Световой поток

Одной из важнейших характеристик осветительного прибора является создаваемый им световой поток. Именно от этого показателя будет зависеть эффективность любого осветителя – от настольной лампы до корабельного прожектора. Но для того, чтобы суметь воспользоваться абсолютно бессмысленными на первый взгляд цифрами, необходимо четко представлять, что такое световой поток, в чем он измеряется и как связан с освещенностью.

Содержание

Что это такое

Согласно научному определению световой поток (СП) – световая величина, которая характеризует количество энергии, переносимой световым излучением за определенный промежуток времени. Иными словами, эта величина показывает, насколько много света производит тот или иной источник. В повседневной жизни термин «световой поток» нередко подменяется понятием яркость или сила света. Хотя такую замену нельзя считать корректной, но суть определения, пусть и не всегда, она отражает – чем выше световой поток от источника, тем чаще всего он кажется ярче.

Почему световой поток и яркость – не одно и то же

Предположим, перед человеком размещены обычная лампочка накаливания и прожектор с малым углом рассеивания, в котором в качестве источника света использована точно такая же лампочка. Какой источник света будет казаться ярче? Конечно, прожектор. И дело тут не в СП (он одинаков для обеих лампочек), а в том, какая его часть попадает в глаза наблюдателя или на объект, яркость которого оценивается.

Таким образом, понятие светового потока определяет всю световую энергию, излучаемую источником, а сила света (в быту просто яркость, что тоже не сосем точно) – лишь ту часть, которая воздействует непосредственно на объект и глаз. Именно поэтому понятия “СП” и “яркость” совсем не одно и то же.

Как и в чем измеряется

СП – световая величина, которая измеряется в люменах (кириллическое обозначение единицы – лм, международное – lm). Одному люмену соответствует величина СП изотропного (излучающего во все стороны) источника с силой света в 1 канделу (кд), излучаемую в телесный угол в 1 стерадиан (ср). Таким образом, полный световой поток изотропного источника с силой света в 1 кд будет равняться 4π.

Поскольку для измерения полного СП необходимо учитывать световую энергию, распространяющуюся во всех направлениях, сделать это в бытовых условиях без специального оборудования достаточно сложно (да и не нужно).

На производстве для этих целей используются сферические фотометры и гониометры. Камера фотометра представляет собой сферу, внутренняя поверхность которой имеет коэффициент отражения, близкий к 1. Источник помещается в эту сферу, а измерения проводятся в переотраженном от стенок камеры свете при помощи фотодатчика, оснащенного заслонками от прямой засветки и специальными светофильтрами.

Гонеометр действует по принципу последовательного сканирования. При этом люксометр (измеритель освещенности) передвигается вокруг исследуемого объекта и измеряет освещенность всех точек воображаемой сферы. Затем полученные данные обрабатываются и на их основании вычисляется величина полного светового потока источника в люменах.

Типовое значение светового потока для различных источников света

Покупая тот или иной прибор освещения, необходимо знать, какой СП он создает. Но, к сожалению, далеко не на всех лампочках этот параметр указан. Весьма распространенные лампы накаливания, к примеру, вообще продаются без паспорта и единственными доступными характеристиками для них являются напряжение питания и потребляемая мощность.

Тем не менее, для приборов, работающих на одном принципе (накаливания, люминесцентные, светодиодные и пр.), существует прямая связь между потребляемой мощностью и создаваемым лампой световым потоком:

Таблица соответствия потребляемой мощности и СП для ламп разных типов

Лампы накаливания Люминесцентные лампы
Мощность потребления, вт Создаваемый сп, лм Мощность потребления, вт Создаваемый сп, лм
20 250 5-7 250
40 400 10-12 400
60 700 15-16 700
75 900 18-20 900
100 1200 25-30 1200
150 1800 40-50 1800
Лампы на светодиодах
Мощность потребления, вт Создаваемый сп, лм
3-4 250-300
4-6 300-450
6-8 450-600
8-10 600-900
10-12 900-1100
12-14 1100-1250
14-16 1250-1400

Мнение эксперта Алексей Бартош Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задать вопрос эксперту Важно! Как видно из таблицы, наиболее выгодными в плане потребления электроэнергии являются диодные источники света, светоотдача которых (отношение создаваемого СП к потребляемой мощности) в разы превосходит аналогичные параметры ламп другого типа. к содержанию

Что такое освещенность и как ее связать со световым потоком

Согласно теории освещенность, которая измеряется в люксах (лк), – физическая световая величина, показывающая, какой силы равномерно распределенный световой поток падает на объект определенной площади.

