Világítástechnika

Schanda Jánosés

Csuti Péter

BevezetésTudnivalók a félévről:

-A félév vizsgával zárul:

-Vizsgára bocsátás feltételei:

--évközi házi feladat

--hallgatói mérések

-Tananyag: előadások, ajánlott irodalom

--VTT ankétokon részvétel

Az Internet veszélyei

A képet Szelle György találta 2008.09.10-én

Az emberiség története a világossággal kezdődött és a világítással folytatódik.

Pillitz Dezső

Miért foglalkozunk a világítással?

Információ 90%-a szemünkön keresztül érkezik

Mivel foglalkozik a világítástechnika?

A világítástechnika az elvi alapokkal és műszaki gyakorlattal foglalkozó tudomány.

A fénytechnika az általánosabb fogalom, az optikai sugárzás keltésével és alkalmazásával foglalkozó

tudomány.

A világítástechnika interdiszciplináris tudomány

Orvos-tudomány

Építészet

Világítástechnika

Kémia,Fizika,

Matematika

Biológia

Mérnökitudományok

Metrológia

• Elméleti alapok, alapfogalmak

Felosztás

Ha a szavak használata nem helyes, a fogalmak értelmezése zavaros, nem lehet szabatosan cselekedni.

Konfucius

• Elméleti alapok, alapfogalmak

• lámpatestek

Felosztás

• számítási alapok programok

• fénykeltés fényforrások (működtető szerelvények)

•Vizuális észlelés

• Működtetés, szabályozások

• Mérések

• Vizuális komfort

Őstörténet• Tűz

• Fokla (világító szilánk, izzófahasáb)

• Fáklya (éghető folyadékkal átitatott anyag)

• Mécses (éghető folyadék edényben)

• Gyertya (viasz, faggyú, stb.)

• Gázláng (XIX. sz.)

• Villamos ívlámpa (1800 évek közepe)

Villamos izzólámpa (1879.október 19-21.)

Menlopark

Forrás:http://www.hpo.hu/Magyar Szabadalmi Hivatal:Magyar feltalálók és szabadalmaik

Edison sikeréhez kellett a XIX sz. műszaki fejlődése

Fontosabb időpontok:

1800 Alessandro Volta (1745 ~ 1827)

1827 Georg Simon Ohm (1789 ~ 1854)

1831 Michael Faraday (1791 ~ 1867)

1845 Gustav Robert Kirchhoff (1824 ~ 1887) 1854 Heinrich Goebel

1861 Jedlik Ányos unipoláris dinamó1867 Siemens és – Wheatstone

1800 Brassai-Jedlik

1823 Kölcsey Himnusz, Bólyai János, Reformkor

1840 Jedlik vonalzó gép-optikai rács 162 rés/mm

Bach korszak

Kiegyezés

A villamos világítás történetéből• 1879 Menlopark • 1878 Ganz villamos

műhely

Zipernowsky Károly(1853-1942)

Forrás:http://www.hpo.hu/Magyar Szabadalmi Hivatal:

Magyar feltalálók és szabadalmaik

A villamos világítás történetéből• 1879 Menlopark • 1878 Ganz villamos

műhely

• 1881 Párizs

• 1882 Európában Siemens • 1882 Nemzeti színház

• 1883 Trónörökös pár látogatása

• 1883 Bécsi világkiállítás

• 1884. Aug 16. Keleti p.u.

• 1879 Mechwart-Zipernowsky díszvilágítás Kálvin tér - Szeged

Keleti anno

• 1891 Philips

• 1896 Egyesült Izzó

• 1920 Fénycső, kisnyomású nátriumlámpa

• 1930 nagynyomású kisülőlámpák

• 1905/1913 Volframszálas izzó (Juszt – Hanaman)

• 1934 Bródy kriptonlámpa

• 1946 Bay Zoltán hold-radar

• 1884. Nov. Temesvár

Bay Zoltán

Forrás:http://www.hpo.hu/Magyar Szabadalmi Hivatal:Magyar feltalálók és szabadalmaik

• 1950 halogén izzó

• 1970 kompakt fénycső

• 1992 Indukciós lámpa

• 2000 után ?

• 1990-s évek vége LED

2009.09.01-től nincs 100 W izzó

Miért foglalkozunk világítástechnikával?

• Az információ 80 - 90 %-a szemünkön keresztül érkezik

• Több tudomány határterülete és ezért érdekes

• Sok még a kutatható terület, fejlődikLED technológia

Biológiai ritmus és fény

Láthatóság és káprázás stb.

