle DSLR è meccanico e determina il tempo durante il quale la luce entrerà nella matrice 2. Questo tempo è chiamato velocità dell'otturatore. È anche chiamato tempo di esposizione della matrice. Caratteristiche principali dell'otturatore: ritardo dell'otturatore e velocità dell'otturatore. Il ritardo dell'otturatore determina la velocità con cui le tendine dell'otturatore si aprono dopo aver premuto il pulsante di scatto: minore è il ritardo, più è probabile che l'auto che ti passa accanto e che stai cercando di catturare sia a fuoco, non sfocata e inquadrata nell'immagine. come hai fatto quando hai utilizzato il mirino. Per le DSLR e le fotocamere mirrorless, il ritardo dell'otturatore è piccolo e viene misurato in ms (millisecondi). La velocità dell'otturatore determina il tempo minimo in cui l'otturatore rimarrà aperto, ad es. velocità minima dell'otturatore. Sulle fotocamere economiche e di livello medio, la velocità dell'otturatore minima è 1/4000 s, su quelle costose (per lo più full-frame) – 1/8000 s. Quando lo specchio è sollevato, la luce non entra né nel sistema di messa a fuoco né nel pentaprisma attraverso lo schermo di messa a fuoco, ma direttamente nel sensore attraverso l'otturatore aperto. Quando scatti una foto con una fotocamera reflex e guardi sempre attraverso il mirino, dopo aver premuto l'otturatore vedrai temporaneamente punto nero, non un'immagine. Questa volta è determinata dalla velocità dell'otturatore. Se imposti la velocità dell'otturatore su 5 secondi, ad esempio, dopo aver premuto il pulsante di scatto vedrai una macchia nera per 5 secondi. Dopo che la matrice è stata esposta, lo specchio ritorna nella sua posizione originale e la luce entra nuovamente nel mirino. È IMPORTANTE! Come puoi vedere, sono due gli elementi principali che regolano il flusso di luce che entra nel sensore. Questa è l'apertura 2 (vedi diagramma precedente), che determina la quantità di luce trasmessa, e l'otturatore, che regola la velocità dell'otturatore, il tempo impiegato dalla luce per colpire la matrice. Questi concetti sono al centro della fotografia. Le loro variazioni ottengono effetti diversi ed è importante comprenderne il significato fisico.

La matrice della fotocamera 2 è un microcircuito con elementi fotosensibili (fotodiodi) che reagiscono alla luce. Davanti alla matrice c'è un filtro luminoso, responsabile dell'ottenimento di un'immagine a colori. Due caratteristiche importanti della matrice sono la sua dimensione e il rapporto segnale-rumore. Più sono alti entrambi, meglio è. Parleremo più approfonditamente delle fotomatrici in un articolo a parte, perché... questo è un argomento molto ampio.

Dalla matrice, l'immagine va all'ADC (convertitore analogico-digitale), da lì al processore, elaborata (o non elaborata se si scatta in RAW) e salvata su una scheda di memoria.

Più a dettagli importanti Le DSLR possono essere classificate come ripetitori di apertura. Il fatto è che la messa a fuoco viene eseguita con l'apertura completamente aperta (il massimo possibile è determinato dal design dell'obiettivo). Impostando un'apertura chiusa nelle impostazioni, il fotografo non vede cambiamenti nel mirino. In particolare, la profondità di campo rimane costante. Per vedere come sarà il fotogramma di output, puoi premere il pulsante, l'apertura si chiuderà al valore impostato e vedrai le modifiche prima di premere il pulsante di scatto. Un ripetitore di apertura è installato sulla maggior parte delle reflex digitali, ma poche persone lo usano: i principianti spesso non lo sanno o non ne capiscono lo scopo, mentre i fotografi esperti sanno approssimativamente quale sarà la profondità di campo in determinate condizioni ed è più facile per invitarli a effettuare uno scatto di prova e, se necessario, a modificare le impostazioni.

Design della fotocamera mirrorless

Diamo subito un'occhiata al diagramma e discutiamo in dettaglio.

Le fotocamere mirrorless sono molto più semplici delle DSLR e sono essenzialmente la loro versione semplificata. Non hanno uno specchio e sistema complesso messa a fuoco di fase ed è installato un tipo diverso di mirino.

Il flusso luminoso entra attraverso la lente sulla matrice 1. Naturalmente la luce passa attraverso il diaframma della lente. Non è indicato nel diagramma, ma penso che, per analogia con le DSLR, tu abbia indovinato dove si trova, perché gli obiettivi delle DSLR e delle fotocamere mirrorless sono praticamente gli stessi nel design (tranne forse per dimensioni, attacco e numero di obiettivi) . Inoltre, la maggior parte degli obiettivi delle DSLR possono essere installati su fotocamere mirrorless tramite adattatori. Le fotocamere mirrorless non hanno un otturatore (più precisamente, è elettronico), quindi la velocità dell'otturatore viene regolata in base al tempo durante il quale la matrice è accesa (riceve fotoni). Per quanto riguarda la dimensione della matrice, corrisponde al formato Micro 4/3 o APS-C. Il secondo viene utilizzato più spesso e corrisponde pienamente alle matrici integrate nelle DSLR dal budget al segmento amatoriale avanzato. Ora hanno iniziato ad apparire le fotocamere mirrorless full frame. Penso che in futuro il numero di fotocamere mirrorless FF (Full Frame) aumenterà.

Nello schema il numero 2 indica il processore, che riceve le informazioni ricevute dalla matrice.

Sotto il numero 3 c'è uno schermo su cui l'immagine viene visualizzata in tempo reale (modalità Live View). A differenza delle DSLR, questo non è difficile da realizzare nelle fotocamere mirrorless, perché il flusso luminoso non è bloccato dallo specchio, ma fluisce liberamente sulla matrice.

