Расчет света для аквариума (немного математики)

[oltrew]

Доказывать свою правоту или НЕправоту я абсолютно НЕ собираюсь

Спокойно, это же теоретический спор. Потихоньку разбираемся в вопросе освещенности и ищем истину. Тема Ваша, калькулятор Ваш, методика Ваша (а за Миклуху кто ответит? ), на мои "неудобные" вопросы можно просто отвечать, объяснять, не обязательно доказывать. Многие Ваши коэффициенты и "закономерности" вызывают недоумение и непонимание - поэтому кому как не Вам их разъяснять?
Например, Вы так и не назвали источник коэффициентов поглощения для разных спектров. И почему они у Вас разные: в первом сообщении - по Миклухе - 1,5-2,5, а в табличке из калькулятора - 0,475-0,675? И почему в последнем варианте они почти одинаковые для разных спектров?
Я же привел уже три ссылки + одну повторную на три разных источника своих коэффициентов поглощения.
Фраза "Где взяли ?" - это не аргумент, это вопрос. А фраза "Логично принять" - это аргумент. Среднее арифметическое диапазона 0-90 = 45. Логично? Или это тоже нужно доказывать? Хотя, строго говоря, 45 - это неправильное среднее для света - почему - объяснено в вопросе 5 сообщения 89.

Насчет доказательств, формул и прочих сложностей. Я исхожу из предпосылки, что Вы вникали в эту тему и без дополнительных объяснений сможете понять и даже посчитать как из Ваших 82 градусов "вхождения" получаются 67 градусов альфа. Я вначале даже не понял, что за 82 и написал сообщение с вопросом, но потом подумал и пришел к выводу, что это коэффициент прохождения. Правильно догадался?
Еще, в этой теме очень не любят математику, поэтому, если возможно - лучше без нее.
Еще мне кажется, что давать подробные изложения законов Бугера, Френеля, Ламберта, Пифагора, Освещенности и др. нету большой необходимости - любой интересующийся может сам посмотреть в Википедии - там лучше изложено и с картинками. А если что-то все равно остается непонятно - можно и пообъяснять, поразбираться. А то мы скоро начнем таблицы умножения/деления в тему постить...

Добавлю еще самый первый (и самый неудобный) вопрос (считал, что он есть на 4-й странице, а его там нету): Как возможен расчет освещенности ВООБЩЕ без использования Законов освещенности? Ведь удаление от источника - это самый главный фактор уменьшения освещенности.

Starcomputer Прошу не обижаться на мои, возможно резкие вопросы. Не имею цели Вас унизить или оскорбить, я сам полный чайник и в физике и в математике - проходил их давно и мимо, да еще и в гуманитарном ВУЗе. Вместе продуктивно разберемся в этой теме и узнаем что-то новое. Я, например, вчера только обратил внимание на коэффициент диффузии - тоже строгая формула, похожа на Бугера, однако количественных коэффициентов так и не нашел.
Истина дороже, поэтому по моему (менее ошибочному) мнению, Ваша методика расчета основана сплошь на ошибках. Без обид.

[oltrew]

Starcomputer

Последний коэффициент это влияние отражателей. Чисто эмпирический коэффициент, т.к. рассчитать его весьма сложно.

Если производитель указывает, то можно использовать готовый. Но мало кто пользует покупные отражатели. И производители мутят с характеристиками. Я в эту тему тоже немного вникал, выделил 4 вида коэффициентов отражателя:
1. Чаще всего указывают коэффициент отражения материала, выдавая его за КО отражателя, например, 0,95 или в процентах 95%.
2. Иногда производители измеряют среднюю освещенность непосредственно на выходе отражателя или освещенность в сформированном отражателем вторичном фокусе, сравнивая ее с освещенностью совсем без отражателя - получаются очень большие значения - 450%, 500%.
3. Коэффициент вида 1,5 - 1,9 означает во сколько раз освещенность с отражателем больше освещенности без отражателя на расстоянии 1 м. Это корректный коэффициент при условии, что отражателем не создается фокус на расстоянии 1 м.
4. Наиболее корректный коэффициент отражателя - отношение выходящего из отражателя светового потока к полному световому потоку ламп(ы) в виде десятичной дроби (0,8) или в процентах (80%).
Ссылок и доказательств не дам - считайте, что это мои "размышления"

