Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

ELEKTROTECHNIKA 1W1 – pro 4. ročník oboru M ELEKTRICKÉ SVĚTLO – VZNIK A UŽITÍ 4.2005-VR.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "ELEKTROTECHNIKA 1W1 – pro 4. ročník oboru M ELEKTRICKÉ SVĚTLO – VZNIK A UŽITÍ 4.2005-VR."— Transkript prezentace:

1 ELEKTROTECHNIKA 1W1 – pro 4. ročník oboru M ELEKTRICKÉ SVĚTLO – VZNIK A UŽITÍ VR

2 Světlo většina lidí vnímá jako naprostou samozřejmost a nad jeho fyzikální podstatou ani nepřemýšlí. Vážnější úvahy o podstatě světla spadají až do 17. století. V roce 1678 předložil Christian Huighens (1629 – 1695) pařížské Akade- mii pojednání o povaze světla jako podélného vlnění. Izac Newton (1643 – 1727) však považoval světlo za tok částic. Teprve v 19. století nastal velký rozvoj vlnové teorie, podpořený vědeckými objevy v oboru elektřiny a magnetismu. Dnes víme, že světlo jsou příčné elektromagnetické vlny v dosti úzké oblasti vlnových délek, které se současně projevují jako tok fo- tonů. Je tedy možné použít obě teorie. Než se ale dospělo k tomuto výsledku, muselo poznání projít dlouhým vývojem. Elektrické světlo

3 Elektromagnetické vlny byly teoreticky předpovězeny mnohem dříve, než byly experimentálně potvrzeny. Shoda rychlosti jejich šíření s rychlostí světla byla natolik nápadná, že přivedla Maxwella na myšlenku, že podstata světla spočívá v těchto vlnách. Podařilo se mu ze svých rovnic odvodit i základní zákony fyzikální optiky, a sjednotit tak optiku s teorií elektromagnetického pole. Maxwellova teorie byla dlouho přijímána s velkou nedůvěrou. Elektromagnetické vlny nebyly experimentálně ověřeny a očima tehdejší fyziky se jejich existence zdála být velmi nepravděpodobná. Elektrické světlo

4 Sám Maxwell se už potvrzení své teorie nedočkal. To se podařilo až devět let po jeho smrti Heinrichu Rudolfu Hertzovi (1857 – 1894), který vykonával experimenty s jiskrovým výbojem mezi dvěma hro- tovými elektrodami a odezvu přijímal anténou. Tak experimentálně prokázal elektromagnetické vlny s vlnovou délkou kratší než jeden metr, ale těmto vlnám nepřisuzoval žádný význam pro praxi. Tento omyl však velmi záhy vyvrátili Marconi, Tesla a Popov objevem bezdrátové telegrafie. Do současné doby přibylo dalších aplikací nepočítaně. Elektrické světlo

5 SLUNCE: poloměr km objem1,412 * 1018 km³ hmotnost1,9891 * 1030 kg ef. povrch.teplota5 770 °K vizuální zářivá teplota6 050 °K celkový zářivý výkon3,826 * 1026 J/s Sluneční světelná konst.: lx Celková energie vyzářená sluncem: 3,826 * W Slunce

6 Spektrum slunečního záření má vlnové délky: až 1 m ( i delší) Chromatická teplota denního světla kolísá během dne od 4800 do °K a průměr se bere °K jako ekvivalent denního světa. Spektrální složení barev denního světla se mění s výškou slunce nd obzorem. Večer proniká hl. dlouhovlnná část spektra (červená) a v poledne naopak krátkovlnná část spektra. Slunce

7 Rychlost světla meziplanetárním prostorem: m/s Střední vzdálenost mezi Sluncem a Zemí překoná světlo : za 8 minut a 19 sekund Celkový zářivý tok dopadající na vrchní vrstvu atmosféry: 1,7431 * 1017 W Slunce

8 Sluneční zářivá konstanta: (normální intenzita slunečního záření) E e,o = ± 7 W/m² V jednotlivých kalendářních dnech je tato konst.: E e,o (den) = * (1 + (cos (0,98 * D + 29,7 * M) - 32) / 30) Slunce

9 Dosažitelná hodnota jasu slunce v exteriéru je: cca 1,5 * 109 cd/m² Maximální jas ve středu slunečního kotouče: cca 2,5 * 109 cd/m² Jas oblohy v zenitu (podle oblačnosti a polohy výšky slunce: průměrně až 2 * 104 cd/m² Slunce

