Что такое световой поток. Фотометрия. Световой поток. Сила света — Гипермаркет знаний

Любой человек периодически приобретает какие-либо осветительные приборы. На всех светильниках имеются надписи, обозначающие технические характеристики изделия, в том числе и световой поток. Данная физическая величина используется в светотехнике для определения мощности, переносимой излучением в определенном направлении. С помощью светового потока рассчитывается освещенность помещений, установленная государственными стандартами. Выполнение этих расчетов направлено на сохранение зрения, предупреждение негативных последствий недостаточной освещенности. Конкретные показатели для того или иного объекта устанавливаются строительными правилами и санитарными нормами.

Сила света - основной показатель

Сила света относится к одной из первичных характеристик любого излучателя в установленном оптическом диапазоне. Она точно определяет, какое количество мощности переносится в тех или иных направлениях, ограниченных условным телесным углом. Поэтому на графическом изображении конфигурация силы света не будет иметь вид прямой линии.

Вершина телесного угла располагается в центре сферы. Единицей измерения этого угла служит стерадиан. Для его вычисления необходимо площадь воображаемого шара соотнести с квадратом радиуса. Поэтому стерадиан является безразмерной величиной, как и сам телесный угол. Согласно определения, на площадь сферы помещается 12,56 стерадиана или 4 Пи.

Телесный угол является объемным и выглядит в виде конуса, вершина которого расположена в центре воображаемого шара. Однако его основание нельзя считать плоскостью, поэтому сравнение телесного угла и конуса будет не совсем корректным. В качестве основания рассматривается та часть сферы, которая отсекается боковой поверхностью. Вместе с тем, следует отметить, что сила света для проведения практических расчетов используется крайне редко. Вместо него стали пользоваться таким интегральным параметром как световой поток, значение которого наносится на все этикетки приборов освещения.

Физические свойства светового потока

Физическая величина светового потока указывает на количество мощности, падающей на какую-либо поверхность, независимо от телесного угла. Именно световой поток имеется в виду, когда сравниваются свечения разных при различном потреблении мощности. Например, светодиод, потребляющий 9 ватт, светит ярче, нежели обычная лампочка накаливания, мощностью 60 ватт.

Единицей измерения светового потока является люмен, равный мощности, испускаемой изотропным источником света, заключенной в границах телесного угла величиной в один стерадиан. При рассмотрении различных типов источников света, следует учесть, что светодиодную лампу нельзя рассматривать в качестве изотропного излучателя. На это факт косвенно указывает маркировка изделия, на которой величина угла рассеивания составляет 240 0 . Этот угол соответствует условному конусу, ограничивающему часть сферы.

Световой поток может рассеиваться в зависимости от того, в какой плоскости расположен прибор. Определенное влияние оказывает , направляя световой поток в неизменном виде в границах плафона. В других направлениях остаточная часть угла рассеивания излучается равномерно с учетом воздействия стекла. С помощью светового потока оцениваются отражающие свойства различных поверхностей. Например, его величина, при отражении от объектов, окрашенных в белый цвет, значительной выше, чем от поверхностей темного цвета.

Световой поток и освещенность

Понятие светового потока в чистом виде соответствует полной мощности, излучаемой источником в оптическом диапазоне. Однако на практике распределение мощности по поверхностям помещения происходит неравномерно. В связи с этим было введено понятие освещенности, используемое различными стандартами, нормами и требованиями.

Для измерения данной величины используется люкс, представляющий собой отношение светового потока к площади, на которой он распределяется. Теоретическое толкование освещенности обычно не вызывает проблем, в отличие от использования этого понятия в практической деятельности. Основные сложности связаны с неудобством совместного использования при расчетах светового потока и угла рассеивания.