[Starcomputer]

Сообщение от oltrew

И почему они у Вас разные: в первом сообщении - по Миклухе - 1,5-2,5, а в табличке из калькулятора - 0,475-0,675?

1,5-2,5 это данные Миклухи для аквариумной воды.

Сообщение от Starcomputer

Поглощение света в дистилированной воде

0,475-0,675 - данные для дистилированной воды.
Это было указано в посте.

Сообщение от oltrew

Ведь удаление от источника - это самый главный фактор уменьшения освещенности.

На расстоянии 0,5 м ?
Формулу в студию !!!

Закон обратных квадратов может быть применён только для точечных источников света; наиболее распространённые в помещениях цилиндрические лампы дневного света не являются точечными источниками, и поэтому к ним нельзя применять закон обратных квадратов, в отличие от большинства других источников искусственного излучения.

[oltrew]

я Вам предлагаю изложить СВОЮ методику расчетов

Starcomputer в Нашей методике наметились два направления, все пока в процессе разработки, но результаты уже довольно вдохновляющие. Приводил ссылку в самом первом своем посте в эту тему на 4 стр. К сожалению, доступ в ту тему сделан через регистрацию, с чем честно пытался жестко спорить. Но главный мозг разработки живет именно там, на белорусском форуме. Екселевский файлик сырой, постоянно дорабатывается и перекладывается, а зарегиться в принципе недолго. Тем более, что не считаю его своим, это ткскзать продукт коллективного разума.

1,5-2,5 - это понятно, что Миклухины. Вопрос был - откуда он их взял? Сам придумал? Может есть какие-то версии?
0,475-0,675 - тоже понятно, что для дистиллированной. Вопрос был об источнике сомнительных данных.
Дело в том, что во многих местах, например, здесь или здесь и в какой-то статье Википедии было (немного поискал - не нашел) пишут, что 1 м дистиллированной воды поглощает 10 % световой энергии. Ну это вроде как общеизвестный факт, обычно коэффициент поглощения видимого света дистиллированной водой принимают очень приблизительно без градации по спектрам 0,1, что означает ослабление светового потока на глубине 0,1 м-1 в е раз.

На расстоянии 0,5 м ?
Закон обратных квадратов может быть применён только для точечных источников света;

А чем смущает расстояние 0,5 м? На близких расстояниях ослабление при удалении как раз наиболее заметно. А на расстоянии больше метра разницы в закономерности уменьшения освещенности между точечным источником и линейным средней длины (лампа 0,9 м) уже почти нет. Доказательства можно посмотреть в екслевском файлике, лист Пропорции и поглощение - там есть шаблоны для точечного и линейного источников.
Применимость закона обратных квадратов только для точечных источников не оправдывает пренебрежения в расчете самым весомым фактором - ослаблением при удалении.

Формулу в студию !!!

Формула для линейного источника занадта громоздкая, в екселевском файлике уже забита. Сейчас немного ее укорочу, оптимизирую для глазуального восприятия. И там уже будет немного математики (алгебры) - не распугать бы математикой редких в этой теме форумчан.

[oltrew]

, где
L - длина лампы, м
F - световой поток, лм
h - расстояние от лампы до поверхности воды, м
c - глубина воды, м
x - расстояние от центра, м
k - коэффициент поглощения света водой
Автор формулы Віталь. С вопросами, сомнениями, доказательствами в формуле - к нему.
В Excel арккотангенса не нашел, поэтому там заменил на арктангенс. Отражение стеклами и отражатель пока не учитываются - еще предстоит сделать.