In generale, tutto sembra semplicemente fantastico: gli elementi meccanici strutturali complessi (specchio, sensori di messa a fuoco, schermo di messa a fuoco, pentaprisma, otturatore) sono stati rimossi. Ciò ha reso la produzione molto più semplice ed economica, ha ridotto le dimensioni e il peso dei dispositivi, ma ha creato anche molti altri problemi. Spero che te li ricordi dalla sezione sulle fotocamere mirrorless nell'articolo su. In caso contrario, ora ne discuteremo, esaminando contemporaneamente cosa caratteristiche tecniche causato da queste mancanze.

Il primo grosso problema è il mirino. Poiché la luce colpisce direttamente la matrice e non viene riflessa da nessuna parte, non possiamo vedere direttamente l'immagine. Vediamo solo ciò che entra nella matrice, quindi viene convertito in modo incomprensibile nel processore e visualizzato su uno schermo incomprensibile. Quelli. Ci sono molti errori nel sistema. Inoltre, ogni elemento ha i suoi ritardi e non vediamo subito l'immagine, il che è spiacevole quando si riprendono scene dinamiche (a causa delle caratteristiche in costante miglioramento dei processori, degli schermi del mirino e delle matrici, questo non è così critico, ma succede comunque ). L'immagine viene visualizzata sul mirino elettronico, che ha un'alta risoluzione, ma che non può ancora essere paragonata alla risoluzione dell'occhio. I mirini elettronici tendono a diventare ciechi in condizioni di luce intensa a causa della luminosità e del contrasto limitati. Ma è più che probabile che in futuro questo problema verrà superato e un’immagine pura passata attraverso una serie di specchi finirà nell’oblio, proprio come la “corretta fotografia su pellicola”.

Il secondo problema è sorto a causa della mancanza di sensori autofocus a rilevamento di fase. Viene invece utilizzato un metodo di contrasto, che determina in base al contorno cosa dovrebbe essere a fuoco e cosa no. In questo caso le lenti dell'obiettivo si spostano di una certa distanza, viene determinato il contrasto della scena, le lenti si muovono ancora e ancora viene determinato il contrasto. E così via fino al raggiungimento del contrasto massimo e alla messa a fuoco della fotocamera. Questo richiede troppo tempo ed è meno accurato di un sistema a fasi. Ma allo stesso tempo, l'autofocus a contrasto è una funzione software e non occupa spazio aggiuntivo. Al giorno d'oggi hanno già imparato a integrare i sensori di fase nelle matrici mirrorless, creando l'autofocus ibrido. In termini di velocità, è paragonabile al sistema di messa a fuoco automatica delle DSLR, ma finora è installato solo in modelli costosi selezionati. Penso che anche questo problema verrà risolto in futuro.

Il terzo problema è la scarsa autonomia dovuta al fatto che è pieno di componenti elettronici che funzionano costantemente. Se il fotografo lavora con la fotocamera, per tutto questo tempo la luce entra nella matrice, viene costantemente elaborata dal processore e visualizzata sullo schermo o nel mirino elettronico con ad alta velocità aggiornamenti: il fotografo deve vedere cosa sta succedendo in tempo reale e non nelle registrazioni. Tra l'altro anche quest'ultimo (parlo del mirino) consuma energia, e non poco, perché la sua risoluzione è alta e la luminosità e il contrasto dovrebbero essere allo stesso livello. Noto che con l'aumentare della densità dei pixel, ad es. quando le loro dimensioni diminuiscono a parità di consumo energetico, luminosità e contrasto inevitabilmente diminuiscono. Pertanto, per alimentare schermi di alta qualità con alta risoluzione molta energia viene sprecata. Rispetto alle DSLR, il numero di fotogrammi che possono essere scattati con una singola carica della batteria è molte volte inferiore. Per ora, questo problema è fondamentale, perché non sarà possibile ridurre significativamente il consumo di energia e non possiamo contare su una svolta nel campo delle batterie. Almeno questo problema esiste da molto tempo nel mercato dei laptop, tablet e smartphone e la sua soluzione non ha avuto successo.

La quarta questione presenta sia un vantaggio che uno svantaggio. Stiamo parlando dell'ergonomia della fotocamera. A causa della rimozione degli “elementi non necessari” di origine specchiante, le dimensioni sono diminuite. Ma stanno cercando di posizionare le fotocamere mirrorless in sostituzione delle DSLR e la dimensione delle matrici lo conferma. Di conseguenza, gli obiettivi utilizzati non sono i migliori taglia piccola. Una piccola fotocamera mirrorless, simile a una compatta digitale, scompare semplicemente dalla vista quando si utilizza un teleobiettivo (un obiettivo con una lunga lunghezza focale che avvicina molto gli oggetti). Inoltre, molti controlli sono nascosti nel menu. Nelle DSLR sono posizionati sul corpo sotto forma di pulsanti. Ed è semplicemente più piacevole lavorare con un dispositivo che sta bene in mano, non tende a scivolare fuori e in cui puoi modificare rapidamente le impostazioni toccando senza pensarci. Ma le dimensioni della fotocamera sono un’arma a doppio taglio. Da un lato, una dimensione grande ha i vantaggi sopra descritti e, dall'altro, una piccola fotocamera sta in qualsiasi tasca, puoi portarla con te più spesso e le persone le prestano meno attenzione.

