Расчет света для аквариума (немного математики) - Сторінка 7 - Аквафорум

Ye_Lviv · 27.04.2011, 21:52

Цитата:

Допис від Starcomputer

Где ошибка ?

Десь в коефіцієнтах таки є, але це можна не брати до уваги, загальна картина від того не повинна суттєво мінятися.
"Диаграмма показывает падение интенсивности освещения в зависимости от длины волны света. Красный свет уменьшается наполовину уже на глубине 30см...В отличие от этого, интенсивность голубого света падает всего лишь на 1% на глубине 1м.". (Aqua Journal On-Line, Oct.-2008, Light Transmissivity in Water - http://www.aquajournal.net/na/notes/002/index.html )" (Подобається і такий W/m2 підхід - http://www.calgaryaquariumsociety.co...d_Aquaria.html )

Цитата:

Допис від oltrew

Ye_Lviv, не стоит безоглядно верить авторитетам - у них тоже есть ошибки, тем более что амания - это совсем не ADA.

Таки вартує вірити бо аманівські вже композиційно сформовані акваріуми можуть освітлюватися по 4 години. Аманівські акваріуми живуть з варварським відношенням без підмін, добрив і т.д. до 1 року. Аманівські акваріуми ставлять кругом по цілому світу, вони реальні і стильні. Їх практичний досвіт перекреслює теоретичні стьоби (ошибки). Наприклад зразок АДА акви при 0.4 ВА/л світла 265 л (2x 54w T5) - http://3.bp.blogspot.com/_dLSVgS5AxB...ith1_5wgal.jpg
Оффтоп

Starcomputer · 27.04.2011, 15:07

Теперь вернемся к "ненужным" формулам Френеля.
1-я формула (закон Снелиуса) описывает преломление лучей света на разнице двух сред:
n1 * Sin(A1) = n2 * Sin(A2), где
n1 и n2 - показатели преломления воды и воздуха (1,33 и 1,00);
А1 и А2 - соответственно угол падения и преломления.
2-я формула определяет коэффициенты отражения (R) и прохождения (T) света через границу двух сред:
R = (Sin(A1-A2))^2 / (Sin(A1+A2))^2
T = 1 - R
Результаты вычислений с шагом 5 грд приведены в таблице и диаграмме.
Свет лампы может падать на воду под углом от 0 грд от нормали до какого-то конечного угла, зависящего от ширины аквариума и высоты лампы над водой, но при этом даже на всем диапазоне 0-90 грд средний к-т будет не менее 0,82. В калькуляторе для расчетов принят к-т вхождения равный 0,8.

Starcomputer · 27.04.2011, 17:08

Следующий коэффициент примененный в расчетах, это "угловой коэффициент".
Лампа без отражателя светит во все стооны, на 360 грд. Производители и указывают этот самый световой поток "во все стороны". Нам же нужно знать, какая его часть попадет в аквариум. Отражение света от крышки, если таковая и есть мы не учитываем.
Очевидно, что отношение светового потока, попавшего в аквариум и полного потока от лампы будет равно отношению угла освещения аквариума (Х) и полного круга 360 грд.
Х / 360 = La / L, где
Х - угол освещения поверхности воды;
L - полный световой поток лампы;
La - световой поток, попавший в аквариум.
Угол Х может быть расчитан исходя из свойств прямоугольного треугольника, по формуле:
X = 2 * Atan(BC / AB)
В нашем случае АВ - высота лампы над аквариумом, ВС - половина ширины аквариума.
Расчет углового коэффициента приведен в таблице.
................
Последний коэффициент это влияние отражателей. Чисто эмпирический коэффициент, т.к. рассчитать его весьма сложно.

oltrew · 28.04.2011, 08:54

Starcomputer глубина воды не указана ни в диаграмме, ни в описании рисунка. 40 см упоминается выше в тексте, но это уже догадки, ниже есть еще 30 см, причем 40 см упоминаются в очень сомнительной фразе: "Известно что уже на глубине 40см только 69% красной составляющей света доходит до дна", которая противоречит уже следующему абзацу: "красная составляющая уменьшается примерно на половину на глубине всего 30см". И кому это известно, откуда? Такие фразы в околонаучных статьях не допускаются.
Первоисточник рисунка мы, видимо, посмотреть не сможем - все ссылки недоступны.

Насчет "окрашенной гумусом в желтый или коричневый цвет". Пусть не пропустили, изначально написано было "замяли". Важно, что вывод автоматически применяется к аквариумной воде. У Кассельман в этом предложении, абзаце и ВО ВСЕЙ главе "Свет" нет ничего об аквариумной воде - а только о воде естественных биотопов тропиков и субтропиков с торфом, планктоном, водорослями, вымываемыми течением взвесями и о солнечном свете. Приложение выводов Кассельман к аквариумной воде - явная и очевидная подтасовка.
Помню, нырял в верховом озере в Витебской обл. - вода чистая, без мути, но черная, вытянутая рука еле видна.

Цитата:

За счет преломления свет проникает в воду под углом не более 48,5 грд от нормали, следовательно дальние углы от точки падения как раз НЕ будут освещены.

При чем здесь "точка падения"? Дальний от ИСТОЧНИКА СВЕТА. Надеюсь, схему рисовать не нужно?
Насчет формул Френеля - обсуждалось поглощение, в связи с чем и выразил недоумение, каким боком их к поглощению применить. Количественные показатели отражения/преломления для разных спектров найти не смог, но, думаю, разница там несущественная, не буду туда лезть, пока не докажете обратное.

Цитата:

Почему бы не померять самому ? Люксметр трудно найти (занять на пару часов) ?

