ILUMINATUL ELECTRIC

Generalitati

Iluminatul electric este cel mai vechi mod de utilizare a energiei electrice si totodata, cel mai ineficient mod de utilizare a energiei electrice.

Randamentul de utilizare a energiei electrice pentru instalatiile de iluminat este de maxim 10%.

Instalatiile de iluminat electric trebuie sa realizeze un anumit nivel de iluminare si anumite conditii de calitate.

Tendinta actuala este trecerea de la proiectarea instalatiilor pe baza de iluminari, la dimensionarea pe baza de luminante - marimi care influenteaza direct ochiul omenesc.

In instalatiile noi de iluminat se studiaza si compozitia spectrala a radiatiei luminoase, legata de culorile suprafetelor si obiectelor iluminate, avandu-se in vedere influenta psihologica si fiziologica a mediului ambiant asupra omului.

Marimi si unitati fotometrice (principale)

Lumina este construita din radiatii electromagnetice ale caror lungimi de unda, (frecvente, f) sunt sesizate de ochiul omenesc.

Acestea sunt: l = 380 nm . 760 nm;

unde:    c=viteza de propagare a luminii in vid.

Spectrul luminos complet (lumina zilei) se caracterizeaza prin 6 culori fundamentale ROGVAIV.

Radiatiile cele mai calde culori calde, sunt cele de culoare rosie.

Radiatiile cele mai reci culori reci, sunt cele de culoare violeta.

Ochiul omenesc este capabil sa fie excitat la maxim de culoarea galben verzuie - caracterizata prin lungimea de unda de 556 nm.

Lumina este caracterizata prin marimi energetice evaluate in unitati de masura energetice si prin marimi fotometrice evaluate in unitati de masura fotometrice.

a)      Fluxul energetic ()

Orice radiatie electromagnetica reprezinta si un transport de energie. Fluxul energetic F_e, reprezinta energia emisa, transportata sau primita sub forma de radiatii in unitatea de timp.

unde: Q_e - este energia radianta exprimata in Joule.

Unitatea de masura a fluxului energetic este Wattul [W].

b)      Intensitatea luminoasa (I_q

Este marime fundamentala pentru lumina.

Caracterizeaza actiunea luminoasa intr-o anumita directie.

Intensitatea luminoasa I_q a unei surse luminoase intr-o anumita directie se defineste ca raportul dintre fluxul luminos dF si marimea unghiului solid dw care cuprinde acest flux.

Unitatea de masura pentru intensitatea luminoasa este candela (cd) si este unitate fundamentala in sistemul international (SI).

Candela este intensitatea luminoasa dupa directia normala a unei suprafete de 1/60 [cm²] a radiatorului integral (corp negru) aflat la temperatura de solidificare a platinei T=2046,5 K.

Intensitatea luminoasa a unei surse variaza cu directia in spatiu.

Sursa luminoasa este uniforma, daca intensitatea luminoasa este aceeasi in toate directiile.

Pentru o sursa neuniforma se poate defini o intensitate luminoasa medie in unghiul solid w

Luand in considerare fluxul luminos total emis de sursa, se poate defini o intensitate luminoasa medie sferica:

c) Fluxul luminos (F

Fluxul luminos F emis sau primit de un corp este fluxul de energie radianta F_e emis sau primit de acel corp, evaluat dupa senzatia luminoasa pe care o produce, sau o alta definitie este urmatoarea:

Fluxul luminos F este partea din fluxul energetic perceputa de ochiul omenesc ca senzatie vizuala.

Eficacitatea luminoasa spectrala relativa, se defineste astfel:

fluxul luminos;

fluxul energetic, ambele radiate pe o anumita lungime de unda

Fluxul luminos emis in intreg spatiul de o sursa uniforma este:

Unitatea de masura a fluxului luminos este lumenul (lm), definita in functie de unitatea de masura a intensitatii luminoase (cd), deoarece pentru aceasta s-a realizat etalonul fundamental de masura.

Lumenul este fluxul luminos emis intr-un unghi solid de un steradian de catre o sursa punctiforma care are intensitatea luminoasa de o candela dupa axa unghiului solid.

d) Iluminarea (E)

Iluminarea E a unei suprafete intr-un punct al acesteia este raportul dintre fluxul luminos dF primit de elementul de suprafata din jurul acestui punct si aria dA a elementului de suprafata.

Unitatea de masura a iluminarii in SI este luxul (lx) definit ca iluminarea suprafetei care primeste un flux luminos de un lumen, uniform repartizat pe un metru patrat.