Per quanto riguarda il quinto problema, è legato all'ottica. Attualmente esistono molti supporti (tipi di supporti per obiettivi per fotocamere). Per loro sono realizzati un ordine di grandezza in meno di obiettivi rispetto agli attacchi dei principali sistemi DSLR. Il problema si risolve installando gli adattatori, con i quali è possibile utilizzare la stragrande maggioranza degli obiettivi DSLR sulle fotocamere mirrorless. Scusate il gioco di parole)

Design compatto della fotocamera

Per quanto riguarda i compatti, presentano molte limitazioni, la principale delle quali è la dimensione ridotta della matrice. Ciò non consente di ottenere un'immagine con basso rumore, elevata gamma dinamica, sfocatura dello sfondo di alta qualità e impone molte altre restrizioni. Il prossimo è il sistema di messa a fuoco automatica. Se le reflex digitali e le fotocamere mirrorless utilizzano tipi di autofocus di fase e contrasto, che appartengono al tipo di messa a fuoco passiva, poiché non emettono nulla, le compatte utilizzano l'autofocus attivo. La fotocamera emette un impulso luce infrarossa, che viene riflesso dall'oggetto e colpisce la fotocamera. Il tempo di percorrenza di questo impulso determina la distanza dall'oggetto. Questo sistema è molto lento e non funziona su distanze significative.

I compatti utilizzano ottiche di bassa qualità non sostituibili. Per loro non è disponibile un'ampia gamma di accessori, come per i fratelli maggiori. L'avvistamento avviene in modalità Live View sul display o tramite il mirino. Quest'ultimo è un vetro normale, non molto buona qualità, non è collegato al sistema ottico della fotocamera, con conseguente inquadratura errata. Ciò è particolarmente evidente quando si riprendono oggetti vicini. Il tempo di funzionamento delle compatte con una singola carica è breve, il corpo è piccolo e la sua ergonomia è molto peggiore di quella delle fotocamere mirrorless. Il numero di impostazioni disponibili è limitato e sono nascoste in profondità nel menu.

Se parliamo del design delle compatte, allora è semplice ed è una fotocamera mirrorless semplificata. Ha una matrice più piccola e peggiore, un diverso tipo di autofocus, nessun mirino normale, nessuna possibilità di sostituire gli obiettivi, durata della batteria scarica ed ergonomia mal concepita.

Conclusione

Abbiamo esaminato brevemente il design delle fotocamere vari tipi. Penso che ora tu abbia un'idea generale a riguardo struttura interna macchine fotografiche Questo argomento è molto ampio, ma per comprendere e controllare i processi che si verificano quando si scatta con determinate fotocamere con impostazioni diverse e con ottiche diverse, penso che le informazioni di cui sopra saranno sufficienti. In futuro parleremo ancora di individuo elementi essenziali: matrice, sistemi autofocus e obiettivi. Per ora, lasciamo le cose come stanno.

1. Flusso luminoso

Il flusso luminoso è la potenza dell'energia radiante, valutata dalla sensazione luminosa che produce. L'energia della radiazione è determinata dal numero di quanti emessi dall'emettitore nello spazio. L'energia delle radiazioni (energia radiante) viene misurata in joule. La quantità di energia emessa per unità di tempo è chiamata flusso di radiazione o flusso radiante. Il flusso di radiazione è misurato in watt. Il flusso luminoso è denominato Fe.

dove: Qе - energia della radiazione.

Il flusso di radiazione è caratterizzato dalla distribuzione dell'energia nel tempo e nello spazio.

Nella maggior parte dei casi, quando si parla della distribuzione del flusso di radiazione nel tempo, non si tiene conto della natura quantistica della radiazione, ma la si intende come una funzione che dà una variazione nel tempo dei valori istantanei della radiazione flusso Ô(t). Ciò è accettabile perché il numero di fotoni emessi dalla sorgente per unità di tempo è molto elevato.

Secondo la distribuzione spettrale del flusso di radiazione, le sorgenti sono divise in tre classi: con spettri lineari, a strisce e continui. Il flusso di radiazione di una sorgente con uno spettro a linee è costituito da flussi monocromatici di singole linee:

dove: Фλ - flusso di radiazione monocromatica; Fe - flusso di radiazione.

Nelle sorgenti con uno spettro a strisce, la radiazione avviene in aree abbastanza ampie dello spettro, ovvero bande separate l'una dall'altra da intervalli scuri. Per caratterizzare la distribuzione spettrale del flusso di radiazione con spettri continui e striati, una quantità chiamata densità del flusso spettrale

dove: λ - lunghezza d'onda.

La densità spettrale del flusso di radiazione è una caratteristica della distribuzione del flusso radiante sullo spettro ed è pari al rapporto tra il flusso elementare ΔФeλ corrispondente ad un'area infinitesima e l'ampiezza di tale area:

La densità del flusso di radiazione spettrale viene misurata in watt per nanometro.

In illuminotecnica, dove il principale ricettore di radiazioni è l'occhio umano, da valutare azione efficace flusso di radiazione, viene introdotto il concetto di flusso luminoso. Il flusso luminoso è il flusso di radiazione, valutato in base al suo effetto sull'occhio, la cui sensibilità spettrale relativa è determinata dalla curva di efficienza spettrale media approvata dalla CIE.

Nell'illuminotecnica viene utilizzata la seguente definizione di flusso luminoso: il flusso luminoso è la potenza dell'energia luminosa. L'unità del flusso luminoso è il lumen (lm). 1 lm corrisponde al flusso luminoso emesso in un angolo solido unitario da una sorgente puntiforme isotropa con intensità luminosa di 1 candela.

