1 / 26

O SVĚTLE

O SVĚTLE. Jiří Habel ČVUT v Praze Fakulta elektrotechnická. O SVĚTLE. Vývoj názorů o „světle“ - všeobecné hledisko - fyzikální pohled - světlo ve světelné technice Světlo jako činitel tvorby životního prostředí

bayle
Download Presentation

O SVĚTLE

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. O SVĚTLE Jiří Habel ČVUT v Praze Fakulta elektrotechnická

  2. O SVĚTLE • Vývoj názorů o „světle“ - všeobecné hledisko - fyzikální pohled - světlo ve světelné technice • Světlo jako činitel tvorby životního prostředí • Viditelné záření, jeho vlivy a účinky na člověka - světlo a biologické pochody v organismu člověka - syndrom sezónní deprese - onemocnění „Body blues“ - výzkum reakce mozkových center na vnější světelné podněty

  3. VÝVOJ NÁZORŮ O „SVĚTLE“ výchozí úvahy Člověk se dlouhodobě přizpůsobuje podmínkám v přírodě prvotní dojem - „světlo“ jako protipól „tmy“  Země se otáčí kolem Slunce a kolem své osy (cyklus cca 24 h – circadiánní)  „Světlo“ – jeden ze základních činitelů tvorby zdravého životního prostředívzduch + voda + půda +světlo „světlo“ – aktivní doba „tma“ – období útlumu „světlo“ řídí vnitřní hodiny organismu člověka ovlivňuje řadu biologických pochodů

  4. VÝVOJ NÁZORŮ O „SVĚTLE“ fyzikální pohled : – ještě i někteří řečtí myslitelé uvažovali, že paprsky světla vycházejí z oka; patřil k nim i Ptolemaios (70 – 147 p.n.l.). – mezi odpůrci této úvahy byl např. Demokritos (460 - 432 p.n.l.); tvrdil : vidění je podmíněno nepatrnými nezničitelnými tělísky, které vycházejí od pozorovaných předmětů a dopadají na povrch oka. – až na přelomu 17. a 18. století konkurenční teorie o povaze světla :  Isaac Newton (1643 – 1727; angl.fyzik) pohlížel na světlo jako na proud různě velkých bodových částic vycházejících ze svíticích předmětů a dopadajících do oka. V důsledku toho vzniká počitek světla. „korpuskulární teorie“ Při dopadu na rozhraní s hustším prostředím se menší částice odklánějí více, větší méně.  Cristiaan Huygens (1629 – 1695; nizozemský učenec) považoval světlo za podélné vlnění speciálního prostředí vyplňujícího celý prostor (éter). „vlnová teorie“ To umožnilo vysvětlit interferenci paprsků a ohyb světla.  Vlnovou teorii ověřoval i francouzský fyzik Étienne-Louis Malus (1775 -1812) převedl (1808) ji do analytického tvaru.

  5. VÝVOJ NÁZORŮ O „SVĚTLE“ Zlom v nazírání na světlo r. 1873 – James Clerc Maxwell (1831-1879); anglický fyzik - sjednotil teorii elektrických a magnetických jevů - předložil obecný matematický popis elmagnetického pole [Maxwellovy rovnice] - autor teorie o elektromagnetickém původu světla - rychlost elmag. vlnění je vakuu totožná s rychlostí světla ve vakuu - ve vakuu je elektromagnetické vlnění vždy příčné - světlo je elmag. vlněnívybraných vlnových délekvnímané zrakem lidí; Maxwellova teorie přesně reprodukovala dostupná experimentální data. Na atomární úrovni musela však být upřesněna kvantovou elektrodynamikou. Albert Einstein (1879 – 1955) německý teoretický fyzik - ukázal, že světlo má současně vlastnosti vlnové i korpuskulárnísvětlo má duální charakter-zavedl pojem fotonu; objevil zákonitosti fotoelektrického jevu; - položil základy kvantové teorie světla; - je autorem teorie relativity.