Сами расчеты освещенности с целью получения максимально точных результатов, должны выполняться по определенным правилам. Например, освещенность помещений будет различной в определенное время дня. Поэтому световой поток и освещенность должны разбиваться на части в соответствии со своим временем. Кроме того, должна учитываться конструкция установленного прибора освещения. Например, матовый плафон способствует потере освещенности, а рефлектор карманного фонарика, наоборот, направляет усиленный поток света в нужную сторону. Поэтому величина светового потока во многом зависит от осветительных приборов, установленных в помещении.

Что за термин - поток света или световой поток в общепринятой терминологии? Мощность светового излучения, т. е. видимого излучения, оцениваемого по световому ощущению, которое оно производит на глаз человека. Вот так в современной электрике обозначается понятие светового потока. Единица измеряется светового потока - люмен.

Лампа накаливания (100 Вт) излучает световой поток, равный 1350 лм, а люминесцентная лампа ЛБ40 - 3200.

Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света равной одной канделе, в телесный угол, величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд·ср).

Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен 4π люменам.

Существует и другое определение: единицей светового потока является люмен (лм), равный потоку, излучаемому абсолютно черным телом с площади 0,5305 мм 2 при температуре затвердевания платины (1773° С), или 1 свеча·1 стерадиан.

Сила света - пространственная плотность светового потока, равная отношению светового потока к величине телесного угла, в котором равномерно распределено излучение. Единицей силы света является кандела.

Освещенность - поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность, равная отношению светового потока к величине освещаемой поверхности, по которой он равномерно распределен.

Единицей освещенности является люкс (лк) , равный освещенности, создаваемой световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на площади в 1 м 2 , т. е. равный 1 лм/1 м 2 .

Яркость - поверхностная плотность силы света в заданном направлении, равная отношению силы света к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную тому же направлению.

Единица яркости - кандела на квадратный метр (кд/м 2).

Светимость (светность) - поверхностная плотность светового потока, испускаемого поверхностью, равная отношению светового потока к площади светящейся поверхности.

Единицей светимости является 1 лм/м 2 .

Единицы световых величин в международной системе единиц СИ (SI)

Примеры:

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК" ледоригинал
Под общей ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др.
М.: Издательство МЭИ, 1998

При выборе ламп освещения мы, как правило, в первую очередь обращаем внимание на такую их характеристику, как мощность. При этом другие параметры, в частности световой поток, игнорируются. Часто это происходит из-за элементарного незнания. Ведь то, какой свет нам даст электролампа на 60 или на 100 Вт, нам всем отлично известно, а вот о том, насколько хороши лампы дневного света или светодиодные, у большинства из нас довольно смутное представление. Опять же чем большую мощность имеет источник света, тем больше будут энергозатраты. А сегодняшние расценки на коммунальные услуги таковы, что волей-неволей приходится экономить. Пришла пора вспомнить позабытые школьные знания по физике и выяснить, от чего же на самом деле зависит яркость света ламп.

Световой поток - ключевой параметр источника света

В сфере светотехники главным приемником излучения является человеческий глаз. И такой параметр, как световой поток, как раз и был введен для того, чтобы оценивать эффективность воздействия на него видимых лучей. Другими словами, это мощность лучевой энергии. Световой поток принято измерять в люменах, а сокращенная запись этой единицы представляет собой аббревиатуру - лм. Чем он выше, тем более ярким кажется нам объект, его излучающий. Если световой поток испускается изотропным точечным источником с силой света в одну канделу, в телесный угол, размером в 1 стерадиан, то его мощность составляет один люмен.

Существует еще одно, более понятное простому человеку определение. Согласно ему, один люмен имеет такой световой поток, который излучается абсолютно черным телом при температуре затвердевания чистой платины (1773° С) с площадью 0,5305 мм 2 . "Постойте, - скажут некоторые, - а как же быть с индивидуальными особенностями людей? У одних глаза видят лучше, у других хуже. Как в этом случае определить, к примеру, сколько люменов составляет световой поток лампы накаливания?" Этот вопрос был решен посредством введения коэффициентов по каждому диапазону видимых волн и использования кривой средней спектральной чувствительности глаза, данные по которой содержатся в соответствующей справочной таблице.

