Освещение солнцем как называется

Освещение солнцем как называется

Атмосферная оптика является одной из наиболее древних наук. Она зародилась тысячелетия назад в процессе наблюдения человеком окружающей природы. И началась атмосферная оптика с небесного свода, поскольку все, что мы видим в атмосфере, мы мысленно относим на небесный свод как на экран. Мы не в состоянии зрительно оценить расстояние до явлений, наблюдаемых на небосводе. Мы не чувствуем, что Солнце много дальше от Земли, чем Луна, что одни созвездия ближе, а другие дальше, что полярные сияния значительно выше, чем радуги и т. п. С древнейших времен люди следили за движением по небосводу Солнца, Луны, созвездий, за перемещением облаков, появлением световых кругов вокруг Солнца и Луны и другими явлениями. Внимание человека всегда привлекали красочные зори, сопровождающие восходы и заходы Солнца, яркие радуги, неуловимая игра красок в полярных сияниях. Появление миражей удивляло, а затмения Солнца и Луны, сложные формы гало в виде нескольких солнц на небосводе одновременно, кругов и крестов долгое время наводили суеверный страх, служили дурным предзнаменованием.

Каких только световых явлений не демонстрировала Природа на небесном своде из своих неисчерпаемых запасов! Многие из них долгое время оставались загадками небесного свода. Но когда их удавалось разгадать, Природа загадывала новые!

Прежде чем приступить к разгадыванию старых и новых загадок небесного свода, мы должны познакомиться с главным их „виновником» солнечным светом. Это его лучи, проходя через атмосферу и взаимодействуя с нею, порождают многочисленные световые явления.

Мы живем в мире солнечного света. Солнце — главный источник энергии на Земле и главный источник освещения земной поверхности. Без Солнца Земля была бы темной планетой, так как у нее нет сколько-нибудь значительных собственных источников освещения. Действительно, на Земле светятся жуки-светляки и другие наземные и морские животные, светятся гнилушки за счет микроорганизмов, вызывающих гниение. Небольшое количество света испускает атмосфера в виде ночного свечения, которое происходит повсюду на земном шаре. Более интенсивное свечение в виде полярных сияний наблюдается в полярных районах. Кратковременно Земля освещается молниями и более длительно — светом, сопровождающим извержения вулканов. Роль всех перечисленных источников в освещении земной поверхности в сравнении с солнечным светом ничтожно мала, к тому же во всех них реализуется накопленная солнечная энергия.

Что же представляет собой наше Солнце? Это огромный газообразный шар радиусом 695500 км. Масса Солнца составляет 1,98·10 30 кг. Средняя плотность солнечной материи немного больше плотности воды и равна 1,4 г/см³.

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите. Среднее расстояние Земли от Солнца равно 149500000 км, округленно 1,5·10 11 м. Это расстояние называют астрономической единицей (а. е.). Оно принято в качестве основной единицы для измерения расстояний в Солнечной системе. На самом большом удалении от Солнца (1,067 а. е.) Земля находится 4 июля. Эта точка орбиты Земли называется афелием . На самом маленьком удалении от Солнца (0,983 а. е.) Земля находится 3 января. Эта точка орбиты называется перигелием . Видимый угловой диаметр солнечного диска составляет 32′, телесный угол, под которым мы его видим с Земли, составляет 6,8·10 -5 стерадиана.

Непрозрачная внешняя светящаяся поверхность солнечного шара называется фотосферой . Она испускает основной поток солнечной энергии. Большая яркость фотосферы — мы не можем смотреть на Солнце незащищенным глазом — обусловлена высокой температурой ее поверхности, составляющей около 6000 К. Над фотосферой расположены хромосфера , простирающаяся до высоты 10000—15000 км, и солнечная корона . Последняя представляет собой почти полностью ионизированный газ (его называют плазмой ). Солнечная корона простирается до земной орбиты. Мы живем, таким образом, в солнечной короне.

Солнце излучает радиацию в широком диапазоне длин волн. 99% его энергии заключено в интервале 0,10—4 мкм. Солнечный спектр делят на три части: ультрафиолетовую (УФ) область с длинами волн короче 0,39 мкм, видимую, или световую, часть спектра с длинами волн от 0,39 до 0,76 мкм и инфракрасную (ИК) область с длинами волн более 0,76 мкм. Распределение солнечной энергии между этими тремя областями следующее: на УФ-область приходится около 9%, на видимую —47% и на ИК-область — 44%.

Общее количество солнечной радиации, поступающее в единицу времени на единичную площадку на внешней границе атмосферы, перпендикулярную солнечным лучам, при среднем расстоянии Земли от Солнца называют солнечной постоянной . Значение солнечной постоянной определялось тщательными измерениями на протяжении длительного времени, сейчас оно принято равным 1370 Вт/м². Это означает, что на каждый квадратный метр поверхности, перпендикулярной солнечным лучам и удаленной от Солнца на 1 а. е., падает 1370 Вт солнечной энергии.