Iluminarea medie a unei suprafete este:

Pentru calculul iluminarii intr-un punct P al unei suprafete, data de o sursa punctiforma O, amplasata la inaltimea h se utilizeaza o relatie derivata:

Aceasta relatie exprima cele doua legi fundamentale ale iluminarii:

1. Legea patratelor distantelor:

iluminarea unei suprafete este invers proportionala cu patratul distantei (q=constant).

iluminarea variaza cu cosinusul unghiului de incidenta (r=constant).

Pe o suprafata iluminarea poate avea valori diferite: E_min, E_med, E_max.

Important este sa se realizeze urmatoarele rapoarte de iluminare:

e) Excitanta sau radianta luminoasa (R)

Este o densitate de flux luminos insa spre deosebire de iluminare este o densitate de flux emis.

Excitanta luminoasa intr-un punct al unei suprafete este raportul dintre fluxul luminos dF emis de suprafata elementara dA din jurul acelui punct si marimea acestei suprafete:

Valoarea medie a excitantei luminoase este:

Aceasta marime se aplica si suprafetelor care reflecta sau transmit fluxul luminos.

Unitatea de masura a excitantei luminoase este tot lumenul pe metrul patrat (lm/m²) definit ca si luxul, cu deosebirea ca se refera la fluxul luminos emis de o suprafata.

f) Luminanta sau stralucirea (L)

Luminanta este marimea fotometrica perceputa direct de ochi si se refera atat la izvoarele de lumina cat si la suprafetele iluminate.

Luminanta L intr-un punct P al suprafetei unei surse, intr-o anumita directie (directie care formeaza cu normala N la suprafata in punctul respectiv un unghi ), este definita ca raportul dintre intensitatea luminoasa in directia considerata si aria proiectiei ortogonale a elementului de suprafata dA din jurul acelui punct pe un plan perpendicular pe aceasta directie.

Pentru aparatele (corpurile) de luminanta constanta in toate directiile, care se mai numesc si corpuri perfect difuzate, relatia se scrie sub forma:

Unitatea de masura pentru luminanta in SI este nitul (nt) sau cd/m², definit ca luminanta uniforma a unei suprafete plane de un metru patrat a carei intensitate luminoasa dupa directia normala la suprafata este de o candela.

g) Cantitatea de lumina (Q)

Cantitatea de lumina Q este produsul dintre fluxul luminos F si durata de timp t.

Aceasta marime indica energia emisa de o sursa luminoasa sau primita de o suprafata, energie masurata dupa senzatia luminoasa pe care o produce.

Unitatea de masura in SI este lumen secunda (lm s).

h) Expunerea luminoasa sau exponanta (H)

Este o marime care reprezinta densitatea de suprafata a cantitatii de lumina primita, sau produsul dintre iluminare si surata sa:

Aceasta marime intervine in fotografiere si in studiul facultatilor vizuale.

Unitatea de masura in SI este lux secunda (lx s).

Surse electrice de lumina

Marimi caracteristice

Pentru caracterizarea proprietatilor emisive ale surselor electrice de lumina se intrebuinteaza doua marimi: eficacitatea luminoasa si temperatura de culoare.

Eficacitatea luminoasa (h_v se defineste ca raportul dintre fluxul luminos emis F_v si puterea consumata P:

h_v = 7,5 .15 lm/w - lampi cu incandescenta;

h_v = 40 . 50 lm/w - lampi cu descarcari in vapori de mercur (Hg) de joasa

presiune;

h_v = 50 . 70 lm/w - lampi cu descarcari in vapori de mercur (Hg) de inalta

presiune;

h_v = 60 . 90 lm/w - lampi cu descarcari in vapori de sodiu (Na) de inalta

presiune.

Aceasta marime se masoara in lumen supra watt (lm/W).

Un lumen/watt este eficacitatea luminoasa a unei surse de lumina care emite un flux luminos de un lumen pentru o putere consumata de un watt.

Temperatura de culoare (T) a unei surse de lumina este temperatura in grade Kelvin, la care trebuie incalzit corpul negru pentru a avea aceeasi culoare cu sursa considerata.

T= K]

Prin temperatura de culoare se poate caracteriza printr-un singur numar compozitia spectrala a radiatiilor emise de o anumita sursa de lumina.

Exemplu:

- lampi cu incandescenta    T = 2800-2900 K;

- lampa fluorescenta    T = 3000-7500 K;

- lumina zilei T = 5800-6500 K.

Clasificarea surselor electrice de lumina

Sursele de lumina moderne sunt in mod exclusiv alimentate cu energie electrica.

Dupa modul de producere a radiatiilor luminoase, sursele de lumina (lampile) se clasifica in 4 categorii:

Lampi cu incandescenta;

Lampi cu descarcari;

Lampi cu arc;

Lampi fluorescente.