problematika svjetlosnog one čiš ćenja - rgn.hrrgn.hr/~zandreic/studenti/lp/lp_p1.pdf · pribor:...

Željko Andreić: Problematika svjetlosnog onečišćenja 2009, P1 1

Problematika svjetlosnog onečišćenja

prof. Željko Andreić

Rudarsko-geološko-naftni fakultetSveučilište u Zagrebu

[email protected]

http://rgn.hr/~zandreic/


Sadržaj

1. uvod2. pregled kolegija "Problematika svjetlosnog onečišćenja"3. literatura


Što je svjetlosno onečišćenje?

Svjetlosno onečišćenje je svako umjetno proizvedeno svjetlo koje odlazi u okoliš.


bačeno - štetniutjecaj na okoliš

bačeno - povećanjesvjetline noćnog neba

Kako nastaje svjetlosno onečišćenje:

bačeno -štetniutjecaj na okoliš

korisno


Nebo uz malo svjetlosno onečišćenje


Nebo uz umjereno svjetlosno onečišćenje


Noću prirodnog mraka u hr više nema...


10%

40%30%

20%

krijesnice žive samo ovdje!

Koliko energije rasipamo?


Kukci su velike žrtve umjetne rasvjete!


Aerodrom Toronto, jedna noć...


Morske kornjače i noćne životinje trpe...


A ljudi?

nesanica kod žena,

kratkovidnost kod djece,

i ?


Kolegij "Problematika svjetlosnog onečišćenja" na RGN-u

Satnica 2+1

Raspored vremena je fleksibilan i dijeli se na predavanja, vježbei teren (obilazak grada navećer).

Težište: razumijevanje problematike i mogućnost razlikovanja dobre rasvjete od loše.

Preduvjeti: nema.

Pribor: kalkulator, bilježnica.


Uvjet za potpis: sudjelovanje u radu grupe.

Ispit: seminarski rad, event. usmeni.

Nakon seminara studenti mogu prihvatiti ponuđenu ocjenu ili zatražiti usmeni ispit za bolju ocjenu.



1. Uvod. Osnovni pojmovi radiometrije i fotometrije. Definicija svjetlosnog onečišćenja. Svjetlo u prirodi danju i noću.

2. Štetno djelovanje svjetlosnog onečišćenja na okoliš i ljude. Mjerenje svjetlosnog onečišćenja. Modeliranje svjetlosnog onečišćenja: ab-initio fizikalni model, prednosti i nedostaci.

3. Walker-ov zakon. Statistički model na bazi Walker-ovog zakona. Postavljanje modela i interpretacija rezultata.

4. Izvori umjetnog svjetla. Osnovne karakteristike svjetiljki. "Dobre" i "loše" svjetiljke.



5. Vrste svjetlosnog onečišćenja i preporuke za njegovo ograničavanje.

6. Važeća zakonska regulativa u Hrvatskoj i osvrt na EU regulativu.

7. Vježbe: praktični rad s modelima (računalna učionica).

8. Teren: obilazak grada, uočavanje dobrih i loših primjera rasvjete.



Literatura:

1. folije sa predavanja, interna skripta i ostali materijali se mogu naći na adresi:

http://rgn.hr/~zandreic/studenti/lp/lp_index.html

2. K. Narisada nad D. Screuder, Light pollution handbook, Springer 2004

3. B. Mizon, Light pollution, Springer 2002

4. Self-study manual on optical radiation measurements, NBS/NIST

5. članci o LP



Osnovni pojmovi radiometrije

Radiometrija: grana fizike koja se bavi elektromagnetskim zračenjem.

Spektar elektromagnetskog zračenja (podjela EMvalova po valnoj duljini) je praktički beskonačan:

valna duljina (m)

1 103 1012106 10910-310-12 10-9 10-610-18 10-15

mikro-valovi

radiovalovi niskofrekventne EM oscilacije(VLF, ELF, ULF...)

infra-crveno

vidljivo

x-zrakekozmičke zrake gama-zrake

ultra-ljubi-často


Radiometrijske veličine

Energija elektromagnetskog zračenja (eng. radiant energy) obično se označava sa Q i kao i svaka druga energija mjeri se u J.