Tabella 1. Tipico quantità leggere sorgenti luminose:

Tipi di lampade	Energia elettrica, W	Flusso luminoso, lm	Emissione luminosa lm/l
	100 W	1360 ml	13,6 lm/W
Lampada a fluorescenza	58 W	5400 ml	93 lm/W
Lampada al sodio alta pressione	100 W	10000 ml	100 lm/W
Lampada al sodio bassa pressione	180 W	33000 lm	183 lm/W
Lampada al mercurio ad alta pressione	1000 W	58000 ml	58 lm/W
Lampada ad alogenuri metallici	2000 W	190000 ml	95 lumen/W

Il flusso luminoso Ф che cade su un corpo è distribuito in tre componenti: riflesso dal corpo Фρ, assorbito da Фα e trasmesso Фτ. Quando si utilizzano i seguenti coefficienti: riflessione ρ = Фρ /Ф; assorbimento α =Фα /Ф; trasmissione τ = Фτ / Ф.

Tabella 2. Caratteristiche luminose di alcuni materiali e superfici

Materiali o superfici	Probabilità			Carattere di riflessione e trasmissione
	riflessioni ρ	assorbimento α	trasmissione τ
Gesso	0,85	0,15	-	Diffondere
Smalto ai silicati	0,8	0,2	-	Diffondere
Specchio in alluminio	0,85	0,15	-	Dirette
Specchio di vetro	0,8	0,2	-	Dirette
Vetro smerigliato	0,1	0,5	0,4	Direzionale-sparso
Bicchiere da latte biologico	0,22	0,15	0,63	Direzionale-sparso
Vetro silicato opalino	0,3	0,1	0,6	Diffondere
Bicchiere da latte in silicato	0,45	0,15	0,4	Diffondere

2. Potenza luminosa

La distribuzione della radiazione proveniente da una sorgente reale nello spazio circostante non è uniforme. Pertanto il flusso luminoso non sarà una caratteristica esaustiva della sorgente se non si determina contemporaneamente la distribuzione della radiazione nelle diverse direzioni dello spazio circostante.

Per caratterizzare la distribuzione del flusso luminoso, viene utilizzato il concetto di densità spaziale del flusso luminoso in diverse direzioni dello spazio circostante. La densità spaziale del flusso luminoso, determinata dal rapporto tra il flusso luminoso e l'angolo solido con il vertice dove si trova la sorgente, all'interno del quale tale flusso è uniformemente distribuito, è chiamata intensità luminosa:

dove: F - flusso luminoso; ω - angolo solido.

L'unità di intensità luminosa è la candela. 1 CD.

È l'intensità luminosa emessa in direzione perpendicolare da un elemento superficiale di corpo nero con un'area di 1:600000 m2 alla temperatura di solidificazione del platino.
L'unità dell'intensità luminosa è la candela, cd è una delle quantità fondamentali del sistema SI e corrisponde ad un flusso luminoso di 1 lm, uniformemente distribuito all'interno di un angolo solido di 1 steradiante (avg). Un angolo solido è una parte di spazio racchiusa all'interno di una superficie conica. Angolo solidoω è misurato dal rapporto tra l'area ritagliata da una sfera di raggio arbitrario e il quadrato di quest'ultima.

3. Illuminazione

L'illuminamento è la quantità di luce o flusso luminoso incidente su una superficie unitaria. È indicato dalla lettera E e si misura in lux (lx).

L'unità di illuminazione lux, lux ha la dimensione lumen per metro quadro(lm/m2).

L’illuminazione può essere definita come la densità del flusso luminoso su una superficie illuminata:

L'illuminazione non dipende dalla direzione di propagazione del flusso luminoso sulla superficie.

Ecco alcuni indicatori di illuminazione generalmente accettati:

Estate, giornata sotto un cielo senza nuvole: 100.000 lux

illuminazione stradale- 5-30 lux

Luna piena in una notte limpida - 0,25 lux

4. Il rapporto tra intensità luminosa (I) e illuminamento (E).

Legge dell'inverso del quadrato

L'illuminazione in un certo punto su una superficie perpendicolare alla direzione di propagazione della luce è definita come il rapporto tra l'intensità luminosa e il quadrato della distanza da questo punto alla sorgente luminosa. Se prendiamo questa distanza come d, allora questa relazione può essere espressa dalla seguente formula:

Ad esempio: se una sorgente luminosa emette luce con un'intensità di 1200 cd in direzione perpendicolare alla superficie ad una distanza di 3 metri da questa superficie, allora l'illuminamento (Ep) nel punto in cui la luce raggiunge la superficie sarà 1200 /32 = 133 lux. Se la superficie si trova ad una distanza di 6 m dalla sorgente luminosa, l'illuminamento sarà 1200/62 = 33 lux. Questa relazione si chiama "legge dell'inverso del quadrato".

L'illuminazione in un certo punto su una superficie non perpendicolare alla direzione di propagazione della luce è uguale all'intensità luminosa nella direzione del punto di misurazione, divisa per il quadrato della distanza tra la sorgente luminosa e il punto sul piano moltiplicato per il coseno dell'angolo γ (γ è l'angolo formato dalla direzione di incidenza della luce e dalla perpendicolare a questo piano).

Quindi:

Questa è la legge del coseno (Figura 1).

Riso. 1. Alla legge del coseno

Per calcolare l'illuminamento orizzontale si consiglia di modificare l'ultima formula sostituendo la distanza d tra la sorgente luminosa e il punto di misurazione con l'altezza h dalla sorgente luminosa alla superficie.

Nella Figura 2:

Poi:

Noi abbiamo:

Utilizzando questa formula, viene calcolata l'illuminazione orizzontale nel punto di misurazione.