Обсуждалась диаграмма "Проникновение света как функция времени после восхода". Предлагаете мне все перемерять? А аквариумный люксметр действительно не знаю, где достать, не встречал.

Цитата:

В посте 134 Вы привели таблицы, приведите пожалуйста формулы, по котором они расчитаны

Формула - закон Бугера, в ячейку Excel (формат - процентный) вставить: =B3*EXP(-D3*C3)/B3, где В3 - F0; C3 - L, м; D3 - k.поглощ. Получаем % прохождения, если добавить перед формулой 1- получим % поглощения. Еще на 4-й странице давал ссылку, по которой можно найти обновляемый екселевский файлик - там все формулы по этой теме забиты, ничего не нужно руками считать.
Коэффициенты поглощения для разных спектров (вторая табличка) взяты оттуда же.
В рунете почему-то транслируются только мифы о свете. Лучше погуглить в англоязычном что-то типа light absorption in aquarium water. Там тоже много мифов, нужно фильтровать. Вот, например, хорошая целая лекция про поглощение, диффузию, отражение с диаграммами. Еще здесь хороший форум, типа нашего, с плодотворным обсуждением световой темы, там joyban все разжевывает, конечно не без ошибок (imho - отражение неправильно посчитал).

Starcomputer, где Вы нашли такие коэффициенты поглощения? Почему они почти не отличаются для разных спектров?

Цитата:

Красный свет - 0,675;
Желтый - 0,625
Оранжевый - 0,575
Желтый - 0,525
Синий - 0,475
Фиолетовый - 0,425

На картинке тоже непонятно большие коэффициенты 0,5-1.

Где ошибка в Вашем калькуляторе - не вижу, и не повторю - не программист, но попробуйте забить 0,97 - вылазит ошибка.

Цитата:

средний к-т будет не менее 0,82. В калькуляторе для расчетов принят к-т вхождения равный 0,8

1. У Вас СРЕДНИЙ угол вхождения света в воду - 67 градусов! Я же считаю, что таких углов в аквариуме практически не бывает. А до 60 градусов альфа отражением света поверхностью можно пренебречь (с учетом усиливающего эффекта "фокусирования" света преломлением).
2. Еще важно - почему вы берете диапазон 0-90 градусов, если уже отсекли часть этого диапазона своим угловым коэффициентом? Даже без отражателей лишь незначительная часть света будет попадать на воду под углами больше 60 градусов (при стандартных ширинах).
3. Еще вижу ошибку - даже, если брать диапазон 0-90 градусов, то средний угол логично принять 45 градусов. Или у Вас свет, идущий вверх, тоже участвует во "вхождении"?

Да, тему хорошо бы почистить. Может про спектры сберегаек - в отдельную?

Starcomputer · 28.04.2011, 09:34

oltrew, я Вам предлагаю изложить СВОЮ методику расчетов. Только пожалуйста не на основе

Цитата:

Я же считаю

.
Доказывать свою правоту или НЕправоту я абсолютно НЕ собираюсь

Вы с чем то не согласны ?
Пожалуйста опровергните, а фразы типа "Где взяли ?", "Я считаю .....", "Логично принять ....." аргуменами в моем понимании не являются.
Для начала хотя бы докажите правильность своих утверждений:

Цитата:

1. У Вас СРЕДНИЙ угол вхождения света в воду - 67 градусов! Я же считаю, что таких углов в аквариуме практически не бывает. А до 60 градусов альфа отражением света поверхностью можно пренебречь (с учетом усиливающего эффекта "фокусирования" света преломлением).
2. Еще важно - почему вы берете диапазон 0-90 градусов, если уже отсекли часть этого диапазона своим угловым коэффициентом? Даже без отражателей лишь незначительная часть света будет попадать на воду под углами больше 60 градусов (при стандартных ширинах).
3. Еще вижу ошибку - даже, если брать диапазон 0-90 градусов, то средний угол логично принять 45 градусов. Или у Вас свет, идущий вверх, тоже участвует во "вхождении"?

С формулами, графиками и т.д.

oltrew · 28.04.2011, 12:49

Цитата:

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.

Starcomputer · 28.04.2011, 13:46

Цитата:

Допис від 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.

Цитата:

Допис від Starcomputer

Поглощение света в дистилированной воде

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

Цитата:

Допис від oltrew

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

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

Цитата:

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 · 28.04.2011, 13:09

Starcomputer

Цитата:

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"

oltrew · 28.04.2011, 19:43

Цитата:

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.

Цитата:

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.

Цитата:

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 · 30.04.2011, 03:37

, 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 · 01.05.2011, 07:22

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

Цитата:

(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

Цитата:

Допис від 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.

Цитата:

Допис від 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:

Ye_Lviv · 05.05.2011, 04:48

Цитата:

Допис від 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

Starcomputer · 09.05.2011, 07:26

Цитата:

Допис від 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.

Цитата:

Допис від 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.

oltrew · 09.05.2011, 15:36

Цитата:

Допис від Starcomputer

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

Читал прямо противоположное - что любая минерализация увеличивает поглощение. И что пресная вода при прочих равных (загрязненность, окрашенность и др.) поглощает меньше морской. А наименьшее поглощение - у двойного дистиллята. Мне это показалось само собой разумеющимся.
Тоже не помню где читал.

Цитата:

Допис від Starcomputer

света корралам нужно больше, а вот ламп ставят меньше по сравнению с травниками.

Возможно, это связано с тем, что в обычном аквариуме боковые и задняя стенки, а иногда частично и поверхность воды закрыты растениями, полноценно отражает свет лишь фронтальное стекло. А в морском все открыто и кораллов достигает гораздо больше света.

oltrew · 03.05.2011, 23:26

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).