Светотехника

Светотехника (далее С) область науки и техники, предмет которой — исследование принципов и разработка способов генерирования, пространственного перераспределения, измерения характеристик оптического излучения (света) и преобразования энергии света в др. виды энергии. С охватывает также вопросы конструкторской и технологические разработки источников света (ИС), осветительных, облучательных и светосигнальных приборов и устройств, систем управления ИС, вопросы нормирования, проектирования, устройства и эксплуатации светотехнических установок. Кроме того, С связана с изучением воздействия естественного и искусственного света на вещество и живые организмы. Термин "С" в современном широком понимании стал употребляться в научной и технической литературе с 20-х гг. 20 в. До этого содержание понятия "С" ограничивалось лишь вопросами освещения (см. Светильник).

Становление С было связано с развитием физической и геометрической оптики, физиологии, учения об электричестве и магнетизме. Большое значение для формирования С имели работы И. Ньютона, И. Ламберта, М. В. Ломоносова, Т. Юнга, В. В. Петрова, Я. Пуркине, Г. Гельмгольца и др. ученых — физиков, физиологов и электротехников. Фундаментальный вклад в С был сделан в начале 18 в. П. Бугером, сформулировавшим основы фотометрии (в книге "Оптический трактат о градации света"). Важной вехой в развитии С явился переход к электрическим ИС В 1872 А. Н. Лодыгин создал лампу накаливания, которая в дальнейшем была усовершенствована Т. Эдисоном. В 1876 П. Н. Яблочков изобрел дуговую угольную лампу (без регулятора расстояния между электродами) — т. н. свечу Яблочкова. Последующий прогресс в С связан с разработкой люминесцентных ламп, газоразрядных ламп высокого давления (см. Газоразрядные источники света), галогенных ламп накаливания. Работы по С способствовали, в свою очередь, развитию электроники и становлению квантовой электроники.

В С, в соответствии с областями использования света, различают осветительные, облучательные и светосигнальные установки (и соответствующие световые приборы). Осветительные установки создают необходимые условия освещения, которые обеспечивают зрительное восприятие (видение), дающее около 90% информации, получаемой человеком от окружающего его предметного мира. В СССР на искусственное освещение расходуется 10—12% вырабатываемой электроэнергии (установлено около 650 млн. световых точек); в США — 18%.

Облучательные установки используют для различных незрительных воздействий на человека, животных и растения, а также в разнообразных производственных процессах. Облучение живых организмов ультрафиолетовым (УФ), видимым и инфракрасным (ИК) светом улучшает (или обеспечивает) жизненно важные морфофункциональные процессы, такие, как обмен веществ, кроветворение, регуляция сердечно-сосудистой деятельности, фотосинтез (у растений), а также повышает сопротивляемость организма заболеваниям. СССР занимает ведущее место в мире по использованию УФ излучения в детских учреждениях и больницах, находящихся в сев. районах (см. Светолечение). Значительный санационный эффект дает бактерицидное облучение (см. Ртутная лампа), уничтожающее вредоносных бактерий и снижающее количество заболеваний в 1,5—2 раза. УФ облучение используется для обеззараживания воды и пищевых продуктов. Облучательные установки успешно используются для физиотерапии ("кварц", "солюкс" и т. д.). Существенный экономический эффект дают облучательные установки в с.-х. производстве. УФ облучение скота и птицы на 7—15% увеличивает их продуктивность: удои, яйценоскость, привес. Искусственный свет используют при промышленном выращивании овощей, ягод, фруктов в теплицах и оранжереях. Облучательные установки применяют в фотолитографии (см. Планарная технология), для сушки лакокрасочных покрытий, в фотохимических и др. технологических процессах.

Светосигнальные установки служат для передачи кодированной (условной) информации — в виде сигналов, создаваемых светофорами дорожными, маяками, огнями судовыми, посадочными и др. сигнальными приборами; воспринимаются эти сигналы глазом или др. приемниками излучения (например, фотоэлементами).