Tok elektromagnetskog zračenja (engl. radiant flux) definira se kao energijakoju u jedinici vremena odnosi EM zračenje. obično se označava sa Φ imjeri se u W. Definira se kao:

Φ=∂Q/∂t


Površinska gustoća elektromagnetskog zračenja, često samo gustoća zračenja, definira se kao tok zračenja po jedinici površine:

E=∂Φ/∂A

i mjeri se u W/m2.

Stručno se za gustoću zračenja koriste dva različita engleska naziva:

1. radiant exitance (Radiant emittance), ako je ploha u pitanju izvor EM zračenja. U tom slučaju za gustoću se koristi simbol M umjesto E.

2. Irradiance, ako je ploha obasjana EM zračenjem nekog drugog izvora.



Intezitet elektromagnetskog zračenja (engl. radiant intensity) definira se kao tok zračenja koje odlazi u jedinični prostorni kut (1 steradijan):

I=∂Φ/∂ω

i mjeri se u W/sr.

Ako se intenzitet EM zračenja izražava po jedinici površine, naziva se radijancija (eng. radiance). Definicija radijancije je:

L=∂I/(∂A cosϕ)

tj. jedinična površina uvijek je okomita na tok zračenja. Jedinica je Wsr-1m-2



Sve ove funkcije odnose se na ukupno EM zračenje. Ako je potrebno uzetiu obzir i raspodjelu EM zračenja po valnim duljinama (spektar) koriste se spektralne funkcije, koje su definirane kao derivacije integralnih funkcija povalnoj duljini. Npr. spektralna gustoća zračenja definira se kao:

Eλ=∂E/∂λ

i mjeri se u Wm-2 µm-1. Na isti način definiraju se i ostale radiometrijskespektralne funkcije.



Radiometrijske konstante (ovise o materijalu!):

absorpcija α=Eapsorbirano/Eupadno

refleksivnost ρ=Ereflektirano/Eupadno

propusnost τ=Epropušteno/Eupadno

emisivnost ε=Euzorka/Ecrnog tijela (na istoj temperaturi)

Dimezija svih ovih koeficijenata je 1.

vrijedi α + ρ + τ = 1

Radiometrijske konstante

E

τE

αE

ρE


Lambertova ploha

zrcalna refleksija difuzna

Lambertova ploha je idealno difuzna ploha koja ima konstantnu radijanciju bez obzira na smjer upadnog zračenja. Radijancija takve plohe jejednostavno L=E/π, gdje je E ukupni tok zračenja koje pada na tu plohu.


Fotometrija

Za razliku od radiometrije, fotometrija se bavi samo vidljivim svjetlom i to uzimajući u obzir osjetljivost ljudskog oka na svjetlo. Fotometrijske funkcije govore nam dakle kakav će biti naš osjet svjetla (svjetlina, boja).

Vidljivo svjetlo je samo jedan mali dio EM spektra.

valna duljina (nm)

700 800 104900 1000600300 400 50010 200

nž.

blisko infracrvenocrvenozele-no

pl.ljubi-často

srednjeinfracrveno

dalekoinfracrveno

blisko ultra-ljubičasto

daleko ultra-ljubičasto

ekstrenmoultraljubičasto


Ljudsko oko

leća

zjenica

rožnica

očni živacšarenica

šarenicamrežnica

slijepa pjega

žuta pjega


Ljudsko oko

čunjići

štapićisvjetlo


Ljudsko oko

dan

noć


Ljudsko oko


Ljudsko oko

Vidno polje:

Monokularno: 160 deg (h) x 175 deg (v) Binokularno: 200 deg (h) x 135 deg (v) Područje binokularnog preklapanja: 120 deg (h) x 135 deg (v)

dnevni vid (scotopic vision): iznad 0,035 cd/m2

prijelaz (mesopic vision): oko 0,035 cd/m2

noćni vid (photopic vision): ispod 0,035 cd/m2


Osnovni pojmovi fotometrije

Količina svjetlosti (Svjetlosna energija elektromagnetskog zračenja, eng. luminous energy) obično se označava sa Q i kao i mjeri se u lm s (talbot).

