Расчет света для аквариума (немного математики) - Аквафорум

oltrew · 25.04.2011, 02:08

Тему следовало бы назвать "Самый сложный, запутанный и неправильный расчет света для аквариума (без математики!)"

На предыдущие вопросы по теме так и не получил ответов от Starcomputer. Продолжу еще задавать неудобные, зато распутывающие вопросы.

Цитата:

Допис від Starcomputer

Коэффициент ослабления света от глубины для аквариумов примерно равен:
0,3 м – 0,47-0,65 (0,56);
0,4 м – 0,37-0,55 (0,46); - 17,9%
0,5 м – 0,29-0,48 (0,39); - 15,2%
0,6 м – 0,22-0,40 (0,31); - 20,5%
0,7 м – 0,17-0,35 (0,26); - 16,1%
0,8 м – 0,14-0,30 (0,22). - 15,4%
(в скобках указаны средние значения).

1. Откуда такой провал в диапазоне 0,5-0,6 м? Там что, формируется особо плотный слой воды, поглощающий свет сильнее других слоев? Если это погрешность измерения, то с учетом усредненных значений - слишком большая (и порождающая недоверие к последующим данным и выводам).

2. Откуда взят такой огромный коэффициент поглощения света аквариумной водой? Причем все этому верят - за полтора года существования темы и калькулятора Starcomputer и за несколько лет жизни Миклухиной страницы никто в этом коэффициенте не усомнился. Вода, она ведь прозрачная! Неужели вы этого не видите?
А ведь его очень легко проверить простым наблюдением. При коэффициенте поглощения 2,5 по закону Бугера глубины 2 метра достигнет менее процента (0,67%) света. Нужно еще учесть, что на границе вода-стекло по нормали теряется 0,36%, на границе стекло-воздух - 4% = еще минус 4,36 процента, т.е. на глубине 2 м - практически полная тьма. Нам не обязательно нужна глубина - можно проверить и на горизонтальном слое воды. У кого есть доступ к аквариуму длиной 2 метра - почистите одно боковое стекло и посмотрите сбоку - у противоположной стенки ничего не должно быть видно. Так ли это? Я проверял в бассейне - при чистой воде видимость метров до 30. Вода в бассейне вполне сравнима с аквариумной - простая водопроводная, подкрашенная медным купоросом, хлоркой или более современными бирюзовыми антисептиками + кожа, волосы, сопли, слюни, пот, моча.

3. Откуда взят такой большой коэффициент старения, 1,2? Производители заявляют 3-7% через год или даже несколько лет. И лампы новые, а коэффициент уже считается - тоже как-то неубедительно.

Цитата:

Допис від Starcomputer

Коэффициент ослабления при входе равен 0,83. (Данные взяты с "УКроПа")

4. Откуда интересно появились эти 0,83 ослабления (17% отражения)? Может опять погрешности измерений? Из школьного курса физики известно, что отражение поверхностью воды в нормали - 0,02 (2%), под углом увеличивается очень медленно - 45 грд. - 5%, 60 грд. - 11%. Разумно было бы принять средний коэффициент отражения до 0,04 (4%). А проще отражением поверхностью воды пренебречь.

Угловой коэффициент.
5. Starcomputer, на каком основании вообще используются обычные углы? Свет в аквариуме распространяется по законам Пифагора? Он (свет) у вас с Миклухой плоский?
Угловой метод дает очень большую погрешность. Для точечного источника - раза в два, для линейных - десятки процентов. При бесконечной длине лампы погрешность стремится к нулю, при коротких длинах ламп погрешность увеличивается. Также зависит от расстояния до дна - чем больше расстояние, тем меньше погрешность, на расстояниях больше 60 см для стандартных ламп погрешность невелика - видимо лампа начинает "работать" как ламбертов источник (по закону Ламберта).

Цитата:

Допис від Starcomputer

Угловой коэффициент можно посчитать, зная угол от центра лампы к краям аквариума

6. Может правильнее все-таки не к углам аквариума, а к углам, образованными поверхностью воды и длинными стеклами?

7. Зачем в расчете вообще нужен угловой коэффициент Ку? Ведь постулируется, что весь свет, входящий в воду, остается внутри аквариума. который является световодом. Если предположить наличие отражателя или отражающей крышки (а разве бывает по-другому?), то весь свет там и окажется, кроме поглощенного отражателем. Куда ж ему еще деваться? Не проще ли, чтобы не задурять особо голову четырьмя коэффициентами ослабления, поглощения, старения и Ку, ввести единый поправочный коэффициент на единицу глубины аквариума? Итого, получите удобную (простую) формулу расчета силы света, практически без математики: желаемые люксы умножить на площадь дна и поправка коэффициентом (например, просто умножить на глубину в метрах) = требуемые люмены. Еще немного скорректировать коэффициентом отражателя (0,5-0,9) и всё. Как вам такая простота? По-моему, ничем не хуже всей этой псевдонаучной путаницы.

