Расчет света для аквариума (немного математики)

[oltrew]

В развитие темы уплотнения светового потока водой сравнил освещенность аквариума без воды и с водой. Рассчитать куб или прямоугольник знаний не хватает, пока только для цилиндра пропорциями как на картинке - квадратный цилиндр
С водой, если не учитывать отражение, поглощение и рассеяние водой, весь свет 120-градусного светодиода попадает на дно цилиндра.
Без воды - только 0,499 стерадиан.
Пи/0,499 ср = 6,28969 раз.
Освещенность дна в равностороннем цилиндре с водой больше такого же без воды в 6 раз!
С ростом высоты цилиндра эта разница будет почти пропорционально высоте возрастать.

Численный результат неожиданный - света в аквариуме под водой в РАЗЫ больше, чем без воды. Аквариум работает как фокусирующая линза, собирая более слабый (на воздухе) свет и уплотняя световой поток. Также он работает как световод, не выпуская наружу свет, идущий сверху. Выпускает только рассеянный растениями и грунтом.
Аквариум с водой сам является мощным световым "пробивателем", усилителем, концентратором.

[bomberman]

Допис від oltrew

В развитие темы уплотнения светового потока водой сравнил освещенность аквариума без воды и с водой. Рассчитать куб или прямоугольник знаний не хватает, пока только для цилиндра пропорциями как на картинке - квадратный цилиндр
С водой, если не учитывать отражение, поглощение и рассеяние водой, весь свет 120-градусного светодиода попадает на дно цилиндра.
Без воды - только 0,499 стерадиан.
Пи/0,499 ср = 6,28969 раз.
Освещенность дна в равностороннем цилиндре с водой больше такого же без воды в 6 раз!
С ростом высоты цилиндра эта разница будет почти пропорционально высоте возрастать.

Численный результат неожиданный - света в аквариуме под водой в РАЗЫ больше, чем без воды. Аквариум работает как фокусирующая линза, собирая более слабый (на воздухе) свет и уплотняя световой поток. Также он работает как световод, не выпуская наружу свет, идущий сверху. Выпускает только рассеянный растениями и грунтом.
Аквариум с водой сам является мощным световым "пробивателем", усилителем, концентратором.

Хочу развенчать эту теорию. Прямоугольный аквариум с водой 800*500*400, на высоте 520мм от дна висит светодиодный светильник - освещенность в геометрическим центре на дне - 4500Люкс. Освещенность от того же светильника на том же расстоянии (без аквариумов и других стенок - воздух) 15000Люкс.

Усилитель, пробиватель, концентратор отменяется :-)

Хотя надо отметить тот факт, что стенки аквариума работают как дополнительные отражатели и не выпускают свет идущий под определенными углами. Но затухание света в воде все нивелирует :-)

[oltrew]

bomberman, я сам развенчаться буду рад. Но надо делать это поосновательнее, чтобы исключить ошибку или неправильную трактовку результата или наложение нескольких факторов: описание условий эксперимента, теория (гипотеза) обязательно!, цель, задача (одна), перечисление приборов или что используется, (надеюсь не фотоаппарат?), фото, численные данные пошагово - вдруг там какие нюансы вылезут неучтенные, меняющие освещенность в разы. Затем объяснение полученных результатов.
А так - две голые цифры и всё! Это против схем, простых формул и расчетов? Простите, но НЕ ВЕРЮ.
У Вас 40 см воды уменьшили световой поток более чем в 3 раза. Невероятный результат! Вы на пороге великого открытия.
Кстати, по центру эффекта фокусирования нет. Сжатие светового потока нелинейно. По нормали нулевое. На больших угла альфа (по краям) максимальное.

