В каких единицах измеряется освещенность. Единицы измерения освещенности: люкс, люмен, кандела и другие

Что такое освещенность. В каких единицах измеряется освещенность. Как связаны между собой люкс, люмен и кандела. Какие еще единицы используются для измерения света. Как перевести одни единицы освещенности в другие.

Что такое освещенность и как она измеряется

Освещенность — это световая величина, характеризующая плотность светового потока, падающего на поверхность. Проще говоря, освещенность показывает, насколько ярко освещена та или иная поверхность. Основной единицей измерения освещенности является люкс (лк).

Освещенность зависит от силы света источника и расстояния до освещаемой поверхности. При удалении от источника освещенность уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Это называется законом обратных квадратов.

Основные единицы измерения света и освещенности

Для измерения различных характеристик света используется несколько основных единиц:

• Люкс (лк) — единица измерения освещенности
• Люмен (лм) — единица измерения светового потока
• Кандела (кд) — единица измерения силы света
• Кандела на квадратный метр (кд/м²) — единица измерения яркости

Рассмотрим каждую из этих единиц подробнее.

Люкс — основная единица измерения освещенности

Люкс (лк) — это единица измерения освещенности в Международной системе единиц (СИ). Один люкс равен освещенности поверхности площадью 1 м², на которую падает равномерно распределенный световой поток в 1 люмен.

Формула для расчета освещенности в люксах:

E = Ф / S

где E — освещенность (лк), Ф — световой поток (лм), S — площадь поверхности (м²).

Типичные значения освещенности:

• Солнечный свет в ясный день: 100 000 лк
• Пасмурный день: 1000 лк
• Освещение в офисе: 300-500 лк
• Жилая комната: 150-300 лк
• Сумерки: 10 лк
• Лунный свет: 0,1-0,3 лк

Люмен — единица измерения светового потока

Люмен (лм) — это единица измерения светового потока. Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным источником в телесном угле 1 стерадиан при силе света 1 кандела.

Люмены используются для обозначения общего количества видимого света, излучаемого источником. Это удобный показатель для сравнения яркости разных ламп.

Типичные значения светового потока:

• Свеча: 12-13 лм
• Лампа накаливания 60 Вт: 700-800 лм
• Светодиодная лампа 10 Вт: 800-1000 лм
• Люминесцентная лампа 20 Вт: 1200-1600 лм

Кандела — единица измерения силы света

Кандела (кд) — это единица измерения силы света в СИ. Одна кандела примерно равна силе света, испускаемого обычной свечой.

Кандела характеризует интенсивность света, излучаемого источником в определенном направлении. Это важный параметр для направленных источников света, таких как прожекторы или автомобильные фары.

Сила света типичных источников:

• Свеча: около 1 кд
• Лампа накаливания 100 Вт: 110-130 кд
• Автомобильная фара: 30 000-75 000 кд
• Маяк: до 2 000 000 кд

Связь между люксами, люменами и канделами

Между основными единицами измерения света существует тесная взаимосвязь:

• 1 люкс = 1 люмен / 1 м²
• 1 кандела = 1 люмен / стерадиан

То есть, 1 кандела создает освещенность в 1 люкс на расстоянии 1 метр на площади 1 м².

Зная эти соотношения, можно легко переводить одни единицы в другие. Например, лампа силой света 100 кд создаст освещенность 100 лк на расстоянии 1 м.

Другие единицы измерения света

Фот

Фот — внесистемная единица освещенности. 1 фот = 10 000 люкс.

Фут-кандела

Фут-кандела — единица освещенности в английской системе мер. 1 фут-кандела = 10,76 люкс.

Стильб

Стильб — устаревшая единица яркости. 1 стильб = 10 000 кд/м².

Ламберт

Ламберт — единица яркости в системе СГС. 1 ламберт ≈ 3183 кд/м².

Как измерить освещенность

Для измерения освещенности используются специальные приборы — люксметры. Принцип их работы основан на преобразовании светового потока в электрический сигнал с помощью фотоэлемента.

Порядок измерения освещенности:

1. Включите люксметр и дайте ему прогреться 5-10 минут.
2. Расположите фотоэлемент прибора параллельно измеряемой поверхности.
3. Следите, чтобы на фотоэлемент не падала тень от человека или предметов.
4. Дождитесь стабилизации показаний и зафиксируйте результат.
5. Для точности сделайте несколько измерений в разных точках.

Нормы освещенности для различных помещений

Существуют нормативные требования к уровню освещенности для разных типов помещений и видов работ. Вот некоторые из них:

• Офисы: 300-500 лк
• Классы, аудитории: 300-500 лк
• Жилые комнаты: 150-300 лк
• Коридоры, лестницы: 50-100 лк
• Производственные цеха: 200-500 лк
• Торговые залы: 300-500 лк
• Спортивные залы: 200-400 лк

Достаточная освещенность важна для комфортной работы, учебы и отдыха. Слишком низкая освещенность вызывает утомление глаз, а слишком высокая может создавать блики и дискомфорт.

Особенности измерения освещенности светодиодных источников

При измерении освещенности от светодиодных ламп и светильников нужно учитывать некоторые нюансы:

• Светодиоды имеют направленное излучение, поэтому важно правильно расположить люксметр.
• Светодиоды могут мерцать с высокой частотой, что влияет на показания. Используйте люксметры с функцией усреднения.
• Цветовая температура светодиодов влияет на восприятие яркости. Учитывайте этот фактор при сравнении с другими источниками.
• Измерения лучше проводить после 30-60 минут работы светодиодов для стабилизации светового потока.