10 RADIO + TV + SPOJE SVĚTLO ZVUK TEPLO kHz MHz GHz THz PHz km m mm μmμm nm Elektromagnetické spektrum GRAFICKÉ ZOBRAZENÍ – LOGARITMICKÁ STUPNICE

11 český názevfrekvencevlnová délkaanglické označení extrémně dlouhé vlny 0,3 - 3 kHz km Extremely Low Frequency (ELF) velmi dlouhé vlny kHz km Very Low Frequency (VLF) dlouhé vlny (DV) kHz kmLow Frequency (LF) střední vlny (SV) 0,3 - 3 MHz1 - 0,1 kmMedium Frequency (MF) krátké vlny (KV) MHz mHigh Frequency (HF) velmi krátké vlny (VKV) MHz m Very High Frequency (VHF) ultra krátké vlny (UKV) 0,3 - 3 GHz1 - 0,1 m Ultra High Frequency (UHF) Elektromagnetické spektrum

12 český názevfrekvencevlnová délkaanglické označení mikrovlny GHz100 – 1 mm Super / Extremely High Frequency (SHF / EHF) infračervené záření Hz 1 mm - 1  m Infra Red (IR) viditelné záření Hz nmVisible (VIS) ultrafialové záření Hz nmUltra Violet (UV) rentgenovo záření Hz10 - 0,1 nmX-Rays gama záření Hz mGamma Rays Elektromagnetické spektrum

13 Spektrum barev - záření: od 100 do 400 nm --- ultrafialové od 400 do 780 nm --- monochromatické barevné od 780 do cca nm (1 mm) infračervené Elektromagnetické spektrum

14

15 Chomatický diagram

16 Spektrum barev - hodnotové vyjádření : barvavlnová délkafrekvence infračervenávětší než 380 nmmenší než červená600 – 630 nm žlutá565 – 600 nm zelená500 – 566 nm modrá435 – 500 nm fialová380 – 435 nm ultrafialovávětší než 750 nmvětší než Elektromagnetické spektrum

17 Spektrum oko vnímá vlnění od frekvence 789,5 PHz = délka vlny 380 nm až do frekvence 394,7 PHz = délka vlny 760 nm - nejcitlivější je na žlutozelenou barvu, tj. na vlnění s frekvencí 540,5 PHz = délka vlny 555 nm pod délkou vlny 400 nm (k velmi vysokým frekvencím) je ultrafialové záření a ještě dále Roentgenovo X-pa- prsky (asi 1 nm) nad 750 nm (k nižším frekvencím) je infračervené záře- ní a navazující radiové vlny svými SHF a družicovými kmitočty. Elektrické světlo

18 Citlivost oka na viditelné spektrum Elektromagnetické spektrum

19 Citlivost lidského oka na základní barvy Elektromagnetické spektrum

20 Ultrafialové záření je dále rozděleno na: od 315 do 400 nm --- UA A --- dlouhovlnné od 280 do 315 nm --- UA B --- středovlnné od 100 do 280 nm --- UA C --- krátkovlnné Infračervené záření je dále rozděleno na: od 780 do nm --- IR A --- krátkovlnné od do nm --- IR B --- středovlnné od nm do 1 mm --- IR C --- dlouhovlnné Elektromagnetické spektrum

21 Vyzařování PředmětTeplotaVlnová délka Pásmo Povrch Slunce5 500 °C 500 nmzelené Denní světlo5 220 °C 527 nmzelené Žárovka3 100 °C 853 nmBISBIS Žhnoucí předmět 600 °C3 220 nmVISVIS Lidské tělo 37 °C9 350 nmVISVIS Místnost 20 °C9 900 nmVISVIS Elektromagnetické spektrum

22 Světelné veličiny – fyzikální veličiny a jednotky: Názevoznačeníjednotka Světelný tokΦlm – lumen SvítivostIcd – candela OsvětlenostElx – lux Světlení zdrojeMlm/m² JasLcd/m² Světelné množstvíQlm*s OsvitHlx*s Elektrické světlo

23 Zářivé veličiny – fyzikální veličiny a jednotky: Názevoznačeníjednotka Zářivý tokΦeΦe W – Watt ZářivostIeIe W/sr (steradián) OzářenostEeEe W/m² Záření zdrojeMeMe W/m² ZářLeLe W/m² * sr Energie zářeníQeQe W*s = J Dávka ozářeníHeHe W*s /m² Elektrické světlo