[oltrew]

Так и не дозрел до покупки хорошего люксметра, но все-таки решил проверить теорию хоть какими-то измерениями. Валялся неточный садовый люксметр "3 в 1" - им и замерял. Точность не очень важна, важно увидеть, есть ли предсказанный эффект светоусиления.
Описание. Стеклянный стакан 7х25 см, лампа накаливания 100 Вт, расстояние от спирали лампы до датчика люксметра, расположенного под стаканом - 27 см. Стакан накрыт стеклом, на нем лежит лампа.
Замеры. Без воды: 1) люксметр ближе к краю стакана - 500 Lx; 2) по центру - 800 Lx.
С аквариумной водой: (столб 24 см), 1) с краю 800 Lx; 2) по центру уверенно зашкаливает - более 2000 Lx.
Вывод - эффект светоуплотнения есть, в разы.
Конкретная геометрия сложная, по центру формируется фокус, а с краев прирост небольшой. Стакан закрыт стеклом и дно стакана не совсем чисто-прозрачное. Но, главное, что эффект есть.

Кому не лень, есть желание и возможность, попробуйте более точным прибором.

[bomberman]

Созреете до нормального люксметра, до нормальной банки с водой (шириной и высотой в пару десятков сантиметров минимум) и грунтом, а не стаканом с кривым дном в форме линзы и развенчаетесь самостоятельно :-)

[oltrew]

Допис від bomberman

Созреете до нормального люксметра, до нормальной банки с водой (шириной и высотой в пару десятков сантиметров минимум) и грунтом, а не стаканом с кривым дном в форме линзы и развенчаетесь самостоятельно :-)

Ну вот, не прошло и три года - дошли руки замерить и пустой аквариум вовремя образовался.
Не поленился, замерил люксметром среднюю освещенность без воды и с водой.
Аквариум 50х30х35(В), глубина воды 34 см, лампа накаливания 100 Вт (спираль) на высоте 8 см от поверхности воды, вокруг темно.
Люксметр сдвигал так, чтобы максимально плотно заполнить датчиком всю площадь, по 26 измерений.
Средняя освещенность без воды - 520 лк, с водой - 1601 лк. Разница в 3 раза.
В кубике была бы еще больше, ведь в параллелепипеде одна стенка получается фактически открыта.
Фотки процесса:
Скрытый текст

[Ye_Lviv]

Допис від oltrew

Средняя освещенность без воды - 520 лк, с водой - 1601 лк. Разница в 3 раза.

Виходить парадокс. Всі кругом пишуть, що вода поглинає світло а в вас навпаки.
Он тут наприклад:

Допис від Starcomputer

Допустим мы хоти получить среднюю освещенность 1000 Lx. Тогда освещенность на поверхности воды, учитывая потери потока при входе в воду и ослабление светового потока от глубины, должна быть равна:
Еп = Ед / (Ко * Кв), где
Ед – освещенность на дне аквариума, Lx;
Ко – коэффициент ослабления света в зависимости от глубины;
Кв – коэффициент ослабления света при входе в воду.

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);
0,5 м – 0,29-0,48 (0,39);
0,6 м – 0,22-0,40 (0,31);
0,7 м – 0,17-0,35 (0,26);
0,8 м – 0,14-0,30 (0,22).

Виходить що ті всі коефіцієнти загасання від глибини то є лихоманка сизої кобили
П.С. світло у воді дійсно так сильно не загасає і для глибин акваріума практично жодного загасання вода не створить, для червоного проявиться десь на глибинах більше 5 метрів! (хіба коли вода буде сильно мутна то проявиться).
Тому вся та хімія розрахунків з впливом глибини води то чиста фікція, а загасання є наслідком відблискувачів, непаралельності променів світла, кутом розходження світла в сторони з джерела світла, кутом виходу з лінзи. Паралельний пучок світла загасати не буде для акваріумних глибин взагалі, от тільки створити паралельний пучок є практично неможливо.
"Ко – коэффициент ослабления света в зависимости от глубины" є фактично параметр котрий залежить лише від відблискувача чи лінзи для діодів але не від поглинання водою світла. Тож наведені формули працюють для середньостатистичних світильників і біди в них нема, лише збивають з толку людей заставляючи їх думати, що вода так сильно поглинає світло, що воно не доходить до дна акваріума.
Тож кількість світла на дні то є гра з оптикою світильників на заданій відстані (глибині).