Примеры для сравнения

Любопытно, что нет какого-то четкого стойкого отношения между тем, какая электрическая энергия поглощается лампой, и тем, какой она испускает световой поток. Эту характеристику называют "светоотдачей", а измеряется она в лм/Вт. Если взять, к примеру, традиционную лампу накалывания мощностью в 100 Вт, то ее световой поток равен 810 Лм. С такой же яркостью светит 15-ваттное люминесцентное устройство. Их светоотдача соответственно будет равна 8,10 лм/Вт и 54 лм/Вт. Обычная лампочка, рассчитанная на 40 Вт, выдает примерно 350 Лм (светоотдача 8,75 лм/Вт). Наибольший интерес с точки зрения экономичности представляет световой поток светодиодных ламп. Так, те же 810 лм с их помощью можно получить, затратив всего лишь 10 Вт энергии. Это означает, что их эффективность в десять раз выше традиционных ламп накалывания и в полтора раза больше энергосберегающих люминесцентных. Надеемся, что при выборе домашних источников света данная информация принесет вам пользу, и электричество на освещение в вашем доме будет расходоваться гораздо эффективнее.

Постепенно уходят в прошлое времена, когда в квартирах и других помещениях все освещение состояло из ламп накаливания. На смену им пришли сначала энергосберегающие лампы, а после и более высокотехнологичные светильники на светодиодах. И если раньше основным критерием яркости свечения лампы была ее мощность, которая измеряется в ваттах, то в чем измеряется она сейчас, если этот показатель востребован при монтаже освещения на кристаллах лишь для правильного подбора стабилизирующего напряжение оборудования – драйвера.

Световой поток светодиодных ламп, которые более высокотехнологичны, гораздо сильнее, нежели у ламп накаливания, потребляющих большую мощность, основная часть которой уходит на вырабатывание тепла. И для простого обывателя встает вопрос, так как же выбрать по яркости светодиод, на какие параметры обратить внимание? Световой поток измеряется в люменах на 1 W. Эта единица измерения полностью отражает его силу, в отличие от мощности.

Определение

У каждого источника света имеется свой показатель того, что подразумевается под понятием световой поток в люменах, и эти данные должны быть зафиксированы на коробке с осветительным прибором. При выборе лампы нужно не только обращать внимание на мощность потребителя, но и учитывать светоотдачу – эти два параметра важны в смысле энергопотребления. Преобразование электрической энергии в световую рождает потери, препятствующие более высоким показателям яркости.

К примеру, сравнивая лампы накаливания с энергосберегающими, мы увидим, что при одинаковых уровнях мощности световой поток у обычных элементов будет равен 12 люмен/ватт, а у КЛЛ – уже 60 люмен/ватт. Ну а самый высокий показатель по этому параметру у светодиодных ламп – он равен 70–90 lm.

Для более точного определения того, сколько люмен содержит световой поток различных типов осветительных приборов, можно воспользоваться списком, где Н – лампа накаливания, Э – энергосберегающая и С – светодиод:

1. Н 20Вт = Э 5–7Вт = С 2–3ВТ = 250 Лм/Вт;
2. Н 40Вт = Э 10–13Вт = С 4–5Вт = 400 Лм/Вт;
3. Н 60Вт = Э 15–16Вт = С 8–10Вт = 700 Лм/Вт;
4. Н 75Вт = Э 18–20Вт = С 10–12Вт = 900 Лм/Вт;
5. Н 100Вт = Э 25–30Вт = С 12–15Вт = 1200 Лм/Вт;
6. Н 150Вт = Э 40–50Вт = С 18–20Вт = 1800 Лм/Вт;
7. Н 200Вт = Э 60–80Вт = С 25–30Вт = 2500 Лм/Вт.