Как перевести одни единицы освещенности в другие

Для перевода единиц освещенности используются следующие соотношения:

• 1 люкс = 0,0001 фот = 0,0929 фут-кандел
• 1 фот = 10 000 люкс
• 1 фут-кандела = 10,76 люкс

Пример перевода:

500 люкс = 500 * 0,0929 = 46,45 фут-кандел

Для удобства можно использовать онлайн-калькуляторы перевода единиц освещенности.

Заключение

Понимание единиц измерения освещенности важно для правильного подбора и размещения источников света. Люксы, люмены и канделы позволяют охарактеризовать различные аспекты светового излучения. Грамотное использование этих величин помогает создать комфортную световую среду в любом помещении.

формула и от чего она зависит, перечень единиц

На чтение 11 мин Просмотров 2.2к. Опубликовано

03.02.2021 Обновлено 03.02.2021

Содержание

1. Что такое освещенность
2. В каких единицах измеряется освещенность
3. Кандела
4. Люмен
5. Люкс
6. Люмен и ватт
7. Как перевести одни единицы освещенности в другие
8. Как определить освещенность
9. Особенности определения освещенности для светодиодных приборов

При определении освещенности можно использовать разные единицы измерения. Вариант подбирается исходя из ситуации. Кроме того, часто возникает необходимость перевода одного показателя в другой. Надо учитывать в каких единицах измеряется освещенность, чтобы правильно рассчитать ее, если в этом есть необходимость.

Что такое освещенность

Под освещенностью подразумевается световая величина, которую определяют как отношение светового потока к площади его распространения. Этот показатель прямо пропорционален силе света источника, из которого он исходит. При удалении его от поверхности освещенность уменьшается. Эта зависимость обратно пропорциональна квадрату расстояния (закон обратных квадратов).

Формула освещенности выглядит так: E=(I*cos)/r2. I – это сила света в канделах, r показывает расстояние от источника света до поверхности. Не стоит путать это понятие с яркостью света.

В каких единицах измеряется освещенность

Единица измерения освещенности – это не один показатель, есть несколько основных вариантов, принятых в разных системах измерения. Для прикладного использования нет необходимости разбираться в сложных алгоритмах и формулах. Достаточно изучить особенности каждой из единиц и использовать ее правильно, если это необходимо.

Освещенность может отличаться в разных точках помещения.

Кандела

В системе измерений одна из семи основных единиц, являющихся фундаментальными. Это сила света, которую излучает источник монохроматического излучения с частотой

540х10¹² Гц. Причем, световой поток должен распространяться в заданном направлении с соблюдением ряда дополнительных условий.

Частота, которая используется в качестве эталонной, соответствует зеленой части спектра, так как она лучше всего воспринимается зрением человека. При использовании источника света с другой частотой потребуется большая интенсивность для достижения нужного показателя.

1 кандела – это свет, исходящий от свечи.

Не так давно канделу определяли иначе. Она соответствовала силе света, исходящей от черного источника, нагретого до температуры 2042,5 К (плавление платины), который располагался перпендикулярно плоскости и распространялся на площадь в 1/60 квадратного сантиметра. Эта величина применяется в астрономии и многих других науках.

В переводе с латыни «кандела» обозначает свечу. Считается, что свет, который излучает одна свеча равен 1 канделе.

Люмен

Используется в системе измерения физических величин и отражает характеристики освещения. 1 люмен – это световой поток, который испускает источник света силой в 1 канделу. Чтобы было проще разобраться, стоит рассмотреть простые примеры:

1. У стандартных ламп накаливания мощностью в 100 ватт показатель светового потока равняется 1200-1300 люменам.
2. Люминесцентный источник света с мощностью в 26 ватт обеспечивает световой поток в 1600 Лм.
3. Если брать за образец солнце, то у него световой поток составит 3,63х10²⁸ люмен.

Свет отличается и по температуре, это также важно помнить.

Люмен показывает полный световой поток, который исходит из определенного источника. Но он не учитывает важные особенности – наличие линзы, либо отражателя, которые могут концентрировать свет на небольшом участке и тем самым в разы улучшать освещенность. Разные фонари с одинаковой лампой могут освещать как 10 квадратных метров, так и 100. По сути, это весь свет, который дает лампа, в том числе и тот, которые не попадает на заданную поверхность и является бесполезным.

Если мощность превышает стандартный диапазон, используются специальные показатели:

1. Кратные единицы люмена образуются, если значение в целое число раз больше установленной величины. Обычно они обозначаются в виде степени числа. Для наименования используют установленные приставки, отражающие величину значения.
2. Дольные единицы люмена наоборот, меньше установленной единицы в целое число раз. Тут также используются специальные приставки, а степень указывается со знаком минус.

Люкс

Эта единица наиболее полезна, так как именно с ее помощью измеряется освещенность в жилых и рабочих помещениях. Она равна световому потоку силой 1 люмен, распространенному на площадь в 1 квадратный метр. Показатель используют для регламентирования различных норм и контроля освещенности там, где это требуется.

Для простоты можно разобрать два примера. Если лампу мощностью 100 Лм направили на площадь в квадратный метр, то освещенность составит 100 Лк. А если этот же источник света распределяются на 10 квадратных метров, то показатель составит 10 люксов.