Riso. 2. Illuminazione orizzontale

6. Illuminazione verticale

L'illuminazione dello stesso punto P in un piano verticale orientato verso la sorgente luminosa può essere rappresentata in funzione dell'altezza (h) della sorgente luminosa e dell'angolo di incidenza (γ) dell'intensità luminosa (I) (Figura 3).

luminosità:

Per superfici di dimensioni finite:

La luminosità è la densità del flusso luminoso emesso da una superficie luminosa. L'unità di luminosità è il lumen per metro quadrato di superficie luminosa, che corrisponde ad una superficie di 1 m2 che emette uniformemente un flusso luminoso di 1 lm. Nel caso della radiazione generale viene introdotto il concetto di luminosità energetica del corpo irradiante (Me).

L'unità di luminosità energetica è W/m2.

La luminosità in questo caso può essere espressa attraverso la densità di luminosità energetica spettrale del corpo emittente Meλ(λ)

Per una valutazione comparativa riduciamo le luminosità energetiche alle luminosità di alcune superfici:

Superficie solare - Me=6 107 W/m2;

Filamento lampada ad incandescenza - Me=2 105 W/m2;

La superficie del sole allo zenit è M=3,1 109 lm/m2;

Lampadina per lampada fluorescente - M=22 103 lm/m2.

Questa è l'intensità della luce emessa per unità di superficie in una direzione specifica. L'unità di luminosità è la candela per metro quadrato (cd/m2).

La superficie stessa può emettere luce, come la superficie di una lampada, oppure riflettere la luce che proviene da un'altra fonte, come la superficie di una strada.

Superfici con proprietà diverse i riflessi sotto la stessa illuminazione avranno diversi gradi di luminosità.

La luminosità emessa da una superficie dA con un angolo Ф rispetto alla proiezione di questa superficie è uguale al rapporto tra l'intensità della luce emessa in una data direzione e la proiezione superficie radiante(Fig. 4).

Riso. 4. Luminosità

Sia l'intensità luminosa che la proiezione della superficie emittente non dipendono dalla distanza. Pertanto la luminosità è indipendente anche dalla distanza.

Alcuni esempi pratici:

Luminosità della superficie solare - 2000000000 cd/m2

Luminosità lampade fluorescenti- da 5000 a 15000 cd/m2

Luminosità della superficie della luna piena: 2500 cd/m2

Illuminazione stradale artificiale - 30 lux 2 cd/m2

Tutti gli elettricisti professionisti hanno familiarità con il concetto di calcolo dell'illuminazione della stanza. Questa operazione deve essere effettuata per ogni stanza della casa. È sicuramente il fondamento dell'illuminazione in generale.

Nel nostro articolo di oggi cercheremo di comprendere una serie di questioni relative a questa procedura. Gli elettricisti dilettanti non capiscono molto, quindi spieghiamo tutto nei minimi dettagli.

Calcolo dell'illuminazione sia in ambito residenziale che locali di produzione deve essere prodotto con alta precisione. Lo stato della salute umana e un passatempo confortevole in questa stanza dipendono direttamente da questi indicatori.

Se la stanza ha un’illuminazione insufficiente o eccessiva, questo fattore giocherà un ruolo importante stato psicologico umano, e porterà alcune conseguenze anche per l'organo visivo. Per evitare tali problemi, questo processo deve essere pianificato.

Determiniamo il calcolo dell'illuminazione per uno spazio abitativo

Per questo metodo è necessario eseguire alcune azioni preliminari, ad esempio calcolare il numero di corpi illuminanti per stanza, e partiamo da questo:

• Per questo abbiamo bisogno di una formula, dove

N è il numero degli apparecchi illuminanti;

E - indicatore dei valori di illuminazione in posizione orizzontale, misurati in Lux;

S è l'area della stanza in cui viene effettuato il calcolo;

Kr è un coefficiente di riserva che caratterizza il livello di illuminazione in eccesso. È previsto in caso di guasto di un certo numero di lampade;

U è un coefficiente che determina la possibilità di utilizzo del dispositivo;

n è il numero di lampadine che contiene l'apparecchio illuminante;

Fl è l'emissione luminosa di una lampadina, Lm.

• Successivamente dobbiamo trovare l'indice della stanza utilizzando la formula:

Per effettuare calcoli accurati è necessario misurare l'altezza della lampada e l'altezza della zona proposta per la quale si calcola l'illuminazione, i valori aeb sono le lunghezze delle pareti, che devono essere determinate anche;

Metodi ausiliari per determinare l'illuminazione della stanza

Oltre al metodo matematico di base per determinare il livello di illuminazione per l'area richiesta, esistono opzioni più semplificate che vengono utilizzate regolarmente anche a casa.

Calcolo di densità di potenza . Questa tattica è abbastanza semplice, poiché tutti i dati di riferimento sono disponibili. Tra le carenze, l'unica cosa che si può evidenziare è che il calcolo è ottenuto con un grosso eccesso. Per determinare il valore di potenza specifico, è necessario moltiplicare il numero di lampade per la potenza di ciascuna di esse separatamente, quindi dividere l'espressione risultante per l'area della stanza. In questo modo si ottiene il valore di potenza delle lampade richiesto, da cui è possibile determinare facilmente il loro numero.

Calcolo utilizzando un prototipo. Questo metodo è abbastanza semplice, poiché tutti i dati sono disponibili in tabelle tipiche per locali tipici. Questa opzione è conveniente per condizioni di vita. Non ha senso utilizzare calcoli di tipo più professionale per la vita di tutti i giorni.

Calcolo dell'illuminazione spot. Utilizzando questo calcolo è possibile ottenere un valore per ogni singolo punto della stanza. Tuttavia, questo tipo di calcolo richiede una lunga preparazione: è necessario disporre di una pianta della stanza con i contrassegni delle lampade, in base alla quale selezionare un punto che serva da punto di calcolo. Questa opzione è complessa e viene utilizzata per condizioni difficili o con caratteristiche di progettazione di superfici di pareti o soffitti.