Alapfogalmak I.

Sugárzástechnikai – fénytechnikai alapok

Mi a fény?

A fény: - hatás szerint a közvetlenül látás érzetet keltő sugárzás, az emberi szem érzékenysége szerint súlyozva

- fizikai szempontból elektromágneses hullám,

helyesebben látható optikai sugárzás

- világítástechnikában csak az emberi szem által érzékelt sugárzás.

UV-fény, infrafény nem használatos

Elektromágneses sugárzás

Hogyan kelthető fény?

A fény kibocsátása és anyagi részecskékkel történő kölcsönhatása meghatározott energiájú adagokban, kvantumokban valósul meg. Ezeket a fénykvantumokat nevezzük fotonoknak.

E=h , h=6,626 10-34 Js

Hőmérsékleti sugárzás

• Üreg-, fekete-, vagy Planck-sugárzó• Rayleigh, Wien, Planck

(1900)formula

151, )1(),(

2

T

c

e ec

TL

ahol:201 2 hcc

Km10)012000,0769438,1(/ 22 khcc o

346,626 10 J s h Planck állandó 23 -31,380 10 J×K ,k Boltzmann állandó

Planck törvény (1900)

A fekete sugárzó spektrális sugársűrűségét adja meg.

151 )1(),(

2 T

c

e ecTL

02

hcc

ahol:- hullámhossz légüres térbenT- hőmérséklet Kc1=2hc0

2

h: Plank állandó (6,626 10-34Js)

c0- fénysebesség vákuumban (299792458 m/s)

: Boltzmann állandó: 1,38 10-23 JK-1

Fekete test vázlata

Sugárzási törvények

Stefan – Boltzmann tv.

4eM T

Me felületi teljesítmény,

Stefan-Boltzmann állandóértéke:5,67 10-8 W.m-2 .K-4

Wien féle eltolódási tv

λT= állandó

• kvantum: e0 h, vagy e0 hc/

• Stefan-Boltzmann törvény

E T4, ahol 5,6710-12 Wcm-2K-4

Wien féle eltolódási törvény

max

T const 2,9010-1 cmK

Planck eloszlások

0

5E+19

1E+20

1,5E+20

2E+20

2,5E+20

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

hullámhossz, nm

sp

.su

g.s

., W

.m-2

.sr-

1.n

m-1

3500 K

3000 K

2500 K2000 K

Sugárzás- technikai alapok

, nm V()380 0,000.001

400 0,000 4

420 0,004

450 0,038480 0,139

500 0,323

550 0,995

555 1,0

560 0,995

620 0,381

640 0,175660 0.061

700 0,004780 0,000.015

Láthatósági függvény,vagy spektrális fényhatásfok

Emberi szem érzékenységi görbéje

Láthatósági függvények

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

hullámhossz, nm

rel.

érz

ék

en

ysé

g V( V'( ) , nm

V’()

380 0,000.589480 0,793505 1,0660 0.000.312.9

780 0,000.000.139

V’(): láthatósági függvény sötétben látáshoz, szkotopos látás

Mi a fény?

A fény az optikai sugárzásnak az emberi szem által érzékelt része, vizuális teljesítmény

Fényáram:

m e

0

( ) ( ) ; lmK V d

pszicho-fizikai mértékrendszer

e vV

Km= 683 lm/W

Fizikai

Belsőtéri látási feladat

Munkavégzéshez a szabványos fotometriai rendszer megfelelő leírást biztosít

Káprázás figyelembevétele

• Képernyős munkahelyen– Ablak kápráztató hatása– Általános mesterséges világítás– Szomszédos munkahely helyi világítása

• Gépkocsi vezetés során fellépő hatások– A káprázás színképi érzékenysége

Általános világítás kápráztató hatása

Képernyős munkahely optimális

fénysűrűség (cd/m2) viszonyai

Két munkahelyes szoba elrendezés

Látás az úton

• 2°-os foveális nézéskor V(l) érvényes

• periferiális nézéshez V10(l) -t kell definiálni + pálcika közreműködés

Az útjelző tábla olvasása

• Táblát foveálisan látjuk, V(l) érvényes

• Akadályt parafoveá-lisan látjuk:

V10(l) + pálcika látás

A reakcióidő változása a fénysűrűséggel különböző fényforrások esetén