Из вышесказанного очевидно, что от силы светового потока зависит освещенность объекта. Но освещенность – именно то, ради чего и создаются системы освещения. Как связать эти две величины? Ведь для практического применения той или иной лампы даже с известной величиной СП нужно знать, насколько хорошо она сможет осветить конкретный объект. Если курс начальной школы забыт не окончательно, связать освещенность с СП несложно, поскольку освещенность объекта равна отношению светового потока к площади этого объекта:

Е= Ф/S,

где:

  • Е – освещенность в люксах;
  • Ф – световой поток в люменах, падающий на объект заданной площади;
  • S – площадь объекта в метрах квадратных.

Планируя освещение, к примеру, в офисе или квартире, обычно задаются нужной освещенностью на объекте известной площади и уже ее пересчитывают в требуемый для этого полный световой поток. Поэтому удобнее предыдущую формулу привести к виду:

Ф=Е*S.

Осталось решить два вопроса:

  1. Какую освещенность можно считать оптимальной.
  2. Как рассчитать площадь объекта.

Первая задача решается элементарно. Для этого достаточно заглянуть в нижеприведенную таблицу:

Таблица нормативов освещенности помещений различного назначения

Производственные и общественные помещения Бытовые помещения
Тип Рекомендуемая освещенности, лк Тип Рекомендуемая освещенности, лк
Офис 300 Гостиная, кухня 150
Помещения для письменных и чертежных работ 500 Детская 200
Зал для конференций и заседаний 200 Санузел, квартирный коридор 50
Служебная лестница 50-100 Гардеробная 75
Коридор 50-75 Библиотека, рабочий кабинет 300
Архивное помещение 75 Бытовая лестница 20
Подсобное помещение, кладовая, склад 50 Бассейн, сауна 100

Теперь по площади. Если светильник ненаправленный, а освещать нужно закрытое помещение, то достаточно в вышеприведенной формуле использовать дополнительную величину – поправочный коэффициент К, учитывающий высоту потолков:

Ф=Е*S*К,

где:

  • К=1 при высоте потолка до 2.7 м;
  • К=1.2 при высоте потолка 2.7-3 м;
  • К=1.5 при высоте потолка 3-3.5 м;
  • К=2 при высоте потолка выше 3.5 м.

Важно! Использование этой методики позволяет получить весьма приблизительный результат (которого, впрочем, в большинстве случаев достаточно), поскольку не учитывается коэффициент отражения поверхностей объекта, на который влияют цвет обоев, пола, мебели, зеркал и т.п.

В случае же с направленным светильником кроме СП придется учитывать и другие параметры, определяющие величину освещенности: телесный угол, в котором излучает лампа и расстояние от осветителя до объекта:

Мнение эксперта Алексей Бартош Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задать вопрос эксперту Более подробно о световом потоке и его взаимосвязи с освещенностью можно прочитать в статье «Методы измерения светового потока». Предыдущая Светильники, браКак установить точечные светильники в гипсокартон если вы делаете это впервые

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.

Что такое световой поток

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:

Лампочка накаливанияЛюминесцентная лампаГалогеннаяДНаТДРЛ

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

На что вы будете смотреть в первую очередь? Правильно, на то что более знакомо и понятно — показатели аналога лампы накаливания.

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.

Для чего нам нужна такая величина как световой поток? С ее помощью можно легко произвести расчет освещенности помещения.

Это напрямую влияет на зрение человека.

Отличие освещенности от светового потока

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.

1 Люкс – это когда 1 Люмен попадает на 1м2 освещаемой площади. Допустим, у вас есть некая лампа со световым потоком в 1000 Лм. Внизу этой лампы стоит стол.

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.

Расчет светового потока

А как узнать примерный светопоток в люменах, вообще без измерительных приборов? Здесь можно воспользоваться значениями светоотдачи и их пропорциональной зависимости к потоку.