Starcomputer, вопрос насчет 0,475-0,675 можно снять. Посмотрел на них пристальнее - как-то эти цифры поразительно похожи на длины волн соответствующих спектров в микронах. В табличке поглощения в посте №99 они даже раскрашены в нужные цвета. А если выглядит как генпрокурор и разговаривает как генпрокурор - так может это и есть длины волн в микронах? Как по-другому объяснить такое точное совпадение? Очевидно ошибка.

Насчет коэффициентов поглощения Миклухи. Подумал, что ошибка на порядок неспроста - может для простоты учета ослабления при удалени был применен закон Бугера вместо первого закона освещенности - закономерность тоже нелинейная. Но посчитал - нет, совсем не катит, закономерность даже для линейного источника совсем другая, разница в разы и резко увеличивается с глубиной. В общем, других версий кроме ошибки у меня также нет.
Один довод в оправдание - в исследованиях освещенности в природных водоемах не используют законы освещенности - солнце далеко.

Starcomputer, в сообщении 100 в третьей картинке оранжевый график очевидно "коэффициент прохождения", а не "поглощения".

[oltrew]

Благодаря тутошней дискуссии нашел у себя пару ошибок, существенных. Заменил упрощенный коэффициент поглощения, который давал ошибку при больших глубинах, на обычный закон Бугера. Файл выложил сюда, но обновлять ссылки буду только на akva.by.

Ye_Lviv

(перевод pereklad.online.ua) Обычно есть мелкие неточности на сайте, но им собрана вся необходимая литература в одно целое, проведена колоссальная работа анализ, единственное вам нужно научиться правильно анализировать тот бесплатный дар какой он вам представил а не искать грамматические ошибки или оценивать грамотность

Оффтоп

С уважением отношусь к amania.110mb.com и к работе Миклухи, но они не боги, не нужно делать из авторитетов иконы. Если вижу очевидное заблуждение или существенную ошибку, считаю своим долгом разобрать ее и исправить. А то так и будем ретранслировать в рунете мифы о свете и о том, что Солнце вращается вокруг Земли (с пониманием и сочувствием отношусь к людям, чье Знание базируется на Вере).
Насчет бесплатности - так я тоже расследую заблуждения лишь из увлеченности и пишу сюда совершенно бесплатно, а Вы - нет?
Грамматические ошибки в заголовке диаграммы я сам назвал несущественными - они свидетельствуют лишь об общей небрежности перевода и компиляции - почему вы оспариваете только их?

Сообщение от Ye_Lviv

(перевод) Где-то в коэффициентах ошибка таки есть, но это можно не принимать во внимание, общая картина от того не должна существенно меняться.

В том-то и дело, ошибок много и они гораздо существеннее безошибочных значений влияют на результат. Методики расчета света и калькуляторы Миклухи и Starcomputer основаны сплошь на ошибках и заблуждениях. Или Вы считаете, что, если ошибок много, то они будут взаимно друг друга компенсировать и вероятность попадания в правильный результат будет выше?

Еще один довод против Миклухиных коэффициентов поглощения вертится на языке. У него морская вода в десятки раз прозрачнее аквариумной. Выходит, в морских аквариумах вода тоже должна быть намного прозрачнее и света растениям (кораллам) нужно в десятки раз меньше?