Люмен и ватт

Когда продавали только лампы накаливания, ватты использовали в качестве ориентира для определения светового потока лампы. Все знали, что чем больше мощность, тем выше яркость света. Но с появлением других типов лампочек эта характеристика утратила актуальность, так как не может использоваться при определении показателей оборудования. У разных вариантов соотношение мощности в ваттах к световому потоку отличается, поэтому надо разобраться в основных видах оборудования:

1. У ламп накаливания стандартом считается показатель в 1300 Лм при мощности в 100 Вт. У моделей на 40 Вт световой поток составит 400 люменов, а у 60 Вт – 800. И помните о том, что со временем яркость неизбежно падает из-за истончения нити накала, поэтому при вычислении стоит закладывать определенный запас.
2. Дуговые ртутные лампы имеют соотношение в 58 Лм на ватт, мощность просто умножается на этот показатель.
3. Люминесцентные источники света имеют соотношение 60 Лм на ватт.
4. Для светодиодных ламп с матовым рассеивателем нет четкой нормы, так как характеристики колбы и ее светопропускаемость могут различаться. Обычно показатель варьируется от 80 до 90 Лм.
5. Филаментные (прозрачные) светодиодные лампочки имеют соотношение в 100 люмен на ватт мощности.

Соотношение мощности и светового потока отличается у разных видом ламп.

Фактические показатели могут отличаться от общепринятых, если конструкция лампы имеет особенности, которые влияют на качество света.

Читайте также

Таблица соответствия светодиодных ламп и накаливания

 

Как перевести одни единицы освещенности в другие

Раньше использовались сложные формулы для проведения расчетов, теперь в этом нет необходимости. Самое главное – иметь под рукой значение в определенной единице света, чтобы можно было использовать исходные данные.

Далее нужно просто найти любой конвертер освещенности. Вводятся значения, которые есть в наличии (подбирается соответствующий пункт), а во второй графе выставляются те единицы освещенности, в которые надо перевести. Вычисления занимают считанные секунды и отличаются высокой точностью, так как производятся на основе проверенных формул.

Как определить освещенность

При недостаточном освещении человек намного быстрее устает, приходится постоянно напрягать зрение, что крайне нежелательно. Поэтому в СНиП установлены нормы для основных видов помещений, которых следует придерживаться при определении необходимой освещенности.

Уровни освещенности установлены для всех видов помещений.

В расчет принимается естественное освещение, но основное внимание уделяется искусственному свету, так как с его помощью можно создать оптимальные условия вне зависимости от погоды на улице. Ниже приведены основные значения для разных помещений:

1. Офисы, в которых работают за компьютерами и оформляют документы – 300 Лк.
2. Помещения для проведения чертежных работ – 500 Лк.
3. Конференц-залы, переговорные комнаты – 200 Лк.
4. Жилые комнаты и кухни – 150 Лк.
5. Детские – 200 Лк.
6. Рабочие кабинеты или зоны – 300 Лк.
7. Учебные классы и аудитории – 400 Лк.
8. Торговые залы – от 200 до 400 Лк в зависимости от специфики.

Для рабочих зон существуют особые нормы, поэтому там чаще всего используют дополнительные светильники, которые выделяют небольшую часть пространства.

Что касается определения освещенности, для этого используют прибор, который называется люксометр. С его помощью проводятся замеры в нескольких точках помещения, они указаны в СНиП, важно делать все правильно. Может проверяться не только общий показатель, но и освещенность определенной поверхности или оборудования, если нужно обеспечить особые условия при выполнении работы.

Особенности определения освещенности для светодиодных приборов

Этот тип оборудования пользуется самой большой популярностью, поэтому надо использовать несколько рекомендаций при выборе оборудования и его эксплуатации. После того, как определены нужные показатели, следует подобрать конкретные лампочки или светильники и высчитать нужное для помещения количество. Важно распределить их равномерно, чтобы не было плохо освещенных участков.

Проводить замеры показателей следует после того, как оборудование проработает как минимум 2 часа. Это связано с тем, что диоды нагреваются, что влияет на их рабочие характеристики. Повторять измерения там, где это важно, надо 1-2 раза в год. Со временем рабочие показатели диодов, особенно низкокачественных, могут сильно снизиться.

Разобраться в единицах измерения освещенности несложно, так как вариантов немного. А для практического использования хватит и одного, поэтому проще всего выбрать подходящую систему измерения и применять ее.

какие параметры яркости света естественного освещения

Содержание

1. Основные характеристики света
2. Свойства
3. Понятие освещенности
4. Единицы измерения
5. Кандела
6. Люмен
7. Люкс
8. Ватт
9. Как перевести одни единицы измерения в другие
10. Особенности определения освещенности
11. Для светодиодных приборов
12. Устройства для измерения
13. Нормы и требования к освещенности

Проектировщику жилых и производственных помещений, инспектору охраны труда и многим другим специалистам нужно знать, в чем измеряется освещенность. Этот параметр должен находиться в пределах, установленных нормативными документами. Тогда люди чувствуют себя комфортно и могут полноценно выполнять свои профессиональные обязанности.

Основные характеристики света

Светом называют видимое электромагнитное излучение.

Его характеристиками являются:

1. Длина волны.
2. Световой поток.
3. Цветовая температура.
4. Индекс цветопередачи.
5. Коэффициент пульсаций.