Importante! Per semplificare il tuo compito e trovare il valore esatto dell'illuminazione, devi raccogliere tutti i dati e utilizzare un calcolatore che determina il livello di illuminazione nelle stanze.

Fattori che influenzano l'illuminazione del posto di lavoro?

Per ciascuno stanza separata Esistono alcuni requisiti che determinano una serie di fattori che devono essere presi in considerazione. In questa fase, considereremo come calcolare l'illuminazione area di lavoro o ufficio.

Ogni tipo di attività dovrebbe essere dotata di un livello ottimale di flusso luminoso e non importa se si lavora al computer o su una macchina di produzione. Prima di garantire un comfort sufficiente sul lavoro, è necessario prendere in considerazione i seguenti fattori:

• sufficienza della luce e sua uniformità;
• luminosità richiesta;
• non è consentito l'abbagliamento o l'effetto abbagliante;
• contrasto corretto e combinazione di colori della luce;
• nessuna pulsazione luminosa.

Oltre ai fattori elencati, è necessario prestare la dovuta attenzione ai criteri quantitativi e qualitativi. Passiamo ai criteri qualitativi.

1. Lo sbiadimento diretto è un insieme di oggetti o superfici che riflettono intensamente la luce, causando disagio alla vista umana. Questo inconveniente può essere eliminato aumentando l'altezza delle lampade, installando diffusori sulla sorgente luminosa e riducendo la potenza di ciascuna lampadina.
2. Lo sbiadimento riflesso si verifica quando le singole superfici di una stanza hanno una maggiore riflettanza. A causa di questo fattore, una persona può vedere uno specchio o un punto luminoso, e questo interferisce e irrita notevolmente la visione. Per eliminare questo fattore è necessario organizzare adeguatamente l'illuminazione, seguendo i calcoli utilizzando la formula.
3. Alto contrasto. Anche questo fattore non è favorevole. Ad esempio, se la superficie dell'area di lavoro presenta un contrasto simile al flusso luminoso, in tali casi alcuni dettagli risulteranno indistinguibili all'occhio umano.

Nota! Ai fini di una buona visione e distinzione degli oggetti sul posto di lavoro, è necessario che la superficie dell'area illuminata e il flusso luminoso abbiano un contrasto diverso.

1. Ombra. Necessario completa assenza ombre cadenti, ad esempio, da parti del corpo umano e da oggetti installati nell'area di lavoro. Si ritiene che tali ombre siano dannose perché riducono la vista. Inoltre, distorcono il contrasto di dettagli importanti per la visione. Per eliminare questo criterio è importante posizionare l'illuminazione su quel lato della superficie in modo che anche con la massima inclinazione di una persona non si formino ombre.
2. Saturazione della luce. È importante non confondere il livello di illuminazione dell'area di lavoro e la saturazione della luce dell'intera stanza. Queste due caratteristiche sono in questo caso sono considerati compatibili. Per evitare la sottosaturazione, è necessario installare un'illuminazione non focalizzata e decorare pareti e superficie del soffitto rivestimenti leggeri.

Cos'è la pulsazione luminosa e come determinarne il livello?

Non esiste oggi apparecchio di illuminazione, che produrrebbe un flusso luminoso uniforme, e ciò non indica alcun difetto dell'apparecchio. Tale fenomeno, se presente, non può essere notato, ma ciò non ne riduce la pericolosità per la visione umana.

Il coefficiente di pulsazione rappresenta una certa variazione che avviene nel tempo di emissione del flusso luminoso che cade sulla superficie. Per calcolare questo valore, è necessario sottrarre il valore minimo per lo stesso tempo dal valore di illuminazione massimo per un certo periodo di tempo e moltiplicare il valore risultante per il 100%. Il numero risultante è espresso in percentuale.

Attenzione! Esistono numerosi standard specifici regolati dalla legge in merito alla pulsazione dell'illuminazione. Sono previste restrizioni specifiche per ogni singola camera.

Nei luoghi in cui vengono svolte attività e operazioni lavorative essenziali, questo valore non deve superare il 20%. Negli edifici pubblici e amministrativi è previsto un valore di pulsazione non superiore al 5%.

È possibile misurare la pulsazione della luce?

Come si è scoperto, è impossibile determinare visivamente lo stato di pulsazione del flusso luminoso, pertanto è necessario utilizzare attrezzature speciali; Tali dispositivi includono un misuratore di illuminazione, un dispositivo per determinare la luminosità della luce e un dispositivo che indica il valore esatto del coefficiente di pulsazione. Grazie a tali dispositivi, si ottiene quanto segue:

• valore esatto dell'illuminazione della stanza;
• viene calcolata la luminosità dei dispositivi che trasmettono luce artificiale;
• viene determinata la pulsazione dell'onda del flusso luminoso;
• Viene chiarita la pulsazione dei monitor di vari dispositivi elettronici.

In base ai risultati del calcolo si individuano i seguenti valori: il coefficiente di pulsazione delle lampade a LED è 100%; meno pulsazioni sono prodotte dalle lampade a incandescenza e dalle "governanti" - 25%. Quando si scelgono lampade costose per l'illuminazione residenziale, non è possibile garantire che il coefficiente di pulsazione sia innocuo.

Standard per l'illuminazione dei locali secondo SNIP

Il documento attuale, che ancora oggi regola il coefficiente di pulsazione e gli indicatori di illuminazione dei locali, è il complesso di norme (SP), legalizzato nel 2015. L'ultima versione di SNIP 23/05/95 chiarisce tutti i criteri relativi all'efficienza e alla sicurezza elettrica.