  • для светодиодных ламп с матовой колбой — мощность лампы умножьте примерно на 80лм/Вт и узнаете сколько в ней люмен
  • для филаментных – умножайте мощность лампы на 100
  • энергосберегайки КЛЛ – на 60лм/Вт
  • ДРЛ = мощность * 58лм/вт

Сила света

Безусловно, свет от разных источников распространяется не равномерно. Один светильник бьет очень узким пучком света, а другой наоборот максимально широким.

Но если сравнить их паспортные данные, оба они могут иметь одновременно одинаковое количество люмен.

Именно поэтому ориентироваться только на люмены, в корне не правильно.

Например, при покупке светильника через интернет, можно получить вовсе не то освещение, на которое изначально рассчитывали.

Еще раз запомните, световой поток показывает только КОЛИЧЕСТВО света, без учета направления его распространения.

Поэтому здесь еще нужно учитывать и другую характеристику – силу света. Что это такое?

Это величина светового потока разделенного на телесный угол, внутри которого он распространяется.

Проще говоря, если световой поток это количество света, то сила света – это его ”плотность”.

Измеряется сила света в канделах – Кд.

1 кандела – это 1 люмен распространяющийся в пределах конуса с углом в 65 градусов.

Чтобы визуально представить себе силу в 1 канделу, посмотрите опять же на обыкновенную свечу. Именно поэтому определение кандела произошло от латинского слова ”candela” – что в переводе означает свеча.

Кстати, теоретически человеческий глаз может увидеть свет от такого источника на расстоянии почти 50км!

Однако из-за кривизны поверхности земли, данное расстояние фактически сокращается до 5км.

Как рассчитать световой поток

Световой поток является одним из ключевых показателей любого современного светильника. Нередко данный параметр вызывает сложности при выборе световой продукции. В статье описывается, что это такое, в чём он измеряется и какими способами можно его рассчитать. Также прилагается таблица светового потока разновидностей различных источников света.

Световой поток или сила света является мерой измерения воспринимаемой силы света. Она отличается от потока излучения – меры общей мощности электромагнитного излучения (включая инфракрасный, ультрафиолетовый и видимый свет). Итого, световой поток – это то, насколько ярко светит лампа. Главное отличие заключается в регулировке светового потока относительно чувствительности человеческого глаза по отношению к различным длинам волн света.

Поток света нередко используется как объективная мера полезного света, который излучается источником света. Он, как правило, указывается на упаковке для лампочек, хотя не всегда заметен. Потребители обычно сравнивают световой поток разных лампочек, поскольку он дает оценку видимого количества света, который непосредственно излучает светильник. Лампа с наиболее высоким отношением светового потока к потребляемой мощности является гораздо более эффективной.

Световой поток не используется для сравнения яркости, поскольку это субъективное восприятие. Оно зависит от расстояния от источника света и углового распространения света от самого источника. Стоит добавить, что сила света является наиболее часто измеряемым параметром для светодиодов малой мощности.

Согласно определению, сила света должна измеряться на расстоянии, на котором образец можно рассматривать как приблизительный точечный источник света. Расстояние детектора от испытуемого образца, необходимое для соответствия этому критерию, известно в качестве фотометрического расстояния. Это зависит от размера источника света для измерения.

Минимальный коэффициент, определяемый отношением расстояния до детектора и максимальной протяженности светоизлучающей поверхности, варьируется от 5 до 15 в зависимости от стандарта преобладающей пространственной диаграммы направленности.

Излучение, измеренное на детекторе, сложно связано с интенсивностью источника. По этой причине Международная комиссия по освещению (МКО) разработала концепцию «усредненной интенсивности светодиодов» для решения проблемы, возникающей в условиях ближнего поля. Эта концепция больше не соответствует физически точному определению силы света, но больше относится к измерению освещенности на фиксированном расстоянии и размере детектора.

Светодиод расположен таким образом, что его механическая ось находится прямо на линии с центральной точкой круглого детектора с активной площадью 1 сантиметр квадратный, а поверхность детектора перпендикулярна этой оси. Иногда ни световая сила, ни поток света не представляют полезного света для конкретного применения и требуется что-то среднее. Количество частичного светодиодного потока было введено в публикации МКО 127-2007.