Человеческий глаз воспринимает свет с длиной волны от 360 до 830 нм.

От этой характеристики зависит цвет излучения:

• 360-440 – фиолетовый;
• 440-480 – синий;
• 480-510 – голубой;
• 510-550 – зеленый;
• 550-575 – желто-зеленый;
• 575-585 – желтый;
• 585-620 – оранжевый;
• 620-770 – красный.

В большинстве случаев приходится иметь дело со светом, сочетающим в себе волны разной длины. Его спектральный состав характеризуют цветовой температурой, измеряемой в кельвинах (К):

Температура, К	Описание света
2400	Насыщенный желтый
3200	Желтоватый
4300	Теплый белый (с желтоватым оттенком)
5000	Белый естественный
6000	Холодный белый (голубоватый)
8000	Синий
10000	Сине-фиолетовый

Свет холодных оттенков бодрит и создает рабочее настроение, теплый – воспринимается как уютный, расслабляющий.

Также от спектрального состава зависит коэффициент искажения цвета. Его обозначают буквами Ra и измеряют в процентах. Чем ниже этот показатель, тем сильнее искажаются цвета. У естественного цвета Ra = 100%, т. е. искажение полностью отсутствует. Комфортным считается излучение с Ra не менее 80%.

Световой поток – это энергетическая характеристика. Она показывает мощность излучения по воздействию на человеческое зрение. Данное понятие обозначает суммарную выделяемую энергию без учета направления распространения.

Коэффициент пульсаций – одна из главных характеристик искусственных источников. Она показывает, на сколько процентов отклоняется поток света от среднего значения при мерцании.

Причиной пульсаций является циклическое изменение силы переменного или выпрямленного тока в цепи. Чем ниже инерционность лампы, тем сильнее она мерцает.

Человек может не замечать пульсаций, но они оказывают на него скрытое воздействие – повышают утомляемость, способствуют появлению головных болей и т. д.

Свойства

Основными свойствами света являются:

1. Способность к отражению. Встретившись с непрозрачной поверхностью, луч меняет направление. Углы падения и отражения равны.
2. Преломление. На границе двух прозрачных сред луч меняет направление по той причине, что скорости распространения света в этих материалах отличаются. С увеличением разности между ними возрастает и угол преломления.

Понятие освещенности

Освещенностью называют величину светового потока, приходящуюся на единицу площади поверхности. С удалением от источника эта величина уменьшается пропорционально квадрату расстояния.

Освещенность рабочих поверхностей, например крышки стола в офисе, должна находиться в установленных нормативными документами пределах. При таких условиях глаза не страдают от перенапряжения, человек с комфортом читает и пишет.

Единицы измерения

Для связанных со светом физических величин в Международной системе СИ введены единицы измерения. В них нужно разбираться, чтобы уметь правильно выбрать лампу.

Кандела

В канделах измеряют силу света, т. е. пространственную плотность светового потока в пределах телесного угла. Название единицы происходит от латинского слова candela, что переводится как «свеча». Сокращенное обозначение – кд.

Сила света показывает сосредоточенность потока на некотором направлении, так же как плотность – концентрацию массы в единице объема. Это важная характеристика для фонарей с фокусирующим приспособлением – линзой или отражателем.

Лучи разной ширины могут иметь равный световой поток, но более узкий окажется сильнее, а значит, полезная производительность у него будет выше.

Силой в 1 кд обладает источник, генерирующий в пределах телесного угла в 1 стерадиан (примерно 65,5°) излучение мощностью 1/683 Вт с длиной волны 540 нм (зеленое).

К свету с другой длиной волны глаз менее восприимчив, поэтому требуется применение поправочных коэффициентов.

Важной характеристикой фонарей и прожекторов является кривая силы света. Она отображает распределение данной величины в пространстве.

Число кандел в единице площади поперечного сечения лучевого пучка называют яркостью. Также применяют термин «плотность света». Единица измерения – кд/м². При неизменной силе света этот показатель снижается с увеличением расстояния до источника.

Люмен

В люменах измеряют поток света. Краткое обозначение – лм. Поток в 1 лм испускается источником силой 1 кд в пределах телесного угла в 1 стерадиан. Таким образом, в сумме такой излучатель дает 4 люмена.

Световой поток – главная характеристика лампочки. По этому показателю судят о ее яркости. Приобретая новый прибор взамен сгоревшего, в первую очередь проверяют информацию о количестве люменов на упаковке.

Люкс

Люкс – единица измерения для освещенности. Сокращенное обозначение – лк. Освещенность в 1 лк наблюдается в том случае, если на участок поверхности площадью 1 кв. м падает поток в 1 лм.

Ватт

В ваттах (Вт) выражают количество энергии, перенесенной излучением за единицу времени. Но в этом качестве данную единицу измерения используют только в научных целях.

В быту и промышленности в ваттах измеряют электрическую мощность, потребляемую светильником. Рассматривать эту величину как показатель яркости лампочки можно только при сравнении однотипных приборов.

Например, лампа накаливания мощностью 100 Вт испускает световой поток в 1300-1500 лм, на 150 Вт – примерно 2000 лм. Люминесцентная на 26 Вт – 1600-2000 лм, на 50 Вт – около 4000 лм.

Как перевести одни единицы измерения в другие

Чтобы перевести ватты в люмены, нужно знать светоотдачу излучателя. Еще этот параметр часто называют энергоэффективностью. Он показывает число люменов, излучаемое прибором на 1 Вт потребленного электричества.