Diamo un'occhiata alla tabella degli standard SNIP che devono avere i locali residenziali.

Utilizzando i valori della tabella, puoi facilmente determinare i valori richiesti per ogni stanza di un edificio residenziale.

Come calcolare l'illuminamento in Lumen: non il metodo tradizionale

Secondo le statistiche, questo metodo è considerato il più accurato rispetto ad altri indicati, ma viene utilizzato solo in casi eccezionali. Per utilizzare questa tattica di determinazione, dobbiamo prendere l'area totale della stanza misurata, moltiplicare questo valore per l'indicatore di illuminazione normalizzato per 1 metro quadrato. m, di conseguenza otteniamo la forza della radiazione luminosa necessaria per l'intera stanza nel suo insieme.

Attenzione! Tutti i valori normativi relativi agli standard di illuminazione per i locali residenziali possono essere trovati nei documenti SNIP.

>>Illuminazione

• Ricorda come ti sei sentito quando sei entrato in una stanza buia. Diventa in qualche modo inquietante, perché non puoi vedere nulla intorno... Ma non appena accendi la torcia, gli oggetti vicini diventano chiaramente visibili. Quelli che si trovano da qualche parte più lontano si distinguono a malapena dai loro contorni. In questi casi, dicono, gli oggetti sono illuminati in modo diverso. Scopriamo cos'è l'illuminazione e da cosa dipende.

1. Determinare l'illuminazione

Un flusso luminoso si diffonde da qualsiasi fonte luminosa. Maggiore è il flusso luminoso che cade sulla superficie di un particolare corpo, migliore è la sua visibilità.

• Una quantità fisica numericamente uguale al flusso luminoso incidente su un'unità di superficie illuminata è detta illuminazione.

L'illuminazione è indicata dal simbolo E ed è determinata dalla formula:

dove F è il flusso luminoso; S è la superficie su cui cade il flusso luminoso.

Nel SI, l'unità di illuminazione è lux (lx) (dal latino Iux - luce).

Un lux è l'illuminazione di tale superficie, per metro quadrato di cui cade un flusso luminoso pari a un lumen:

Ecco alcuni valori di superficie (vicino al suolo).

Illuminazione E:

Luce solare a mezzogiorno (alle medie latitudini) - 100.000 lux;
luce solare in un luogo aperto in una giornata nuvolosa - 1000 lux;
entrano i raggi del sole stanza luminosa(vicino alla finestra) - 100 lux;
per strada a illuminazione artificiale- fino a 4lux;
dalla luna piena - 0,2 lux;
dal cielo stellato in una notte senza luna - 0,0003 lux.

2. Scopri da cosa dipende l'illuminazione

Probabilmente avete visto tutti film di spionaggio. Immagina: qualche eroe, alla luce di una debole torcia, esamina attentamente i documenti alla ricerca dei “dati segreti” necessari. In generale, per leggere senza affaticare la vista, occorrono un'illuminazione di almeno 30 lux (Fig. 3.9), e questo è tanto. E come fa il nostro eroe a raggiungere tale illuminazione?

Innanzitutto, tiene la torcia il più vicino possibile al documento che sta visualizzando. Ciò significa che l'illuminazione dipende dalla distanza dall'oggetto illuminato.

In secondo luogo, posiziona la torcia perpendicolarmente alla superficie del documento, il che significa che l'illuminazione dipende dall'angolo con cui la luce colpisce la superficie.

Riso. 3.10. Se aumenta la distanza dalla sorgente luminosa, aumenta l'area della superficie illuminata

E alla fine, per migliore illuminazione può semplicemente prendere una torcia più potente, poiché è ovvio che all'aumentare della fonte di luce aumenta l'illuminazione.

Scopriamo come cambia l'illuminazione quando aumenta la distanza da una sorgente luminosa puntiforme alla superficie illuminata. Supponiamo, ad esempio, che un flusso luminoso proveniente da una sorgente puntiforme cada su uno schermo situato ad una certa distanza dalla sorgente. Se raddoppi la distanza, noterai che lo stesso flusso luminoso illuminerà un'area 4 volte più grande. Poiché l'illuminazione in questo caso diminuirà di 4 volte. Se aumenti la distanza di 3 volte, l'illuminazione diminuirà di 9 - 3 2 volte. Cioè, l'illuminazione è inversamente proporzionale al quadrato della distanza da una sorgente luminosa puntiforme alla superficie (Fig. 3 10).

Se un fascio di luce cade perpendicolarmente alla superficie, il flusso luminoso si distribuisce su un'area minima. Se aumenta l'angolo di incidenza della luce, aumenta l'area su cui cade il flusso luminoso, quindi l'illuminamento diminuisce (Fig. 3.11). Abbiamo già detto che se aumenta l'intensità della sorgente luminosa, aumenta l'illuminazione. È stato sperimentalmente stabilito che l'illuminazione è direttamente proporzionale all'intensità luminosa della sorgente.

(L'illuminazione diminuisce se nell'aria sono presenti particelle di polvere, nebbia, fumo, poiché riflettono e disperdono una certa parte dell'energia luminosa.)

Se la superficie si trova perpendicolare alla direzione di propagazione della luce proveniente da una sorgente puntiforme e la luce si propaga nell'aria pulita, l'illuminazione può essere determinata dalla formula:

dove I è l'intensità luminosa della sorgente, R è la distanza dalla sorgente luminosa alla superficie.