Важная область С — измерения характеристик света (см. Световые измерения, Фотометрия, Колориметрия), а также нормирование светотехнических установок (см., например, Освещение городов).

Наряду с традиционными задачами современная С решает задачи: создания комфортной световой среды, обеспечивающей весь комплекс информационного, морфофункционального, санационного и пр. действий света; использования света как эффективного и рентабельного средства индустриализации с.-х. производства; применения света в качестве технологического средства в промышленности; создания ИС, в которых реализуются процессы хемилюминесценции и электролюминесценции, применяются полупроводниковые и радиоизотопные материалы.

Сов. светотехническая школа занимает видное место в мировой С Значительный вклад в ее развитие внесли С И. Вавилов (люминесценция, действия света), М. А. Шателен (фотометрия, нормирование светотехнических установок), С О. Майзель (физические основы процесса зрения), А. А. Гершун (теоретическая фотометрия, расчеты светового поля), П. М. Тиходеев (нормирование светотехнических установок, световые эталоны и измерения), В. В. Мешков (принципы нормирования и проектирования осветительных установок), Н. М. Гусев и В. А. Дроздов (строительная С). В СССР светотехнического исследования и разработки ведутся во многих научных и учебных центрах и проектных институтах. Среди них: Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический светотехнический институт (ВНИСИ, Москва), Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт источников света (ВНИИИС, Саранск), светотехнической лаборатории НИИ охраны труда ВЦСПС (Ленинград, Иваново и др.), кафедра светотехники Московского энергетического института и др.

СССР — член Международной комиссии по освещению и Международной электротехнической комиссии. Материалы по вопросам С публикуются в журналах "С" (с 1932), "Light and lightning and environmental design" (L., с 1908), "Lux" (., с 1928), "Lighting design and application" (. ., с 1906) и др.

Лит.: Справочная книга по светотехнике (в. 1—2), М., 1956—58; Мешков В. В., Основы светотехники, ч. 1—2, М. — Л., 1957—61; Рохлин Г. Н., Газоразрядные источники света, М. — Л., 1966; Тиходеев П. М., Световые измерения в светотехнике, 2 изд., М. — Л., 1962; Гуторов М. М., Основы светотехники и источники света, М., 1968; Айзенберг Ю. Б., Ефимкина В. Ф., Осветительные приборы с люминесцентными лампами, М., 1968; Мешков В. В., Епанешников М. М., Осветительные установки, М., 1972; Кнорринг Г. М., Светотехнические расчеты в установках искусственного освещения, (Л.), 1973; Гусев Н. М., Макаревич В. Г., Световая архитектура, М., 1973.

С Г. Юров.

С кинематографии — отрасль С, решающая разнообразные задачи применения света на всех этапах кинематографического процесса, а также соответствующих световых измерений. С в кинематографии разделяют на С киносъемки, С копирования (печати) фильмов и С кинопроекции.

С киносъемки включает разработку и применение: источников света и осветит, приборов для киносъемочного освещения; осветительных систем и киноэкранов для специальных видов киносъемки (например, комбинированной киносъемки), светофильтров; светоизмерительной аппаратуры для исследования свойств светочувствительных материалов, параметров источников света и осветительных приборов и условий освещения при киносъемке. Средствами С при киносъемке, в том числе в особых условиях, например в тумане или под водой (при подводной киносъемке), решаются различные экспозиционные, а также художественно-творческие задачи.