Для разных ламп светоотдача составляет (лм/Вт):

• накаливания – 15;
• люминесцентной – до 80;
• светодиодной – 120.

Показатель тем выше, чем ниже потери на выделение тепла.

Особенности определения освещенности

При проведении измерений следят за тем, чтобы в исследуемой зоне не было тени от людей или предметов. Уровень запыленности воздуха должен быть таким же, какой наблюдается в повседневности.

Для светодиодных приборов

Измерение параметров LED-источника проводят после 2 часов его непрерывной работы. Это позволяет получить объективный результат без искажений. Для повышения точности рекомендуется провести несколько замеров.

Устройства для измерения

Для количественной оценки освещенности используют специальный прибор – люксметр.

Главными его составляющими являются:

1. Встроенный или выносной датчик с фотоэлементом.
2. Преобразователь.
3. Индикатора в виде шкалы со стрелкой (аналоговые модели) или жидкокристаллического дисплея (цифровые).

Фотоэлемент изготовлен из полупроводников. При попадании света на его поверхность он генерирует ток, величина которого прямо пропорциональна интенсивности излучения. Далее электрический сигнал обрабатывается преобразователем и подается на индикатор.

На показания прибора влияет спектральный состав излучения. При выполнении измерений в условиях естественного и искусственного освещения результаты будут разными.

У недорогих моделей погрешность может превышать 10%, поэтому полученные данные корректируют с помощью поправочных коэффициентов, учитывающих тип освещения.

Дорогие люксметры лишены этого недостатка. Они оснащены оптическими фильтрами, в силу чего воспринимают свет подобно человеческому глазу.

Дополнительно в комплекте есть насадки для измерения интенсивности излучения, падающего под углом. Специальное приспособление позволяет проверить правильность показаний прибора.

Помимо люксметра, используют яркомер – устройство для измерения яркости. Выпускают комбинированные модели, сочетающие в себе обе функции. Дополнительно может присутствовать модуль для измерения пульсаций – пульсметр.

Для фотографов разработано специализированное оборудование:

1. Экспонометр. Оценивает освещенность снимаемых объектов, на основании чего подбирают выдержку и сечение диафрагмы.
2. Флешметр. Прибор измеряет мощность вспышки и длительность ее импульса.

Нормы и требования к освещенности

Оптимальные фотометрические показатели прописаны в следующих документах:

1. ГОСТ Р 54944-2012. Здесь описаны методы проведения измерений в производственных помещениях и на открытом воздухе, в т. ч. на автодорогах.
2. СП 52.13330.2016, СНиП 23-0-2010, СНиП 23-05-95. Здесь указаны нормы освещенности для различных помещений и рабочих площадок вне зданий.

Согласно перечисленным документам, удельный световой поток в лк составляет:

• в подвалах, проходах на чердак и на лестницах – 20;
• в коридорах и ванных комнатах – 50;
• в кухнях, жилых комнатах и залах для фитнеса – 150;
• в детских – 200;
• в производственных цехах, где выполняют шлифовку поверхности изделий – 300;
• в торговых залах универсамов – 400;
• в аудиториях университетов – 400;
• в операционной – 500.

Коэффициент пульсации тоже нормируется:

• в кухне – не более 25%;
• в жилых помещениях и на большинстве офисных рабочих мест – до 20%;
• в аудитории учебного заведения, магазине и операционной – не выше 10%;
• при работе с ПК – до 5%.

При частоте пульсаций свыше 300 Гц, а также в местах временного пребывания людей (лестницы, коридоры и т. д.) допускается любой коэффициент. Эти нормы прописаны в документах ГОСТ 17677-82, СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 и др.

Результатом пульсаций света может стать т. н. стробоскопический эффект. Он состоит в том, что при взгляде на вращающийся шпиндель станка или иной подобный узел возникает иллюзия его неподвижности.

Это может привести к травме, поэтому на производственных участках промышленных предприятий параметры пульсации света нормируются более строго.

Как вы измеряете свет?

Когда кто-то хочет измерить количество света, он должен обратиться к пяти метрикам или параметрам, которые его описывают. Все это является частью науки о фотометрии, которая занимается количественным определением количества света. Существует также наука колориметрия, которая занимается идентификацией и анализом цветов в источнике света. В этой статье сначала обсуждаются пять фотометрических параметров, а затем основное внимание уделяется колориметрическим параметрам. В фотометрии имеет дело только с видимым диапазоном между 400-700 нм, и любой свет за пределами этого диапазона игнорируется. Любой фотометрический параметр за пределами этого диапазона будет иметь нулевое значение. Существуют также другие определения диапазона длин волн видимого света, и в других определениях видимый диапазон составляет 380–780 нм, но для целей этой статьи он указан в диапазоне 400–700 нм. Первый фотометрический параметр называется «сила света», который описывает интенсивность света и измеряется в канделах. Одна кандела — это интенсивность света, исходящего от свечи, которая раньше была стандартным способом измерения силы света. Происхождение этого устройства восходит к водопроводной свече, которая использовалась для плавления свинцового припоя, чтобы соединить водопроводные трубы.

На рис. 1 показана сила света в одну канделу.

 Рисунок 1: Одна кандела определяется как сила света свечи.

