Световой поток — физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения, где под световой мощностью понимается световая энергия, переносимая излучением через некоторую поверхность за единицу времени. Иными словами, «световой поток является величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза» [1] . В свою очередь величина «поток излучения» определяется как мощность, переносимая излучением через какую-либо поверхность [2] .
Более формально световой поток можно определить, как световую величину, оценивающую поток излучения по его действию на селективный приёмник света, спектральная чувствительность которого определяется функцией относительной спектральной световой эффективности излучения [3] .
Обозначение: Φ v <displaystyle Phi _>
Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): люмен (русское обозначение: лм; международное: lm).
Содержание
Определяющие формулы [ править | править код ]
Если имеется монохроматическое излучение с длиной волны λ <displaystyle lambda > , поток излучения которого равен Φ e ( λ ) <displaystyle Phi _(lambda )> , то в соответствии с определением световой поток такого излучения Φ v ( λ ) <displaystyle Phi _(lambda )> выражается равенством [1] :
Φ v ( λ ) = K m ⋅ V ( λ ) ⋅ Φ e ( λ ) . <displaystyle Phi _(lambda )=K_cdot V(lambda )cdot Phi _(lambda ).>
где V ( λ ) <displaystyle V(lambda )> — относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения, имеющая смысл нормированной в максимуме на единицу чувствительности среднего человеческого глаза при дневном зрении, а K m <displaystyle K_> — коэффициент, величина которого определяется используемой системой единиц. В системе СИ этот коэффициент равен 683 лм/Вт [Комм 1] .
Световой поток излучения с дискретным (линейчатым) спектром получается суммированием вкладов всех линий, составляющих спектр излучения:
Φ v ( λ ) = K m ∑ i = 1 N V ( λ i ) ⋅ Φ e ( λ i ) , <displaystyle Phi _(lambda )=K_sum _^V(lambda _)cdot Phi _(lambda _),>
где λ i <displaystyle lambda _> — длина волны линии с номером «i», а N — общее количество линий.
В случае немонохроматического излучения с непрерывным (сплошным) спектром малую часть всего излучения, занимающую узкий спектральный диапазон d ( λ ) <displaystyle d(lambda )> , можно рассматривать как монохроматическое с потоком излучения d Φ e ( λ ) <displaystyle dPhi _(lambda )> и световым потоком d Φ v ( λ ) <displaystyle dPhi _(lambda )> . Тогда для связи между ними будет выполняться
d Φ v ( λ ) = K m ⋅ V ( λ ) ⋅ d Φ e ( λ ) . <displaystyle dPhi _(lambda )=K_cdot V(lambda )cdot dPhi _(lambda ).>
Интегрируя данное равенство в пределах видимого диапазона длин волн (то есть от 380 до 780 нм), получаем выражение для светового потока всего рассматриваемого излучения:
nm>V(lambda )cdot dPhi _(lambda ).>
Если использовать спектральную плотность потока излучения Φ e , λ <displaystyle Phi _> , характеризующую распределение энергии излучения по спектру и определяемую как d Φ e ( λ ) d λ <displaystyle <frac (lambda )>>> , то выражение для светового потока приобретает вид [1] :
Φ v = K m ⋅ ∫ 380 n m 780 n m V ( λ ) ⋅ Φ e , λ ⋅ d λ . <displaystyle Phi _=K_cdot int limits _<380
nm>V(lambda )cdot Phi _cdot dlambda .>
Измерение [ править | править код ]
Измерение светового потока от источника света производится при помощи специальных приборов — сферических фотометров, либо фотометрических гониометров [4] . Трудность измерения заключается в том, что необходимо измерить поток, который испускается во всех направлениях — в телесный угол 4 π .
