Световой поток - что это такое и как его измеряют: формула силы света и единицы измерения, насколько сильной и яркой должна быть лампа > Свет и светильники - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Световой поток используется для определения освещенности на квадратный метр.

Содержание

Световой поток – что это такое и как его измеряют: формула и единицы измерения силы света, насколько большой или яркой должна быть лампа

Световой поток – это качество излучаемого света, измеряемое в люменах.

Он используется для определения освещенности на квадратный метр.

Проще говоря, световой поток – это количество света, излучаемого светильником или одной лампочкой.

Он влияет на зрение, поэтому его параметры регулируются законом.

При отсутствии измерительных приборов значения рассчитываются по формулам.

Световой поток – это физическая величина, которая описывает “количество” световой энергии в соответствующем световом потоке. Другими словами “световой поток представляет собой величину, пропорциональную световому потоку, оцененному по относительной спектральной чувствительности среднего человеческого глаза» [1] .

Содержание

Чтобы определить световой поток, сначала умножьте спектральную плотность мощности облучения на значение относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения V_λи затем умножить в видимом диапазоне длин волн (т.е. от 380 до 780 нм). Полученный результат (Φ_eизмеряемая в Вт) должна быть умножена на фотометрический эквивалент излучения (K_mконстанта=683 лм/Вт)) [2] .

nm> ™Phi_.V_lambda ™, ™mathrm™ламбда”. width=”” height=”” />

Например: если источник света излучает свет 1200 кд в направлении, перпендикулярном поверхности, на расстоянии 3 метров от этой поверхности, освещенность (Er) в точке, где свет достигает поверхности, составит 1200/32 = 133 люкс. Если поверхность находится на расстоянии 6 м от источника света, освещенность составит 1200/62= 33 лк. Это соотношение называется “законом обратного квадрата”.

Световые величины: световой поток, сила света, освещенность, яркость, освещенность

Световой поток – это мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею световому ощущению. Лучистая энергия определяется количеством квантов, испускаемых излучателем в пространство. Лучистая энергия (энергия излучения) измеряется в джоулях. Количество энергии, излучаемой в единицу времени, называется лучистым потоком или потоком излучения. Лучистый поток измеряется в ваттах. Световой поток обозначается как Fe.

Где: Qe – энергия излучения.

Лучистый поток характеризуется распределением энергии во времени и пространстве.

В большинстве случаев, когда говорят о распределении потока излучения во времени, квантовую природу излучения не учитывают, а понимают его как функцию, дающую изменение во времени мгновенных значений потока излучения F(t). Это допустимо, поскольку число фотонов, испускаемых источником в единицу времени, очень велико.

Существует три класса источников, основанных на спектральном распределении потока излучения: линейный, полосовой и непрерывный спектр. Поток излучения источника с линейчатым спектром состоит из монохроматических потоков отдельных линий:

где: Fλ – поток монохроматического излучения; Fe – поток излучения.

В случае источников с полосатым спектром излучение происходит в довольно широких участках спектра – полосах, разделенных темными промежутками. Для характеристики спектрального распределения потока излучения со сплошным и полосатым спектрами используется величина, называемая спектральной плотностью потока излучения

где: λ – длина волны.

Спектральная плотность потока является характеристикой распределения потока вдоль спектра и равна отношению элементарного потока ΔFeλ, соответствующего бесконечно малому срезу, к ширине этого среза:

Спектральная плотность лучистого потока измеряется в ваттах на нанометр.

В светотехнике, где человеческий глаз является основным рецептором излучения, понятие светового потока вводится для оценки эффективного действия потока излучения. Световой поток – это лучистый поток, оцениваемый по его действию на глаз, относительная спектральная чувствительность которого определяется усредненной кривой спектральной эффективности, утвержденной МКО.

Следующее определение светового потока также используется в светотехнике: Световой поток – это мощность световой энергии. Единицей измерения светового потока является люмен (лм). 1 лм соответствует световому потоку, излучаемому в одном телесном угле изотропным точечным источником с силой света 1 кандела.

Таблица 1: Типичные световые потоки источников света:

Типы ламп	Электрическая мощность, Вт	Световой поток, лм	Световая отдача лм/Вт
Лампа накаливания	100W	1360 лм	13,6 лм/Вт
Люминесцентная лампа	58W	5400 лм	93 лм/Вт
Натриевая лампа высокого давления	100W	10000 лм	100 лм/Вт
Натриевая лампа низкого давления	180W	33000 лм	183 лм/Вт
Ртутная паровая лампа высокого давления	1000W	58000 лм	58 лм/Вт
Металлогалогенная лампа	2000W	1900000 лм	95 лм/Вт

