電験三種 平成29年度(2017) 機械 問17(a) 過去問解説
(選択問題:問17または問18のどちらか1問を解く)
均等拡散面とみなせる半径 $0.3\,\mathrm{m}$ の円板光源がある。円板光源の厚さは無視できるものとし,円板光源の片面のみが発光する。円板光源中心における法線方向の光度 $I_0$ は $2\,000\,\mathrm{cd}$ であり,鉛直角 $\theta$ 方向の光度 $I_\theta$ は $I_\theta = I_0\cos\theta$ で与えられる。また,円板光源の全光束 $F$[lm]は $F = \pi I_0$ で与えられるものとする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。
(a) 図1に示すように,この円板光源を部屋の天井面に取り付け,床面を照らす方向で部屋の照明を行った。床面B点における水平面照度の値[lx]とB点から円板光源の中心を見たときの輝度の値[cd/m²]として,最も近い値の組合せを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし,この部屋にはこの円板光源以外に光源はなく,天井,床,壁など,周囲からの反射光の影響はないものとする。

- (1) 照度 64,輝度 5 000
- (2) 照度 64,輝度 7 080
- (3) 照度 90,輝度 1 060
- (4) 照度 90,輝度 1 770
- (5) 照度 255,輝度 7 080
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正解は(2)
使う公式
水平面照度 $E_{\mathrm{h}} = \dfrac{I_\theta}{r^2}\cos\theta$(E_h:水平面照度[lx]、I_θ:θ方向の光度[cd]、r:距離[m])
輝度 $L = \dfrac{I_\theta}{S\cos\theta}$(L:輝度[cd/m²]、S:光源の面積[m²](見かけの面積は Scosθ))
解説
【考え方】B点は、真下から2.8 m 横にずれています。高さも2.8 m なので、光は45°の方向から来ます。
■1 距離と光度
高さ 2.8 m と横のずれ 2.8 m が、直角三角形の直角をはさむ2辺です。
2辺が同じ長さなので θ = 45° で、距離 r は $2.8\sqrt{2}$ です。
$r^2 = 2.8^2 \times 2 = 15.68$
$I_{45^\circ} = 2\,000 \times \cos 45^\circ \fallingdotseq 1\,414\,\mathrm{cd}$
■2 水平面照度
光は斜めに当たるので、床に垂直な分($\cos\theta$ 倍)だけを数えます。
$E_{\mathrm{h}} = \dfrac{1\,414}{15.68} \times \cos 45^\circ$
$\fallingdotseq 90.2 \times 0.707 \fallingdotseq 64\,\mathrm{lx}$
■3 輝度
輝度は、光度を「見かけの面積」でわります。斜めから見ると、円板は $\cos\theta$ 倍に小さく見えます。
$S = \pi \times 0.3^2 \fallingdotseq 0.2827\,\mathrm{m^2}$
$L = \dfrac{1\,414}{0.2827 \times 0.707} \fallingdotseq 7\,080\,\mathrm{cd/m^2}$
答えは(2)ピヨ。
高さ 2.8 m と横のずれ 2.8 m が、直角三角形の直角をはさむ2辺です。
2辺が同じ長さなので θ = 45° で、距離 r は $2.8\sqrt{2}$ です。
$r^2 = 2.8^2 \times 2 = 15.68$
$I_{45^\circ} = 2\,000 \times \cos 45^\circ \fallingdotseq 1\,414\,\mathrm{cd}$
■2 水平面照度
光は斜めに当たるので、床に垂直な分($\cos\theta$ 倍)だけを数えます。
$E_{\mathrm{h}} = \dfrac{1\,414}{15.68} \times \cos 45^\circ$
$\fallingdotseq 90.2 \times 0.707 \fallingdotseq 64\,\mathrm{lx}$
■3 輝度
輝度は、光度を「見かけの面積」でわります。斜めから見ると、円板は $\cos\theta$ 倍に小さく見えます。
$S = \pi \times 0.3^2 \fallingdotseq 0.2827\,\mathrm{m^2}$
$L = \dfrac{1\,414}{0.2827 \times 0.707} \fallingdotseq 7\,080\,\mathrm{cd/m^2}$
答えは(2)ピヨ。
出典:平成29年度(2017) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)機械 問17(a)