Световые явления, описанные в данной книге, создаются не всем солнечным потоком, а только его световой частью. Электромагнитные волны не только от Солнца, но и от любого другого источника, длины которых заключены между 0,39 и 0,76 мкм, как известно, обладают особыми свойствами: попадая в глаз человека, они вызывают ощущение света . Поэтому их и назвали световыми или видимыми. Подробнее свойства световых потоков и их характеристики будут рассмотрены в главе 8.

Световое излучение любого источника света характеризуется специальными световыми величинами , для измерения которых применяются световые единицы . Приведем основные световые характеристики Солнца. Начнем с освещенности.

Световой поток солнечных лучей, поступающий на внешнюю границу атмосферы, создает там освещенность на площадке, перпендикулярной лучам, равную 135000 лк. Эту освещенность назвали световой солнечной постоянной или заатмосферной освещенностью . Обозначим ее Е ₀ .

Все световые характеристики связаны между собой определенными простыми соотношениями. Например, освещенность Е связана с силой света I зависимостью:

Отсюда, зная Е ₀ , создаваемую Солнцем на расстоянии L = 1 а. е., вычислим силу света Солнца I:

Яркость солнечного диска составляет 2·10 9 кд/м². Вычислим общий световой поток F, испускаемый Солнцем во всевозможные направления с одинаковой силой света I. Учитывая, что полный телесный угол равен стерадиан, получим:

Общий поток энергии Ф, излучаемой Солнцем во всех длинах волн в окружающее пространство, составляет 3,9·10 26 Вт. Солнечные лучи несут с собою солнечную массу. Дошедшая до Земли солнечная энергия — это часть массы Солнца. Чтобы нагляднее представить себе, насколько велик общий поток энергии, излучаемой Солнцем каждую секунду, подсчитаем, какую массу теряет Солнце за счет излучения потока в 3,9·10 26 Вт. Для решения воспользуемся формулой, связывающей полную энергию тела или системы Ф с его массой m:

(1.2)

Здесь с — скорость света в пустоте, равная 3·10 8 м/с. Отсюда

Таким образом, Солнце «худеет» каждую секунду на 4,3 млн. т!

Однако масса Солнца настолько велика (1,98·10 30 кг), что для него такая потеря совсем неощутима. Из 4,3 млн. т массы, излучаемой Солнцем в окружающее пространство, на земную поверхность падает (на половину Земли, освещенную Солнцем) всего около 1,9 кг. Вот из этих 1,9 кг солнечной массы и черпается энергия на все процессы, протекающие в атмосфере и на земной поверхности!

Источник

Естественный свет: как использовать то, что дает нам солнце

Если вы только начинаете работать в мире фотографии и не можете пока что позволить себе современные осветительные приборы, естественный свет станет вашим лучшим другом. Кроме того, чтобы стать продвинутым и профессиональным фотографом, очень важно изначально понимать, как лучше всего работать с солнцем, чтобы создавать прекрасные фотографии, используя только солнечный свет.

Photo by Pasi Hotti, GuruShots Master, Minimalist B&W Challenge

Время суток

Самое важное, что нужно понимать при использовании естественного света — это то, что очень многое зависит от времени суток во время съемки. Температура света и его интенсивность отличаются в зависимости часа, когда происходит фотографирование, что может существенно повлиять на всю работу в целом. Если вы ищете мягкий и приятный свет, который подчеркивает цвета пейзажей или отдельных объектов съемки, лучшее время для вас — на рассвете или закате. Обычно это считается лучшим временем для съемок, потому что солнце находится низко на небе, что может создать эффектное освещение (всеми любимый золотой час).

James Swartz, гуру GuruShots, Favortie Time of Day challenge

Если вы ищете сильные и резкие тени, контрастное изображение, рассмотреть нужно съемку среди бела дня. И, тем не менее, этот свет может быть слишком интенсивным, поэтому в арсенале фотографа должен быть лайт-диск для смягчения нежелательных теней, особенно когда речь идет о портретной фотографии.

Третий вариант съемки — во время «синего часа». Это особое время суток сразу после захода солнца или непосредственно перед его восходом. В это время дня солнце находится прямо за горизонтом и по-прежнему обеспечивает освещение картины, хотя и уже намного мягче. Эти мягкие цветовые тона могут подарить новый взгляд на пейзаж.

Создание теней

Объекты в вашем пейзаже с интересными и уникальными формами могут создавать мощные тени. Используйте для этих целей все, что находится поблизости. Это может особенно хорошо работать при съемке черно-белой пейзажной фотографии. Контраст, который обеспечивают тени, придает картине глубину и создает интерес. Если вам нужны как можно более драматичные тени на снимке, лучшее время дня для такой съемки — полдень, ведь именно тогда контраст между светом и тенями самый высокий.