Таблица 2: Световые характеристики выбранных материалов и поверхностей

Материалы или поверхности	Коэффициенты			Отражение и пропускание
Материалы или поверхности	отражательная способность ρ	коэффициент пропускания α	коэффициент пропускания τ	Отражение и пропускание
Мел	0,85	0,15	–	Диффузионный
Силикатная эмаль	0,8	0,2	–	Диффузионный
Алюминиевое зеркало	0,85	0,15	–	Направление
Зеркальное стекло	0,8	0,2	–	Направление
Матовое стекло	0,1	0,5	0,4	Направленный и рассеянный
Молочное органическое стекло	0,22	0,15	0,63	Направленно рассеянные
Опалесцирующее силикатное стекло	0,3	0,1	0,6	Диффузионный
Молочное силикатное стекло	0,45	0,15	0,4	Диффузный

Распределение излучения реального источника в окружающем пространстве не является равномерным. Поэтому световой поток не будет исчерпывающей характеристикой источника, если одновременно не будет определено распределение излучения в различных направлениях окружающего пространства.

Для описания распределения светового потока используется понятие пространственной плотности светового потока в различных направлениях окружающего пространства. Пространственная плотность светового потока, определяемая отношением светового потока к телесному углу с вершиной в точке источника, где поток распределен равномерно, называется интенсивностью свечения:

Где: F – световой поток; ω – телесный угол.

Единицей измерения силы света является кандела. 1 cd.

Это интенсивность света, испускаемого в перпендикулярном направлении элементом поверхности черного тела с площадью поверхности 1:600000 м2 при температуре замерзания платины.
Единица силы света, кандела, кд, является одной из основных единиц системы СИ и соответствует световому потоку в 1 лм, равномерно распределенному в телесном угле в 1 стерадиан (см.). Телесный угол – это часть пространства, заключенная в коническую поверхность. Мерой телесного угла ω является отношение площади, вырезанной им из сферы любого радиуса, к квадрату последнего.

Освещенность – это количество света или светового потока, падающего на единицу площади поверхности. Он обозначается символом E и измеряется в люксах (lx).

Единица освещенности люкс, лк измеряется в люменах на квадратный метр (лм/м2).

Освещенность можно определить как плотность светового потока на освещаемой поверхности:

Освещенность не зависит от направления распространения светового потока на поверхности.

Вот некоторые распространенные показатели освещенности:

Лето, дневное время при безоблачном небе – 100 000 люкс

Уличное освещение – 5-30 люкс

Полнолуние в ясную ночь – 0,25 люкс 4.

Отношение силы света (I) к освещенности (E).

Закон обратного квадрата

Яркость в точке на поверхности, перпендикулярной направлению распространения света, определяется как отношение освещенности к квадрату расстояния от этой точки до источника света. Если принять это расстояние за d, то соотношение можно выразить следующей формулой:

Например: если источник света излучает свет 1200 кд в направлении, перпендикулярном поверхности, на расстоянии 3 м от этой поверхности, освещенность (Ер) в точке, где свет достигает поверхности, составит 1200/32 = 133 лк. Если поверхность находится на расстоянии 6 м от источника света, освещенность составит 1200/62= 33 лк. Это соотношение называется “законом обратного квадрата”.

Освещенность в данной точке на поверхности, не перпендикулярной направлению распространения света, равна освещенности в направлении точки измерения, деленной на квадрат расстояния между источником света и точкой на плоскости, умноженный на косинус угла γ (γ – угол, образованный направлением падения света и перпендикуляром к этой плоскости).

Это и есть закон косинуса (рис. 1.).

Рис. 1. К закону косинусов

5 Горизонтальная освещенность

Для расчета интенсивности горизонтального освещения полезно модифицировать последнюю формулу, заменив расстояние d между источником света и точкой измерения на высоту h от источника света до поверхности.

Освещенность рассчитывается отдельно для разных длин волн. Люди воспринимают их как самые яркие цвета:

Фотометр

Фотометр – это прибор, измеряющий интенсивность освещения. Свет принимается фотодетектором, затем преобразуется в электрический сигнал и измеряется. Существуют фотометры, работающие по другому принципу. В основном фотометры показывают уровень освещенности в люксахно есть и другие, которые используют другую единицу измерения. Фотометры, также известные как экспонометры, помогают определить выдержку и диафрагму и тем самым помогают фотографам и операторам. Кроме того, фотометры также используются для определения уровня безопасного освещения в других областях, таких как растениеводство, музеи, где необходимо поддерживать правильный уровень освещенности.

Безопасное освещение на рабочем месте

Работа в темной или плохо освещенной среде может привести к различным проблемам со здоровьем, таким как ухудшение зрения, депрессия или другие физиологические и психологические расстройства. По этой причине существуют требования к минимальному безопасному освещению на рабочем месте, являющиеся частью правил охраны труда и техники безопасности. Окончательный результат измерения, полученный фотометром, включает область распространения света. Эти значения обеспечивают достаточную освещенность всего помещения.

