전기공사기사 - 전기 응용 및 공사재료_1. 조명공학

1. 용어의 정리

1. 밝기
▶ 광도 I [cd]
▶ 조도 E [lx] : 광원에 의해 비쳐지는 곳의 밝기
▶ 광속 발산도 R [rlx]

2. 복사속과 광도
▶ 복사(방사) : 전자파로서 전파되는 에너지
▶ 복사속 (방사속) : 단위 시간당의 복사 에너지 단위 [J/s]=[W] 

3. 시감도
▶ 어느 파장의 에너지가 빛으로 느끼는 정도
▶ 380 ~ 760 [nm] = 3800 ~ 7600 [Å]
▶ 최대 시감도 : 680 [lm/W] (이 때의 파장은 555 [nm] = 5500 [Å]
 

4. 비시감도
▶ V = (시감도 / 555 [u]에 대한 시감도) = S / K

5. 광도 : 광원의 밝기
▶ 기호 : I
▶ 단위 : [cd]
▶ I = dF/dw [cd]

6. 광속 : 단위 시간에 복사되는 에너지 양 (눈으로 느끼는 빛의 양)
▶ 구(면)광원 : 광속 F = 4πI [lm] = 12.57 I [lm] (예) 태양, 전구 등
▶ 원주광원 : 광속 F = π^2I [lm] = 9.87 [lm] (예) 형광등(원통광원=직선광원)
▶ 평면판 광원 : 광속 F = πI [lm] (예) 확산형 유리창, 매입형 확산 조명기구)

7. 휘도 : 눈부심의 정도
▶ 기호 : B
▶ 단위 : [cd/m^2]
▶ B = I / S [cd/m^2]
▶ 1 [nt] = 1 [cd/m^2] (니트, nit)
▶ 1 [sb] = 1 [cd/cm^2] (스틸브, stilb)
▶ 눈부심을 느끼는 휘도의 한계 : 0.5 [cd/cm^2] = 0.5 * 10^4 [cd/m^2]
 

8. 조도 : 단위 면적당 입사광속
▶ 기호 : E
▶ 단위 : [lx]
▶ 공식 E = dF/dA [lx] : 단위면적 당 입사광속
▶ 법선조도 En = I/r^2 [lx]
▶ 수평면조도 Eh = I/r^2 * cosθ [lx] = I/h^2 * cos^3θ = I/d^2 * sin^2θ*cosθ
▶ 수직면조도 Ev = I/r^2 * sinθ [lx] = I/h^2 * cos^2θ * sinθ = I/d^2 * sin^3θ

9. 광속 발산도 : 단위면적 당 발산 광속

▶ 기호 : R 또는 M

▶ 단위 : [rlx]
▶ R = dF/dA [rlx] : 단위면적당 발산광속
▶ 완전 확산면 : 어느 방향에서 보아도 휘도(눈부심)가 일정한 면
  R = πB [rlx] , B : 휘도 [cd/m^2], R : 광속발산도 [rlx]

 

2. 반사율ρ, 투과율τ, 흡수율α 관계

▶ρ + τ + α = 1

3. 전등효율

▶ η = F/P [lm/W]

 

4. 글로우브 효율

▶ η = τ/(1-ρ)

 

5. 원뿔의 원형면에서 평균조도

▶ E= 2I(1-cosθ)/r^2 [lx]

6. 발광현상

▶ 온도복사 : 물체를 가열하여 온도를 높이면 백열 상태가 되어 그 표면에서 여러 가지 파장의 전자파가 복사 되는 것.
▶ 흑체 : 입사하는 복사에너지를 반사, 투과하지 않고 전부 흡수하는 이상적인 온도 복사체
▶ 스테핀-볼프만의 법칙 : 전복사 에너지 W
 W = αT^4 [W/m^2]
 T : 절대온도 [℉], α = 5.683 * 10^-8 [W/m^2] :스테판 볼츠만의 상수

▶플랭크의 복사법칙
: 분광복사속의 발산도 Pλ= (C1/λ^5) * {1/ε^(C2/λT)-1} [W/cm^2*μ]

 

7. 색온도

▶ 같은 색을 내는 흑체의 온도. 즉 어느 광원의 광색이 어떤 온도의 흑체의 광색과 같을 때의 온도.