Lumen (lm) se definira preko svijeće. Tok svjetlosnog zračenja koje u jedan steradijan emitira izvor svjetla jakosti jedne sviječće je jedan lumen.

Svijeća (kandela, engl. candela): jakost svjetlosti koju odaje 1/60 cm2

crnog tijela koje je na temperaturi taljenja platine (2045 K).

Svijeća proizvodi svjetlosni tok (fluks) od 1 lm/sr.


Fotometrijske veličine

Svjetlosni tok ili fluks (engl. luminous flux) obično se označava saΦ i mjeri se u lumenima (lm). Definira se kao:

Φ=∂Q/∂t

Pri tome je 1 lm = 1 cd/sr.


Osvjetljenost ili iluminancija je površinska gustoća toka svjetlosti (često samo gustoća svjetlosti) i definira se kao tok svjetlosti po jedinici površine:

E=∂Φ/∂A

a mjeri se u lm/m2 (lux). Za osvjetljenost se koriste dva različita naziva:

1. svjetlina (engl. radiant exitance ili radiant emittance), ako je ploha u pitanju izvor svjetla. U tom slučaju za gustoću se koristi simbol M umjesto E.

2. osvjetljenost (engl. irradiance), ako je ploha obasjana svjetlom nekog drugog izvora.



Jakost (intenzitet) svjetla (engl. luminous intensity) definira se kao tok svjetla koji odlazi u jedinični prostorni kut (1 steradijan):

I=∂Φ/∂ω

i mjeri se u lm/sr = cd (candela).

Ako se jakost svjetla izražava po jedinici površine, naziva se svjetlina (eng. luminance ili brigthness). Definicija svjetline je:

L=∂I/(∂A cosϕ)

tj. jedinična površina uvijek je okomita na tok zračenja. Jedinica je nit (nt).1 nt = cd/m2



Svjetlosna efikasnost (luminous efficacy) definira se kao tok svjetla koji proizvodi neki izvor po jednom watu uložene snage:

K=Φv/Φe

i mjeri se u lm/w.

Kad se istovremeno koriste radiometrijske i fotometrijske veličine, radiometrijske veličine dobijaju indeks "e" a odgovarajuče fotometrijskeveličine indeks "v".



Sve ove funkcije odnose se na ukupno EM zračenje. Ako je potrebno uzetiu obzir i raspodjelu EM zračenja po valnim duljinama (spektar) koriste se spektralne funkcije, koje su definirane kao derivacije integralnih funkcija povalnoj duljini. Npr. spektralna gustoća toka svjetlosti definira se kao:

Eλ=∂E/∂λ

i mjeri se u Wm-2 µm-1.



Fotometrijske konstante (ovise o materijalu!):

absorpcija α=Eapsorbirano/Eupadno

refleksivnost ρ=Ereflektirano/Eupadno

propusnost τ=Epropušteno/Eupadno

emisivnost ε=Euzorka/Ecrnog tijela (na istoj temperaturi)

Dimezija svih ovih koeficijenata je 1.

vrijedi α + ρ + τ = 1

Fotometrijske konstante

E

τE

αE

ρE


Standardni izvori svjetla

Primarni standard: crno tijelo na temeraturi taljenja platine (2045 K). Priličnosložen laboratorijski uređaj, koristi se uglavnom za kalibraciju sekundarnih standarda.

Svijeća proizvodi svjetlosni tok od 1 lm/sr.

Lumen (lm) se definira preko svijeće. Tok svjetlosnog zračenja koje u jedan steradijan emitira izvor svjetla jakosti jedne svijeće je jedan lumen.

problematika svjetlosnog one čiš ćenja - rgn.hrrgn.hr/~zandreic/studenti/lp/lp_p1.pdf · pribor:...

Documents