Светящийся поток и музейные экспонаты

Скорость порчи и выцветания экспонатов в музее зависит от яркости и интенсивности источника света. Сотрудники музея участвуют в определении освещенности экспонатов. Это необходимо для того, чтобы количество света, падающего на экспонаты музея, было безопасным, и чтобы посетители получали достаточный уровень освещенности при осмотре экспонатов.

Уровень освещенности можно измерить с помощью фотометра, что не так просто сделать, потому что должны быть размещены как можно ближе к экспонатуДля этого необходимо снять защитное стекло, отключить сигнализацию и получить разрешение. Эту задачу облегчает еще один метод, который часто используют музейные специалисты. Вместо фотометра используется камера, которая не заменяет фотометр в ситуациях, когда требуется более точное измерение обнаруженной проблемы освещения, но достаточное для выявления отклонения от нормы.

Экспозиция может быть определена камерой по показаниям уровня освещенности. Уровни воздействия можно легко определить с помощью простых расчетов. Сотрудники музея использовать формулу или таблицугде уровень освещенности указан в единицах освещенности. При проведении расчетов не забывайте, что аппарат поглощает определенное количество света, поэтому это необходимо учитывать.

Световой поток в садоводстве и растениеводстве

Прежде чем обеспечить растение светом, необходимым для фотосинтеза, нужно знать, сколько света требуется каждому растению. Садоводы и огородники знают об этом. Они измеряют уровень освещенности, чтобы убедиться, что каждое растение получает необходимое ему количество света. Для таких процедур часто используются фотометры.

Фотометры также широко используются в лабораторной практике. Например, определяется спектр образцов, с помощью которого определяется химический состав. К особому классу таких приборов относится пламенный фотометр. Это Обнаруживает щелочные металлы, такие как натрий, литий, алюминий и цинк.такие как натрий, литий и калий. Для их обнаружения образец необходимо сжечь при высокой температуре и проанализировать спектр пламени с помощью фотометра. Эта задача намного сложнее при использовании других методов.

Современные фотометры преобразуют световое излучение в электрические импульсы, которые регистрируются на основе амперметра и вольтметра, а затем преобразуются в компьютерный формат.

Фотометр – это прибор, который охватывает многие области знаний, такие как химия, молекулярная биология, физика, материаловедение и другие. Фотометр широко используется в промышленности, лазерах и оптических изделиях. Помимо химической лаборатории, фотометр используется в криминалистических лабораториях.

Итак, из вышеизложенного вы узнали о единицах измерения света, которые Что лучше покупать лампы с определенным количеством люменовЧто существует разница между яркостью и освещенностью и что количество света можно измерить с помощью специального прибора.

Световой поток (Ф) – это сила лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею световому впечатлению. Единицей измерения является люмен (лм), который измеряется в канделах на стерадиан.
Интенсивность света (I или J) – это отношение светового потока к телесному углу, в котором он излучается. Единицей измерения является кандела (кд). Интенсивность света – одна из основных величин СИ.
Телесный угол (ω ) – Часть пространства, заключенная в коническую поверхность. Она измеряется отношением площади, вырезанной ею из сферы любого радиуса, к квадрату последнего. Единицей измерения является стерадиан (см).
Освещенность (E ) – это отношение светового потока к площади, на которую он распространяется. Единицей измерения освещенности является люкс (лк), который измеряется в люменах на квадратный метр. Освещенность поверхности не зависит от ее свойств и направления, в котором на нее смотрят.
Яркость (L) – это отношение силы света в данном направлении к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Единица измерения яркости, кандела на квадратный метр (кд/м2 ), не имеет собственного названия. Яркость определяет визуальные впечатления, которые, однако, не пропорциональны ей.
Яркость (М) – Отношение светового потока к излучающей поверхности. Единица измерения люмен на квадратный метр (лм/м2 ) не имеет собственного названия.
Определения одних и тех же величин в математической форме:

Значения освещенности и единицы измерения

Световой поток (Ф) – Мощность лучистой энергии, оцениваемая на основе создаваемого ею светового потока. Единицей измерения является люмен (лм) с размерностью кандела X стерадиан.
Интенсивность свечения (I или J) – это отношение светового потока к телесному углу, в котором он излучается. Единицей измерения является кандела (кд). Сила света – одна из основных единиц системы СИ.
Телесный угол (ω ) – Часть пространства, заключенная в коническую поверхность. Она измеряется отношением площади, вырезанной ею из сферы любого радиуса, к квадрату последнего. Единицей измерения является стерадиан (см).
Освещенность (E ) – это отношение светового потока к площади, на которую он распространяется. Единица измерения освещенности – люкс (лк), она измеряется в люменах на квадратный метр. Освещенность поверхности не зависит от ее свойств и направления, в котором на нее смотрят.
Яркость (L) – это отношение силы света в данном направлении к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Единица яркости, кандела на квадратный метр (кд/м2 ), не имеет собственного названия. Яркость определяет визуальное впечатление, которое, однако, не пропорционально ей.
Яркость (М) – это отношение светового потока к площади излучаемой им поверхности. Единица измерения люмен на квадратный метр (лм/м 2 ) не имеет собственного названия.
Даны определения тех же величин в математической форме:

(1-1)

Те же выражения в недифференциальной форме дают средние значения величин в определенных областях или углах.
До введения системы СИ использовались символы: F вместо F, B вместо L, R вместо M. Единица силы света называлась свечой, единица яркости – азотом.
Единицы измерения не изменились, т.е. кандела = свеча, кандела на квадратный метр = азот.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СВЕТОВОГО ПОТОКА ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

В общем случае поток излучателя распределен в пространстве случайным образом, а распределение света характеризуется фотометрическим телом: геометрическим положением концов векторов, исходящих из светового центра излучателя, длина которых пропорциональна интенсивности света в соответствующем направлении.
Сечение фотометрического тела через плоскость меридиана дает меридианную кривую силы света, которая графически изображается следующим образом где α – угол между направлением интенсивности света и вертикалью.
Круговое симметричное распределение света (фотометрическое тело имеет ось симметрии) исчерпывающе характеризуется единственной меридианной кривой, обычно называемой кривой силы света.
Во многих случаях (чаще всего в светильниках с трубчатыми лампами) фотометрическое тело имеет две плоскости симметрии, так что можно выделить поперечную и продольную (на практике это слово опускается) кривые силы света.
В самом общем случае (без осей или плоскостей симметрии) распределение света характеризуется множеством меридиональных кривых силы света, диаграмм изокандел и т.д.
Кривые силы света чаще всего строятся и наиболее наглядны в полярных координатах. Для прожекторов они даны в прямоугольных координатах, что также более выгодно для расчетов – большая точность.
В некоторых теоретических случаях распределение интенсивности света может быть выражено аналитически, и многие фактические кривые интенсивности света довольно близки к кривым, описываемым простыми уравнениями, что важно для расчетов и анализа.
Часто формула
(1-2)
Для m = 0 это соответствует равномерному распределению света в диффузной сфере, для m = 1 – косинусоидальному распределению света в диффузном диске (любая вогнутая диффузная поверхность с плоским световым выходом эквивалентна такому диску).
Для диффузной полусферы с несветящейся горизонтальной экваториальной плоскостью
(1 — 3)
та же формула дает кривую поперечной силы света диффузной полусферы.
Также полезна следующая формула
(1-4)
хотя практически с достаточной точностью его можно заменить выражением
(1-4а)
Наконец, для диффузного вертикального цилиндра с неосвещенными концами
(1-5)

СВЕТОВОЙ ПОТОК И СИЛА СВЕТА

Элементарный телесный угол, образованный вращением угла dα вокруг вертикальной оси, с которой он образует угол α
(1-6)
Конечный телесный угол круговой области, ограниченной направлениями и
(1-7)
световой поток, содержащийся в этой области,
(1-8)

Проще говоря, световой поток можно определить как количество света, излучаемого светильником или одной лампой.

Основные выводы

Среднему потребителю нет необходимости знать точные определения терминов, используемых при расчете систем освещения. Если вам просто нужно заменить лампочку, помните, что ватт – это не люмен. Первый определяет мощность, второй – освещенность. При переходе на другой тип источника света можно обойтись без расчетов, найдя таблицу в Интернете.

В настоящее время при покупке ламп следует ориентироваться на количество люменов, а не ватт, и помнить, что это число во многом зависит от конструкции источника. Люминесцентная лампа, например, способна обеспечить яркость 2500-2500 люмен, в зависимости от типа колбы. Светодиодные источники являются наиболее распространенной проблемой при покупке некачественной продукции.

При выборе также следует учитывать падение яркости во время работы. Это варьируется от источника к источнику. Лампа накаливания может потерять до 15% светового потока, люминесцентная лампа – до 30%, а светодиодная лампа – до 5-10%. При покупке необходимо учитывать требуемую маржу.

Если вы сами ремонтируете систему освещения, лучше заказать расчет освещения. Любая ошибка может привести к дополнительным расходам. Учесть все нюансы самостоятельно без специального программного обеспечения невозможно. Если вы правильно выберете источник света, это поможет вам выбрать правильный тип лампы, чтобы сэкономить на расходах на электроэнергию. После установки не будет неприятных сюрпризов в виде недостаточной интенсивности освещения.

Читайте далее: