Световые величины. Энергетическое освещение.преподаватель Байышов Эрлан Нурланович

Световой поток, падая на поверхность частично поглощается Ф α , частично пропускается Ф τ и частично отражается Ф ρ .

Ф=Ф ρ +Ф α +Ф τ ;

Отраж-щий и пропущенный световые потоки опред.св-ми тела вещ-ва: ρ+α+τ=1.

Тела, поглощающие световой поток называются приемниками лучистой энергии или светового потока(глаз, фотоэлемент).

Важным при разработке осветительных приборов является знать степень отражения (ρ) и степень пропускания (τ) светового потока. Это важно знать для создания отражателей, рассеивателей осветительных приборов. Принято различать следующие виды отражения и пропускания светового потока:

а) направленное отражение или пропускание(а-зеркальная поверхность, б-прозрачные вещ-ва-стекла);

б) диффузное отражение/пропускание(гипс/молочно-матовые стекла);

В) направлено-дифузное отражение или пропускание.

В боль-ве случ.сущ.тела с напр. диф-м отражением или пропусканием.

Зрительная фотометрия

Зрительная фотометрия основывается на способности глаза оценивать с достаточно высокой степенью точности равенство яркостей двух оптических смежных и близких по цветности полей сравнения.Высокая точность измерений методами зрительной фотометрии достигается при условии соблюдения определенных требований. К числу основных из них следует отнести требование соответствия спектральной чувств-ти глаза наблюдателя нормализованной функции отн-й спектральной световой эффективности излучения. Не менее важным является требование достаточной яркости полей сравнения, обеспечивающей работу глаза в условиях дневного зрения. При больших значениях яркости полей сравнения и низкой яркости окружающего фона, при которой обычно проводятся световые измерения, глаз подвергается чрезмерному раздражению. Стремление использовать при зрительной фотометрии лишь кол бочковый аппарат и исключить палочковый, расположенный в основном по периферии сетчатой оболочки, заставляет ограничивать угловой размер поля зрения таких приборов пределами 3 – 5 о. Точность зрительных световых измерений значительно понижается, если цветность сравниваемых излучений различна. В подобных случаях для повышения точности измерений приходится прибегать к специальным приемам измерений. Необх-ть строгого выполнения перечисленных требований, зависимость результатов измерений от индивидуальных особенностей наблюдателя, состояния его организма (физ.состояние, усталость) и окружающих условий, а также длительность процесса измерения привели в практических условиях к полной замене глаза как индикатора физ.приборами, т.е. к переходу от зрительной фотометрии к физической фотометрии.

Физическая фотометрия

Зависимость результатов измерений от индивидуальных особенностей наблюдателя, состояния его организма(физическое состояние, усталость) и окружающих условий, а также длительность процесса измерения привели в практических условиях к полной замене глаза как индикатора физическими приборами, т.е. к переходу от зрительной фотометрии к физической фотометрии.

Основное преимущество физических приемников лучистой энергии по сравнению с глазом заключается в их способности непосредственной количественной оценки измеряемых величин. Применительно к измерению световых величин это качество присуще лишь таким физическим приемникам, кривая спектральной чувствительности которых близка к кривой относительной спектральной световой эффективности.

Широкое развитие методов физической фотометрии определяется также и тем, что физические приемники позволяют осуществлять измерения не только в видимой части спектра, но и в прилегающих к нему участках ультрафиолетовых и инфракрасных излучений.

Существенным преимуществом методов физической фотометрии является быстрота и воспроизводимость результатов измерений, что особенно важно при необходимости проведения массовых измерений световых характеристик осветительных средств(источников света, осветительных приборов) или характеристик условий освещения.

В качестве приемников лучистой энергии в установках физической фотометрии наиболее широкое распространение получили вентильные фотоэлементы(фотоэлементы с запирающим слоем) и фотоэлементы с внешним фотоэффектом

1.1. Лучистая энергия , лучистый поток , световой поток

1.2. Пространственная и поверхностная плотность светового потока

1.3. Яркость . Световые свойства тел

Все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, способны излучать в окружающее пространство лучистую энергию, которая распространяется в виде электромагнитных колебаний с различной длиной волны. Частота этих колебаний зависит от длины волны излучения. Под длиной волны излучения понимается расстояние, которое проходит волна за время полного периода колебания:

λ = с / f , (1)

где λ - длина волны, м;

с - скорость света, равная 3×10 8 м/с;

f - частота электромагнитных колебаний, Гц.

Обычно длины волн излучения измеряются в нанометрах: 1 нм=10 -9 м=10 -6 мм. Мощностью лучистой энергии или лучистым потоком называется количество энергии, излучаемой в единицу времени. Единицей измерения лучистого потока является 1 Вт. Из всей лучистой энергии, существующей в природе, человеческий глаз воспринимает как световое ощущение только незначительную часть с длинами волн от 380 до 760 нм. За пределами этих длин волн лучистая энергия для человека невидима. Каждой длине волны в пределах 380-760 нм соответствует определенная цветность излучения. Переход одного цвета к другому происходит постепенно.

Часть лучистой энергии, воспринимаемую человеческим глазом как световое ощущение, называют световой энергией, а мощность ее излучения -световым потоком Ф. Световой поток, так же как и лучистый поток, может быть измерен в ваттах. Однако, на практике за единицу измерения светового потока принят люмен (лм).

Примерное представление о величине люмена дает следующий пример: лампа накаливания мощностью 15 Вт напряжением 220 В имеет световой поток в 105 лм.

1.2. Пространственная и поверхностная

плотность светового потока

Источники света, которые можно представить в виде светящейся точки, излучают световую энергию равномерно во всех направлениях. Применяемые для освещения помещений светильники распределяют световую энергию в разных направлениях неодинаково, вследствие чего она имеет различную плотность. Пространственная плотность световой энергии называется силой света.

При неравномерном излучении источником света световой энергии сила света I численно определяется как отношение бесконечно малого светового потока dФ , равномерно распределенного в пределах бесконечно малого телесного угла d w с вершиной у источника света, к величине этого телесного угла:

I = dФ / d w . (2)

При равномерном распределении световой энергии в пределах телесного угла, имеющего конечные размеры, сила света в направлении оси угла определяется по формуле

I =Ф /w . (3

Под телесным или пространственным углом понимается часть пространства, ограниченная конической поверхностью. Величина телесного угла определяется как отношение площади участка сферы S , на которую телесный угол опирается, к квадрату радиуса R сферы

w = S / R 2 . (4)

Единицей пространственного угла является стерадиан (ср). Величина телесного угла в 1 ср представляет собой телесный угол, который вырезает на поверхности сферы площадь, равную квадрату радиуса данной сферы:

w = S / R 2 = R 2 / R 2 = 1 ср. (5)

За единицу измерения силы света принята кандела (кд), 1 кд представляет силу света точечного источника, излучающего равномерно световую энергию мощностью 1 лм, внутри телесного угла в 1 ср.

Световая энергия, падая на любую поверхность, освещает ее. Для количественной оценки плотности светового потока на освещаемой поверхности пользуются понятием освещенности. В случае неравномерного освещения поверхности освещенность Е определяется выражением

Е = dФ / dS , (6)

где dФ - бесконечно малая величина светового потока, равномерно распределяющегося в пределах бесконечно малого участка dS освещаемой поверхности. Средняя освещенность при неравномерном распределении светового потока по освещаемой поверхности

Еср =Ф / S . (7)

Единица освещенности носит название люкс (лк). Освещенность, равная 1 лк, будет иметь место, если на освещаемую поверхность в 1 м 2 будет падать равномерно распределенная световая энергия мощностью в

1 лк=1лм/1м 2 . (8)

Освещенность в какой-либо точке освещаемой поверхности может быть определена по силе света, соотношение между освещенностью поверхности и силой света точечного источника может быть определено по рис. 1.