Сила света включает в себя поток и телесный угол и является отношением двух. Это означает, что его единицей является кандела, которая составляет произведение люмена на стерадиану. Частичный световой поток светодиодов также включает в себя поток и угол, но выражается как поток в пределах угла, а не как отношение. Так, его единица измерения – люмен (с указанным углом). Как и усредненная сила света светодиодов, она является мерой ближнего поля и, следовательно, аналогичным образом определяется в терминах физической геометрии, а не является фундаментальной единицей. Вот почему термин «светодиод» включен в количество. Это отличает его от фрагментарного потока, который можно рассчитать по гониометрическим измерениям в дальней зоне.

Характеристика распределения силы света светодиодов и источников светодиодного освещения является чисто фотометрической задачей измерения, которая может быть выполнена с помощью гониометра, используемого вместе со спектрорадиометром или фотометром. Фотометр позволяет проводить очень быстрые измерения «на лету» и рекомендуется для сугубо фотометрических измерений и для тестовых последовательностей, критичных ко времени. Спектрорадиометры дают явное преимущество в том, что все характеристики – радиометрические, колориметрические и фотометрические – могут быть определены с максимальной точностью. Тем не менее, гониоспектрорадиометры имеют более длительное время измерения.

В чем измеряется световой поток

Поток света измеряется в люменах, сокращённо Лм. Он сокращён до базовых единиц в системе единиц (сокращённо СИ). 1 люмен эквивалентен 1 канделе стерадиан (кд ср). Это то же самое, что 1,46 милливатт (мВт) потока излучения на длине волны 555 нм, которая находится в середине видимого спектра.

Для более основательного понимания значение светового потока важно отметить его физические характеристики. 1 Лм эквивалентен потоку света, который излучается точечным изотропным источником, вместе с силой света (единица измерения – кандела (кд)), в телесный угол величиной в один стерадиан. Самой же силой света называют величину светового потока, которая переносится в направлении за определённое время.

Формула силы света имеет следующий вид: L = Ф/Ω, где L – поток света, Ф – отношение светового потока, а Ω – световой поток внутри телесного угла. Сила света является мерой яркости луча в определенном направлении. Если у лампы 1 люмен, а её колба и оптика настроены таким образом, чтобы равномерно фокусировать свет в луч 1 стерадиан. В этом случае интенсивность света будет равна 1 канделе. Если оптика изменяется с целью концентрации луча в 1/2 стерадиана, тогда источник будет иметь силу света в 2 канделы.

Полученный луч станет более узконаправленным и ярким, однако поток света не будет претерпевать изменений. Световая отдача является несколько иной характеристикой. Это отношение светового потока к мощности, которую потребляет источник света. Измеритель светового потока – величина СИ Лм/вт.

Перед тем, как начать расчёт, очень важно определиться с выбором используемой лампы. При использовании светодиодной лампы или светодиодной ленты важно учитывать плотность расположения сверхъярких диодов, особенно для RGB-ленты. Данную характеристику можно узнать, детально изучив ленту. Тип осветительного прибора и место эксплуатации не менее важны и влияют на рассеивание света.

Каждый из современных источников света (лампы накаливания, люминесцентные, галогенные, светодиодные) обладает такими характеристиками, благодаря которым есть возможность измерить световой поток:

  • Мощность. Показатель количества энергии, потребляемое лампой. Измеряется в Ваттах (Вт).
  • Нагревание корпуса. Свойственно лампам накаливания и галогенным светильникам.
  • Цветопередача. Этот показатель включает в себя температуру цвета и оттенок. Цветовая температура варьируется в диапазоне от красного до синего (1800-16000 К). Оттенок для современных источников теплый или холодный. Наиболее качественный оттенок даёт светодиодное освещение.

Данный способ расчета больше всего подойдёт для пространства правильной формы (квадратное или прямоугольное помещение). Единицей измерения освещённости являются Люксы (Лк).

Расчёт показателя потока света состоит из двух последовательных этапов:

  1. Расчет сплошного потока света. Он необходим для освещения помещения с определённой квадратурой.
  2. Следующий шаг требует определения числа источников света.