Из киносъемочных искусственных источников света наиболее удобны в эксплуатации лампы накаливания (ЛН) различного типа и мощности, но с одинаковой цветовой температурой (Т_цв" 3200—3250 К). Кинопрожекторные ЛН с концентрированным телом накала, мощностью 0,15—20 квт имеют световую отдачу 25—29 лм/вт и яркость ~ 10⁷ кд/м². Перспективны кинопрожекторные кварцево-галогенные ЛН, отличающиеся постоянством световых характеристик, простотой включения и обслуживания и другими достоинствами. Применяют также зеркальные лампы, и лампы-фары. В мощных кинопрожекторах используют открытую дугу высокой интенсивности, с яркостью (5—7) X10⁸ кд/м². Из газоразрядных источников света применяют в основном кинопроекционные ксеноновые газоразрядные лампы постоянного тока и металло-галогенные лампы. Первые отличаются постоянством спектрального состава света и являются наилучшим имитатором среднего дневного света (Т_цв " 5700 К); их яркость (2—10)×10⁸ кд/м², световая отдача 25—45 лм/вт. Вторые имеют высокую световую отдачу (70—100 лм/вт) при удовлетворительной цветопередаче; их изготовляют на Т_цв 6000 и 3200 К.

В качестве киносъемочных осветительных приборов используются прожекторы со ступенчатыми линзами (диаметром 100—870 мм) и с ЛН, имеющими широкие пределы изменения силы света и угла рассеяния (за счет расфокусировки). Кинопрожекторы со ступенчатыми линзами и дугой имеют большую силу света, но эксплуатационно менее удобны. Наиболее удобны в эксплуатации и разнообразны по характеристикам киноосветительные приборы с кварцево-галогенными ЛН.

Контроль киносъемочного освещения осуществляется экспонометрами-яркомерами с широким (20° и более) или узким (0,5—1,5°) углом зрения и люксметрами, измеряющими освещенность основного объекта съемки (например, лица актера, принимаемого за диффузно отражающий объект с коэффициентом отражения около 0,3). Оценка качества цветопередачи производится измерителями цвета (колориметрами), а для отдельных участков кадра — "цветояркомерами деталей кадра" (с полем ~1°). Для изменения спектрального состава света на осветительных приборах устанавливают осветительные ("коррекционные" и "эффектные") абсорбционные или интерференционные светофильтры.

С копирования фильмов включает разработку осветительных систем и светоизмерительных приборов для различных кинокопировальных аппаратов. В качестве источников света в них наиболее употребительны кварцево-галогенные ЛН. Контроль освещения в копировальных окнах осуществляется светоизмерительными приборами, с учетом спектральной чувствительности позитивной кинопленки.

С кинопроекции решает светотехнические задачи, имеющие целью повышение технического качества демонстрации кинофильмов, снижение расходов, связанных с производством фильмов, упрощение обслуживания кинопроекционных установок и т. п. Для этого разрабатываются специальные кинопроекционные источники света, осветительные системы и их элементы (см. Кинопроекционный аппарат, Кинопроекционный объектив), киноэкраны (см. Кинопроекционный экран) и светоизмерительные приборы. Кроме того, определяются условия, при которых обеспечивается удовлетворительное качество восприятия киноизображения зрителями (например, необходимые значения яркости проекции, ее равномерность, допуски на "засветку", качество цветопередачи и т. п.) при различных видах кинопроекции — обычной, дневной, стереоскопической и т. д.

Яркость кинопроекции на экране для затемненных помещений нормирована: 35 кд/м² в отсутствие кинофильма, при работающем обтюраторе кинопроектора; по ней определяют полезный световой поток кинопроектора для данных зала и киноэкрана. В профессор кинематографии эксплуатируются кинопроекторы со световыми потоками от 150 лм до 30 клм и более. В кинопроекторах с небольшим световым потоком (до 600 лм в 60-миллиметровом и до 1,3 клм в 35-миллиметровом кинопроекторах) применяют кинопроекционные ЛН с большой габаритной яркостью (~3×10⁷ кд/м²; обычно кварцево-галогенные), часто в виде единого блока с эллипсоидным отражателем. Кинопроекторы с более высоким световым потоком (2,5—30 клм) снабжают осветителями преимущественно с кинопроекционными лампами (мощностью 1—10 квт).