 

8. 루미네센스 (luminesscence) : 온도 방사 이외의 총칭

1. 형광 : 빛 조사시만 발광

2. 인광 : 조사 후에도 계속 발광

3. 루미네센스의 종류
▶ 전기 루미네센스 : 방전등 (수은등, 네온관등)

▶ 복사 루미네센스 : 형광등

▶ 음극선 루미네센스 : 텔레비전 영상, 브라운관

▶ 열 루미네센스

▶ 생물 루미네센스 : 반딧불, 야광충, 형광 박테리아, 발광어류

▶ 파이로 루미네센스

▶ 화학 루미네센스 : 화학반응, 산화에 의한 발광,

▶ 마찰 루미네센스 : 물질을 기계적 파괴, 마찰시 발광

▶ 결정 루미네센스

 

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9. 백열전구

1. 구조

▶ 외부도입선 : 구리

▶ 봉착부 도입선 : 니켈강 + 구리 =듀밋선

▶ 앵커 : 필라멘트지지

▶ 필라멘트 : 텅스텐

 

2. 가스를 봉입하는 이유

▶ 필라멘트의 증발 억제, 수명연장, 발과효율 증가.

 

3. 게터

▶ 적린 (진공용 전구) : 30W 이하 사용
▶ 질화 발륨 (가스입 전구) : 40W 이상 사용

▶ 수명연장

▶ 필라멘트의 산화 방지

4. 필라멘트의 구비조건

▶ 융해점이 높을 것

▶ 고유저항이 클 것

▶ 선팽창 계수가 적을 것

▶ 온도계수가 정일 것

▶ 가공이 용이할 것

 

5. 텅스텐 전구

▶ 동정 : 전구가 점등시간의 경과에 따라 광속, 전력, 효율 등이 변화되는 상태.
▶ 초특성 : 점등 1시간 후에 측정

▶ 동정특성 : 점등 후 500시간 후 특성

▶ 전압 특성 식

① 전류 : I/I0 = (V/V0)^0.5

② 전력 : W/W0 = (V/V0)^1.5

③ 광속 : F/F0 = (V/V0)^3.6

④ 효율 : η/η0 = (V/V0)^1.9
⑤ 수명 : L/L0 = (V/V0)^-13

⑥ 광도 I/I0 = (V/V0)^3.6

10. 방전등 종류 및 특성

1. 탄소아크등

▶ 순탄소 아크등 : 실험실 - 빛의 동요가 없는 곳 

▶ 발암 아크등 : 소형영사기 - 금속 염류

▶ 고휘도 아크등 : 대형영사기 - 눈부심 크다.

 

2. 나트륨등

▶ 안개 많은 지역

▶ 터널 내 조명

 

3. 수은등

▶ 저압 : 살균등, 형광등

▶ 고압 : 공원, 경기장, 공장

▶ 초고압 : 옥외조명, 투광기, 영화촬영용

▶ 수명 : 3000~6000시간

 

4. 크세논등

▶ 연색성이 좋다

 

5. 글로우방전등

▶ 네온관등 : 양광주를 이용. 네온사인

▶ 네온전구 : 네온 + 아르곤

▶ 아르곤 + 수은 = 청색

▶ 네온등 = 등적색

▶ 헤륨 = 백색

▶아르곤 = 고등색

 

6. 형광등

▶ 수명 : 7000시간

▶형광물질

1. 텅스텐산칼슘 = 청색

2. 텅스텐산마그네슘 = 청백색

3. 붕산카드뮴 = 핑크색

4. 규산아연 = 녹색

5. 규산카드뮴 = 등색

▶래피트 스타트 형광등 : 전원 투입 후 곧 점등한다.  기둥이 빈번한 곳에 사용.

 

7. EL 등 : 고체등

11. 조명 설계

1. 등기구의 배치와 간격

▶ 등기구 사이의 간격 S ≤ 1.5H

▶ 등과 벽사이의 간격 (벽 사용 불가) S ≤ 1/2 H

▶ 등과 벽사이의 간격 (벽 사용) S ≤ 1/3 H

 

2. 실지수 = XY/H(X+Y)

 

3. 광속 및 광원의 크기: FUN=DES

▶ 도로 조명이 지그재그 및 대칭 배열일 경우 1/2 S

▶ 조명률 = 작업면의 광속/광원의 광속