  6. Atmosférická okna ve spektru elektromagnetického záření záření

  7. Složky záření seřazené podle kmitočtů nebo podle vlnových délek SPEKTRUM ZÁŘENÍ ultrafialové UV Optické záření VIS viditelné IR infračervené Viditelné záření (VIS)[380 nm – 770 nm]{ 7, 9 ·1014 – 3,9 ·1014 Hz }záření schopné vyvolat zrakový počitek (vjem) Spektrum elektromagnetických zářeníorientačně seřazené podle kmitočtů a vlnových délek

  8. Pojem „SVĚTLO“ ve světelné technice Ve světelné technicese nezkoumá podstata záření, jeho přetržitost či silové účinky ale sleduje serozdělení toků energiepři jejich plynulýchpřechodech mezi uvažovanými místy. světlo = vjem světla ► „světlo“ se pak jeví jako viditelné záření zhodnocené zrakem člověka podle jeho spektrální citlivosti k záření různých vlnových délek ► zavádí se normální fotometrický pozorovatel ► z veličin záření se odvozuje soustava světelně technických veličin

  9. Zářivý tokFe– světelný tok F Pro světelnou techniku je rozhodující energie přenášená zářením za 1 s ==výkonpřenášený zářením==zářivýtokFe=dWe/dt(W) Ve světelně technických veličinách [po zhodnocení zrakem pozorovatele] Fe odpovídá světelný tok F = K · Fe (lm; lm.W-1, W)K = světelný účinek záření (lm.W-1) Libovolné záření lze rozložit na složky se sinusovým průběhem. Každou složku charakterizujeurčitýkmitočetn(Hz)[ monofrekvenční záření] či vlnová délkal Vlnová délkalse obvykle udávávnm=10-9 mnebovmm=10-6mlzávisí na rychlosti šíření záření; ► ve vakuul=c0 · n(m; m·s-1, Hz); rychlost šíření elmag. vln ve vakuu c0= 2,998 ·108m·s-1

  10. Rozklad bílého světla hranolem spektrum Bílá deska červená Bíléslunečnísvětlo oranžová žlutá stínítko zelená modrá Skleněný hranol modrofialová otvor fialová

  11. Orientační oblasti spektrálních barev

  12. MONOCHROMATICKÉ ZÁŘENÍ Ve viditelné oblasti spektra budí každé monofrekvenční záření zcela určitý barevný počitek monochromatické záření Ilustrativní rozložení barevných tónů ve spektrální oblasti viditelného záření

  13. Diagram chromatičnosti v soustavě XYZ 1křivka spektrálních barev (locus) 2 čára teplotních zářičů 3 přímka purpurů K K x

  14. Poměrná spektrální citlivost zraku pozorovatelePoměrná spektrální světelná účinnost záření ve fotopické, mezopické a skotopické oblasti vidění Pro ilustraci se v mezopické oblasti uvažují dva vybrané průběhy poměrných citlivostí, a to pro adaptační jasy 1 cd·m-2 a 0,1 cd·m-2

  15. Jednotka svítivosti 1 kandela (cd) – základní jednotka SI 1 cd=svítivost zdroje, který vyzařuje v určitém směru monochromatickézářenío frekvenci540.1012 Hz , při čemžzářivost zdroje v tomto směruje1/683W.sr-1. Vestandardním prostředí[20 °C; 50% relat. vlhkost; tlak 1,013 MPa; N = 1,000279668]n= 540·1012 Hz odpovídá vlnové délce l = 555 nm SVÍTIVOSTI(cd) ZÁŘIVOST Ie(W.sr-1) I(l)=K(l)·Ie(l)=Kmax·V(l)·Ie(l)=683·V(l)·Ie(l)

  16. Průběhy absolutních hodnot světelných účinků záření pro vidění fotopické, mezopické a skotopické Při základní vlnové délce m = 555 nm je spektrální citlivost lidského zraku pro fotopické i skotopické vidění shodná a rovná 683lm·W-1