Интенсивность конкретного источника света может быть более интенсивной, чем одна кандела (например, фонарик), или менее интенсивной, чем одна кандела (например, светодиод на печатной плате). Свеча светит силой в одну канделу во всех направлениях (4*π стерадиан) вокруг свечи. Стерадиан – это единица измерения телесного угла, который определяется как конус, стянутый между центром сферы и круговым сечением на поверхности сферы, как показано на рисунке 2. 9.0004

Рис. 2: Определение телесного угла .

Связь между Ω, A и r определяется соотношением Ω=Ar2  где Ω — телесный угол, A — площадь на сфере, пересекаемая конусом, как показано на рисунке 2, а r — радиус сферы. Поскольку площадь поверхности сферы равна 4πr2, максимально возможный телесный угол равен 4πr2/r2=4π стерадиан.

Второй важной величиной для фотометрических измерений является «световой поток», который представляет собой количество света, проходящего через телесный угол. Он измеряется в единицах «люмен», который определяется как количество света, проходящего через телесный угол в один стерадиан от источника в одну канделу. Например, если в центре сферы расположить источник света силой света в одну канделу, световой поток, проходящий через сферический колпак площадью 1 м2, будет равен одному люмену. На рис. 3 показана концепция

Рисунок 3: Определение одного люмена.

Следует отметить, что телесный угол, изображенный на рисунке, составляет один стерадиан (через который проходит один люмен), но источник света в одну канделу дает  12,57 (4π) люменов во всех направлениях (поскольку общий телесный угол равен 4π стерадиан). Третьей важной фотометрической величиной является освещенность, которая измеряется в люксах в системе СИ или в британских фут-канделях. Он определяется как световой поток на единицу площади. На рис. 4 показана геометрия для получения освещенности в один люкс и одну фут-кандел 9.0004

Рисунок 4: Определение люксов и фут-свечей. Световой поток составляет один люмен.

Если источник свечи силой света в одну канделу разместить на расстоянии одного метра от рамы площадью 1 м2, световой поток, проходящий через поверхность, составляет один люмен, а освещенность (световой поток на единицу площади) составляет один люкс. Освещенность (в люксах) рассчитывается путем деления общего светового потока, освещающего поверхность, на площадь поверхности. Так, например, если на поверхность площадью 5 м2 падает световой поток 10 люмен, освещенность на этой поверхности составляет 2 люкс. В случае фут-кандел источник свечи размещается на расстоянии одного фута от площади квадратного фута кадра (световой поток по-прежнему равен одному люмену), а освещенность поверхности составляет 1 люмен/фут2 или фут-канделя. Освещенность — это фотометрическая величина, которую легко измерить с помощью недорогих люксметров. Два фактора влияют на освещенность поверхности от источника фиксированной силы света. Во-первых, это расстояние от источника света до поверхности, поэтому большие расстояния уменьшают освещенность, а меньшие расстояния увеличивают ее. Второй фактор — это угол освещения, из-за которого освещенность зависит от косинуса угла падения (самая высокая освещенность при нормальном падении).

Четвертая по важности фотометрическая величина называется «светимостью» и определяется как освещенность, отраженная от поверхностей. Умножение освещенности поверхности на ее отражательную способность дает экстенсивность. Очевидно, что белые поверхности имеют более высокую экстенсивность по сравнению с более темными поверхностями. Единица измерения экстенсивности такая же, как и освещенности, потому что отражательная способность является безразмерным параметром и, следовательно, экстенсивность также измеряется в единицах люмен/фут2 (фут-канделябр) или люмен/м2 (люкс).

Наконец, пятая по важности фотометрическая величина называется яркостью и измеряется в единицах кандела/м2 в единицах СИ или кандела/фут2 в британских единицах. Яркость определяется как интенсивность света, излучаемого поверхностью на единицу площади в заданном направлении. Это связано с тем, как мы видим объекты, а также связано с отражением. Однако отражение от объекта может быть зеркальным (например, в случае более направленного зеркала) или диффузным (когда отраженные фотоны рассеиваются во всех направлениях). Вот почему яркость учитывает телесный угол, образованный между отражающим объектом и глазом наблюдателя. Коэффициент отражения отражающего объекта и зеркального объекта может быть очень высоким, но в случае диффузного отражения фотоны рассеиваются под более широким углом по сравнению с зеркальным отражением (также называемым зеркальным отражением). Следовательно, яркость, наблюдаемая от зеркального объекта, более направлена. На рис. 5 показана геометрия для яркости, а также изображены все другие важные фотометрические параметры, кроме оптического излучения.

Рисунок 5: Важные фотометрические величины показаны на рисунке. Для наглядности представьте себе отраженный от поверхности свет во всех направлениях (диффузное отражение).

Другой способ оценки источников света, помимо измерения фотометрических величин, заключается в их оценке на основе колориметрии или науки о цветах.

Важным колориметрическим фактором является цветовая температура. Когда кто-то нагревает излучатель черного тела (или, другими словами, планковский излучатель), он меняет цвет с красного на желтый, на синий и белый с повышением температуры. Эта связь цвета с фактической температурой излучателя черного тела, который излучает этот цвет, называется цветовой температурой. Чтобы объект имел цветовую температуру, скажем, 3000 К, он не обязательно должен иметь эту температуру. Например, светодиодная лампа может иметь комнатную температуру, но может иметь цветовую температуру 3000 К в зависимости от отношения цвета, который она излучает, к цвету черного тела при этой температуре. Если рассматривать цвета, излучаемые непланковскими объектами (объектами, которые не являются излучателями черного тела или идеальными излучателями), используется термин коррелированная цветовая температура (или CCT). Чтобы найти цветовую температуру источника света, нужно сначала вычислить координаты цветности. Координаты цветности рассчитываются с использованием спектрального распределения мощности и некоторых математических вычислений. Они задаются двумя координатами x и y и показаны на рис. 6. 9.0004

Рисунок 6: Цветовые координаты источника света показаны желтой точкой.