24 Jednotky svítivost 1 cd..kandela (svíčka - Candela) Kolmá svítivost (1/6)*10 -5 m 2 = 1,667 mm 2 povrchu absolutně černého tělesa při teplotě tuhnoucí platiny (asi 1770 °C) při tlaku 760 torr Svítivost zdroje, který vyzařuje v daném směru monochromatické záření o kmitočtu 540 * Hz a jehož intenzita záření je v tomto směru 1/683 W/sr (wattů na steradián). Elektrické světlo

25 Jednotky světelný tok1 lm..lumen Světelný tok emitovaný (vyzařovaný) rovnoměrným bodovým zdrojem o svítivosti 1 kandely (cd) do jednotkového prostorového úhlu 1 steradián (sr). Elektrické světlo

26 Jednotky osvětlení1 lx..luxphot = lx Podíl světelného toku 1 lm a plochy 1 m 2, na kterou dopadá. Osvětlenost, která odpovídá světelnému toku 1 lumen (lm) rovnoměrně rozloženému na ploše 1 m². Se čtvercem vzdálenosti klesá. Elektrické světlo

27 Jednotky jas1 nt..nitstilb = nt Podíl svítivosti plochy (jas plošného zdroje světla) 1 cd a 1 m 2 průmětu této plochy do kolmé roviny měrný světelný výkon 1 lm / W. Podíl světelného toku a elektrického příkonu. Elektrické světlo

28 Žárové zdroje Slunce, plamen, žhavé vlákno žárovky a ostatní rozžha- vená tělesa - do asi 500 °C je světlo v neviditelném spektru (infračervené) - při 1000 °C je červené - při 1300 °C je žluté - při 1600 °C je bílé. Principem je velice rychlý pohyb atomů a molekul a jejich částí vlivem tepla - při tom dochází k jejich vzájemným nárazům při nichž se uvolňují fotony (velice drobná energetická kvanta nesoucí vlnění ve viditelném spektru). Elektrické světlo

29 Žárové zdroje Žárové zdroje světla mají spojité spektrum viditelného i navazujícího neviditelného záření. Účinnost (z hlediska množství poskytnutého světla) těchto zdrojů je nízká - zhruba 5 až 20 % (u běžných žárovek dokonce jen 8 až 10 %) - větší část dodané energie se promění v "pouhé" teplo (povrch baňky žárovky má asi 200 °C ). Elektrické světlo

30 Žárové zdroje Měrný výkon není velký - jen asi 8 až 20 lm/W. Vzhledem k principu (žhavé vlákno mající horší pev- nostní vlastnosti narušované prakticky každým prou- dovým nárazem při rozsvícení) mají nevelkou život- nost - jen asi 1000 hod. Nevýhodou je větší citlivost světelného výkonu na kolísání napájecího napětí. Elektrické světlo

31 Výbojkové zdroje Světlo vzniká při průchodu proudu (volných elektronů) zředěnými plyny nebo parami určitých látek. Principem je opět rychlý pohyb atomů a molekul plynu a jejich částí a jejich vzájemné nárazy s následným uvolněním fotonů - výbojkové zdroje - nevýhodou je světlo určité barvy (ne vždy vhodné k osvětlení pra- covní plochy či potravin, ale vyhovující pro osvětlení velkých ploch, silnic, ulic apod.). Elektrické světlo

32 Výbojkové zdroje U některých typů dochází k nárazům volných elektronů na prvky luminiforu (speciální hmota na vnitřním po- vrchu baňky) z něhož vyráží další fotony a luminifor potom "svítí" – zářivkové zdroje. Nevýhodou je delší doba k „nastartování“ čili rozsvíce- ní (samo prvotní rozsvícení má určitou, pár desetin vteřiny trvající prodlevu a u mnoha typů – i vlivem stárnutí – je rozsvícení na 100% až během desítek vteřin i déle). Elektrické světlo

33 Výbojkové zdroje Účinnost (z hlediska množství poskytnutého světla) těchto zdrojů je lepší - zhruba 25 až 35 % (u běžných zářivek je asi 20 %) - v teplo se promění podstatně menší část dodané energie (povrch baňky zářivky má asi 25 až 30 °C ) - ztráty zde způsobuje nutnost u- rychlit elektrony na vyšší energetickou úroveň, aby se v plynu mohly pohybovat dostatečně rychle. Elektrické světlo

34 Výbojkové zdroje Měrný výkon obou zdrojů je dosti vysoký - asi od 40 až do 60 lm/W i více. To znamená, že pro stejné osvětlení plochy je potřeba asi 1/3 až 1/2 elektrické energie žárovky. Vzhledem k principu je životnost vyšší - asi 3000 až 8000 hodin. Elektrické světlo

