Световой поток и освещенность: Расчет освещенности для помещений 🏡 Полезные советы от магазина Мир Света

Световой поток, сила света, освещенность

Лучистый
поток, создающий у людей световое
ощущение, выражать в ваттах очень
неудобно, т.к. человеческий глаз обладает
разным световым восприятием различных
длин волн (светофор). Лучше всего
воспринимается оранжевый цвет. Поэтому
для оценки действия излучения на глаз
человека пользуются понятием световой
поток.

Световым
потоком Ф называют ту часть потока
излучения, которая вызывает в глазу
ощущение света, и оценивается по световому
ощущению.

Величину,
характеризующую зависимость светового
потока от направления излучения
называется силой
света
J.

где
Ω — телесный угол.

В
системе СИ единица силы света является
шестой основной единицей и называется
кандела
(латинский
— свеча) (кд).

1
кандела – 1/60 часть силы света, создаваемой
1 см² плоской поверхности платины при
температуре ее затвердевания (2046 К) по
направлению перпендикуляра к этой
поверхности.

Единица
измерения светового
потока:

Ф
= 1кдср=1
лм (люмен). Здесь ср – стерадиан –
телесный угол.

1
люмен соответствует лучистому потоку
в 0,00161 Вт при λ=555 нм (зеленый).

Т.к.
полный телесный угол содержит 4π
стерадиан, то полный поток, испускаемый
точечным источником света:

При
равномерном распределении падающего
на поверхность светового потока величину
светового потока, проходящего через
единицу поверхности, называют
освещенностью.

; []=1
лм/1 м²=1 лк (люкс) (латинский — свет)

Яркостью
называют отношение:
;
[]=1
kд/1
м²=1 нт (нит)

нт
– наименьшая яркость, на которую
реагирует глаз человека, при 10⁵
нт в глазу возникают болезненные
ощущения.

Перемещение
фронта волны в пространстве объясняется
с помощью принципа Гюйгенса:

Все точки фронта
волны являются вибраторами, от которых
распространяются элементарные волны.
Огибающая всех этих

элементарных
волн дает новое положение фронта волны
(поверхность 2) (рисунок 2).

П

Рисунок
2. Образование фронта

волны согласно

принципу
Гюйгенса

ри наложении элементарных волн,
идущих в сторону точки О, происходит
взаимное ослабление колебаний, и в этом
направлении волны гасят друг друга.
Линию, вдоль которой перемещается фронт
волны, называют лучом (ОА).

В
изотропной среде свет распространяется
прямолинейно, т.е.

световые
лучи являются прямыми линиями. Чем
дальше от точки О уходит фронт волны,
тем меньше становится кривизна его
поверхности. Поэтому на
большом расстоянии от источника света
маленький участок фронта волны можно
считать плоским, а световые лучи
параллельными.

Изменение
направления распространения света
происходит на границе раздела двух
различных сред (рисунок 3). Если на
поверхность воды из воздуха попадает
тонкий пучок света, то в точке падения
О часть света отражается, а часть
проникает в воду и при этом преломляется.

Угол
,
составленный падающим лучом и
перпендикуляром, восстановленным
из
точки падения луча к поверхности,
называется углом падения.

У

 i

1. Воздух

0

2. Вода



гол i,
составленный отраженным лучом и тем
же перпендикуляром, называется углом
отражения.

У

Рисунок 3. Отражение
и

преломление
света

гол ,
составленный преломленным лучом и
перпендикуляром, восстановленным к
поверхности раздела двух сред в точке
падения луча,называется
углом преломления.

Если
световое излучение проходит в среде
значительное расстояние мало ослабляясь,
то такую среду называют прозрачной.
Пусть излучение приносит в точку 0
энергию W.
Тогда
.

Коэффициент
отражения r
показывает, какую часть энергии,
принесенной на поверхность тела
излучением, составляет энергия,

унесенная
от этой поверхности отраженным излучением.

Веществ,
которые бы полностью поглощали или
отражали все падающие на них излучения,
в природе нет. Несмотря на это, в оптике
принято абстрактное понятие: абсолютно
черное тело, которое полностью поглощает
все падающие на него излучения Почти
полностью поглощают падающие на них
лучи печная сажа и черный бархат, а почти
полностью отражает свет полированное
серебро.