Riso. 3.11 Nel caso di aumentare l'angolo di incidenza dei raggi paralleli sulla superficie (a 1< а 2 < а 3) освещенность этой поверхности уменьшается, поскольку падающий световой поток распределя­ется по все большей площади поверхности

3. Imparare a risolvere i problemi

Il tavolo è illuminato da una lampada situata ad un'altezza di 1,2 m direttamente sopra il tavolo. Determina l'illuminazione del tavolo direttamente sotto la lampada se il flusso luminoso totale della lampada è di 750 lm. Considera una lampada come una fonte di luce puntiforme.

• Riassumiamo

Una quantità fisica numericamente uguale al flusso luminoso F incidente su un'unità di superficie illuminata S è chiamata illuminazione. Nel SI si prende come unità di illuminazione il lux (lx).

L'illuminazione della superficie E dipende: a) dalla distanza R dalla superficie illuminata b) dall'angolo con cui la luce cade sulla superficie (minore è l'angolo di incidenza, maggiore è l'illuminazione); c) sull'intensità luminosa I della sorgente (E - I); d) trasparenza del mezzo in cui si propaga la luce, passando dalla sorgente alla superficie.

• Domande di controllo

1. Cosa si chiama illuminazione? In quali unità si misura?
2. È possibile leggere senza affaticare gli occhi in una stanza luminosa? all'aperto sotto la luce artificiale? sotto la luna piena?

3. Come si può aumentare l'illuminazione di una determinata superficie?

4. La distanza dalla sorgente luminosa puntiforme alla superficie è stata aumentata di 2 volte. Come è cambiata l'illuminazione della superficie?

5. L'illuminazione di una superficie dipende dall'intensità della sorgente luminosa che illumina questa superficie? Se dipende, allora come?

• Esercizi

1. Perché l'illuminazione delle superfici orizzontali a mezzogiorno è maggiore che al mattino e alla sera?

2. È noto che l'illuminazione proveniente da più fonti è uguale alla somma dell'illuminazione proveniente da ciascuna di queste fonti separatamente. Fornire esempi di come questa regola viene applicata nella pratica.

3. Dopo aver studiato l'argomento "Illuminazione", gli alunni della seconda media hanno deciso di aumentare l'illuminazione del loro posto di lavoro:

Pétja sostituì la lampadina della sua lampada da scrivania con una più potente;
- Natasha ne ha messo un altro lampada da tavolo;
- Anton alzò più in alto il lampadario appeso sopra il suo tavolo;
- Yuri ha posizionato la lampada da tavolo in modo tale che la luce cominciasse a cadere quasi perpendicolare al tavolo.

Quali studenti hanno fatto la cosa giusta? Giustifica la tua risposta.

4. In un mezzogiorno sereno, l'illuminazione della superficie terrestre dovuta alla luce solare diretta è di 100.000 lux. Determinare il flusso luminoso incidente su un'area di 100 cm2.

5. Determinare l'illuminazione di una lampadina elettrica da 60 W situata a una distanza di 2 m. Questa illuminazione è sufficiente per leggere un libro?

6. Due lampadine affiancate illuminano lo schermo. La distanza tra le lampadine e lo schermo è di m. Una lampadina era spenta. Quanto più vicino è necessario spostare lo schermo in modo che la sua illuminazione non cambi?

• Compito sperimentale

Per misurare l'intensità della luce si utilizzano strumenti chiamati fotometri. Crea un semplice analogo di un fotometro. Per fare questo, prendi Lista bianca(schermo) e posizionarlo su di esso macchia di grasso(ad esempio, olio). Fissare il telo verticalmente e illuminarlo da entrambi i lati fonti diverse luce (S 1, S 2) (vedi figura). (La luce delle sorgenti dovrebbe cadere perpendicolare alla superficie del foglio.) Muovi lentamente una delle sorgenti finché il punto diventa quasi invisibile. Ciò accadrà quando l'illuminazione del punto su uno e sull'altro lato sarà la stessa. Cioè E1 = E2.

Perché il . Misurare la distanza dalla prima sorgente allo schermo (R 1) e la distanza dalla seconda sorgente allo schermo (R 2).

Confronta quante volte l'intensità luminosa della prima sorgente differisce dall'intensità luminosa della seconda sorgente: .

• Fisica e tecnologia in Ucraina

Complesso di ricerca e produzione "Fotopribor" (Cherkassy) Lo scopo dell'impresa è lo sviluppo e la produzione di dispositivi meccanici di precisione, optoelettronici e optomeccanici per vari scopi, attrezzature mediche e forensi, beni familiari, orologi da ufficio di una classe rappresentativa. HBK Fotopribor sviluppa e produce mirini periscopici per una varietà di installazioni di artiglieria, girobussole, giroscopi, apparecchiature ottico-elettroniche per elicotteri, veicoli blindati, nonché vasta gamma apparecchiature e strumenti ottici per vari scopi.

Fisica. 7a elementare: libro di testo / F. Ya Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X.: Casa editrice "Ranok", 2007. - 192 p.: ill.

Contenuto della lezione appunti delle lezioni e cornice di supporto presentazione delle lezioni metodi di insegnamento dell'acceleratore di tecnologie interattive Pratica test, test, compiti online ed esercizi, laboratori di compiti a casa e domande di formazione per discussioni in classe Illustrazioni materiali video e audio fotografie, immagini, grafici, tabelle, diagrammi, fumetti, parabole, detti, cruciverba, aneddoti, barzellette, citazioni Componenti aggiuntivi abstract foglietti illustrativi suggerimenti per i curiosi articoli (MAN) letteratura dizionario di termini di base e aggiuntivo Miglioramento di libri di testo e lezioni correggere gli errori nel libro di testo, sostituendo le conoscenze obsolete con nuove Solo per insegnanti piani del calendario programmi di apprendimento linee guida