Для этого можно использовать сферический фотометр — прибор, представляющий собой сферу с внутренним покрытием, имеющим коэффициент отражения, близкий к 1. Исследуемый источник света помещается в центр сферы и при помощи фотоэлемента, вмонтированного в стенку сферы и покрытого фильтром с кривой пропускания, равной кривой спектральной чувствительности глаза, измеряется сигнал, пропорциональный освещенности фотоэлемента, которая, в свою очередь, в данном устройстве пропорциональна световому потоку от источника света (фотоэлемент измеряет только рассеянный свет, так как заслонён от прямого излучения источника специальным экраном). Путём сравнения полученного сигнала с сигналом от эталонного источника света можно измерить абсолютный световой поток источника света.
Другая возможность состоит в применении фотометрических гониометров. В этом случае производится измерение освещённости, создаваемой исследуемым источником, на воображаемой сферической поверхности. Для этого люксметр проходит последовательно при помощи гониометра все позиции на сфере. Интегрируя измеренные освещённости (измеряются в люксах: 1 люкс = 1 люмен/м²) по площади сферы (м²), получим абсолютный световой поток источника света (в люменах). Условием получения абсолютных значений является калиброванный в абсолютных величинах люксметр.
Пояснения [ править | править код ]
Значение фотометрического эквивалента излучения Km однозначно задаётся определением единицы силы света канделы, являющейся одной из семи основных единиц системы СИ. По определению одна кандела — это «сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540⋅10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср» [5] . Частоте 540⋅10 12 Гц соответствует в воздухе длина волны 555 нм [Комм 2] , на которой располагается максимум спектральной чувствительности человеческого глаза для дневного зрения. Поэтому коэффициент Km находится из равенства
1 кд = Km·Vλ(555)·1/683 Вт/ср, откуда следует Km = 683 (кд·ср)/Вт = 683 лм/Вт.
Для случая ночного зрения значение фотометрического эквивалента излучения изменяется.
Человеческий глаз считается светлоадаптированным при яркостях более 100 кд/м². Ночное зрение наступает при яркостях менее 10 −3 кд/м². В промежутке между этими величинами человеческий глаз функционирует в режиме сумеречного зрения.
Любой кто начинает изучать характеристики светильников и отдельных видов ламп, обязательно сталкивается с такими понятиями как освещенность, световой поток и сила света. Что они означают и чем отличаются друг от друга?
Давайте попробуем простыми, понятными для всех словами, разобраться в этих величинах. Как они связаны между собой, их единицы измерения и каким образом все это дело можно замерить без специальных приборов.
В старые добрые времена, основным параметром по которому выбирали лампочку в прихожую, на кухню, в зал, была ее мощность. Никто никогда и не задумывался спрашивать в магазине про какие-то люмены или канделы.
Сегодня с бурным развитием светодиодов и других видов ламп, поход в магазин за новыми экземплярами сопровождается кучей вопросов не только по цене, но и по их характеристикам. Одним из наиболее важных параметров является световой поток.
Говоря простыми словами, световой поток – это количество света, которое дает светильник.
Однако не путайте световой поток светодиодов по отдельности, со световым потоком светильников в сборе. Они могут существенно отличаться.
Надо понимать, что световой поток это всего лишь одна из множества характеристик источника света. Причем его величина зависит:
от мощности источника
Вот таблица этой зависимости для светодиодных светильников:
А это таблицы их сравнения с другими видами ламп накаливания, люминесцентных, ДРЛ, ДНаТ:
Однако есть здесь и нюансы. Светодиодные технологии до сих пор еще развиваются и вполне возможен вариант, когда светодиодные лампочки одинаковой мощности, но разных производителей, будут иметь абсолютно разные световые потоки.
Просто некоторые из них ушли более вперед, и научились снимать с одного ватта больше люмен, чем другие.
Кто-то спросит, для чего нужны все эти таблицы? Для того, чтобы вас тупо не обманывали продавцы и производители.
На коробочке красиво напишут:
мощность 9Вт
светопоток 1000Лм
аналог лампы накаливания 100Вт
Но с такой мощностью вам и близко не будет хватать прежнего света. Начнете ругаться на светодиоды и технологии их несовершенства. А дело то оказывается в недобросовестном производителе и его товаре.