Законы
отражения светового излучения были
открыты еще в III
веке до н.э. Эвклидом:

— Лучи
падающий и отраженный лежат в одной
плоскости с перпендикуляром к отражающей
поверхности, восстановленным в точке
падения луча.

— Угол
отражения луча равен углу его падения
i
= .

— Падающий
и отраженный лучи обратимы.

Отражение
может быть диффузным
(рассеянным) и зеркальным
(рисунок
4). Зеркальным отражение получается,
если размеры неровностей на поверхности
не превышают длины волны светового
излучения.

а б

Рисунок
4. Диффузное (а) и зеркальное (б) отражение
света

Преломление.
Если скорость распространения излучения
в среде 1 больше чем среде 2 (>),
то угол преломления 
оказывается меньше угла падения ,
т.е. преломленный луч приближается к
перпендикуляру.

Отношение
скоростей света для двух сред обозначают
n₂₁
и называют показателем преломления
второй среды относительно первой.

Законы
преломления:

Светотехника: световой поток, освещенность, яркость

Свет, падающий на поверхность нашей планеты Земля от Солнца, является источником жизни для всех ее живых организмов. Солнечные лучи, распространяясь со скоростью 300000 км/ч., оказывают следующие воздействия на окружающую среду:

• участие в фотосинтезе;
• видимый свет;
• тепло ;
• обеззараживание;
• облучение.

Исходя из этого естественный свет — это лучистая энергия в виде электромагнитных волн, обладающих разными свойствами в зависимости от их общего показателя, которым является длина. Длина излучений измеряется в нанометрах (0,000000001 м) и варьируется для инфракрасных волн от 700 до 10000 нм., видимых человеческому глазу 400-750 нм., ультрафиолетовых — 10-370 нм. и рентгеновских 0,00001-10 нм.

Для человеческого глаза наиболее оптимальной считается длина видимых электромагнитных колебаний от 500 до 600 нм., хуже воспринимаются красные и фиолетовые лучи, а инфракрасные и ультрафиолетовые ощущаются только по нагреву и загару кожного покрова.

С развитием науки и техники человечество научилось создавать искусственные источники всех разновидностей электромагнитных волн, используемых в разных отраслях промышленности и сельского хозяйства и других сферах деятельности. Рассмотрим основные светотехнические понятия, раскрывающие все характеристики источников света.

Что такое световой поток?

Световой поток — это мощность видимого излучения источника электромагнитных волн, которое ощущает человеческий глаз. Обозначается буквой Ф и измеряется в люменах (лм).

Поток лучей света, отдаляясь от источника, в пространстве распространяется неравномерно, теряя свою плотность. Эту пространственную лучистую плотность светового потока характеризует такое понятие как сила света I (измеряется в канделах – кд.), которое определяется из отношения светового потока Ф к телесному углу ω.

I=Ф/ω.

Чтобы разобраться, как эти величины взаимосвязаны друг с другом обратимся к рисунку.

Если взять точечный источник света 0, который будет светить в пространстве, то будет находиться внутри освещенного  шара. Теперь представим, что световой поток Ф будет распространяться на выбранный участок сферы площадью S, в результате образуется конус, стороной которого будет являться радиус шара. Этот пространственный угол, являющийся вершиной конуса, и является телесным и определяется, как отношение площади S к квадрату радиуса сферы.

ω=S/R².

Единицей телесного угла является стерадиан (ср), который образует на поверхности светящегося шара площадь, равную по значению квадрату его радиуса.

Освещенность

Освещенность характеризует то, как количественно изменяется плотность светового потока источника света в пространстве, лучи которого падают на любые поверхности, удаленные на разные расстояния от места излучения. Определяется отношением светового потока Ф к освещаемой поверхности S:

Е=Ф/S.

Снова обратимся к рисунку!

Итак, возьмем также точечный источник света  А, сила света I_α  светового потока которого направлена на участок  площадью S какой-либо поверхности. Расстояние между источником света  А и площадью равно l. В итоге образуется конус с наклоном, с углом α между направлением силы света I_α  и стороной конуса и пространственным углом ω. Тогда:

ω=S*cosα/l²  и вычисляем Ф= I_α *S*cosα/l²  .

Определяем освещенность элемента по следующему выражению:

Е= I_α*cosα/l² .

Таким образом, освещенность определяется силой света расстоянием до освещаемой поверхности, т.е. чем дальше находится предмет от источника видимого излучения, тем меньше на него попадает света!

Единица освещенности называется люксом и обозначается как (лк).

Яркость

При попадании светового потока на поверхность какого-либо предмета, то он частично поглощается, а другая его часть отражается, создавая зрительное восприятие этого предмета на расстоянии. Если два освещенных объекта темного и светлого цвета разместить на одном и том же расстоянии от человеческого глаза, то лучше будет виден светлый объект, то есть он лучше отражает световой поток источника света. Для сравнения, где будет светлее, в комнате со светло-зелеными или темно-коричневыми обоями при одинаковой освещенности? Конечно же, в комнате со светло-зеленым покрытием стен.

Таким образом, под яркостью освещаемой поверхности понимают то количество отраженной силы света относительно глаза наблюдателя, которое будет зависеть от окраски и отражающих свойств этой поверхности.

Яркость обозначается буквой L и равна отношению силы света к площади проекции освещаемой поверхности:

 L=I/S.

Как видно из формулы, яркость измеряется в кандела на один квадратный метр (кд/м2).

Данная формула справедлива в том случае, если глаз наблюдателя находится под углом 90 градусов к отражающей поверхности, так как тогда угол между падающим и отражающим углом составит 0 градусов, а cos0=1!

Если освещаемая поверхность будет рассматриваться человеческим глазом под некоторым углом а, то он увидит площадь проекции этой поверхности на плоскость, находящуюся под углом 90° по направлению к  наблюдающему, тогда яркость будет равна:

L=Ia/(S*cosa).

Также термин яркость используется и для источников света, имеющих излучающие поверхности различных форм. Так, например, если взять лампу накаливания с колбой в форме шара, то проекция излучения в пространстве будет в виде круга с площадью πD2/4. Для цилиндрических ламп (газоразрядные) проекция представляет собой множество прямоугольников, которые вычисляются как произведение длины и ширины, а в данном случае умножения диаметра колбы на ее длину.

Conversion method of luminous flux and illuminance

Contents

• Conversion method
• Luminous flux
  • light intensity
  • Luminance:
  • Luminance or Brightness
  •   Reflectance or reflection factor:
• Some common units in the lighting поле
• Объяснение Lux
  • Различные значения освещенности окружающей среды (Lux)
  • Related Posts

Метод преобразования

Некоторые пользователи электролюминесцентных ламп указывают необходимую им выходную яркость, но не все используют одну и ту же единицу измерения. Как конвертировать между кд/м2 (канделябр/квадратный метр), люкс и FL (фут-ламберт)?

• Когда источник света падает на объект, мы можем определить, какой из них является источником света (яркость), а какой отражается объектом (освещенность).
• Освещенность зависит от характеристик отражения объекта, она очень похожа на фотографию, измеряет только отраженный свет, а общей единицей измерения является люкс.
• Однако электролюминесцентная лампа является источником света, она должна быть идентифицирована по единице измерения яркости, а именно fL (фут-ламбертиан) или кд/м2, также называемой нит. Некоторые инженеры предпочитают использовать fL, в то время как Международная организация по стандартизации часто использует nits. Формула преобразования нит и фл: 1 нит x 0,2919 = 1 фл или 1 фл x 3,426 = 1 нит. Эти коэффициенты получены из pi(π) и m ² /ft ² *(0,0929).
• Очевидно, что использование люксов является неправильной единицей измерения, и люксы нельзя преобразовать в другие единицы измерения. 1 люкс = 1 люмен на квадратный метр = 0,0929 футовая свеча. 1 фут-свеча = 1 люмен на квадратный фут = 10,764 люкс. 1 фл = 3,426 кандел на квадратный метр (нит). 1 нит (кандела на квадратный метр) = 0,2919 фут-ламберта.

Световой поток

Световой поток — это скорость световой энергии, излучаемой источником света, или скорость потока света. Это основная величина, которая описывает световую способность источника света. Единица измерения — люмен. Например, лампа накаливания мощностью 100 Вт может излучать 1750 лм. Яркая люминесцентная лампа холодного белого цвета мощностью 40 Вт может излучать световой поток 3200 лм. По определению, 1 лм — это световой поток, излучаемый однородным точечным источником света с силой света 1 кд в пределах телесного угла в 1 стерадиан.

сила света

Сила света (мощность свечи) относится к световому потоку, излучаемому под телесным углом источника света (единица измерения — ср), то есть к плотности распределения светового потока, испускаемого источником света или лампа в выбранном направлении в пространстве, единицей измерения является свеча или кандела, именуемая кд. Источник света с силой света 1 кд может излучать световой поток 12,57 лм.

Яркость :

Плотность светового потока, получаемого на освещаемой плоскости, которую можно измерить световым потоком на единицу площади. Световой поток в 1 лм равномерно распределяется на площади в 1 квадратный метр, создавая освещенность в 1 люкс. Световой поток в 1 лм освещает площадь в 1 квадратный фут, а его значение освещенности составляет 1 фут-кандел, обозначаемое как Fc.

Яркость или яркость

Когда человеческий глаз видит свет объекта, это может быть выражено двумя способами: один используется для объектов с более высокой силой света, таких как источники света или лампы, прямо выраженный его силой света , а второй используется сам по себе. Объекты, которые не излучают свет, а только отражают свет, например, внутренние поверхности или обычные объекты, представлены яркостью. Яркость — это сила света, излучаемая или отражаемая в определенном направлении на единицу площади освещаемого объекта. Он используется, чтобы показать разницу между светом и темнотой освещаемого объекта. Метрическая единица — кд/м2, или нит, британская единица — фут-ламберт (fL).

Коэффициент отражения или коэффициент отражения:

Яркость поверхности зависит от падающего на нее светового потока и способности поверхности отражать свет. Количество и распределение света, который он может отражать, зависит от характера поверхности, в зависимости от соотношения отраженного света и падающего света. Он называется коэффициентом отражения или коэффициентом отражения (%) поверхности материала. Коэффициент отражения идеально черной поверхности равен 0, то есть сколько бы света ни падало на ее поверхность, яркости нет и он полностью поглощается. Напротив, коэффициент отражения идеально белой поверхности равен 1 (коэффициент отражения равен 100%, а поглощение равно 0). Чтобы измерить коэффициент отражения, сначала поместите измеритель освещенности на поверхность объекта и считайте значение освещенности поверхности Ei (падающий свет), а затем поместите измеритель освещенности на него на 5-8 см (светочувствительная часть обращена к поверхности, и тени не видны). заблокирован). Измерьте отраженную освещенность Er (отраженный свет). Освещенность поверхности, деленная на отраженную освещенность, представляет собой коэффициент отражения поверхности.

Некоторые распространенные единицы измерения в области освещения

Световой поток, условное обозначение, единица люмен, описание: Сумма света, излучаемого светящимся объектом в секунду, представляет собой световой поток.

Сила света, обозначение I, единица кд, описание: световой поток, излучаемый светящимся телом в единичном телесном угле в определенном направлении.

Освещенность, условное обозначение Е, ед. люкс, лм/м2, описание: световой поток светящегося тела, освещающего единицу площади освещаемого объекта.

Яркость, символ L, ед. нит, кд/м2, описание: световой поток, излучаемый светящимся телом в определенном направлении на единицу телесного угла на единицу площади.

Световая отдача, единица лм/Вт, описание: Способность источника электрического света преобразовывать электричество в свет, выражаемая делением излучаемого светового потока на потребляемую мощность.

Пояснение к люксам

Освещенность — это физическая величина, показывающая, насколько хорошо освещен объект. Освещенность связана с освещающим источником света, освещаемой поверхностью и положением источника света в пространстве. Размер пропорционален силе света источника света и косинусу угла падения света и обратно пропорционален квадрату расстояния от источника света до поверхности освещаемого объекта. Освещенность может быть использована непосредственно измерителем освещенности. Единицей освещенности является люкс, обычно сокращенно lx. При равномерном освещении объекта светом, когда световой поток, полученный на площади 1 кв. м, составляет 1 лм, его освещенность составляет 1 лк. Иногда, например, источник света используется полностью, и к источнику света часто присоединяют отражающее устройство для получения большего светового потока в определенных направлениях для увеличения освещенности на освещаемой поверхности в этом направлении. Например, светодиодные камеры, фонари для фотосъемки, фонарики и автомобильные фары оснащены зеркалами.

Различные значения освещенности окружающей среды (люкс)

Темная ночь: 0,001~0,02

Лунная ночь: 0,02~0,3

Облачно в помещении: 5~50