Продолжить чтение…

На рисунке выше координаты цветности были рассчитаны как 0,4743 и 0,4346 и показаны желтой точкой. Приложенная кривая содержит разные цвета с границами, соответствующими монохроматическому свету. Все излучатели черного тела попадают на кривую черного тела с разными цветовыми температурами, и если источник находится достаточно близко выше или ниже кривой черного тела (на рисунке измеренный источник падает выше кривой черного тела, как показано), тогда можно связать «коррелированный цвет». температура» с источником. Изотермические перпендикулярные черные и красные линии помогают определить CCT. Для этого источника CCT составляет 2696 K.

Другим важным колориметрическим параметром является индекс цветопередачи Ra, который был предложен CIE (французская аббревиатура от Международной комиссии по освещению) и широко используется в светотехнической промышленности. Ra — индекс точности (максимум 100 и минимум любое число, даже отрицательное), который описывает влияние источника света на цвет объектов по сравнению с влиянием планковского источника на внешний вид объектов. На рис. 7 показаны различные проявления цвета красного яблока при различных источниках света с уменьшением индекса цветопередачи слева направо, хотя цветовая температура одинакова для всех при 2700 °K.

Рисунок 7: Изменение индекса CRI указывает на изменение цвета при различных источниках света.

Можно видеть, что на крайнем правом изображении яблоко выглядит очень бледным, а его реальный цвет не отображается должным образом, и, следовательно, оно связано с низким значением индекса CRI (или Ra), равным 70. Крайнее левое яблоко имеет естественный цвет. цвета и имеет высокий индекс CRI 97.

Хотя индекс CRI использовался для оценки цветопередачи, он не может различать перенасыщенные и недонасыщенные цветовые проявления под источником света. На рис. 8 показан цвет объекта при двух разных источниках освещения с одинаковым индексом цветопередачи и цветовой температурой.

Рисунок 8: Тот же индекс CRI, но другой цвет, особенно для синего цвета.

На левом изображении синий цвет кажется недостаточно насыщенным, а на правом изображении синий цвет перенасыщен. Хотя индекс CRI одинаков для обоих (Ra=70), стандарт не позволяет провести различие между двумя случаями. Причина в том, что индекс CRI указывает только, насколько далеко тестовый источник находится от истинного источника освещения черного тела. Он не предоставляет никакой информации о насыщенности или обесцвечивании цветов. По этой причине Североамериканское общество инженеров по светотехнике (IES) разработало другой стандарт под названием IES-TM-30-15. В этом новом стандарте вместо одного индекса точности Ra используются два индекса Rf и Rg. Rf — это индекс точности, который варьируется от 0 до 100, а Rg — это индекс гаммы (оценивает насыщенность или ненасыщенность цветов), который может иметь значения выше 100 (для обычного источника света он варьируется от 60 до 140). Значение Rg более 100 указывает на насыщенные цвета, а значения Rg ниже 100 указывают на ненасыщенные цвета. Комбинация Rf и Rg может дать количественную оценку цветопередачи намного лучше, чем только один индекс точности Ra. Рисунок 9показывает график зависимости Rg от Rf с вершиной треугольника, соответствующей излучателю абсолютно черного тела

Источник (на вершине) представляет собой почти черное тело.

Наконец, еще одним важным колориметрическим параметром является Duv (uv должен быть в формате нижнего индекса), который предоставляет информацию о расстоянии и направлении сдвига цвета от кривой черного тела в координатах CIE 1960 u-v (существует несколько версий диаграмм CIE, таких как CIE1936, CIE1960 и CIE1974). Когда Duv (uv должен быть в формате нижнего индекса) близок к нулю, источник света близок к источнику абсолютно черного тела и является идеальным. На рис. 10 показан Duv на диаграмме CIE 1960 года. Обратите внимание, что Дув может иметь положительный или отрицательный знак в зависимости от координат цветности источника.

Рисунок 10: Дув может иметь отрицательный или положительный знак.

Два источника могут иметь одинаковую CCT, но могут находиться по обе стороны от кривой черного тела (положительная и отрицательная Duv) и, следовательно, давать различную цветопередачу, как показано на рисунке 11.

Рис. 11: Два источника с одинаковым CCT, но положительным и отрицательным Duv.

Поэтому одной цветовой температуры может быть недостаточно для демонстрации цветопередачи. Необходимо учитывать знак и величину Дув. На рис. 12 показаны два источника с одинаковой CCT, но на разных сторонах кривой абсолютно черного тела.

Рисунок 12: Два источника имеют одинаковую CCT, но разные знаки Duv.

Спектрометр для смартфона Lighting Passport (показан на рис. 13), представленный Allied Scientific Pro, может измерять освещенность в люксах, CCT, Duv, индексе CRI (Ra), Rf и Rg на основе стандарта TM-30-15, координаты цветности, спектр и многое другое. Это разумная инвестиция для профессионала в области освещения, который хотел бы иметь точные показатели.

Рисунок 13: Lighting Passport, первый спектрометр для смартфонов.

Используйте паспорт освещения от Allied Scientific Pro для оценки источников света на основе фотометрических и колориметрических параметров.

в Добро пожаловать в наш блог!

# Блоги о паспорте освещения Phototmetrics Sphere

Что такое единица измерения кандела?

Кандела — это основная единица Международной системы единиц (СИ), которая измеряет яркость источника света при определенной длине волны, видимой человеческому глазу. Он измеряется с точки зрения силы света точечного источника света на единицу телесного угла, известную как стерадиан. Его сокращенная форма — «cd».

В качестве основной единицы измерения освещенности кандела также связана с другими единицами измерения, такими как люмены и люксы. Основные различия между тремя концепциями изложены ниже:

• Люмен – мера общего количества света, излучаемого источником, когда он открыт
• Люкс – яркость освещаемой площади поверхности на заданном расстоянии
• Candela – интенсивность света, наблюдаемая от точечного источника света, но при определенной длине волны видимого света.

Несмотря на то, что они могут показаться похожими, это разные единицы со своими специфическими параметрами, использованием и связанными понятиями. Например, если вы покупаете проектор, вы, скорее всего, столкнетесь с люменами. Однако, если вы хотите узнать оптимальное расстояние проектора от стены, люкс будет хорошей концепцией для рассмотрения.

В этом посте:

Какая польза от канделы?

Кандела (кд) служит базовой единицей измерения освещенности, воспринимаемой человеческим глазом. Это полезно при калибровке источников искусственного света, таких как светодиодные лампы.

Как следует из названия, единица измерения кандела основана на силе света восковой свечи. Обычная восковая свеча имеет силу света, эквивалентную приблизительно одной канделе. Однако научное определение более тонкое и техническое.

Восковая свеча имеет силу света, эквивалентную одной канделе.

Кандела измеряет светимость видимого света от точечного источника в заданном направлении и в заданной области, называемой стерадиан. Стерадиан – это площадь сферы, равная квадрату радиуса сферы. Обычно это единичная сфера радиусом 1,

Точнее, кандела – это мера интенсивности в заданном направлении монохроматического зеленого цвета с частотой 540 × 1012 Гц и мощностью излучения 1/683 Вт на стерадиан.

Люмен, полученный из канделы, является мерой светового потока, который отличается от лучистого потока. Это общее количество света, излучаемого источником в единицу времени. Между тем, люкс эквивалентен люмену на квадратный метр.

Источник

Эти понятия можно использовать для расчета количества света, необходимого для освещения комнаты или открытого пространства. Оттуда вы можете определить количество светодиодных ламп, люминесцентных ламп, ламп накаливания или других искусственных источников света, необходимых для освещения помещения.

Расчет освещенности очень полезен при проектировании интерьеров зданий и открытых общественных мест. Например, он позволяет точно определить оптимальное положение уличных фонарей. Это также жизненно важно для киноиндустрии, поскольку правильное освещение может задать настроение и повествование. Когда одна сцена фильма или последующие сцены часто требуют нескольких дублей, иногда необходимо использовать фотометры, чтобы воссоздать точные условия освещения для достижения согласованности. Подобные понятия используются в фотографии, такие как динамический диапазон и экспозиция.

Как измерить канделу?

Вы можете измерить канделу с помощью цифрового фотометра или других подобных приборов. В некоторых случаях вам может потребоваться выполнить некоторые расчеты для преобразования единиц измерения из люменов в люксы.

Цифровые фотометры измеряют освещенность внутри или снаружи помещений

Вы должны помнить о следующих преобразованиях:

• 1 люмен (лм) = 1 кандела (кд) ⋅ стредиан (ср)
• 1 сфера = 4π ср
• 1 кд × 4π ср = 4π кд⋅ср ≈ 12,57 лм

Следовательно, 12,57 люмен — это общий световой поток источника света, равномерно излучающего 1 кд во всех направлениях.

Как кандела используется в химии?

Кандела как единица измерения не имеет прямого применения в химии. Однако это имеет определенное значение при анализе химического состава веществ на основе их спектроскопических характеристик.

Вы также можете сравнить энергию, выделяемую некоторыми химическими реакциями, по интенсивности света, который они производят.

Является ли кандела базовой единицей?

Кандела — это базовая единица СИ, которая используется для получения других единиц, таких как люмены и люксы. До стандартизации измерения силы света в качестве стандарта использовалась мощность лампы Хефнеркерце или Хефнера.

Один Hefnerkerze эквивалентен примерно 0,920 кандел, что соответствует соотношению почти 1:1.

Какая связь между канделами и люменами?

В качестве базовой единицы кандела эквивалентна одному люмену на стерадиан. Это соответствует 12,57 люмен для сферы, если предположить, что источник излучает свет одинаково во всех направлениях.

Отказ от ответственности

Весь контент, опубликованный в блоге ReAgent.co.uk, предназначен только для информации. Блог, его авторы и аффилированные лица не несут ответственности за любые несчастные случаи, травмы или ущерб, вызванные частично или непосредственно в результате использования предоставленной информации. Кроме того, мы не рекомендуем использовать какие-либо химические вещества, не ознакомившись с Паспортом безопасности материала (MSDS), который можно получить у производителя.