Где снимать

Когда вы работаете с солнцем как с единственным источником освещения, важно решить, хотите ли вы снимать прямо на солнце или использовать солнце для выделения своего объекта на фотографии. Солнце может светить непосредственно на объект съемки, что может создать яркий и теплый вид (снова-таки, в зависимости от времени суток, когда вы снимаете).

Если вы решите проводить съемку прямо на свету, будьте готовы, что ваш объект на изображении будет иметь резкие тени или ярко насыщенный силуэт при съемке в контражуре.

Самый ходовой и хорошо работающий способ съемки в той же пейзажной фотографии, например, боковое освещение. В этом случае получаются прекрасные драматические тени, а также хорошо передаются цвета и четкая детализация.

James Swartz, мастер GuruShots, Minimalist B&W Challenge

Снимайте в любую погоду

Почему-то считается, что в дождливую, пасмурную или ветреную погоду нежелательно снимать пейзаж. Довольно ошибочное заблуждение! Это время может подарить самые впечатляющие фотографии! Хотя солнечного света будет не так уж и много, чтобы помочь вам с освещением, пасмурная погода поможет получить необходимые эффекты для придания мистической атмосферы кадру.

Используйте туман, тени и облака в своих интересах, чтобы получать многослойность и, соответственно определенную глубину в пейзаже, который бы в других условиях выглядел просто и плоско. Облака могут выступать в качестве естественного софтбокса, помогающего рассеивать освещение в условиях с резким освещением. Хотя цвета пейзажа будут разниться при полном солнечном освещении, они все равно остаются такими же сочными, когда солнце светит сквозь тучи в облачную погоду.

В пейзажной фотографии, в классических условиях, иногда единственным источником света является предоставленный вам естественный свет от солнца. Учитесь использовать его на все сто, чтобы не оставалось никаких секретов и загадок и вы всегда смогли сделать ту самую отличную фотографию.

Источник

Освещение солнцем как называется

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)

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

• 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/cм 2 .

Вне атмосферы Земли общая мощность излучения Солнца составляет 1340 Вт/м 2 – эта величина называется солнечной постоянной (С cоnst )

Масса Солнца – 1,99·10 30 кг (99,866% от массы всей солнечной системы)

Диаметр Солнца – D_c= 1,392·10 6 км , экваториальный радиус – 6,95·10 5 км.

Угловой размер Солнца (c Земли) – 32‘

Яркость Солнца: L_c = 1,9·10 9 кд/м 2 (вне земной атмосферы) и 1,5·10 9 кд/м 2 (при измерении с Земли) – тысяча пятьсот мегакандел ! (Сильнейший слепящий источник !)

Площадь проекции поверхности Солнца относительно взгляда c Земли:

S_c.пр.= π (D_c/2) 2 =3,14 (6,957·10 8 м) 2 = 1,52·10 18 м 2

Сила света Солнца: I_c = L_c·S_c.пр.= 1,5·10 9 ·(1,52·10 18 ) = 2,887·10 27 кд = 2,28·10 21 Мкд

Суммарный световой поток Солнца: Ф_с= 4 π · I_c = 12,56 · 2,887·10 27 = 3,63·10 28 лм

Освещённость от прямого излучения Солнца:

Е_с= I_c : (l _сз) 2 =2,887·10 27 /(1,496·10 11 ) 2 ≈ 125 000лк. (l_сз – расстояние Солнце-Земля)

Сочетание сверхвысоких давлений и температур (15·10 6 К) в центре активного ядра Солнца обусловливает постоянное протекание термоядерных реакций – преобразование водорода в гелий. Ежесекундно 657·10 6 т водорода преобразуется в 653·10 6 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 10 18 Вт · с (это эквивалентно мощности 400 млн. шт. водородных бомб . ). На современном уровне знаний, по данным учёных, до конца термоядерных реакций H→ He 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 = 657·10 6 т — 653·10 6 т = 4,3·10 6 т.

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

Знаменитая формула Альберта Эйнштейна:

ε = m·c 2 (m – масса, с – скорость света)

Тогда мощность Солнца определится как:

Р_с= ∆m·c 2 /cек = 4,3·10 9 кг· (300·10 3 км/c) 2 /cек = 3,87·10 26 Вт

Световая отдача Солнца:

η_с = Ф_с / Р_с = 3,63·10 28 лм / 3,87·10 26 Вт = 93,78 лм/Вт

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

Е = 683(лм/Вт) · Σ Е_еλ· V(λ) ∆λ , где Е_еλ – в Вт /(м 2 · нм), ∆λ = 10 нм, пределы суммирования: нижний — λ=380 нм, верхний — λ=780 нм

Тогда Е = 683 лм/Вт · 181,81 Вт /м 2 = 124 176 лк

и с учётом солнечной постоянной Сcоnst=1340 Вт /м 2 световая отдача Солнца:

η_{с =} 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.

Источник