Пусть сила света источника, находящегося в точке О , в направлении

элемента поверхности dS равна I a . Расстояние между источником света и элементом dS равно l , угол между нормалью к поверхности dS и направлением силы света обозначен a . Величина телесного угла d w согласно (4) определяется выражением

где dS × cos a -площадь участка сферы, на которую телесный угол опирается.

Рис. 1. Поясняющая схема к определению освещенности

Световой поток, падающий на элемент dS , выразим из соотношения (2)

d Ф= I α d ω = (9)

Освещенность элемента dS при этом будет равна

Е = = (10)

т.е. освещенность данной точки поверхности, расположенной под углом a к падающему световому потоку, прямо пропорциональна силе света, направленного к ней, и косинусу угла между падающим лучом и нормалью к освещаемой поверхности и обратно пропорциональна квадрату расстояния освещенной точки от источника света.

Если свет падает перпендикулярно освещаемой поверхности, то освещенность можно определить как

Е = I / l 2 . (11)

1.3. Яркость . Световые свойства тел

Свет от источника, падая на поверхность какого-либо предмета, частично ею отражается. В глаз наблюдателя попадает лишь часть отраженного от поверхности предмета светового потока, которая вызывает зрительное восприятие. Чем большая часть отражаемого светового потока попадает в глаз наблюдателя, тем сильнее будет зрительное ощущение этого предмета. Поверхности предметов, имеющие различные окраски и отражающие свойства, при равной освещенности воспринимаются глазом наблюдателя по-разному.

Освещенный предмет будет тем лучше виден, чем большую силу света будет иметь отраженный поток в направлении глаз наблюдателя. Условия видения количественно характеризуются величиной яркости.

Яркостью освещаемой поверхности (L ) в каком-либо направлении называется отношение силы света, излучаемой поверхностью в данном направлении, к площади проекции освещаемой поверхности на плоскость, перпендикулярную к тому же направлению.

Рис. 2. Поясняющая схема к определению яркости поверхности

Если рассматривать освещенную поверхность под углом a , ограниченным нормалью к этой поверхности и линией зрения (рис.2), то будет видна часть этой поверхности, т.е. площадь ее проекции на плоскость, перпендикулярную к линии зрения S α = S × cos α. Для равномерно освещенной поверхности яркость в любом направлении будет равна

Если лучи от плоской освещаемой поверхности, направленные к глазу человека, перпендикулярны к этой поверхности, то яркость освещаемой поверхности определится выражением

L = I / S . (13)

Понятие яркости применимо не только к освещаемым поверхностям, но и к

источникам света. Единицей измерения яркости служит кд/м 2 . Тела, в зависимости от их физических свойств и состояния поверхностей обладают способностью отражать, пропускать и поглощать свет. Для суждения о светотехнических качествах тел служат коэффициенты отражения r , поглощения a и пропускания t , которые показывают, какая часть от общей падающей на поверхность световой энергии соответственно отражается,

пропускается и поглощается.

Коэффициенты отражения, поглощения и пропускания соответственно

где Ф p ,Ф α ,Ф r -отраженный, поглощенный и пропущенный световые потоки;

Ф пад. - падающий на поверхность световой поток.

Падающий световой поток Фпад . всегда равен сумме трех составляющих потоков:

а коэффициенты связаны зависимостью

p +α +t = 1. (16)

Все тела по характеру распределения в пространстве отраженного и пропущенного световых потоков можно разделить на три группы. К первой группе относятся тела с направленным отражением (зеркальные поверхности) или пропусканием (оконное стекло), ко второй группе относятся тела с рассеянным (диффузным) отражением (гипс, мел) или пропусканием (молочное или матовое стекло). К третьей группе относятся тела со смешанным отражением и пропусканием. Зная световые свойства тел, можно выбрать

наиболее рациональный материал для изготовления светильников, отделки стен

и потолков.

В природе нет ни одного материала, у которого хотя бы один из трех коэффициентов был равен 1. Наибольшее диффузное отражение имеют свежевыпавший снег (p ≈ 1) и химически чистые сернокислый барий и окись магния (p ≈ 0, 96). Наиболее зеркальное отражение у чистого полированного серебра (p ≈0, 92) и у специально обработанного алюминия (p ≈ 0, 95).

Величина коэффициента пропускания указывается в справочниках для толщины материала в 1 см. К наиболее прозрачным материалам можно отнести особо чистый кварц и некоторые марки органического стекла, у которых p = 0, 99 см.

Вещество с коэффициентом поглощения, равным 1, называется «абсолютно черным телом».

С точки зрения гигиены труда основной светотехнической характеристикой является освещенность (Е), которая представляет собой распределение светового потока (Ф) на поверхности площадью (S) и может быть выражена формулой

освещение ночной искусственный световой

Световой поток (Ф) - мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению. Измеряется в люменах (лм).

В физиологии зрительного восприятия важное значение придается не падающему потоку, а уровню яркости освещаемых объектов, которая отражается от освещаемой поверхности в направлении глаза. Зрительное восприятие определяется не освещенностью, а яркостью, под которой понимают характеристику светящихся тел, равную отношению силы света в каком-либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению. Яркость измеряется в нитах (нт). Яркость освещенных поверхностей зависит от их световых свойств, степени освещенности и угла, под которым поверхность рассматривается.

Сила света - световой поток, распространяющийся внутри телесного угла, равного 1 стерадианту. Единица силы света - кандела (кд).

Световой поток, падающий на поверхность, частично отражается, поглощается или пропускается сквозь освещаемое тело. Поэтому световые свойства освещаемой поверхности характеризуются также следующими коэффициентами:

• 1) коэффициент отражения - отношение отраженного телом светового потока к падающему;
• 2) коэффициент пропускания - отношение светового потока, прошедшего через среду, к падающему;
• 3) коэффициент поглощения - отношение поглощенного телом светового потока к падающему.

Необходимые уровни освещенности нормируются в соответствии со СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение" в зависимости от точности выполняемых производственных операций, световых свойств рабочей поверхности и рассматриваемой детали, системы освещения".

К гигиеническим требованиям, отражающим качество производственного освещения, относятся:

• 1) равномерное распределение яркостей в поле зрения и ограничение теней;
• 2) ограничение прямой и отраженной блесткости;
• 3) ограничение или устранение колебаний светового потока.

Равномерное распределение яркости в поле зрения имеет важное значение для поддержания работоспособности человека. Если в поле зрения постоянно находятся поверхности, значительно отличающиеся по яркости (освещенности), то при переводе взгляда с ярко - на слабоосвещенную поверхность глаз вынужден переадаптироваться. Частая переадаптация ведет к развитию утомления зрения и затрудняет выполнение производственных операций.

Степень неравномерности определяется коэффициентом неравномерности - отношением максимальной освещенности к минимальной. Чем выше точность работ, тем меньше должен быть коэффициент неравномерности.

Чрезмерная слепящая яркость (блесткость) - свойство светящихся поверхностей с повышенной яркостью нарушать условия комфортного зрения, ухудшать контрастную чувствительность или оказывать одновременно оба эти действия.