Измерение яркости кинопроекции и равномерности ее на киноэкране производят проекционными яркомерами (с различных точек зрительного зала), освещенность киноэкрана — кинопроекционными люксметрами. Киноэкраны контролируют рефлексометрами или наборами эталонных (рабочих) образцов "коэффициентов яркости". Цветность кинопроекции измеряют фотоэлектрическими трехцветными колориметрами и (менее точно) двухцветными измерителями цветовой температуры; для контроля источников света и оптических элементов применяют специальные фотометрические приборы.

Лит.: Баранов Г. С, Пелль В. Г., А. А., Справочник по технике киносъемки, М., 1959; Голостенов Г. А., Дербишер Т. В., Источники света кинопроекторов, М., 1968; Голостенов Г. А., Дербишер Т. В., Светотехнический контроль киноустановок, М., 1971; Косматов Л. В., Свет в интерьере, М., 1973; Голдовский Е. М., Введение в кинотехнику, М., 1974.

Г. А. Голостенов.

Строительная С. — отрасль С, изучающая закономерности распространения и распределения в зданиях световой энергии Солнца и искусственных источников света, оптические свойства строительных материалов и конструкций, влияние света на зрительное восприятие интерьеров, эстетические функции света в архитектуре общественных зданий, площадей, городских ансамблей и т. д.; раздел строительной физики. Строительная С понимается и как отрасль строительной техники, разрабатывающая приемы рационального (с точки зрения эффективного использования утилитарных и художественных функций света) проектирования и строительства зданий, светопрозрачных ограждающих конструкций, солнцезащитных средств и осветительных установок. Одна из основных задач строительной С — разработка методов светотехнического расчета строительных объектов сообразно с требуемым уровнем освещения рабочих мест, а также с оздоровительным, тонизирующим и бактерицидным действием световой среды в диапазонах видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной частей спектра. Разделы строительной С — естественное освещение, искусственное освещение, архитектурное освещение, инсоляция помещений и населенных мест и др.

Становление строительной С как особой научной дисциплины относится к 50-м гг. 20 в. Развитие строительной С обусловлено большими масштабами индустриального строительства, совершенствованием существующих и созданием новых светопропускающих материалов и конструкций, разработкой и массовым внедрением новых типов источников света.

В строительной С при решении ее задач используют: теоретические расчеты на основании установленных физических закономерностей; оценки светотехнических характеристик помещений с помощью моделей (см. Моделирование); лабораторные испытания светопропускающих строительных материалов и элементов конструкций окон, фонарей, солнцезащитных устройств; натурные наблюдения и измерения на объектах. В строительной С широко пользуются методами фотометрии, в частности колориметрическими методами. Для исследования светотехнических характеристик элементов конструкций и моделей зданий сооружают установки типа "искусственный небосвод". Подобная установка представляет собой т. н. светомерный шар, на внутренней поверхности которого моделируется естественный небосвод, и светоприемную камеру с проемом, в котором устанавливается испытываемый образец.

Строительная С находит многочисленные приложения при проектировании и строительстве городов, промышленных и с.-х. зданий, искусственных сооружений, картинных галерей, музеев, памятников, выставочных павильонов и т. д. Значение строительных С для развития материального производства определяется тем, что установление оптимальных количественных и качественных характеристик освещения и их осуществление в строительстве способствуют росту производительности труда, улучшению качества продукции, повышению продуктивности животноводства и растениеводства.

Перспективы развития строительной С связаны с совершенствованием нормирования естественного и искусственного освещения (с учетом комплексного воздействия свето-цветовой среды на архитектурно-художественное восприятие помещений, работоспособность и здоровье человека), с решением вопросов оптимизации параметров строительных конструкций и осветительных установок в соответствии со светотехническими, а также теплотехническими, прочностными, акустическими, аэродинамическими и др. требованиями, определяющими эксплуатационные качества зданий и микроклимат помещений.

Лит.: Гусев Н. М., Киреев Н. Н., Освещение промышленных зданий, М., 1968; Строительная светотехника, (в. 1—4), М., 1969—74; Дроздов В. А., Фонари и окна промышленных зданий, М., 1972.

М. И. Краснов.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.