Starcomputer, ошибку в калькуляторе для значений глубины больше 97 см так и не подправил.

Starcomputer · 26.04.2011, 11:13

Цитата:

Допис від oltrew

Как вам такая простота?

Можно еще проще - ватт/литр

Цитата:

Допис від oltrew

При коэффициенте поглощения 2,5 по закону Бугера

Для какой длины волны ? Закон Бугера-Ламберта-Бера выведен для монохроматического источника.

Цитата:

Допис від oltrew

Я проверял в бассейне - при чистой воде видимость метров до 30

Проверяли "на глаз" или приборами ?
Не забывайте, что глаз человека "приноравливается" к освещенности сжимая или расширяя зрачек.
Вот данные о падении освещенности, которые получил Андрей (Кениец), меряя даже не в воде, а в воздухе:
http://www.aquaforum.ua/showthread.php?t=24684
Как видите к-ты довольно схожие.

oltrew · 26.04.2011, 15:47

Цитата:

Допис від Starcomputer

Можно еще проще - ватт/литр

Для какой длины волны ? Закон Бугера-Ламберта-Бера выведен для монохроматического источника.

Откуда мне знать длину волны? Это же Ваши данные - из Вашей таблички "Коэффициента ослабления", рассчитаной Миклухой по закону Бугера для коэффициента поглощения 1,5-2,5. Так что вопрос не по адресу. Возможно, это среднее значение для видимых спектров.
Еще перепроверю себя - возможно где-то ошибся в расчетах.

Не, ватт/литр неинтересно - совсем негде потеоретизировать.

Starcomputer · 26.04.2011, 17:04

Цитата:

Допис від oltrew

рассчитаной Миклухой по закону Бугера

Да не расчитывал их никто. Они вычислены эмпирическим путем.
Если уж на то пошло, то их можно попробовать рассчитать по формулам Френеля

oltrew · 27.04.2011, 00:42

Себя проверил, ошибок не нашел.

Цитата:

Допис від Starcomputer

Да не расчитывал их никто. Они вычислены эмпирическим путем.
Если уж на то пошло, то их можно попробовать рассчитать по формулам Френеля

По формулам Френеля рассчитать что? Поглощение?

Именно что рассчитаны. Сейчас проверил в Excel - совпадение с расчетными значениями для k 1,5 и 2,5 до процента. Такого совпадения в 12 точках разнородных процессов (расчетного поглощения и эмпирически измеренного ослабления при удалении) добиться невозможно.
Сравнение выглядит вот так:

Заодно выяснил почему провал на 0,6 м. Поглощение нельзя считать среднее простым способом - там же не линейная закономерность. Можно сравнить с расчетными значениями "пропускания" для k=2. И еще погрешности с округлениями.

Короче, если резюмировать. По поглощению Миклуха ошибся ровно в 10 раз. Ну с кем не бывает, просто ошибся, всего на порядок. Ошибку не заметил, но, чтобы исправить явный косяк - рассогласование с реальностью - пренебрег в расчете ослаблением света при удалении от источника и добавил всякие высоченные коэффициенты вхождения, старения, Ку. Никакого отношения к реальности такой расчет не имеет, совпадения с реальными измерениями могут быть только случайными.
Коэффициент поглощения света водой, усредняя спектры, для чистой аквариумной воды - 0,15, для старой желтой - 0,25. По спектрам картина такая:

Расследование в основном закончил.

Ye_Lviv · 27.04.2011, 03:41

Цитата:

Допис від oltrew

Коэффициент поглощения света водой, усредняя спектры, для чистой аквариумной воды - 0,15, для старой желтой - 0,25. По спектрам картина такая:

Ваш графік (рис 1) не грає з (рис 2) (взагалі не зрозуміло як ви його будете практично використовувати і куди його тулити а основне для чого) приведеним тут: http://amania.110mb.com/Chapters/Tech/light-par.html
"Фотосинтез водных растений насыщается всего при 15-50% полной интенсивности света Cолнца. Они также имеют низкую точку компенсации света (light compensation point - LCP). Это точка при которой темпы фотосинтеза становятся равными темпам дыхания растения и рост останавливается. Это позволяет растениям расти на глубинах где они получают только 1-4% от полного солнечного света - PAR 20-80µmol·m²·sec."
Не вдаваючись в деталі 50% це пр. 50000 Люкс (на екваторі 60000 Люкс) з інших джерел для певних рослин 30000 Люкс на поверхні вже наступає насичення фотосинтезу в воді. Згідно :http://www.plantphysiol.org/cgi/cont...tract/58/6/761 - (рис 3) останній малюнок, на глибені 30 см інтенсивність світла в два (2) рази меньша від того, що на поверхні, 60 см в (4) чотири і "торг здесь неумесный"

смотреть сюда http://www.aquaforum.ua/showpost.php...3&postcount=88