Ye_Lviv, Первая ссылка (сообщение №102) http://www.aquajournal.net/na/notes/002/index.html - понятно, что диаграмма на амании скопирована оттуда, а вот откуда взялась статья по ссылке - неизвестно, автора нет, источник не указан, никаких доводов нет - только пустые цифры (без единиц измерения) и демонстрирующая их сомнительная диаграмма. Внизу странички вставлена картинка "Copyright Aqua Design Amano Co. Ltd. All Rights Reserved" - наверно для солидности - нигде на сайтах ADA не видел подобной диаграммы. Кто-нибудь может указать источник такой диаграммы на амановском ресурсе?
Кстати, возможно, именно отсюда Миклуха и взял свой коэффициент поглощения 2,5, однако, в диаграмме он лишь для красного спектра, а у Миклухи для всего света.
По-моему, это просто рисунок. Если бы что-то измеряли, то по определению были бы указаны единицы измерения.
Проверить выводы этого рисунка можно простым опытом. У кого есть аквариум длиной 1 м - почистите боковые стекла и разместите с одной стороны цветную мишень (что-нибудь красное), смотреть на нее с противоположной стороны аквариума. Слой воды 1 метр по "закономерности" этого рисунка поглотит весь! красный цвет (с учетом отражения от четырех границ раздела сред), т.е. красный должен стать черным. Я проверил на аквариуме 35 см - по "закономерности" рисунка, с учетом отражения от 4 границ раздела сред, должно пройти всего 33% красного света, т.е. красный должен выглядеть в 3 раза темнее. А на глаз разница в красном цвете в положении "за аквариумом" и "без аквариума" еле заметна. Своим глазам я доверяю больше, чем сомнительным картинкам из интернета.

Вторая ссылка противоречит Вашему же утверждению (насчет сильного поглощения).
"Эрик считает, что обычно используемое правило "ватт на единицу объема аквариума" также не применимо к аквариумам, созданным Амано. Вместо этого, он показывает, что аквариумы Амано лучше описывается параметр, который он называет "ватт на оценочная площадь поверхности"". В статье речь (косвенно) идет о пренебрежении высотой воды, и вместо используемых Амано Вт/м2 Эрик Олсон предлагает средний между Вт/л и Вт/м2 вариант. А вообще, ссылка не к месту - ведь мы не спорим о ваттах на литр.

Сообщение от Ye_Lviv

Кстати кода вы положите рефлектор на воду угол отражения возрастет см. рисунок (луч будет идти вскользь) и потери возрастут.

рисунок видимо взят отсюда. В этой части там нет ничего про рефлекторы, а график просто неправильно посчитан. Ошибки случаются. У Starcomputer, кстати, редкий случай - коэффициенты отражения посчитаны правильно. Правда, коэффициент прохождения называется "коэффициентом поглощения", но это на результат не влияет. Прикладываю сравнение неправильного и правильного графиков:

[oltrew]

Starcomputer, еще четвертый довод против Вашего к-та "вхождения" 80 (коэффициента прохождения).
4. Уже при углах альфа (падения на воду) больше 61,26 перестает работать эффект полного внутреннего отражения - свет уже будет проходить через боковое стекло. А для коэффициента прохождения 0,8 (80) угол падения света на воду альфа равен 69 градусам (см. в .xls файле предыдущего поста) - и здесь уже 68% света из стекла пройдет в воздух и лишь 32% первичного света попадет в воду (отразившись от внутренней поверхности стекла).

[Ye_Lviv]

Сообщение от oltrew

Прикладываю сравнение неправильного и правильного графиков

Питання на засипку:
1. для якої "групової" довжини хвилі правильний графік 2, часом не 589,29 nm?
2. для якої "групової" довжини хвилі правильний графік 1

[Скиталец]

Уважаемые участники слета "юных" научных сотрудников - теоретиков в области светотехники!
Меня интересует такой вопрос: каким образом Вы успеваете обслуживать Ваши аквариумные хозяйства (судя по профилю)?
Мне например, катастрофически нехватает свободного времени... (это при том, что я не участвую в научных симпозиумах) Поделитесь опытом пожалуйста!
А теперь серьёзно.
Как Вы думаете, сколько форумчан (не имеющих специального образования) смогут разобраться в Ваших выкладках?!
Как правило форум читают молодые , начинающие ребята, которые еще школу не успели закончить - а Вы им высшую математику расчёта освещения. А любителям поопытнее вся эта белиберда (извините , научные выкладки) даром не нужна.
У всех есть опыт , практика и качественные результаты применения осветительных приборов в своих аквариумах.
Разумеется - это моё субьективное мнение.

[Starcomputer]

И что ? Мы не можем это обсуждать ?

Сообщение от Скиталец

Как Вы думаете, сколько форумчан (не имеющих специального образования) смогут разобраться в Ваших выкладках?!

Любой, кто захочет. Я тоже не физик по образованию, а школу уже 30 лет как закончил.

Сообщение от Скиталец

Как правило форум читают молодые , начинающие ребята, которые еще школу не успели закончить - а Вы им высшую математику расчёта освещения.

И что в этом плохого ?

Сообщение от Скиталец

А любителям поопытнее вся эта белиберда (извините , научные выкладки) даром не нужна.

Так никто ж читать не заставляет

Сообщение от Скиталец

У всех есть опыт , практика и качественные результаты применения осветительных приборов в своих аквариумах.

Дык и у новичков этот опыт появится через набивание собственных шишек.

[oltrew]

Скиталец, ну вот - опять, только что модератор ветку почистил от флуда. Математикофобия - все в школе учились, законы отражения/преломления проходили, тригонометрию тоже - что там такого страшного?

Сообщение от Ye_Lviv

Питання на засипку: для якої довжини хвилі правильний графік?

Оба графика для показателя преломления 1,33. Для разных длин волн количественных показателей преломления подробно не нашел, но, судя по всему, расхождения для видимого света в пределах одной сотой - следовательно на график они никак не повлияют - будет незаметно. Даже для красного спектра в учебниках показатель преломления всегда - 1,33, для фиолетового иногда принимают 1,34. Для того, чтобы увидеть такое назначительное отличие, нужна усиливающая призма, дважды разлагающая свет на спектры. Однократное разложение при преломлении незначительно и учитывать его в расчетах отражения/прохождения не стоит. При замене 1,33 на 1,34 при 60 градусах альфа коэффициент отражения (и прохождения) изменится на 0,004.

Коэффициенты преломления для разных длин волн нашел в книжке Кей Дж., Леби Т. "Таблицы физических и химических постоянных":

[Ye_Lviv]

Сообщение от oltrew

Прикладываю сравнение неправильного и правильного графиков:

Собака зарита в поляризації, згідно рівнянь Fresnel графік виглядає все ж правильно рис1, рис2 відбивання від довжини хвилі і рис3 абсорбція-заломлення від довжини хвилі для тих хто любить ускладнювати розрахунки:

[oltrew]

Ye_Lviv, да, ошибка у меня - я почему-то считал только S-поляризацию.
Благодарю за внимательность. Редкий случай. Обычно никто не хочет вникать в формулы и разбираться, искать ошибки - а ведь они должны быть. До сих пор на трех форумах не было никакой критики выложенного екселевского расчета, все ошибки находил сам. Приятно, когда кто-то еще участвует.
У Starcomputer, выходит, отражение тоже посчитано неправильно.
Разница в принципе небольшая, существенно на результаты не влияет, даже, если считать с P-поляризацией - отражение поверхностью получается еще меньше - и еще меньше влияет на результат. На углы ошибка тоже никак не влияет - только на % отраженного света, так что все выводы по углам правильные.

[Starcomputer]

Сообщение от oltrew

У него морская вода в десятки раз прозрачнее аквариумной.

Так и есть. При минерализации воды ее прозрачность увеличивается. Не помню уж где я это вычитал, но это так.

Сообщение от oltrew

Выходит, в морских аквариумах вода тоже должна быть намного прозрачнее и света растениям (кораллам) нужно в десятки раз меньше?

По сравнению с чем ? Вопрос некорректен. Ну а если отвечать без цифр, то света корралам нужно больше, а вот ламп ставят меньше по сравнению с травниками.

[Starcomputer]

oltrew, пора от теории переходить к реальным алгоритмам расчетов
Обязуюсь переделать калькулятор и выложить новую версию.