от эффективности
То есть, насколько эффективно тот или иной источник преобразует электрическую энергию в световую. Например, обычная лампа накаливания имеет отдачу 15 Лм/Вт, а натриевая лампа высокого давления уже 150 Лм/Вт.
Получается, что это в 10 раз более эффективный источник, чем простая лампочка. При одной и той же мощности, вы имеете в 10 раз больше света!
Измеряется световой поток в Люменах – Лм.
Что такое 1 Люмен? Днем при нормальном свете, наши глаза больше всего чувствительны к зеленному цвету. К примеру, если взять два светильника с одинаковой мощностью синего и зеленого цвета, то для всех нас более ярким покажется именно зеленый.
Длина волны зеленого цвета равна 555 Нм. Такое излучение называется монохроматическим, потому что содержит в себе очень узкий диапазон.
Конечно, в реалии зеленый дополняется и другими цветами, чтобы в итоге можно было получить белый.
Но так как чувствительность человеческого глаза максимальна именно к зелени, то и люмены привязали к нему.
Так вот, световой поток в один люмен, как раз таки и соответствует источнику, который излучает свет с длиной волны 555 Нм. При этом мощность такого источника равняется 1/683 Вт.
Почему именно 1/683, а не 1 Вт для ровного счета? Величина 1/683 Вт возникла исторически. Изначально, основным источником света была обычная свечка, и излучение всех новых ламп и светильников как раз таки и сравнивались со светом от свечи.
В настоящее время эта величина 1/683 узаконена многими международными соглашениями и принята повсеместно.
Это напрямую влияет на зрение человека.
При этом многие путают единицы измерения Люмены с Люксами. Запомните, в люксах измеряется именно освещенность.
Как наглядно объяснить их разницу? Представьте себе давление и силу. С помощью всего лишь маленькой иголки и небольшой силы, можно создать высокое удельное давление в отдельно взятой точке.
Также и с помощью слабого светового потока, можно создать высокую освещенность в отдельно взятом участке поверхности.
На поверхности этого стола должна быть определенная норма освещенности, чтобы вы могли комфортно работать. Первоисточником для норм освещенности служат требования сводов правил СП 52.13330
Для обычного рабочего места это 350 Люкс. Для места, где производятся точные мелкие работы – 500 Лк.
Данная освещенность будет зависеть от множества параметров. К примеру, от расстояния до источника света.
От посторонних предметов рядом. Если стол находится около белой стены, то и люксов соответственно будет больше, чем от темной. Отражение обязательно скажется на общем итоге.
Любую освещенность можно замерить. Если у вас нет специальных люксометров, воспользуйтесь программами в современных смартфонах.
Правда заранее приготовьтесь к погрешностям. Но для того, чтобы сделать навскидку первоначальный анализ, телефон вполне сгодится.
А как узнать примерный светопоток в люменах, вообще без измерительных приборов? Здесь можно воспользоваться значениями светоотдачи и их пропорциональной зависимости к потоку.
Световой поток – это качество излучаемого света, измеряемое в люменах.
Этот показатель используется для определения освещенности на квадратный метр.
Если выражаться простыми словами, то световым потоком можно назвать количество света, излучаемого светильником или отдельной лампочкой.
Он влияет на зрение, поэтому параметры нормированы законодательно.
При отсутствии приборов для измерения значения рассчитываются при помощи формул.
Что такое «световой поток»
Физики световым потоком обозначают мощность видимого глазами светового излучения (его электромагнитную энергию), которая проходит через тело или поверхность за определенное время. Человеку, не имеющему определенного уровня знаний в физике, это понятие ни о чем не говорит. В быту световой луч определяет свойства и качество освещения в зависимости от вида лампы. Для промышленных, общественных и офисных зданий значения регламентированы, в частном доме показатели можно использовать при расчете системы освещения.
Физики знают, что световая энергия – это электромагнитные волны, глаза человека их видят только в определенном диапазоне длины.
