Architektura a umění

Na závěr kapitoly se krátce podívejme do oblasti, která také ovlivňuje naše životy. A mnohdy více, než si uvědomujeme. I když se stále budeme zabývat technickými specifikacemi světelných zdrojů, všímejme si také, jak osvětlení ovlivňuje naše vnímání prostoru nebo dokonce naše biorytmy. Například produkce hormonu melatoninu odpovědného za vyslání signálu tělu, že je tma a má se chystat ke spánku, je silně potlačena modrým světlem o vlnových délkách od 460 nm do 480 nm.

Osvětlení podle potřeby

Čeho si všímáte, když vybíráte světelný zdroj pro určitou místnost? Vyhledáte si jeho příkon? Dříve, když se k osvětlení používaly takřka výhradně žárovky, to bylo jednoduché. Silné osvětlení místnosti – potřebujete žárovku 100 W, lampička na stůl, postačí 40 W. Dnes, kdy se hlavními světelnými zdroji staly LED, musíme sledovat jiné parametry. Jaké to jsou? Záleží na tom, co od světelného zdroje očekáváme. Podívejme se na jeho krabičku.

26.38a,b – Na obalu výrobku LED žárovky najdeme všechny důležité informace.
Zdroj

Patrně jste si všimli velikosti patice této žárovky, E14 znamená menší závit hodící se spíše do malých svítidel. Symbol WW zase znamená Warm White, označuje zdroj poskytující bílé teplé světlo. Chromatičností se tedy tento zdroj bude hodit do obýváku nebo ložnice, její světlo se bude více podobat světlu klasické žárovky.

Výrobce nám říká, že teplota chromatičnosti je 3 000 K. Barevná teplota nám říká, že světlo z tohoto zdroje bude naše oko vnímat stejně jako z horkého tělesa o dané teplotě (3 000 K odpovídá klasické žárovce, 6000 K Slunce, 8000 K zatažené obloze). Teplota chromatičnosti použité LED žárovky je 3 000 K, což odpovídá teplé bílé barvě. Čím vyšší je teplota chromatičnosti, tím více modrých odstínů obsahuje spektrum světla vyzářeného tímto zdrojem.

Zajímavá je hodnota CRI = 80. Jde o Color Rendering Index, neboli index podání barev. Jde o to, jak budou vnímány barvy osvícené tímto zdrojem. Nejvyšší hodnota je 100 a odpovídá zdroji se spojitým spektrem (Slunce, klasická žárovka). Zdroje, které nevyzařují spojitě všechny vlnové délky světla, pak mají hodnotu CRI nižší. Pro použití v domácnosti bychom měli vždy požadovat hodnotu vyšší než 80. Při osvětlení předmětu zdrojem světla s nižším CRI dochází ke zřetelnému zkreslení barev. Představu o CRI si můžete udělat na následující grafice. Fotografové používající umělé osvětlení budou od svého zdroje požadovat hodnotu CRI přes 95.

Ve fotografii se o správné podání barev musíme starat. Častokrát sice můžeme nechat vyvážení bílé (WB – white balance) na automatickém nastavení a naše snímky budou i tak dobré, zkušenější fotografové však neponechávají toto nastavení náhodě a white balance nastavují přesně podle použitého zdroje světla. Více se dozvíte z následující galerie.

Teplota světla ve fotografii a nastavení bílé (white balance)

Charakteristiky zdrojů světla

Kromě již zmíněných parametrů světelného zdroje je dalším důležitým údajem světelný tok \(\Phi\). Velikost světelného toku udává, jak bude zdroj ve skutečnosti svítit. Odpovídá zářivému toku (množství energie vyzářené zdrojem do svého okolí za 1 s), který je schopen vyvolat zrakový vjem. Z celkové energie vyzářené zdrojem tedy bereme pouze tu část, která odpovídá viditelnému světlu v rozmezí vlnových délek 390 až 790 nm. Světelný tok vyjadřujeme v lumenech (lm), v příkladu na obrázku 26.43 například 490 lm, zatímco zářivý tok uvádíme ve watech.

Vlastnosti zdroje pak popisuje veličina svítivost. Jedná se o světelný tok vyzářený v určitém prostorovém úhlu. Uvažujeme-li bodový zdroj vydávající světelný tok například 1750 lm, stačí tuto hodnotu podělit plným prostorovým úhlem o velikosti 4π a dostaneme svítivost

Pokud by ovšem tento zdroj svítil pouze v malém prostorovém úhlu (např. reflektory automobilu), při stejné hodnotě světelného toku dostáváme hodnoty svítivosti podstatně větší. Svítivost tedy ukazuje, jaká je směrovost světelného zdroje.

Často nás zajímá, jak silně je osvětlena určitá plocha (například deska pracovního stolu) To popisuje veličina zvaná intenzita osvětlení \(E\). Tato veličina vyjadřuje, jak velký světelný tok dopadá na osvětlovanou plochu. Definujeme ji vztahem

kde \(\Delta\Phi\) je světelný tok dopadající rovnoměrně na plochu o velikosti \(\Delta S\). Její jednotkou je lux (značka lx).

Příklad 1

Světelný tok kompaktní fluorescenční žárovky je 1 200 lm. Jaké je osvětlení ve vzdálenosti:

1. 1 m od zdroje,
2. 2 m od zdroje,
3. 3 m od zdroje.

Předpokládáme, že žárovka svítí stejně do všech směrů.

Řešení:

Osvětlení je definováno jako podíl světelného toku na obsah plochy. Proto ve vzdálenosti \(r\) od zdroje bude mít tato plocha obsah rovný povrchu koule poloměru \(r\): \(S=4\pi r^2\). Ve vzdálenosti 1 m od zdroje tedy dostáváme

\[ E = \frac{1200\ \mathrm{lm}}{4\pi\ \mathrm{m}^2} = 95{,}5\ \mathrm{lx}\;, \]

ve vzdálenosti 2 m pak

\[ E = \frac{1200\ \mathrm{lm}}{4\pi\cdot2^2\ \mathrm{m}^2} = 24\ \mathrm{lx}\;, \]

a ve vzdálenosti 3 m dokonce pouhých 11 lx. Intenzita osvětlení tedy klesá s druhou mocninou vzdálenosti od zdroje.

V tomto výpočtu jsme uvažovali naprosto prázdný prostor. Ve skutečnosti je však osvětlení několikanásobně větší, protože se světlo odráží od stěn místnosti a dalších předmětů.

Při návrhu osvětlení určité místnosti pak musíme dbát právě na osvětlení prostoru. Pro různé místnosti nebo činnosti bychom měli zajistit intenzitu světla dle této tabulky.

Parametrů, které se dozvíme o světelném zdroji je opravdu mnoho, jeden jsme však doposud nezmínili. Je jím světelná účinnost. Tento parametr vyjadřuje, jak účinně zdroj mění energii na světlo. Jeho jednotka je lm/W a my v této veličině nepřímo vidíme, jaké budou naše náklady za provoz tohoto zdroje. Maximální teoretická světelná účinnost je 683 lm/W. Jak jsou zdroje, se kterými se dnes setkáváme účinné v přeměně energie na světlo, se můžete podívat na následujícím grafu.