35 Výbojkové zdroje Největší nevýhodou klasických zářivek je jejich nízký účiník, daný tlumivkovým principem jejich zapalování (startu). Tuto nevýhodu dnes odstraňuje elektronický startér. Nevhodně zkonstruovaná nebo špatně vyrobená tlumiv- ka bručí (zvyšuje úroveň hluku v jejím okolí). Další nevýhodou je "kmitání" světla v rytmu napájecí síťové frekvence a proto dochází k následnému strobo- skopickému efektu (zdánlivé zastavení) u rotujících částí. Elektrické světlo

36 Výbojkové zdroje Další nevýhodou je negativní vliv teploty na jejich světelnou účinnost (s mrazem klesá a hůře se startují = zapaluje se vnitřní oblouk). Výhodou je větší necitlivost světelného výkonu na ko- lísání napájecího napětí. Zářivky se první třetinu života "zahořují", čili jejich světelný výkon mírně stoupá (z luminiforu se uvolní nežádoucí příměsi) a pak teprve začínají stárnout. Elektrické světlo

37 Způsoby osvětlování přímé - světelný zdroj posílá světelné paprsky přímo na osvětlovanou plochu nepřímé - paprsky jdou odrazem polopřímé (60 až 90 % toku jde přímo) nebo polonepřímé (60 až 90 % jde odrazem) smíšené (asi polovina přímo a polovina odrazem) jednostranné - paprsky dopadají na osvětlovanou plochu pouze z jedné strany (obvykle tedy z jediného zdroje) vícestranné - obvykle z více zdrojů rozptýlené - z více zdrojů a odrazem nebo z plošných zdrojů Elektrické světlo

38 Způsoby osvětlování podle účelu: všeobecné místní náhradní nouzové bezpečnostní signální slavnostní reklamní speciální Elektrické světlo

39 Zásady pro volbu a návrh osvětlení: světlo při práci má dopadat zleva (ALE např. u sou- struhu zprava, apod.) světelný zdroj nesmí oslňovat barevné ladění okolí nesmí dráždit směr dopadajících paprsků (na pracovní plochu) má být 45 až 60 ° shora odkloněné kontrasty světla s tmy nesmí působit rušivě ani nesmí vytvářet nevhodné či nepříjemné barevné kombinace, polostíny a stíny nezanedbatelné je i estetické působení osvětlovacích těles a svítidel Elektrické světlo

40 Osvětlení pracovní plochy nebo prostoru rýsovny, dílny s ruční prací, učebny == 150 až 500 lx kuchyně, koupelny, garáže, hrubá práce (štípání dřeva, řezání materiálu), hrubá manipulace s materiálem, sklady == 30 až 80 (100) lx pro orientaci v prostoru stačí velmi malé == 10 až 20 lx pro orientaci venku stačí velmi malé == 3 až 10 lx Elektrické světlo

41 Osvětlení pracovní plochy nebo prostoru je dáno normou (hygienickými předpisy) - měří se v LUXech (1 lx = 1 lm / l m2 ) dopadajících na danou plochu: pro přesnou, jemnou a drobnou (detailní) práci musí být nejvyšší == 500 až 2000 lx přímé osvětlení pracovní plochy lokálním světlem : - rýsování, kreslení, jemná montáž, hodinářství,…) == 1000 až 2000 lx - čtení, psaní, šití, montáž, pájení,.... == 200 až 500 lx pracovny, jídelny, kancelář, obýv. pokoj == 50 až 200 lx Elektrické světlo

42 Doporučené měrné příkony [ W / m2 ] předsíň 2 až 3 chodba 3 až 5 schodiště 3 až 5 kuchyň 8 až 10 obývací pokoj 12 až 15 hotelový pokoj 5 až 10 ložnice 10 až 12 WC 5 až 8 Elektrické světlo

43 Doporučené měrné příkony [ W / m2 ] jídelna 15 až 20 kancelář 10 až 12 učebna 25 až 30 rýsovna 30 až 50 laboratoř 60 až 80 jemná dílna 100 až 200 Elektrické světlo

44 Proslunění bytu: ČSN a STN Byt je prosluněn tehdy pokud je součet prosluněných po- dlahových ploch jeho místností = nejméně 1/3 součtu podlahových ploch všech obytných místností bytu. Do součtu ploch z jedné strany prosluněných místností, ani do součtu všech podlahových ploch bytu, se nezapočí- távají části ploch obytných místností ležících za hranicí hloubky místnosti rovnající se 2/3 násobku její světlé výšky. Další podmínky se týkají otvorů a úhlu pod nímž dopadají sluneční paprsky. Elektrické světlo