Расчёт производится по следующей формуле: X*Y*Z. Х – показатель (нормативный) освещённости комнаты. Y – площадь комнаты. Z – корректировочный коэффициент при учёте высоты потолка. Например, для потолка с высотой до 2,7 м данный параметр будет равен одному. Для потолков от 2,8 до 3 м параметр уже будет составлять 1-2. У помещений с потолками от 3 м до 3,5 м и выше – 1,5 и 3,5 соответственно.

Помимо данного способа, существует также несколько альтернативных:

  • Для расчёта светового потока обычных LED надо умножить мощность на 80-90 Лм/вт для ламп с матовой колбой.
  • Для расчёта потока света LED-филаментных необходимо умножить энергопотребление на 100 Лм/вт.
  • Для люминесцентных КЛЛ требуется умножить мощность на 60 Лм/вт, для более дорогих моделей он (Лм/вт) может быть выше, однако они гораздо быстрее теряют яркость. В связи с этим значение будет более точным.

Таблица светового потока ламп разного типа

Для разных видов светильников свойственны различные показатели, в том числе и световой поток. Он зависит также от модели и производителя. Ниже приводится список показателей наиболее распространённых типов ламп.

Световой поток – один из ключевых параметров лампы, который необходимо учитывать при приобретении любой световой продукции.

Особенности светового потока

Многие люди, изучая электродинамику и прочие подразделы физики, сталкиваются с таким понятием, как световой поток. Что это такое, как его можно измерить, какая существует плотность с интенсивностью этого элемента, в каких единицах измеряется световой поток, что такое мощность света? Об этом и другом далее.

Суть явления

Световым потоком считается физическая величина, характеризующая солнечную силу или энергию в момент излучения, которая переносится по поверхности в определенное время. То есть это величина, пропорциональная моменту излучения согласно спектральной чувствительности глаза человека. Это мощность, переносимая при помощи излучения на любое тело.

Обратите внимание! Также есть определение, где он выступает величиной, что оценивает излучение на селективном солнечном приемнике согласно его работе.

Определение из учебного пособия

Формула для измерения

Согласно международной системе представлена величина в люменах. Обозначается буквой фv. При расчетах систем освещения используется эта мера и обозначение. В отличие от освещенности, которая измеряется в люксах и обознается буквой Е, светопоток это только часть освещенности, то есть 1 люкс равен 1 люмену на 1 квадратный метр освещаемого объекта.

Стоит отметить, что яркость это также не одно и то же со светом. Яркость является соотношением силы свечения источника с величиной данной силы, которая приходится на 1 квадратный метр площади. Обозначается L и представлена всегда в килоньютонах на квадратный метр.

В соответствии с этим есть соответствующие формулы.

Основные формулы для измерения

Плотность, интенсивность и мощность

Плотностью светопотока называется распределение луча по спектру, которое равно отношению света малого участка к его ширине. Измеряется в ваттах на нанометр.

Интенсивность светоисточника это модуль со средним по временному показателю значения энергоплотности в данном пространстве. Вычисляется из квадрата амплитуды волны света к преломленному показателю. Она характеризует численность средней энергии, которая переносится при помощи солнечной волны на временную единицу через площадь, которая поставлена перпендикулярным к волне образом. Линии энергии это лучи.

Мощность — энергия, переносимая через излучение на объект за определенное время.

Дополнение: Оптический раздел, где изучается интенсивность и все излучение — это лучевая или геометрическая оптика.

Расчет плотности, интенсивности и мощности светопотока

Таблица светопотока разных видов ламп

Световой поток и освещенность у разных лампочек неодинаковые из-за разной степени плотности и прочих параметров. Сегодня существуют целые таблицы, которые позволяют оценить работоспособность каждой разновидности светильников и увидеть степень их яркости. Существует три типа лампочек: накаливания, люминесцентная и светодиодная. Стоит отметить, что у светодиодных моделей показатели выше и лучше, чем у других светоисточников, представленных на современном рынке. Посмотреть всю таблицу можно ниже на приведенном рисунке, в том числе и узнать ответ на вопрос, в чем измеряется световой поток светодиодных ламп.