  17. SVĚTLO - činitel tvorby životního prostředí např.fotosyntéza[zabezpečuje základní koloběh látek na Zemi; bez ní by neexistoval život] zrakové vnímání „světlo“ ovlivňuje celkovou duševní pohodu zrakem člověk získává 80 až 90 % informací spotřebuje na to až 25 % přijaté energie Cíl : dobrým osvětlením vytvořit zrakovou pohodu ZRAKOVÁ POHODA  zrak pracuje optimálně – dobré vidění a rozlišování  člověk se cítí psychicky dobře, prostředí příjemné

  18. Světlo - důležitý činitel tvorby prostředí SVĚTLO -prostředek k přenosu a získání zrakových informací o obklopujícím prostředí zrakový výkon obtížnost úkolu příjemné prostředí subjektivní pocity psychologické aspekty Dobré osvětlenípro zrakovou pohodu bezpečnost osob úrazy, pocit bezpečí únava zraku pálení očí, bolest hlavy Nesprávné osvětlení signalizacepřetížení celková únava organismu Časté příčiny chyb oslnění úrazy, havárie nesprávná chromatičnost světla zdrojů nesoulad s hladinou osvětlení chybné rozlišení barev

  19. DOBRÉ - vyšší produktivita - roste i jakost výroby - vyšší bezpečnost - únava roste pomaleji - snazší regenerace NEVHODNÉ - růst počtu chyb - pokles kvality výroby - růst počtu úrazů - vyšší únava zraku - roste celková únava OSVĚTLENÍ Další možnédůsledky nedostatečného osvětlení : zhoršení schopnosti soustředění, snazší vznik stresusnížení obranyschopnosti, zvýšení hladiny cholesterolu  snížení tvorby vitaminů A a D – zhoršení funkcí zraku, horší absorpce Ca urychluje celkové stárnutí organismu  podporuje vznik sezónních depresí, výkyvy nálad, úbytku energie

  20. Světlo řídí naše biologické pochody Mnohé probíhají v cca 24 h (tzv.cirkadiánních) cyklech v závislosti na otáčení Země kolem Slunce aktivní fáze ve dne – klidová fáze v noci Např. tělesná teplota, krevní tlak, tepová frekvence, látkový metabolismus, imunitní funkce, sexuální funkce, fyzická a duševní aktivita Světlo řídí naše vnitřní hodiny – čidlem: třetí typ fotoreceptorů „C“ Poměrná spektrální citlivost „C“ - cirkadiánního čidla V - zraku při denním vidění(převažují čípky) V´ - zraku při nočním vidění(převažují tyčinky)

  21. Důsledky narušení biorytmů - pocit nepohody -poruchy spánku - až závažná onemocnění Příklady příčin • rychlé přesuny mezi časovými pásmy • práce ve střídavých či nočních směnách • dlouhodobý pobyt v prostředí s velmi nízkými hladinami osvětlenosti Někteří obyvatelé velkoměst trpí [zejména v zimním období] (např. až 10% obyvatel New Yorku) syndromem sezónní deprese (SAD – seasonal affective disonder) Důsledky : - snižování aktivity pracovní, společenské i sexuální - pocity ospalosti během dne - změny v jednání jedince ve skupinách - zvyšovánítělesné hmotnosti - pochody připomínající jevy při zimním spánku některých živočichů - u vyvíjejících se organismů až potlačení vývoje některých orgánů Zlepšení : opakované osvětlování hladinami 2.500lx 2 h denně 10.000lx 0,5 h denně

  22. Onemocnění „Body Blues“ Projevy :-vegetativní depresivní symptomy - potíže s koncentrací - pocit nedostatku energie - pocit mírné úzkosti až deprese - nechuť k sexu - problémy se spaním (ale ospalost i ve dne) - podrážděnost, větší citlivost na kritiku Hl. příčina: nízká hladina tkáňového hormonu serotoninu (hormon „štěstí“) [podílí se v mozku na procesech souvisejících se vznikem určité nálady] Úleva: sacharidy - po 1 h však nálada prudce klesá nemocní se přejídají sladkostmi a přibývají na hmotnosti Nemoc u žen 3 x častější – serotonin reprodukují mnohem pomaleji než muži odborný odhad: na světě nemocí trpí asi 1 milion žen Terapie: - minerály, vitamíny B1, B2, B6, D, selen, kyselina listová - pobyt v příjemném prostředí s vyšší hladinou osvětlenosti Poznámka ► Vhodným intenzivním osvětlením se často kompenzuje nedostatek světla i při chovu užitkových zvířat (např. ve stájích), aby se zajistil normální růst vyvíjejících se organismů mláďat

  23. Výzkum reakce mozkových center na vnější světelné podněty přijaté zrakem Působením světla určité barvy a vhodným kmitočtem jeho blikání lze stimulovaturčitá mozková centra Využití : prevence a léčení některých onemocnění i psychického charakteru Vyrobeny přístroje, propracovány procedury a návody – pacient pozoruje (cca 20 min) vymezené zorné pole, v něm se po zvolenou dobu (3, 5, 10 minut) v určitém rytmu ( f = 8, 10, 12 Hz) míhá světlo určitého jasu a barevného tónu – při jedné proceduře se aplikují např. 3 alternativy – každá procedura se předem naprogramuje podle předpisu lékaře Výzkum pokračuje i v rámci Mezinárodní komise pro osvětlování „Vlivy dynamických a stereovizuálních zobrazení na lidské zdraví“

  24. DĚKUJI VÁM ZA POZORNOST

  25. ULTRAFIALOVÉ ZÁŘENÍ (UV) UV-A 315 až 400 nm UV-B 280 až 315 nm Zdroje UV : Slunce, umělé zdroje (zvl. Hg výbojky) UV paprsky dobře procházejí vodou, křemenem, některými skly (např. fosfátovými draselnými), organickým sklem i vzduchem UV paprsky nepropustí i jen tenké vrstvy kovů a obyčejné sklo (zvl. olovnaté), [baňky výbojek pro všeobec. osvětlení propustí UV jen min.] UV-C 100 až 280 nm Není-li výrazně narušena ozonová vrstva, pak vysoká vrstva vzduchu v atmosféře záření UV ze Slunce prakticky pohltí. V našem klimatickém pásmu se složky UV dostanou na povrch země jen za slunného dne na vysokých horách. Některé materiály (tkaniny, tiskoviny, obrazy aj.) po ozáření vyššími dávkami UV rychleji stárnou, ztrácejí barvu, může být narušena jejich struktura i mechanická pevnost. Pigmentační účinky (ochranné zhnědnutí) – 297 nm, 340 nm. Při vyšších dávkách rozšíření cév, krátkodobé zánětlivé zčervenání pokožky (erytéma). Erytemální účinky zvl. nebezpečné hl. pro sliznice. Intenzivní ozařování kůže UV paprsky může způsobit vážná onemocnění až rakovinu. UV záření vybuzuje luminiscenci luminoforů – využití u zářivek, k fluorescenční analýze aj. UV okolo 283 nm podporuje tvorbu vitaminu D – urychluje ukládání vápníku v kostech léčení řady nemocí (křivice, záněty dutin, poruchy látkové výměny, TBC kůže aj.) zdroj: vtl. Hg výbojky – horská slunce. Germicidní účinky (265, 254 nm) – ničení virů bakterií atd., sterilizace vzduchu, kapalin i pevných látek. Speciální germicid. výbojky. Široké využití ve zdravotnictví, v průmyslu i v zemědělství (např. proti plísním).

  26. INFRAČERVENÉ ZÁŘENÍ (IR) IR-A 780 až 1400 nm IR – nosič sálavého tepla Užití : vytápění, ohřívání, sušení IR-B 1400 až 3000 nm IR-C 3000 až 106 nm Zdroje IR : Slunce, teplá tělesa, infražárovky aj. IR prostupujesnadno vzduchem, mlhou, tenkými vrstvami kovů apod. velmi málo sklem (zvl. s obsahem oxidů Fe), vodou, tepelnými izolanty IR-A proniká pokožkou, rozšiřuje cévy, zlepšuje tak průtok krve, urychluje hojení, tiší bolest - využití k léčení různých onemocnění (včetně revmatických potíží) - diathermie • infrafotografie • infradalekohledy (pozorování v noci – převedením na viditelné záření) Další využití IR :

More Related