45 Proslunění bytu: Doba proslunění je min. 1,5 hod denně v době od 1. března do 13. října běžného roku při výšce slunce nad horizontem > 5°. Pro další účely je stanoven „kontrolním dnem“ 1. březen. Kontrola se provádí v bodech – v polovině hloubky od osvětlovacího otvoru a 1 m od stěn. Osvětlení min 75% (průměr ze dvou bodů 90 %). Nebo v bodovém rastru o hraně 1 m. Viz ČSN Elektrické světlo

46 SW PRO SIMULACI OSLUNĚNÍ:2002 Real Light --- //www.atma.it ART-250RD --- //www.art.co.uk Helios --- //www.ledalite.com/library-/soft.html …. Demo free Lightscape Visualization Systém --- kvalitní profi --- //www.lightscape.com Inspirer --- //www.integra.co.jp/eng Lumen Micro --- jednoduchý --- //www.lighting-techno logies.com/LumenMicro.htm Moonlite --- //www.pianeta.it/martinil/e-moonhp.htm Elektrické světlo

47 SW PRO SIMULACI OSLUNĚNÍ:2002 Radiance / Adeline --- //radsite.lbl.gov/radiance --- //.gov/adeline Strata Studio Prp --- pro digitální video --- // Persistence of Vision (POV – Ray) --- free --- //www.rz.rwth-aachen.de/sw/graph/povray/ povray.html Luminaire --- //www.luminist.com/luminaire.html Elektrické světlo

48 Tabulka osvětlení podle činností (ČSN ): Tř. zrakové činnosti Poměrná pozorovací vzdálenost Charakt eristika činnosti PříkladyHodnota D min / / D prům [%] Hodnota požadov. osvětl. [lx] a víceMimořád ně přesná S omezenou možností použití zvětšení, vysoké nároky na minimalizaci chyb v rozlišení, obtížná kontrolní činnost 3,5 / až 2000 a více až 3330 Velmi přesná Velmi přesné činnosti při výrobě a kontrole, rýsování, ruční rytí s velmi malými detaily, velmi jemné ruční a umělecké práce 2,5 / 7500 až 2000 Elektrické světlo

49 Tř. zrakové činnosti Poměrná pozorovací vzdálenost Charakteristi ka činnosti PříkladyHodnota D min / / D prům [%] Hodnota požadov. osvětl. [lx] až 1670 Přesnátechnické kreslení, obtížné laboratorní práce, obtížné a přesné odečítání hodnot, náročné vyšetřování (i techn.), jemné šití, pletení (mnohobarevné a drobné) a vyšívání 2 / 6500 až až 1000 Středně přesná Středně přesná výroba a kontrola, čtení, psaní, běžné laboratorní práce, vyšetření a ošetření, běžná obsluha strojů, hrubší šití, pletení, žehlení, příprava jídel 1,5 / 5300 až 1000 Elektrické světlo Tabulka osvětlení podle činností (ČSN ):

50 Tř. zrakové činnosti Poměrná pozorovací vzdálenost Charakteristik a činnosti PříkladyHodnota D min / / D prům [%] Hodnota požadov. osvětl. [lx] 5100 až 500 HrubšíHrubší práce (mechanické činnost), manipulace s předměty a břemeny, konzumace jídla, obsluha při jídle, běžná obsluha, oddechové činnost, základní a rekreační sport a tělovýchovná činnost, čekání 1 / 340 až 400 6Menší než 100 Velmi hrubá Údržba ploch, udržování čistoty, mytí, sprchování, oblékání, chůze po veřejných komunikacích 0,5 / 215 až Celková orientace Chůze, doprava materiálu, skladování větších a velkých předmětů a hrubého materiálu, celkový odhled, základní orientace v prostoru 0,25 / 13 až 25 Elektrické světlo Tabulka osvětlení podle činností (ČSN ):

51 Výpočet osvětlení vnějších prostorů určete potřebný příkon svítidla pro osvětlení : obývacího pokoje o ploše 20 m 2 polonepřímé osvětlení s intenzitou 80 lx určíme poměrný příkon == 0,20 W celkový příkonP = 0,20 W * 80 lx * 20 m2 = 320 W volíme svítidlo se dvěma žárovkami 150 W na 1 m 2 pak připadá 320 W / 20 m2 = 15 W / m 2 Elektrické světlo

52 … Základy elektrotechniky


Stáhnout ppt "ELEKTROTECHNIKA 1W1 – pro 4. ročník oboru M ELEKTRICKÉ SVĚTLO – VZNIK A UŽITÍ 4.2005-VR."

Podobné prezentace


Reklamy Google