Но при расчетах нужно помнить о том, что при длительной работе светового прибора его показатель светопотока падает. Есть и другие причины ухудшения этого параметра. Одним из них является отражатель светильника. Потери, которые будут в результате этого фактора, могут составить 20–80% светового потока.

Световой поток диодов

Пример того, как выглядит люксметр

Слабее еще и потому, что кажущейся со стороны вроде бы яркой лампочке не хватает концентрации света в одном месте, она просто рассеивает его по сторонам. А вот у светодиодных светильников светодиоды сами по себе светят более «кучно», к тому же диодные лампы имеют свой встроенный отражатель и не зависят от светильника, в который они установлены. Ведь в любой комнате, независимо от ее назначения, никакого смысла в освещении потолка нет.

Основной свет должен поступать вниз от потолочных осветительных приборов. Как раз таким решением будет замена люминесцентных ламп на светодиодные трубки Т5 или Т8. При работе, к примеру, светильников типа «Армстронг» половина лампы светит вверх. Конечно, есть отражатель, но расположен он близко, и отражение затеняет сама лампа. А в результате – светопотери в 20–40%.

Если же заменить лампы на светодиодные трубки – эта проблема решается, т. к. они светят точно вниз, вверху элементы, выделяющие свет, отсутствуют. Как измерить световой поток? Сделать это можно одним из специальных измеряющих приборов – люксметром.

Вычисление светопотока

Световой поток, хотя и примерно, можно вычислить, используя среднее значение отдачи света:

• светодиоды – необходимо умножение мощности на 80–90 люмен;
• светодиодные филаментные – умножение на 100 люмен;
• КЛЛ – на 60 люмен, хотя если лампы дорогие и качественные, их показатель может быть выше;
• ДНАТ (дуговая натриевая трубчатая) – на 66 люмен при 70 Вт; на 74 люмен при 100, 150, 250 Вт; и на 88 люмен при 400 Вт;
• ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная) – на 58 люмен, при сроке службы 12–18 тыс. часов.

Конечно, китайский вариант лампы, скорее всего, будет иметь меньшие показатели.

Помещение с «теплым» и «холодным» световым потоком

Цветовая температура светового потока

Многие привыкли к желтоватому, но нравится он не поэтому. Просто такой цвет более близок к солнечному по ощущениям, создается впечатление, что в помещении действительно теплее. А вот согласно многочисленным исследованиям в этой области, при переходе на белые, «холодные» тона, человек чувствует дискомфорт только в первые пару дней, а после, привыкнув, уже не хочет переходить к теплому свету. Все дело в том, что холодные оттенки имеют более сильный световой поток, такое освещение более яркое.

Равномерное освещение

В электротехнике существует такое понятие, как коэффициент распределения светового потока. Применяется этот параметр для расчета расположения и типа световых приборов с целью того, чтобы равномерно распределить освещение внутри комнаты. Основываются при этом на возможность светоотражения различных отделочных материалов. В основном светопоток отражается от стен, потолка и пола, но также нужно не забывать и о мебели.

Для правильного расчета этого коэффициента используют специальную таблицу с указанием в процентах возможности материалов к отражению светового потока. Необходимо помнить, что более темная поверхность имеет меньше способности к отражению, а значит и показатели данного коэффициента будут ниже.

В любом случае, если задаться целью освещения помещений в полном соответствии с правилами такой работы и своими предпочтениями, необходимо потратить много времени и сил. Процесс этот очень трудоемок, но все же когда все необходимые расчеты будут выполнены, а работа сделана в полном с ними соответствии, можно будет увидеть, как преобразилась комната, квартира или любое другое помещение.

К тому же при правильном освещении, направленности и силе светового потока глаза не будут подвергаться разрушительному воздействию неправильно подобранных ламп. В конечном итоге здоровье важнее, чем время и усилия, которые будут потрачены.