Светильники - источники света, заключенные в арматуру, - предназначены для правильного распределения светового потока и защиты глаз от чрезмерной яркости источника света. Арматура защищает источник света от механических повреждений, а также дыма, пыли, копоти, влаги, обеспечивает крепление и подключение к источнику питания.

По светораспределению светильники подразделяются на светильники прямого, рассеянного и отраженного света. Светильники прямого света более 80% светового потока направляют в нижнюю полусферу за счет внутренней отражающей эмалевой поверхности. Светильники рассеянного света излучают световой поток в обе полусферы: одни - 40-60% светового потока вниз, другие - 60-80% вверх. Светильники отраженного света более 80% светового потока направляют вверх на потолок, а отражаемый от него свет направляется вниз в рабочую зону.

Для защиты глаз от блесткости светящейся поверхности ламп служит защитный угол светильника - угол, образованный горизонталью от поверхности лампы (края светящейся нити) и линией, проходящей через край арматуры.

Светильники для люминисцентных ламп в основном имеют прямое светораспределение. Мерой защиты от прямой блесткости служат защитный угол, экранирующие решетки, рассеиватели из прозрачной пластмассы или стекла.

С помощью соответствующего размещения светильников в объеме рабочего помещения создается система освещения. Общее освещение может быть равномерным или локализованным. Общее размещение светильников (в прямоугольном или шахматном порядке) для создания рациональной освещенности производят при выполнении однотипных работ по всему помещению, при большой плотности рабочих мест. Общее локализованное освещение предусматривается для обеспечения на ряде рабочих мест освещенности в заданной плоскости (термическая печь, кузнечный молот и др.), когда около каждого из них устанавливается дополнительный светильник (например, кососвет), а также при выполнении на участках цеха различных по характеру работ или при наличии затеняющего оборудования.

Местное освещение предназначено для освещения рабочей поверхности и может быть стационарным и переносным, для него чаще применяются лампы накаливания, так как люминисцентные лампы могут вызвать стробоскопический эффект.

Аварийное освещение устраивается в производственных помещениях и на открытой территории для временного продолжения работ в случае аварийного отключения рабочего освещения (общей сети). Оно должно обеспечивать не менее 5% освещенности от нормируемой при системе общего освещения.

Оптическими свойствами материалов называют их способность количественно и качественно изменять световой поток. В результа­те воздействия материала на световой поток проявляются такие его свойства, как цвет, блеск, прозрачность, белизна, и др. Опти­ческие свойства текстильных материалов имеют существенное зна­чение при оценке внешнего вида, эстетическом восприятии одеж­ды. Они позволяют выявлять, подчеркивать или, наоборот, скры­вать фактуру материала, конструктивные особенности изделия, объем фигуры человека.

Световой поток представляет собой видимую часть спектра элек­тромагнитных излучений, имеющих длину волн 400 -700 нм. Све­товой поток Р (рис. 2.66), падающий на текстильный материал, претерпевает ряд изменений: часть его Рр отражается от поверхно­сти волокон, часть Ра поглощается и часть Рх проходит через мате­риал.

Основными характеристиками световых свойств материалов слу­жат коэффициенты: отражения р, поглощения а и пропускания т. Эти коэффициенты представляют собой отношение соответствен­но отраженного Рр, поглощенного Ра и пропущенного Рх потоков излучения к падающему потоку:

Р = Рр/Р; а = PJP -, т = PJP .

На показатели характеристик оптических свойств существен­ное влияние оказывают такие факторы, как природа волокон и нитей, структура волокон, нитей и материалов.

Отражение светового потока может быть зеркальным, когда све­товой поток изменяет свое направление, но остается в плоскости падения, и рассеянным в разных направлениях. Это зависит от ха­рактера поверхности волокон и их расположения в материале. Так, волокна с гладкой, ровной поверхностью в большей степени обла­дают зеркальным отражением, чем волокна, имеющие шерохова­тую неровную поверхность (шерсть, профи­лированные волокна и т. п.). Материалы, в которых волокна в нитях расположены па­раллельно (комплексные нити пологой крут­ки), а переплетения имеют прямолинейные перекрытия нитей (сатиновое, атласное пе­реплетения в тканях, переплетения сукно, шарме в трикотажных полотнах), преимуще­ственно зеркально отражают световой поток. Материалы, имеющие в своей структуре сильно изогнутые волокна и нити (напри­мер, текстурированные нити, пряжу аппа­ратного прядения, нити креповой крутки)

Переплетения с большим числом изгибов нитей, отражают све­товой поток рассеянно. Следует также отметить анизотропию в ха - зактере отражения светового потока текстильными материалами: когда плоскость падения светового потока совпадает с продоль­ным направлением волокон и нитей, преобладает зеркальное от­ражение, когда же она совпадает с поперечным направлением волокон и нитей - рассеянное. По изменению коэффициента от­ражения р можно обнаружить дефекты внешнего вида материала, j Световой поток, проходящий через волокно, изменяется каче­ственно и количественно: часть Ра поглощается веществом волок­ла, Рр и Р" диффузионно рассеиваются и частично проходят че­рез волокно. Диффузионное рассеивание светового потока обус­ловлено неравномерностью строения волокна, которое, как извест­но, имеет структурные элементы различной плотности, часто не­равномерно и неплотно расположенные по толщине волокна.

Поглощение светового потока может быть равномерным, когда [ролны всех длин спектра поглощаются в одинаковой степени, и.избирательным, когда преимущественно поглощаются волны оп­ределенных длин (непоглощенная часть светового спектра в этом {случае отражается). Поглощающая способность волокон и нитей {определяется химическим составом и молекулярным строением рещества волокон и красителя (или пигмента). Красители и пиг­менты проявляют наибольшую способность к избирательному по­глощению светового потока. Величина избирательного поглоще­ния зависит, кроме того, от количества и характера распределе­ния частиц красителя в волокнах, прозрачности и равномерности Структуры последних.

В материалах редкой структуры часть падающего светового по­тока проходит через промежутки между волокнами и нитями (сквоз- |йые поры), не изменяясь качественно и количественно.

Цвет. Человек, рассматривающий материал со стороны падаю - jero потока излучений, воспринимает световой поток как отра - кенный и диффузионно-рассеянный вверх, что вызывает у него |>щущение цвета.

Если материал равномерно поглощает поток излучений, то вос - ринимаемый световой поток вызывает у человека ощущение того 1и иного ахроматического цвета (от белого до черного) в зависи­мости от степени поглощения падающего потока излучений. При Полном отражении возникает ощущение белого цвета, при непол­ном поглощении - серого цвета (различных оттенков), а при пол­ном - черного.

При избирательном поглощении диффузионно-рассеянный све - эвой поток состоит в основном из излучений, имеющих опреде­ленную длину волн. В этом случае воспринимаемый световой по - Эк дает ощущение хроматического цвета , причем излучения раз - *чных длин волн вызывают разные цветовые ощущения.

Зрительное восприятие цвета - сложный психофизический про­цесс, слагающийся из логической обработки качественной и ко­личественной информации, получаемой в результате преобразо­вания видимого излучения зрительным аппаратом человека. Воз­никающее ощущение цвета имеет несколько качественных и ко­личественных характеристик.

Цветовой тон - основная качественная характеристика ощу­щения цвета, которая позволяет устанавливать общее между цве­товыми ощущениями образца материала и цветом спектрального излучения. Различие цветовых тонов оценивается цветовыми по­рогами. В видимом спектре различают около 130 порогов цветового тона, в пурпурных цветах - 20-30 порогов.