Качество светового луча зависит от:
мощности источника;
химического состава лампы;
особенностей колбы (линзы);
уровня светоотдачи.
В быту важно знать, что световой поток прямо пропорционален мощности лампы.
Внимание! Речь идет не о мощности, потребляемой лампочкой из сети, а о мощности излучения, то есть, яркости света.
Еще одно определение понятия «световой поток» – общий объем света, не зависящий от установленной вокруг лампы оптической системы. Например, лампа с нитью накаливания излучает 415 люмен независимо от конструкции и материала абажура.
Единица измерения светового потока
Для измерения светового потока используются люмены, значение для конкретной лампочки наносится на заводскую упаковку.
1 люмен – это световой луч, выдаваемый источником, обладающим мощностью 1 кандела, внутри угла 1 стерадиан (ср). Если использовать цифры, то получается, что 1 лм излучает источник с мощностью 1/683 Вт при длине волны 555 Нм.
Стерадиан – это угол, вырезающий в сфере площадь с определенным радиусом (р). Это значит, что 1 кд излучает 4р лм.
Существуют производные единицы измерения для светотехники:
микролюмен – 10-6 лм;
милилюмен – 10-3 лм;
килолюмен – 103 лм;
мегалюмен – 106 лм и др.
Измерение светового потока
Для измерения светового луча используются 2 вида приборов: сферические фотометры и фотометрические гониометры. Основная проблема заключается в необходимости определить параметры светового луча, движущегося сразу в нескольких направлениях.
Сферический фотометр – это сфера с коэффициентом отражения 1. Лампочкаа помещается в центр, рассеянный световой луч измеряет фотоэлемент, вставленный в стену. Результат сравнивается с показателями эталонного источника.
Фотометрический гониометр оснащен люксметром, который во время светового излучения перемещается по всем позициям сферы. Данные освещенности интегрируются, получается значение в люменах.
Важно! Люксметр должен быть калибрирован в абсолютных значениях, 1 лк = 1 лм/м².
Определяющие формулы
При желании определить световой поток самостоятельно в доме должен быть люксметр. Измерение люксов проводится в нескольких точках одного помещения, потом используется формула:
П – световой луч (лм);
О – освещенность (лк);
Пл – площадь помещения.
Значение П обозначается на упаковке лампы.
Узнать примерное значение светового потока возможно без приборов и формул из таблиц, размещенных в сети интернет.
Что такое кандела
Кандела (кд) – единица измерения силы света, равная световому излучению восковой свечи или 1/683 Вт/ср при частоте 540-1012 герц (соответствует зеленому цвету). При изменении частоты меняется объем потребляемой электроэнергии.
Силой света называется показатель, позволяющий определить часть светового потока, который источник излучает в одном направлении. Если световой луч определить как объем, то силу света можно назвать его пространственной плотностью.
Уравнение 1 кд = 1 лм верное только при условии, что световой луч распространяется под углом 65о в конусе.
1 лм = 1 кд *1 ср.
Люмены и люксы
Случается, что в процессе планирования системы освещения путаются два понятия: люмен и люк. Люмен – полный объем излучаемого светового потока, люкс – показатель уровня освещенности. Люкс – часть люмена, достигшая освещаемой площади и распределенная по ней. Так как до освещаемого объекта весь световой поток не доходит, прямой связи между этими двумя показателями нет. Отношение 1 лк = 1 лм/м2 можно считать верным только при распределении по одному метру квадратному всего люмена.
Если проводится расчет освещенности для конкретного помещения, используется формула:
Клк = Клм/Км2, где:
Клк – цифра, указывающая на количество лк;
Клм – цифра, указывающая на количество лм;
Км2 – площадь (цифра, указывающая количество м2).
Чтобы перевести лк и лм, используется формула:
Люмен и ватт
Совсем недавно лампы выбирались по мощности (количеству ватт). Чем больше ватт, тем выше интенсивность освещения. Сейчас даже отечественные производители на заводских упаковках обозначают люмены. Чем их больше, тем качественнее освещение.
