Общие вопросы
01.10.2012    Световая отдача... Солнца и еще много интересного о самом большом источнике света, тепла и нашей жизни (положение во Вселенной, геометрические параметры, физические процессы, энергетические и светотехнические характеристики)


(По материалам публикации проф. докт. П. Маркса из журнала "Licht") – [Prof. Dr.-Ing. Peter Marx, MX-Electronic / Die Lichtausbeute der Sonne. "LICHT", 2012, № 7-8, S. 76-77 ].

Со́лнечные пя́тна — тёмные области на Солнце, температура которых понижена примерно на 1500 К по сравнению с окружающими участками фотосферы.
Протуберанцы — плотные конденсации относительно холодного (по сравнению с солнечной короной) вещества, которые поднимаются и удерживаются над поверхностью Солнца магнитным полем.
Температура фотосферы Солнца около 5800 K, причем к основанию хромосферы она падает примерно до 4800 K

Солнце – ближайшая к Земле звезда Вселенной, относящаяся к разряду «жёлтых карликов».

Это раскалённая газовая сфера – 73% от массы и 92 % от объема составляет водород, 25% от массы и 7 % от объёма – гелий. Другие компоненты с малой концентрацией – железо, никель, кислород, азот, кремний, магний, углерод, неон, кальций, хром.

Энергетический спектр излучения Солнца

Цветовая температура излучения Солнца – 5081 К

Энергетический баланс:

  • в видимой части оптического диапазона (λ = 380-780 нм) Солнце излучает 45% от её общей энергии,
  • на долю ультрафиолетового излучения (λ ≤ 380 нм) приходится 9%,
  • в инфракрасной части спектра (λ≥ 780 нм) излучается примерно 46% от общей энергии излучения.

Физически Солнце можно рассматривать как Планковский излучатель (абс. чёрное тело) с температурой наружной поверхности 5773 К и удельной плотностью мощности излучения с единицы излучающей площади 6,35 кВт/cм2.

Вне атмосферы Земли общая мощность излучения Солнца составляет 1340 Вт/м2 – эта величина называется солнечной постоянной (Сcоnst)

Масса Солнца – 1,99·1030 кг (99,866% от массы всей солнечной системы)

Диаметр Солнца – Dc= 1,392·106 км , экваториальный радиус – 6,95·105 км.

Удаление от Земли – lc= 149·106 км.

Угловой размер Солнца (c Земли) – 32'

Яркость Солнца: Lc = 1,9·109 кд/м2 (вне земной атмосферы) и 1,5·109 кд/м2 (при измерении с Земли) – тысяча пятьсот мегакандел ! (Сильнейший слепящий источник !)

Площадь проекции поверхности Солнца относительно взгляда c Земли:

Sc.пр.= π (Dc/2)2=3,14 (6,957·108 м)2 = 1,52·1018 м2

Сила света Солнца: Ic = Lc·Sc.пр.= 1,5·109 ·(1,52·1018) = 2,887·1027кд = 2,28·1021 Мкд

Суммарный световой поток Солнца: Фс= 4 π · Ic = 12,56 · 2,887·1027= 3,63·1028лм

Освещённость от прямого излучения Солнца:

Ес= Ic : (l сз)2 =2,887·1027/(1,496·1011)2 ≈ 125 000лк. (lсз расстояние Солнце-Земля)

Сочетание сверхвысоких давлений и температур (15·106 К) в центре активного ядра Солнца обусловливает постоянное протекание термоядерных реакций – преобразование водорода в гелий. Ежесекундно 657·106т водорода преобразуется в 653·106 т гелия (таким образом, Солнце до некоторой степени можно считать самоконтролируемой водородной бомбой!). Уже в течение 4 млрд. лет каждую секунду Солнце излучает энергию, равную примерно 1018 Вт · с (это эквивалентно мощности 400 млн. шт. водородных бомб !!!). На современном уровне знаний, по данным учёных, до конца термоядерных реакций HHe на Солнце пройдёт ещё 4,5-5 млрд. лет. Таким образом, полный «срок службы» источника нашей жизни – приблизительно равен 10 млрд. лет !

Большой интерес представляет оценка световой отдачи Солнца. Ниже приведены 2 основных расчётных метода.

Возникающая при реакции в ядре Солнца разность масс равна:

∆m = 657·106т - 653·106 т = 4,3·106т.

Это эквивалентная энергия излучения Солнца, которую оно каждую секунду посылает в мировое пространство.

Знаменитая формула Альберта Эйнштейна:

ε = m·c2 (m – масса, с – скорость света)

Тогда мощность Солнца определится как:

Рс= ∆m·c2/cек = 4,3·109 кг· (300·103 км/c)2/cек = 3,87·1026 Вт

Световая отдача Солнца:

ηс = Фс / Рс = 3,63·1028лм / 3,87·1026Вт = 93,78 лм/Вт

Световая отдача Солнца может быть также определена по интенсивности спектральной облучённости Ееλ вне земной атмосферы в видимом диапазоне оптического спектра (λ= 380-780 нм).

Внеатмосферная освещённость:

Е = 683(лм/Вт) · Σ Ееλ· V(λ)λ , где Ееλ – в Вт /(м2 · нм), λ = 10 нм, пределы суммирования: нижний - λ=380 нм, верхний - λ=780 нм

Тогда Е = 683 лм/Вт · 181,81 Вт /м2 = 124 176 лк

и с учётом солнечной постоянной Сcоnst=1340 Вт /м2световая отдача Солнца:

ηс = 124 176 лм·м -2 /1340 Вт · м -2 = 92,7 лм/Вт.

А теперь «вернёмся на Землю»...

Важный вывод для авторов учебников, пособий, консультантов, а также для всех интересующихся светотехникой: наше «старое доброе» Солнышко по световой отдаче ( ≈ 93 лм/Вт) примерно эквивалентно линейным люминесцентным лампам Т16 (Т5) и значительно уступает современным светодиодам и целому ряду газоразрядных ламп высокого давления. Лампы накаливания общего назначения из-за очень низкой световой отдачи (не более 13 лм/ Вт) уходят в прошлое... Они, тем не менее, верно прослужили человечеству почти 130 лет... Многие дизайнеры и архитекторы субъективно отнеслись к запрету ламп накаливания весьма отрицательно...

Интересно, что до настоящего времени на улицах столицы Германии функционирует примерно 40 000 газовых фонарей cо световой отдачей их горелок – 2 лм/Вт (!). Магистрат Берлина принял решение заменить это ностальгическое наследие XIX в. на современные типы светодиодных светильников со световой отдачей не менее 100 лм/Вт.


возврат к списку статей

версия для печати
 
Компания Точка опоры
Design by ErDM.  Разработка сайта UNISOFT
музейное освещение, светильники музеи, свет в музее, галерея светильники, выставочное освещение, освещение выставок, освещение выставочных залов, освещение галереи, освещение галерей, освещение залов, освещение экспозиции, подсветка картины, современный музей, музейные технологии, эрарта, музей воды, освещение метро, светильники метрополитен, люстры для метро, реконструкция освещения метро, тоннельные светильники, архитектурное освещение метро, реставрация светильников для метро