Таблица светового потока разных видов ламп

Светопоток — величина, характеризующая силу солнечного излучения источника, представленная в люменах. У этого показателя есть соответственная плотность с интенсивностью и мощностью. Он измеряется по разным формулам, основной из которых является Фu = Km*V*Фe. Также он измеряется с помощью люменометра и других приборов.

В чем измеряется сила света и что такое световой поток

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=О*Пл, где:

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.

Производная формула:

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:

Клм = Клк * Км²

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.

Предыдущая Освещение в квартиреКак правильно рассчитать освещение по площади помещения

Мощность светового излучения, отдаваемая источником, – это поток света, который в состоянии воспринимать и оценивать человеческий глаз. Сила излучения разных источников света зависит от скорости электромагнитных волн. При выборе осветительных устройств часто возникает путаница в основных понятиях и обозначениях физических величин, характеризующих качество полученного освещения.

Оптический поток

Определить свойства и качественные характеристики света от излучателя поможет такое понятие, как световой поток. При помощи этой величины вычисляют значение силы света, попадающего на единицу площади. Выполняя расчёты систем освещения, используют эту меру. Существуют требования к освещённости различных помещений. Проще говоря, поток света – это мощность, с которой излучение действует на какую-либо поверхность. Система единиц (СИ) обозначает поток буквой Ф, единицу измерения – 1 люмен (лм; lm).

Формула светового потока

Когда поток света в 1 лм падает на освещаемый участок площадью в 1 м², получается освещённость в 1 лк. Освещённость обозначают буквой Е, измеряют в люксах (лк). Её можно рассчитать по формуле:

Е = Ф/S, где:

  • Ф – светопоток, лм;
  • S – площадь поверхности, мм2.

Разницу между этими двумя физическими величинами понимают так: 1 люкс = 1 лм/м² освещаемой поверхности.

Световой поток и яркость – не одно и то же

Обращаясь к определению яркости L, измеряемой в канделах на квадратный метр (Кн/м²), видно, что это количество отражённого поверхностью света.

Яркость источника – это соотношение силы его свечения и величины этой силы, приходящейся на единицу площади поверхности источника, которую видит глаз. Сила света измеряется в канделах, потому яркость обозначается буквой L и измеряется в Кн/м².

Если наблюдать издалека два источника света, имеющих разную площадь поверхности, но с одинаковой силой света, то меньшая поверхность будет выглядеть ярче. Увеличение угла, под которым смотрят на световой источник, уменьшает воспринимаемую глазом яркость. Яркость максимальна, когда плоскость, в которой лежит излучатель, перпендикулярна глазу.

Величина яркости изменяется от вида поверхности:

  • светоотражающая поверхность увеличивает яркость;
  • светопоглощающая или рассеивающая поверхность уменьшают значение L.

Важно! Световые потоки – это вся энергия излучения источника, яркость – только та доля, которая поступает в глаз или на предмет. В частности, оптический проектор в своих технических характеристиках имеет обозначение не яркости, а величины СП.

Оптический проектор

С появлением ламп, у которых используемая мощность в ваттах стала отличаться от яркости, возник вопрос, как измерить потоки света.

Единицы измерений светового потока 1 люмен – это свет, отдаваемый излучателем с силой в 1 кд в рамках телесного угла в 1 стерадиан. Обозначается буквой Ф.

Для информации. Лампа с нитью накаливания в 100 Вт выдаст поток света, равный 1000 лм. Чем ярче светильник, тем он больше люмен выдаст.

Небольшой перечень приборов, которые применяются для измерения:

  • портативный люксметр;
  • сферический фотометр;
  • люксметр-пульсметр.

Самостоятельно проверить соответствие параметров приобретённого осветительного прибора можно люксметром CEM DT-1300. При помощи этого прибора определяют уровень освещения поверхности или помещения. В комплекте – выносной сенсор, который регистрирует интенсивность потока. Дисплей отображает показания в единицах – Lux или FC. На выполнение измерения необходимо 1,5 секунды.

Что касается точности измерения световых параметров, то сложность заключается в том, что световое излучение – это поток, движущийся во всех направлениях. В лабораторных условиях используют сферические фотометры. Источник помещают в сферу, имеющую высокое оптическое использование измерения.