По этой причине можно подумать, что Вт и лм свободно переводятся друг в друга. Это не совсем верно, так как Вт определяет мощность, лм – объем светового луча источника.
Пример: лампа накаливания излучает световой поток 1340 лм, если потребляет 100 Вт, а светодиод способен излучать 1000 лм, если потребляет 13 Вт.
То есть, сила света напрямую не зависит от мощности. Но эти параметры все же связаны между собой. Светоотдача, являющаяся показателем эффективности светового источника – это лм/Вт. Расчет светоотдачи требуется для определения экономичности.
Чтобы перевести люмены в ваты, необходимо учесть дополнительные параметры:
вид лампы;
светоотдачу (соотношение Вт/лм);
эффективность светоотражателя светильника;
потери из-за рассеивателя;
объем светового потока, прошедший мимо.
Облегчить себе жизнь можно, если найти в сети интернет калькулятор и скачать на компьютер. Имеются так же стандартизированные показатели для разных видов лампочек, позволяющие определить, чем заменить, например, лампочку накаливания, не теряя в уровне освещенности.
Известны данные лампочек накаливания с различной мощностью:
200 Вт – 2500 лм;
150 Вт – 1800 лм;
100 Вт – 1100 лм;
75 Вт – 750 лм;
60 Вт – 550 лм;
40 Вт – 400 лм;
20 Вт – 250 лм.
При желании сэкономить лампу накаливания на 100 Вт можно заменить люминесцентным источником на 25-30 Вт или светодиодом на 12-15 Вт. Важно помнить, что энергосберегающей лампочке для создания определенного светового луча требуется в 3-4 раза меньше ватт, светодиодной – в 8-10 раз. Этого вполне достаточно, чтобы выбрать лампы в магазине при условии, что они качественные.
Основные выводы
Знать точные определения понятий, используемых при расчетах систем освещения, рядовому потребителю не обязательно. Если необходимо просто заменить выгоревшую лампочку, достаточно помнить, что ватт – это совсем не люмен. Первый определяет мощность, второй – освещенность. При переходе на другой вид источников света вполне можно обойтись без расчетов, если найти таблицу в интернете.
Сейчас при покупке ламп необходимо ориентироваться не на ватты, а на люмены, и помнить, что этот показатель во многом зависит от конструкции источника. Например, люминесцентная лампа вполне способна обеспечивать 2500-2500 лм, причем показатель зависит от особенностей колбы. Чаще всего проблемы создают светодиодные источники, если покупаются некачественные изделия.
При выборе необходимо учитывать так же снижение яркости свечения в процессе эксплуатации. Показатели у разных источников отличаются. Лампа накаливания может терять до 15% потока, люминесцентная – до 30%, светодиодная – до 5-10%. При покупке обязательно учитывается необходимый запас.
Если проводится самостоятельный ремонт с изменением системы освещения, лучше заказать светорасчет. Любая ошибка может обернуться дополнительными затратами. Самостоятельно учесть все нюансы без специального программного обеспечения невозможно. При верном выборе специалиста он поможет выбрать вид ламп, позволяющий сэкономить на электроэнергии. После установки не будет неприятного сюрприза в виде недостаточного уровня освещенности.
Любой кто начинает изучать характеристики светильников и отдельных видов ламп, обязательно сталкивается с такими понятиями как освещенность, световой поток и сила света. Что они означают и чем отличаются друг от друга?
В старые добрые времена, основным параметром по которому выбирали лампочку в прихожую, на кухню, в зал, была ее мощность. Никто никогда и не задумывался спрашивать в магазине про какие-то люмены или канделы.
Световой поток – это качество излучаемого света, измеряемое в люменах.
Для измерения светового луча используются 2 вида приборов: сферические фотометры и фотометрические гониометры. Основная проблема заключается в необходимости определить параметры светового луча, движущегося сразу в нескольких направлениях.