Насыщенность - качественная характеристика ощущения цве­та, позволяющая различать два ощущения цвета, имеющих один и тот же цветовой тон, но разную степень хроматичности. Эта харак­теристика оценивается порогами насыщенности. Наибольший по­рог насыщенности у спектральных цветов; порог насыщенности ахроматического цвета равен нулю.

Светлота - количественная характеристика ощущения цвета, показывающая степень общего между данным цветом и белым. Светлота несамосветящихся тел зависит от их световых свойств, в частности от отражательной способности.

Как отмечалось ранее, восприятие цвета - очень сложный про­цесс, на который влияет ряд факторов физического, физиологи­ческого и психологического характера. Эти факторы необходимо учитывать как в производстве текстильных материалов (при разра­ботке рисунков, подборе цветов, крашении и печатании), так и в производстве швейных изделий (при моделировании, конструи­ровании и выборе материала для конкретных изделий).

Цвета красные, оранжевые, желтые, желто-зеленые называют теплыми; они в восприятии человека ассоциируются с представ­лениями о солнечном свете, теплых, нагретых телах. Цвета зелено - голубые, голубые, синие, фиолетовые называют холодными, так как они связаны с представлениями о цвете льда, металла. Белые и теплые цвета яркие, выступающие; они хорошо выявляют поверх­ность материала, его фактуру, конструктивные элементы изделия, подчеркивают объемность фигуры, придают ей полноту. Темные и холодные цвета, наоборот, скрывают поверхность, объемность материала. Швейные изделия, изготовляемые из материалов свет­лых и теплых цветов, требуют тщательной обработки, так как ма­лейшие ее неточности будут выглядеть как дефекты внешнего вида изделия.

Понятия теплых и холодных цветов не совпадают с физически­ми понятиями теплых и холодных окрасок. Теплота солнечного света или нагретого тела обусловливается инфракрасным излучением - Поэтому окраски, отражающие в большей степени инфракрасные лучи, меньше нагревают материал и носят названия холодных, а рКраски, поглощающие инфракрасные лучи, в большей мере на­гревают материал и поэтому называются теплыми. Очевидно, для летнего сезона следует рекомендовать материалы с холодной ок­раской, а для осенне-зимнего - с теплой.

Существенно влияют на восприятие цвета характер освещения, его спектральный состав и мощность. При смене источника осве­щения может произойти изменение светлоты, насыщенности и гона ивета. При солнечном освещении теплые цвета воспринима­ются менее насыщенными и менее светлыми, а холодные - более светлыми, чем при вечернем освещении. Поэтому для изделий, надеваемых в яркий, солнечный день весенне-летнего сезона, ре­комендуются материалы насыщенных цветов и рисунков. При сме­не источника освещения или увеличении его мощности без изме­нения спектрального состава изменяется цветовой тон, что необ­ходимо учитывать при определении назначения материала (напри­мер, для дневных или вечерних платьев). Влияние источников ос­вещения учитывают также при определении оптических свойств материалов, предусматривая источники с определенными, стан­дартизированными характеристиками излучения.

Восприятие цвета зависит от состава воспринимаемого свето­вого потока, соотношения хроматического и ахроматического из­лучений, что определяется характером поверхности материала и оптическими свойствами волокон. На прозрачных волокнах цвет ощущается более насыщенным, так как они в большей мере изби­рательно поглощают световой поток, чем непрозрачные. На глад­кой блестящей поверхности цвет воспринимается более ярким, гветлым, чем на неровной. Цвет материалов, имеющих большую толщину или ворсовую поверхность, способствующую многократ­ному отражению излучений волокнами, воспринимается более насыщенным, менее светлым. Изменение длины или наклона вор - Еа меняет условия отражения потока излучений, а вместе с этим и цвет материала. По этой же причине мы отличаем цвет более изно­шенных участков одежды от цвета менее изношенных.

На ощущение цвета влияет расположение цветов - так называ - Ьмый одновременный контраст, который приводит к изменению Как светлоты, насыщенности, так и цветового тона. При располо­жении рядом двух разноярких участков ахроматических цветов из­меняется их светлота: у границы раздела менее светлый участок Становится светлее и, наоборот, более темный участок - темнее. Серый рисунок на черном фоне повышает свою светлоту. Анало­гичную картину наблюдают при соприкосновении хроматических Цветов с ахроматическими. Чем больше различие в светлоте, тем рильнее световой контраст.

1 При соприкосновении хроматических цветов воспринимаемый Цветовой поток как бы суммируется и ощущается как новый цвет.

Например, на красном фоне оранжевый цвет желтеет, желтыц зеленеет, зеленый голубеет. Одновременный контраст широко ис­пользуется в текстильном производстве при выполнении рисун­ков на материалах, а также в швейном производстве при подборе комплектов одежды, деталей изделий, фурнитуры и т. п. При ис­пользовании одновременного контраста принимают во внимание не только соотношение цветов, но и размеры участков цветов. При этом учитывают законы гармонии цвета, т. е. такое сочетание цве­тов, которое вызывает положительную эстетическую оценку, вос­питывает чувство красоты.

При изготовлении текстильных материалов и швейных изделий существенное значение имеет точная оценка цветового различия По тону, насыщенности и светлоте. Необходимость оценки цвето­вого различия возникает в разных ситуациях: во-первых, при вос­произведении цвета стандартного образца в процессе окрашива­ния текстильных материалов, когда необходимо подобрать краси­тели таким образом, чтобы цвет окрашенного образца был тожде­ствен цвету эталона. Во-вторых, такая оценка нужна при установ­лении разнооттеночное™ материала, которая возникает в резуль­тате изменения условий или нарушения технологических режимов крашения и отделки и выражается в наличии участков материала, различающихся по цвету. Разнооттеночность материала значитель­но затрудняет технологический процесс изготовления швейных изделий, в частности расчет кусков для настила, раскрой полотен в настиле и комплектование деталей. Поэтому разнооттеночность материала должна контролироваться как при его производстве, чтобы оперативно устранять вызывающие ее причины, так и при изготовлении швейных изделий, чтобы не допускать появления разнооттеночное™ в стачиваемых деталях.

Цветовое различие выявляется и при оценке устойчивости ок­раски материала к различным факторам воздействия: свету, влаж­ности, теплоте, химическим веществам, находящимся в атмосфе­ре, моющим препаратам, потовыделениям и т. д. Изменение цвета под действием этих факторов происходит в результате изменения состояния молекул красителя и химических процессов, приводя­щих к деструкции красителя. Степень протекания этих процессов зависит от интенсивности и продолжительности действия факто­ров, а также устойчивости красителя.

Фотохимический процесс выцветания, происходящий при дей­ствии видимого излучения, очень сложен. Энергия поглощенной части потока излучений вызывает возбуждение молекул красите­ля, увеличивает скорость их движения. При этом возникают вто­ричные процессы (часто окислительного характера), приводящие к деструкции красителя, особенно в присутствии влаги или кис­лорода воздуха. Подобные процессы протекают и при действии теп­лоты, энергия которого также вызывает тепловое движение моле­кул красителя и способствует его деструкции. Изменение цвета может носить обратимый или необратимый характер. В первом слу­чае изменяется состояние молекул красителя, наблюдается их теп­ловое движение; по окончании действия возбуждающего фактора (света, тепла) молекулы возвращаются в первоначальное состоя­ние и, следовательно, цвет восстанавливается. Например, при утю­жильной обработке изделия часто наблюдается кратковременное изменение цвета материала, который восстанавливается при его охлаждении. Однако более длительное или интенсивное тепловое воздействие может вызвать необратимые процессы деструкции кра­сителя, что приведет к появлению цветовых пятен на изделии.

При эксплуатации швейных изделий имеет значение и проч­ность связи красителя с волокном, которая может нарушаться под действием воды, химических препаратов, механических факторов. В результате происходит частичное удаление красителя из структу­ры волокна, что вызывает изменение цвета и окрашивание сопри­касающихся поверхностей.

Устойчивость окраски текстильных материалов оценивается по комплексу физико-механических и химических воздействий: све­та, светопогоды, увлажнения, сухого и мокрого трения, пота, мыльного раствора, химической чистки, утюжильной обработки. Комплекс физико-механических и химических воздействий для конкретных материалов устанавливается в зависимости от их на­значения, условий, в которых они находятся при изготовлении и эксплуатации изделий.

Однозначное определение цвета с помощью точных характерис­тик - основная задача колориметрии. В повседневной жизни цвет характеризуют цветовыми ощущениями, словарным определени­ем, что является довольно субъективным и неточным методом оценки цвета.

Более точный метод колориметрии - визуальное сравнение об­разца с эталоном, при котором тождество ощущений восприни­мается как тождество цветов. Для этих целей используют атласы цветов, которые представляют собой набор цветовых образцов, расположенных по определенной системе. Атлас цветов играет роль визуального цветоизмерительного инструмента. Наибольшее рас­пространение в мировой практике получили атласы Манселлы и Рихтера и ряд других. В России во ВНИИМ им. Д. И.Менделеева созданы атласы цветов АЦ-100 и АЦ-1000, включающие соот­ветственно 450 и 1000 стандартных цветовых образцов. Для ко­ординации работы предприятий, связанной с выбором цветов, в 1986 г. разработан атлас цветов, включающий в себя 1808 образ­цов цвета.

Визуально оценивают разнооттеночность, сравнивая цвета раз­личных участков материала, и устойчивость окраски к различным воздействиям, сопоставляя степень посветления окраски материа­ла и закрашивания белого материала с эталонами соответствую­щих шкал посветления и закрашивания.

доминирующую длину волны а , чистоту цвета р и яркость В.

Монохрома/пи - Длина

Ческий цвет волны, нм

Красный......................................................... 620-760

Зеленый.......................................................... 490-530

В} В, %:

Яркость представляет собой интенсивность излучения А/, при­ходящегося на единицу площади AS , расположенной перпендику­лярно направлению света:

B = AI /(AS ).

В В6,

Г = В/В,.

Любой цвет может быть также выражен через 3 линейно незави­симых цвета. Независимость этих цветов состоит в том, что кажчыи из них не может быть получен смешиванием двух других цветов - Согласно закону смешивания цветов цвет D можно получить, смепш - вая основные цвета А, В A , B и с-

D = аА + ЬВ + сС.

В соответствии с гипотезой трехмерного выражения цвета лю - (ОЙ цвет может быть представлен в виде вектора, величина и рас­положение которого в пространстве определяются системой коор - донат и величинами векторов основных составляющих цветов. Век - оры реальных цветов образуют объем, который носит название (ветового конуса (рис. 2.67). Поверхность АВСО цветового конуса [вляется геометрическим местом векторов монохроматических (ветов, а поверхность А СО - пурпурных цветов, получаемых сме - циванием цветов коротковолновой и длинноволновой частей ви- [имого спектра. Внутри цветового конуса располагаются векторы сальных хроматических цветов, среди которых находится и век - ■ор OD ахроматического цвета.

Цветовым графиком называется плоскость сечения цветового:онуса, проходящая через точки векторов основных цветов рис. 2.68). Он является геометрическим местом точек пересечения:го плоскости векторами цветов. Эти точки пересечения называют ■очками цветности. Вид цветового конуса и цветового графика за - исит от выбранной системы координат, однако основные харак - еристики и соотношения в конусе и графике любого вида со - раняются.

При колориметрических измерениях синтезируют цвет, тож­ественный с цветом образца, из трех эталонных (единичных) (ветов и составляют уравнение цвета. Результаты измерений пред - тавляют в виде координат цвета или цветности образца. В зави- имости от выбора единичных цветов получают разные системы [змерений. Наибольшее распространение из этих систем получили истема RGB Международной осветительной комиссии (МКО) и юлее совершенная система AYZ(MKO), принятые как стандартные.)сновные цвета системы RGB задаются как монохроматические [злучения с длинами волн 700 (R ), 546 (G ) и 435,8 (В) нм, кото-
ла и закрашивания белого материала с эталонами соответствую­щих шкал посветления и закрашивания.

Для оценки отраженного от материала светового потока, его спектрального состава используют систему цветовых характерис­тик, включающих в себя доминирующую длину волны X, чистоту цвета р и яркость В. Хроматический цвет представляет собой сме­шивание монохроматического излучения с ахроматическим. Доми­нирующая длина волны показывает длину волны монохромати­ческого излучения, которое нужно смешать с ахроматическим, чтобы получить цветность данного образца. Ниже приведены дли­ны волн монохроматического излучения (цветов, составляющих белый дневной свет):

Монохромати - Дшна

Ческий цвет волны, нм

Красный......................................................... 620 - 760

Оранжевый...................................................... 590 - 620

Желтый........................................................... 530-590

Зеленый........................................................... 490-530

Голубой.......................................................... 470-490

Синий............................................................. 430-470

Фиолетовый.................................................... 390 - 430

Соотношение монохроматического и ахроматического излуче­ний определяет чистоту цвета, которая оценивается отношением яркости монохроматического излучения В, к яркости всего вос­принимаемого излучения В, %:

Р = MB - JB .

Яркость представляет собой интенсивность излучения А/, при­ходящегося на единицу площади AS, расположенной перпендику­лярно направлению света:

Несамосветящиеся тела, к которым относятся и текстильные материалы, характеризуются коэффициентом /-яркости, который определяется путем сравнения яркости данной поверхности В с яркостью идеально белой поверхности В6, коэффициент отраже­ния которой равен единице:

Г = В/В5.

Любой цвет может быть также выражен через 3 линейно незави­симых цвета. Независимость этих цветов состоит в том, что каждый из них не может быть получен смешиванием двух других цветов - Согласно закону смешивания цветов цвет D можно получить, смеши­вая основные цвета А, В и С соответственно в количествах A , B и с.

D = аА + ЬВ + сС.

В соответствии с гипотезой трехмерного выражения цвета лю - 1бой ивет может быть представлен в виде вектора, величина и рас­положение которого в пространстве определяются системой коор­динат и величинами векторов основных составляющих цветов. Век­торы реальных цветов образуют объем, который носит название цветового конуса (рис. 2.67). Поверхность АВСО цветового конуса является геометрическим местом векторов монохроматических цветов, а поверхность ЛСО - пурпурных цветов, получаемых сме­шиванием цветов коротковолновой и длинноволновой частей ви­димого спектра. Внутри цветового конуса располагаются векторы реальных хроматических цветов, среди которых находится и век­тор OD ахроматического цвета.

Цветовым графиком называется плоскость сечения цветового конуса, проходящая через точки векторов основных цветов!(рис. 2.68). Он является геометрическим местом точек пересечения его плоскости векторами цветов. Эти точки пересечения называют точками цветности. Вид цветового конуса и цветового графика за­висит от выбранной системы координат, однако основные харак­теристики и соотношения в конусе и графике любого вида со­храняются.

При колориметрических измерениях синтезируют цвет, тож­дественный с цветом образца, из трех эталонных (единичных) цветов и составляют уравнение цвета. Результаты измерений пред­ставляют в виде координат цвета или цветности образца. В зави­симости от выбора единичных цветов получают разные системы измерений. Наибольшее распространение из этих систем получили система RGB Международной осветительной комиссии (МКО) и более совершенная система AYZ(MKO), принятые как стандартные. Основные цвета системы RGB задаются как монохроматические излучения с длинами волн 700 (R ), 546 (G ) и 435,8 (В) нм, кото-

Рые ощущаются как красный, зеленый и синий цвета. Уравнение цвета в этой системе имеет вид

Ц= RR + GG + ВВ,

А уравнение цветности

RR + gG + ЬВ,

Где R , G , В и г, g , b - координаты цвета и цветности.

Система XYZ Задается через систему RGB с помощью ряда век­торных уравнений.

Положенные в основу колориметрии уравнения цвета позволя­ют объективно и с достаточной точностью описывать и измерять цвет, определять цветовые различия при воспроизведении цвета в процессе крашения, при оценке разнооттеночное™ и устойчиво­сти окраски.

Эти методы определения цвета и цветовых различий позволяют разрабатывать автоматизированные системы контроля разноотте­ночное™ в процессе крашения и при приеме текстильных матери­алов на швейных предприятиях.

Белизна. Для несамосветящихся тел, к которым относятся и текс­тильные материалы, понятие «светлота» часто заменяется поняти­ем «белизна», которая показывает общее в ощущениях цвета дан­ной и идеальной белой поверхности. В понятие «белый материал» вкладывается представление о поверхности, хорошо рассеивающей световой поток, т. е. имеющей малую степень избирательного погло­щения. Белизну текстильных материалов повышают путем химичес­кого и физического воздействий (беление, мытье, чистка), под­цветкой синими красителями и пигментами, с помощью оптичес­ких отбеливающих веществ. Она является одной из важнейших ха­рактеристик качества неокрашенных текстильных материалов.

На практике обычно нет четкого различия между светлотой и белизной. Под светлотой чаще всего понимается оценка яркости, а под белизной - коэффициент яркости. Светлота и белизна изме­ряются порогами различия. В диапазоне от абсолютно черного до идеально белого цветов насчитывают 300 - 400 порогов. Ахромати­ческие (серые) шкалы имеют ступени различия, каждая из кото­рых включает в себя несколько порогов по светлоте (белизне).

Белизна текстильных материалов оценивается коэффициентом яркости г, измеренным при длине волны 540 нм, и коэффициен­том подцветки р, рассчитанным как отношение коэффициент^ яркости, измеренных при длине волн 540 и 410 нм:

Р = ^ю/"мо-

Материалы считаются тождественными по белизне, если коэф­фициенты их яркости отличаются не более чем на 1 %, а коэфф"~ циенты подцветки - не более чем на 0,03.

Кроме того, белизну текстильных материалов можно оценивать j^o отражательной способности их поверхности:

I со = 100р,./рго,

I-де ю - белизна материала, %; рг - коэффициент отражения об­разца материала; р„, - коэффициент отражения эталонной белой (щастины.

I Блеск. Это специфическое восприятие человеком светового по­тока, состоящего из зеркально отраженных и диффузионно-рассе­янных излучений. Чем выше составляющая зеркального отраже­ния, тем сильнее блеск материала. Поэтому степень блеска текс - (гильного материала определяется прежде всего характером поверх­ности волокон и нитей, их расположением в структуре материала. |Блеск поверхности меняется в зависимости от угла наблюдения, расположения зеркально отражающих участков. I Блеск текстильных материалов может быть желательным или Нежелательным явлением в зависимости от назначения материала. Для увеличения блеска при изготовлении материала используют ролокна и нити с гладкой ровной поверхностью, переплетения с Длинными перекрытиями, применяют специальные виды отделки (мерсеризацию, каландрирование) в целях расположения боль­шинства волокон на поверхности в одной плоскости. Чтобы умень­шить блеск материала, необходимо создать условия для увеличе­ния рассеивания светового потока. Для этого, например, при фор­мовании химических волокон в их структуру вводят частицы диок­сида титана, которые увеличивают диффузионное рассеивание све­тового потока. Использование переплетений с частым изгибом нитей, применение операций начесывания и валки способствуют Созданию шероховатости поверхности материала, пространствен­ному расположению волокон, что приводит к многократному от­ражению светового потока, увеличению его рассеивания. [ При утюжильной обработке и прессовании деталей одежды на Отдельных их участках появляется повышенный блеск (ласы), что рсудшает внешний вид изделия. Причиной появления лас является неравномерность распределения давления прессования по поверх­ности детали из-за наличия на ней утолщенных участков (у швов, вытачек, карманов и др.). В результате значительного давления волок­на на этих участках располагаются преимущественно в одной плос­кости, нити сплющиваются, появляются плоские участки с силь­ным зеркальным отражением. При совместном действии влаги, Оплоты и давления эти изменения поверхности материала могут Быть достаточно устойчивыми. Для устранения появившихся лас Изделие обрабатывают острым паром при одновременном воздей­ствии щеток (отпаривание).

Местный блеск (лоск) появляется на участках материала, под­вергающихся в процессе эксплуатации изделия сильному совмест­ному действию давления и трения. Появление лоска связано со сплющиванием нитей, с разрушением в результате изнашивания выступающих на поверхности волокон, в результате чего образу­ются участки с повышенным зеркальным отражением световою потока.

Блеск текстильных материалов оценивается сравнением отра­жающих способностей поверхностей образца и эталона (напри­мер, стеклянной пластины) или сопоставлением показателей от­ражения светового потока поверхностью данного материала, оп­ределенных при разных углах наклона:

Где ф - число блеска; а{, а2 - количество отраженного света, падающего на поверхность под углом соответственно 22,5 и 0°.

Установлено соотношение между числом блеска и ощущением блеска человеком:

Число блеска <р Ощущение поверхности

0,5- 1 ..................................... Глубокоматовая

1 -2....................................... Матовая

3 - 4....................................... Полуматовая

4 - 8....................................... Блестящая

8-16....................................... Высокоблестящая

Прозрачность. Она связана с ощущением проходящего через ма­териал потока излучений и дает представление о толщине материала. При рассмотрении материала со стороны выхода светового потока в поле зрения наблюдателя попадает поток, состоящий из потока, диффузионно-рассеянного вниз, потока направленного пропус­кания и потока, проходящего между волокнами. Таким образом, прозрачность материала определяется как прозрачностью волокон, так и плотностью их расположения в структуре материала. Поток, проходящий между волокнами, в зависимости от плотности мате­риала многократно рассеивается, отражаясь от поверхности воло­кон. В материалах редкой структуры, например ажурных перепле­тений, в которых имеются крупные сквозные поры, часть светово­го потока может проходить, не изменяя своего направления. Ко­эффициент т пропускания светового потока материалом зависит от поглощательной и отражательной способностей волокон, тол­щины нитей, вида переплетения и толщины самого материала (с увеличением толщины материала коэффициент стремится к нулю)- Прозрачность материала можно ощущать и со стороны падаю­щего потока света, когда световой поток проходит через материал дважды, отражаясь от поверхности, на которой расположен мате­риал. При этом в определенной мере воспринимаются оптические свойства материала и расположенной под ним поверхности.

Текстильные материалы в процессе их производства, а также изготовления и эксплуатации швейных изделий постоянно сопри­касаются с поверхностями однородных и неоднородных тел, В ре­зультате возникновения и нарушения контакта на соприкасающихся поверхностях образуются заряды статического электричества, про­исходит электризация материалов. Способность материалов в оп­ределенных условиях накапливать на поверхности статическое элек­тричество называют электризуемостью.

При соприкосновении (трении) текстильных материалов на их поверхности протекает одновременно два процесса: процесс гене­рации (возбуждения, возникновения) зарядов статического элек­тричества определенной полярности и процесс диссипации (рас­сеивания) зарядов. Электризация тел обнаруживается, когда рав­новесие между этими процессами нарушается.

В настоящее время законченной теории, объясняющей элект­ризацию тел, пока нет. Наибольшее распространение получила теория, рассматривающая электризацию как результат перехода носителей зарядов (электронов или ионов) с одной контактирую­щей поверхности на другую. При соприкосновении диэлектрика, в частности текстильного волокна, с металлом с поверхности пос­леднего сходят электроны, имеющие определенный уровень энер­гии, и «прилипают» к поверхности диэлектрика, сообщая ему от­рицательный заряд. Однако на практике волокна при соприкосно­вении с металлами могут заряжаться как отрицательно (напри­мер, поливинилхлоридные волокна, нитрошелк, фторлон), так и положительно (капроновые, лавсановые, вискозные, природные волокна). Электризацию диэлектрика положительными зарядами в этом случае объясняют присутствием на его поверхности электро­нов, способных при определенных условиях, покидая диэлектрик, оставлять «дырки», которые можно рассматривать как положитель­ные заряды. В результате отрицательные электроны и положитель­ные «дырки» образуют между контактирующими поверхностями Двойной электрический слой.

Ряд исследователей считает, что причина электризации ди­электриков - ориентация полярных молекул, расположенных на поверхности. Текстильные волокна являются полимерными ди­электриками, макромолекулы которых имеют полярные группы |й, следовательно, постоянные дипольные моменты. На поверхно­сти тел равновесие зарядов нарушено, и поэтому существует оп­ределенный поверхностный потенциал, величина которого зави­сит от поляризации молекул, характера их расположения в поверх­ностном слое и его плотности. При соприкосновении двух поверх­ностей возникает электрическое поле, под действием которого про­исходит ориентация диполей, в результате чего между контакти­рующими поверхностями возникает двойной электрическим слои При нарушении контакта поверхностей двойное электрическое поле разъединяется и каждая из контактирующих поверхностей оказы­вается заряженной электричеством противоположного знака.

Электризация материалов представляет собой поверхностны и эффект, возникающий в результате нарушения контакта между двумя поверхностями. При трении электризация повышается вслед­ствие того, что само трение - это ряд последовательных возник­новений и нарушений контактов трущихся поверхностей. Повы­шение поляризации и диполяризации молекул при трении связа­но с тем, что выделяющаяся теплота способствует большей под­вижности диполей и их более легкой ориентации.

Механизм электризации осложняется такими факторами, как электрохимическое сродство, наличие посторонних адсорбирован­ных веществ на поверхности тел, общее состояние поверхностей, приходящих в соприкосновение, состояние внешней среды.

Электризуемость текстильных материалов оценивается величи­ной заряда, т. е. его плотностью а, Кл/см2, и полярностью заряда (его знак бывает положительным и отрицательным). Так как элек­тризуемость материалов тесно связана с рассеиванием зарядов ста­тического электричества, то одной из основных характеристик электризуемое™ является удельное электрическое сопротивление р, Ом м.

В связи с тем что в настоящее время нет методики раздельного определения объемного и удельного поверхностного электричес­кого сопротивления для текстильных материалов, практически из­меряют суммарное удельное сопротивление. Подобной стандарт­ной характеристикой для тканей и трикотажных полотен служит Удельное поверхностное электрическое сопротивление р5. Под поверх­ностью в этой характеристике понимается поверхность сопри­косновения материала с электродами определенного размера при заданной нагрузке. Следует отметить, что удельное поверхност­ное сопротивление в значительной степени зависит от площади поверхности соприкосновения материала с электродами прибора: с увеличением этой площади удельное сопротивление уменьша­ется.

Знак электрического заряда, возникающего на соприкасающихся поверхностях, зависит от химического строения вещества.

Данные табл. 2.20 показывают, какую полярность приобретают материалы, указанные в головке таблицы, при трении их о мате­риалы, указанные в боковике. При трении однородных материалов возникающие заряды по величине очень малы, трудноуловимы, поэтому линию, обозначающую электризацию однородных мате­риалов, называют нейтральной. Она расположена по диагонали таблицы и служит как бы границей, разделяющей отрицательную и положительную полярности материалов при их электризации.

При трении текстильных материалов величины электрических зарядов резко возрастают в течение первых 10 с, затем увеличение зарядов замедляется, достигая насыщения, после чего наблюдает­ся даже некоторое снижение электризации. Поэтому величину за­ряда определяют обычно в момент насыщения, т. е. электризуе - мость оценивают по максимальной величине заряда.

Плотность электрического заряда, возникающего на поверхно­сти материала, и его удельное поверхностное электрическое со­противление зависят прежде всего от волокнистого состава мате­риала (табл. 2.21).

Наименьшей плотностью зарядов и наибольшей электропровод­ностью характеризуются хлопчатобумажные материалы, а также ма­териалы из гидратиеллюлозных волокон и нитей (вискозных и мед - ноаммиачных). Немного выше плотность возникающих зарядов и удельное поверхностное сопротивление у материалов из природ­ных белковых волокон (шерстяных, шелковых). Материалы из син­тетических волокон и нитей проявляют при трении наибольшую электризуемость. Ацетатные и триацетатные материалы занимают

Промежуточное положение. Смешивание натуральных и гидратцел - люлозных волокон и нитей с синтетическими и ацетилцеллюлоз - ными позволяет значительно снизить электризацию материалов.

Процесс рассеивания зарядов с поверхности наэлектризован­ных материалов зависит от электропроводности волокон, а также от наличия в воздухе заряженных частиц (электронов и ионов) и их подвижности. Текстильные волокна и нити обладают диэлект­рическими (электроизолирующими) свойствами, их собственная электропроводность невелика. Однако текстильные волокна и нити способны адсорбировать из окружающего воздуха влагу, в резуль­тате чего на их поверхности присутствует моно - или полимолеку­лярный слой влаги. Помимо этого на поверхности волокон и ни­тей имеются загрязнения в виде различных солей, играющих роль электролитов. Наличие влаги и электролитов создает условия для резкого увеличения электропроводности материалов, повышения скорости стекания зарядов.

По этой причине у синтетических текстильных материалов, ха­рактеризующихся сравнительно низким влагосодержанием, удель­ное поверхностное электрическое сопротивление возрастает не­значительно при уменьшении относительной влажности воздуха от 65 до 35 %. Однако у материалов из натуральных и гидратцеллга - лозных волокон удельное поверхностное сопротивление увеличи­вается почти на три порядка, при этом ощутимо не изменяется поверхностная плотность заряда.

Таким образом, электризуемость материалов связана не столь­ко с процессом генерации (электризации) зарядов, сколько с про­цессом их рассеивания. Например, из природных волокон наиболь­шей способностью к электризации обладает шерсть; электризация вискозных волокон выше, чем полиакрилонитрильных. В то же время электризуемость шерстяных, хлопковых, вискозных волокон, об­ладающих высокими гидрофильными свойствами, значительно ни­же, чем большинства гидрофобных искусственных и синтетичес­ких волокон.

Электризуемость текстильных материалов имеет суточные и се­зонные колебания, связанные с ионизацией атмосферы. Напри­мер, по некоторым данным летом электризуемость материалов выше, так как солнечная активность в этот период сильнее.

На показатель удельного поверхностного электрического сопро­тивления оказывает влияние характер поверхности материала. Ус­тановлено, что наибольшее поверхностное электрическое сопро­тивление имеют ткани полотняного переплетения, за ними следу­ют ткани атласного и саржевого переплетений.

В большинстве случаев электризуемость текстильных материа - Юв представляет собой отрицательное явление: она вызывает по­мехи в технологических процессах производства материалов и из­готовления из них швейных изделий. Электризуемость материалов в одежде при ее носке вызывает неприятные ощущения у челове­ка, прилипание изделия к телу, быстрое загрязнение в результат притяжения частиц пыли и т. д. Кроме того, электризуемость мате­риалов, особенно возникающая при трении их о кожу человека, оказывает биологические воздействия на организм человека. Одна­ко механизм этих воздействий еще до конца не выяснен. Известно, что, с одной стороны, положительное электрическое поле на по - верхности кожи человека вызывает ряд патологических реакций со стороны нервной, сердечно-сосудистой и других систем организ­ма; с другой стороны, поле статического электричества отрицатель­ной полярности оказывает благоприятное воздействие на организм. Считают, что предельно допустимой величиной удельного элект­рического сопротивления, при которой не возникает неудобств при эксплуатации одежды из текстильных материалов, является 10"- 1012 Ом м (ГОСТ 15968-87, ГОСТ Р 50720-94).

Важное значение имеет разработка способов снижения электри­зуемое™ материалов. Одним из таких способов, нашедших широкое применение, является обработка материалов антистатическими поверхностно-активными веществами (антистатиками). Антистати­ки, поглощая штагу или вступая с ней во взаимодействие, образу­ют на поверхности материала слой, способствующий рассеиванию зарядов и тем самым снижению электризуемое™ материала. Дру­гой эффективный способ снижения электризуемое™ текстильных материалов - поверхностная компенсация зарядов. При изготов­лении текстильных материалов компоненты волокнистого состава подбирают таким образом, чтобы при трении об определенный материал, в частности о кожу человека, на поверхности волокон образовывались заряды противоположных знаков, в результате чего происходила бы их взаимная нейтрализация. Суммарная величина электростатического заряда такого материала и его полярность за­висят от вида компонентов и их процентного соотношения; мож­но так подобрать волокнистый состав, чтобы суммарный заряд был равен нулю. Степень электризуемое™ можно также снизить, сме­шивая гидрофильные и гидрофобные волокна (см. табл. 2.21).

Показатели электризуемости текстильных материалов опреде­ляют на специальных установках, которые состоят из устройства для трения пробы материала о какую-либо поверхность и прибора для регистрации величины заряда, его полярности и удельного электрического сопротивления.

Наряду с задачей концентрации светового потока нередко возникает потребность распределения этого потока на большую площадь с целью создания равномерной и умеренной освещенности. Для этой цели обычно заставляют световой поток отражаться и рассеиваться соответствующими поверхностями. Однако надо считаться с тем, что при этом лишь часть светового потока отражается или пропускается телом, часть же неминуемо поглощается.

Тот факт, что мы видим тела, связан с тем, что они различным образом отражают, преломляют и поглощают падающий на них свет. Если некоторое тело отражает свет сильнее, чем окружающие его тела, то оно представляется нам светлым на темном фоне. Если же тело отражает меньше света, чем окружающие его тела, то оно будет казаться нам темным. Например, белая бумага отражает свет сильнее, чем серый картон, и кусочек картона на листе бумаги кажется нам темным. Этот же кусочек картона, если его положить на черный бархат (очень слабо отражающее тело), кажется нам светлым. Тело, отражающее свет так же, как и окружающий фон, сливается с этим фоном.

Прозрачные тела мы видим частично в отраженном, частично в прошедшем через них свете. Рассматривая, например, такой, казалось бы, простой предмет, как граненая стеклянная пробка от графина, мы имеем дело с рядом сложных явлений: свет частично отражается от граней пробки или рассеивается, если ее грани матированы; часть света проходит сквозь пробку, преломляясь на ее поверхности. Если вполне прозрачное тело погрузить в жидкость с тем же показателем преломления, как у данного тела, то оно станет невидимым, так как световые лучи пройдут через него, не изменяя ни своего направления, ни интенсивности.

Поглощение света ведет к потерям в световом потоке, энергия которого расходуется при этом главным образом на нагревание поглощающего тела. Как правило, стремятся избегать поглощения светового потока; иногда, впрочем, бывает необходимо обеспечить темный фон или устранить световые потоки нежелательного направления; при этом прибегают к сильно поглощающим покрытиям (например, чернение некоторых поверхностей внутри оптических приборов). Поглощение характеризуется коэффициентом поглощения , равным отношению светового потока поглощенного телом, к световому потоку , падающему на тело:

Отражение светового потока оценивается коэффициентом отражения , показывающим отношение отраженного потока к падающему , т. е.

Наконец, для характеристики пропускания света служит коэффициент пропускания , равный отношению пропущенного телом светового потока к падающему , т. е.

По закону сохранения энергии имеем

,

откуда на основании (76.1), (76.2) и (76.3) следует

Итак, сумма коэффициентов поглощения, отражения и пропускания равна единице. Коэффициенты зависят обычно от цвета (длины волны) света.

Как при отражении, так и при пропускании светового потока следует различать направленное и диффузное (рассеянное) отражение и пропускание.

При зеркальном отражении от плоской поверхности телесный угол светового потока не изменяется (рис. 162, а, в). При рассеянном отражении происходит увеличение телесного угла, в котором распространяется световой поток (рис. 162, 6, г). Увеличение может быть более или менее значительным в зависимости от свойств рассеивающей поверхности. Аналогично, направленное пропускание характеризуется сохранением телесного угла при прохождении потока сквозь тело, например прохождении света через плоскопараллельную пластинку (рис. 163, а). В противоположность этому диффузное пропускание сопровождается более или менее значительным увеличением телесного угла светового потока. Примером диффузно отражающей поверхности может служить матовая бумага; примером диффузно пропускающего материала - так называемые молочные стекла. Матовое стекло является одновременно и диффузным отражателем и диффузно пропускающей средой.

Рис. 162. Отражение светового потока от плоскостей поверхности: а) направленное отражение; диаграмма 6) не изменяется при изменении угла падения первичного пучка; в) направленное (зеркальное) отражение; параллельный пучок света, падающий на полированной металлическую поверхность, создает резко очерченный отраженный луч; г) диффузное отражение; при падении параллельного пучка световых лучей на белую бумагу свет отражается по всем направлениям.

Рис. 163. Пропускание света плоскопараллельной пластинкой: а) направленное пропускание; 6) диффузное пропускание. Диаграмма б) не меняется при изменении угла падения первичного пучка

Рассеивающие свойства поверхности характеризуются диаграммами, подобными изображенным на рис. 162, б и 163, б, где длины стрелок показывают, какая часть света рассеивается в том или ином направлении. Диффузно отражающие поверхности могут различаться также и по коэффициенту отражения, который для таких поверхностей обычно называют альбедо. Так, белая бумага для рисования имеет альбедо около . Очень высокое альбедо - около - имеют поверхности, покрытые окисью магния (белый порошок, получающийся при сжигании металлического магния). Наоборот, очень малым альбедо обладает черный бархат - от до . для всех цветов.