Интересно. Любая лампочка при излучении имеет пульсацию. Завышенный коэффициент пульсации при тусклом освещении вызывает усталость глаз и со временем снижает зрение. Измерить пульсацию осветительных приборов можно с помощью люксметра – пульсметра.

Типовое значение светового потока для источников света

При приобретении осветительных устройств стоит обращать внимание на СП, который будет излучаться. На самих приборах и на упаковке не всегда проставлены значения этой величины. Всё зависит от фирмы изготовителя и достоверности информации. Лампочки накаливания продаются в картонном поясе и с численным обозначением напряжения и мощности на колбе. Сколько люмен выдаёт лампа, не написано. Однако присутствует связь между Р (Вт) и Ф (Лм).

Стандартные значения Ф для осветительных элементов

Распространённые источники света

К сведению. Получившие популярность светодиодные лампы, как показывает таблица, устанавливать выгодно. При низком, по сравнению с другими источниками, энергопотреблении они отдают света больше.

Освещенность и световой поток

Освещённость – это показатель силы светового потока, ложащегося на объект заранее известной площади. Связь между этими физическими величинами прослеживается при рассмотрении формулы:

Е=Ф/S, где:

  • Е – освещённость, Лк;
  • Ф – поток света, Лм;
  • S – площадь поверхности, м².

Из формулы видно, что освещённость зависит от силы светового потока.

Приступая к проектированию освещения в служебном помещении или квартире, сначала определяется необходимое значение освещённости рассматриваемой площади поверхности, потом выполняется расчёт необходимого светового потока:

Ф=Е*S.

Освещенность и требования стандартов

Там, где в дневное время недостаточно солнечного света, а также в вечерние и ночные часы, пользуются искусственными источниками. На предприятиях каждое рабочее место проходит аттестацию на соответствие допустимым санитарным нормам. В эти нормы укладывают и уровень освещённости. Неправильное освещение или его недостаток влияет на здоровье работников.

Основным нормативным документом, регламентирующим стандарты этого параметра, выступает СНИП 23-05-95 – это нормы, принятые к исполнению в 1995 году. Откорректированный его вариант в виде СП 52.13330.2011 от 20.05.2011 г. действует и поныне.

В перечне отражены границы степени освещённости для помещений:

  • производственных и складских;
  • рабочих площадок вне зданий;
  • жилых и общественных помещений;
  • уличного освещения населённых пунктов;
  • архитектурных подсветок;
  • витринной и рекламной иллюминации;
  • специального освещения.

Важно! Вреден как недостаток, так и избыток света. Яркие пятна люминесцентных реклам и витринных окон, выполненных с превышением требований, загрязняют световой фон улиц.

Освещённость

Ограничения на расчеты освещенности

При первичных расчётах учитываются следующие значения:

  • световой поток источников в светильнике;
  • нормируемая освещённость;
  • коэффициент запаса, зависящий от загрязнённости объекта и типа ламп;
  • поправочный коэффициент – отношение средней освещённости к освещённости нормируемой;
  • количество ламп;
  • коэффициент использования светового потока;
  • S помещения.

Теоретические расчёты содержат погрешность до 30%, значит, необходимы дополнительные измерения люксметром. При этом необходимо учитывать время суток и длительность пребывания человека в расчётном месте. Учитывается и конструктивное исполнение осветительного устройства: плафоны, крышки, стёкла. Защитные покрытия вносят искажения в характеристики ламп.

Особенности использования светодиодных ламп

Лидирующее место занимают LED-лампы, применяемые в современном освещении. В конструкцию входят от одного до нескольких светодиодов сразу. На первый взгляд это обычная лампа, но наличие электрической схемы и светоизлучающих элементов в сочетании с оптической системой обеспечивает иное качества излучения света. Изменяя количество светодиодов, можно менять мощность, применение разных оптических решений линзы позволяет фокусировать или рассеивать поток.

LED-лампы обладают рядом достоинств:

  • отсутствие ультрафиолетовой части спектра;
  • пульсация некоторых моделей менее 1%;
  • экономичность;
  • низкая теплоотдача;
  • срок службы 100 000 ч.;
  • минимальные размеры;
  • мгновенное включение в полноценный режим.

К недостаткам можно отнести следующие пункты:

  • стоимость;
  • спектр излучения требует тщательного подбора;
  • деградация кристалла;
  • нейтральный и холодный оттенки в некоторых случаях влияют на регуляцию сна.

Параметры дешёвых китайских изделий нарушают все допустимые нормы качества освещения. При выборе ЛЭД-ламп следует тщательно изучить характеристики и приобретать изделия проверенных производителей.

Светодиодные лампы

Нормы освещения помещений по использованию (СНиП)

Подробные нормы для различных зданий и объектов можно посмотреть в СП 52.13330.2011 от 20.05.2011 года. Для комфортного и безопасного освещения желательно знать, какие параметры должны иметь бытовые помещения. Некоторые из них отражены в таблице.

Таблица параметров

Грамотно подобранное искусственное освещение по своему спектру приближается к дневному солнечному свету. Знание физических характеристик светового потока позволяет правильно выбрать и разместить источники этого вида излучения для обеспечения комфортной среды обитания.

Световой поток

Размерность Единицы измерения

СИ

люмен

СГС

люмен

Примечания

Световая величина Скалярная величина

Световой поток — физическая величина, характеризующая «количество» световой энергии в соответствующем потоке излучения. Иными словами, «cветовой поток является величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза».

  • Обозначение:
  • Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): люмен

Вычисление

Для определения величины светового потока, сначала необходимо спектральную плотность мощности излучения умножить на величину относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения Vλ, затем проинтегрировать в пределах видимого диапазона длин волны (то есть от 380 до 780 нм). Затем полученный результат (Φe; измеряется в Вт) нужно умножить на фотометрический эквивалент излучения (Km; константа=683 лм/Вт)).

Интегрирующий сферический фотометр

Измерение

Измерение светового потока от источника света производится при помощи специальных приборов — сферических фотометров, либо фотометрических гониометров. Трудность измерения заключается в том, что необходимо измерить поток, который испускается во всех направлениях — в телесный угол 4π.

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 рассеяный 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

Спектральные зависимости относительной чувствительности среднего человеческого глаза для дневного (красная линия) и ночного (синяя линия) зрения.

Значение фотометрического эквивалента излучения Km однозначно задаётся определением основной фотометрической величины — канделы, а именно, одна кандела — это сила света, излучаемая в каком-либо направлении источником монохроматического излучения с частотой 540·1012 Гц, имеющим в этом направлении мощность излучения 1/683 Ватт/стерадиан. Частоте 540·1012 Гц соответствует в воздухе длина волны 555 нм, на которой располагается максимум спектральной чувствительности человеческого глаза для дневного зрения. Поэтому коэффициент Km находится из тождества

1 кд = Km·Vλ(555)·1/683 Вт/ср,

откуда Km = 683 (кд·ср)/Вт = 683 лм/Вт.

Для случая ночного зрения значение фотометрического эквивалента излучения изменяется. Поскольку величина канделы не зависит от вида кривой спектральной чувствительности, то все предыдущие соображения остаются справедливыми. Для определения величины фотометрического эквивалента излучения ночного зрения K’m достаточно заменить значение на (на значение кривой спектральной чувствительности для ночного зрения на длине волны 555 нм). При этом получим K’m=1699 лм/Вт.

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.

Примечания

  1. Гуревич М. М. Фотометрия. Теория, методы и приборы. — 2-е изд. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1983. — С. 24. — 272 с. — 7 500 экз.
  2. Теория измерений. Точность средств измерений: Учебное пособие
  3. Гониометры для фотометрических измерений
  4. Более точное значение – 555,016 нм. Учёт отличия этого значения от величины 555 нм приводит лишь к незначительным для практики поправкам и поэтому здесь не производится.

Ссылки

  • О природе света и цвета (из курса лекций «Алгоритмические основы современной компьютерной графики информация», Авторы: А. И. Куликов, Т. Э. Овчинникова)
  • Словари и энциклопедии на Академике. СВЕТОВОЙ ПОТОК

См. также

  • Излучение
  • Свет
  • Видимый свет
  • Сила света
  • Естественные источники света
  • Искусственные источники света

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *