Aus der Definition folgt, dass der Wert für die Frequenz 540⋅10 12 Hz 683 lm / W = 683 cd sr / W beträgt exakt.

Die gewählte Frequenz entspricht einer Wellenlänge von 555,016 nm in Luft unter Normbedingungen und liegt nahe an der maximalen Empfindlichkeit des menschlichen Auges, die bei einer Wellenlänge von 555 nm liegt. Hat die Strahlung eine andere Wellenlänge, so ist eine höhere Energieintensität des Lichts erforderlich, um die gleiche Lichtstärke zu erreichen.

Ausführliche Betrachtung[ | ]

Alle Lichtmengen sind reduzierte photometrische Größen. Das heißt, sie werden aus dem entsprechenden energiephotometrischen Wert mittels einer Funktion gebildet, die die Abhängigkeit der spektralen Lichtausbeute monochromatischer Strahlung für das Tagessehen von der Wellenlänge darstellt. Diese Funktion wird normalerweise als dargestellt K m ⋅ V (λ) (\displaystyle K_(m)\cdot V(\lambda)), wobei eine Funktion ist, die so normiert ist, dass sie maximal gleich Eins ist, und der Maximalwert der spektralen Lichtausbeute monochromatischer Strahlung ist. Manchmal Km (\displaystyle K_(m)) auch photometrisches Strahlungsäquivalent genannt.

Lichtwertberechnung Xv, (\displaystyle X_(v),) die entsprechende Energiemenge ergibt sich aus der Formel

X v = K m ∫ 380 nm 780 nm X e , λ (λ) V (λ) d λ , (\displaystyle X_(v)=K_(m)\int \limits _(380~(\text(nm) ))^(780~(\text(nm)))X_(e,\lambda)(\lambda)V(\lambda)\,d\lambda,)

wo X e , λ (\displaystyle X_(e,\lambda))- spektrale Dichte der Quantität X e , (\displaystyle X_(e),) definiert als das Verhältnis der Magnitude d X e (λ) , (\displaystyle dX_(e)(\lambda),) fallen auf ein kleines spektrales Intervall zwischen und λ + d λ , (\displaystyle \lambda +d\lambda ,) auf die Breite dieses Intervalls:

X e , λ (λ) = d X e (λ) d λ . (\displaystyle X_(e,\lambda )(\lambda)=(\frac (dX_(e)(\lambda))(d\lambda )).)

Es sei darauf hingewiesen, dass unter X e (λ) (\displaystyle X_(e)(\lambda)) hier meinen wir den Fluss des Teils der Strahlung, dessen Wellenlänge kleiner ist als der aktuelle Wert λ (\displaystyle \lambda).

Funktion V (λ) (\displaystyle V(\lambda)) empirisch ermittelt und tabellarisch angegeben. Seine Werte hängen nicht von der Wahl der verwendeten Lichteinheiten ab.

Im Gegensatz zu dem, was darüber gesagt wurde V (λ) (\displaystyle V(\lambda)) Bedeutung Km (\displaystyle K_(m)) wird vollständig durch die Wahl der Hauptlichteinheit bestimmt. Um also einen Zusammenhang zwischen Licht- und Energiegrößen im SI-System herzustellen, ist es erforderlich, den Wert zu bestimmen Km (\displaystyle K_(m)) entsprechend der SI-Einheit der Lichtstärke, der Candela. Mit einer strengen Herangehensweise an die Definition Km (\displaystyle K_(m)) dabei ist zu berücksichtigen, dass der Spektralpunkt 540⋅10 12 Hz, auf den sich die Definition der Candela bezieht, nicht mit der Position des Maximums der Funktion zusammenfällt V (λ) (\displaystyle V(\lambda)).

Lichtausbeute von Strahlung mit einer Frequenz von 540⋅10 12 Hz[ | ]

Im Allgemeinen hängt die Lichtintensität mit der Strahlungsintensität zusammen Ich e (\displaystyle I_(e)) Verhältnis

ich v = K m ⋅ ∫ 380 nm 780 nm ich e , λ (λ) V (λ) d λ , (\displaystyle I_(v)=K_(m)\cdot \int \limits _(380~(\text (nm)))^(780~(\text(nm)))I_(e,\lambda)(\lambda)V(\lambda)\,d\lambda,)

wo Ich e , λ (\displaystyle I_(e,\lambda))- spektrale Dichte der Strahlungskraft, gleich d ich e (λ) d λ (\displaystyle (\frac (dI_(e)(\lambda))(d\lambda ))).

Für monochromatische Strahlung mit einer Wellenlänge λ (\displaystyle \lambda) Formel für die Lichtintensität Ich v (λ) (\displaystyle I_(v)(\lambda)) mit Strahlkraft Ich e (λ) (\displaystyle I_(e)(\lambda)), vereinfacht durch die Form

ich v (λ) = K m ⋅ ich e (λ) V (λ) (\displaystyle I_(v)(\lambda)=K_(m)\cdot I_(e)(\lambda)V(\lambda)), oder, nachdem man von Wellenlängen zu Frequenzen gegangen ist, ich v (ν) = K m ⋅ ich e (ν) V (ν) . (\displaystyle I_(v)(\nu)=K_(m)\cdot I_(e)(\nu)V(\nu).)

Aus der letzten Beziehung für ν 0 = 540⋅10 folgt 12 Hz

K m ⋅ V (ν 0) = ich v (ν 0) ich e (ν 0) . (\displaystyle K_(m)\cdot V(\nu _(0))=(\frac (I_(v)(\nu _(0)))(I_(e)(\nu _(0))) ).)

Angesichts der Definition einer Candela erhalten wir

K m ⋅ V (ν 0) = 683 c d ⋅ s r W (\displaystyle K_(m)\cdot V(\nu _(0))=683~\mathrm (\frac (cd\cdot sr)(W)) ), oder, was dasselbe ist 683 l m W . (\displaystyle 683~\mathrm (\frac (lm)(W)) .)

Arbeit K m ⋅ V (ν 0) (\displaystyle K_(m)\cdot V(\nu _(0))) ist der Wert der spektralen Lichtausbeute monochromatischer Strahlung für eine Frequenz von 540⋅10 12 Hz. Wie sich aus dem Herstellungsverfahren ergibt, beträgt dieser Wert 683 cd sr / W = 683 lm / W exakt.

Maximale Lichtausbeute Km (\displaystyle (\boldsymbol (K))_(m))[ | ]

Zum Bestimmen Km (\displaystyle K_(m)) Es sei darauf hingewiesen, dass, wie oben erwähnt, die Frequenz 540⋅10 12 Hz einer Wellenlänge von ≈555,016 nm entspricht. Daher impliziert die letzte Gleichheit

K m = 683 V (555,016) l m W . (\displaystyle K_(m)=(\frac (683)(V(555(,)016)))~\mathrm (\frac (lm)(W)) .)

Normalisierte Funktion V (λ) (\displaystyle V(\lambda)) in Tabellenform mit einem Intervall von 1 nm angegeben, hat es ein Maximum gleich Eins bei einer Wellenlänge von 555 nm. Die Interpolation seiner Werte für eine Wellenlänge von 555,016 nm ergibt einen Wert von 0,999997. Mit diesem Wert erhalten wir

K m = 683,002 l m W . (\displaystyle K_(m)=683(,)002~\mathrm (\frac (lm)(W)) .)

In der Praxis wird mit ausreichender Genauigkeit für alle Fälle ein gerundeter Wert verwendet K m = 683 l m W . (\displaystyle K_(m)=683~\mathrm (\frac (lm)(W)) .)

Somit ist die Beziehung zwischen einer beliebigen Lichtmenge Xv (\displaystyle X_(v)) und die entsprechende Energiemenge X.e (\displaystyle X_(e)) im SI-System wird durch die allgemeine Formel ausgedrückt

X v = 683 ∫ 380 nm 780 nm X e , λ (λ) V (λ) d λ . (\displaystyle X_(v)=683\int \limits _(380~(\text(nm)))^(780~(\text(nm)))X_(e,\lambda )(\lambda)V( \lambda)\,d\lambda .)

Geschichte und Perspektiven[ | ]

Hefnerlampe - Standard "Hefnerkerze"

Beispiele [ | ]

Die Lichtintensität einer Kerze entspricht ungefähr einer Candela, daher wurde diese Maßeinheit früher "Kerze" genannt, jetzt ist dieser Name veraltet und wird nicht mehr verwendet.

Bei Haushaltsglühlampen entspricht die Lichtstärke in Candela ungefähr ihrer Leistung in Watt.

Lichtintensität verschiedener Quellen

Quelle	Macht, W	Ungefähre Lichtstärke, cd
Kerze		1
Moderne (2010) Glühlampe	100	100
Gewöhnliche LED	0,015..0,1	0,005..3
Superhelle LEDs	1	25…500
Superhelle LED mit Kollimator	1	1500
Moderne (2010) Leuchtstofflampe	22	120
Die Sonne	3,83⋅10 26	2,8⋅10 27

Leichte Mengen[ | ]

Informationen zu den wichtigsten lichtphotometrischen Größen sind in der Tabelle angegeben.

Lichtphotometrische Größen SI

Name	Wertbezeichnung	Definition	Notation der SI-Einheit	Energie analog
Lichtenergie	Qv (\displaystyle Q_(v))	K m ∫ 380 nm 780 nm Q e , λ (λ) V (λ) d λ (\displaystyle K_(m)\int _(380~(\text(nm)))^(780~(\text(nm )))Q_(e,\lambda)(\lambda)V(\lambda)\,d\lambda)	lm	Strahlungsenergie
Lichtfluss	Φ v (\displaystyle \Phi_(v))	d Q v d t (\displaystyle (\frac (dQ_(v))(dt)))	lm	Strahlungsfluss
Die Kraft des Lichts	Ich v (\displaystyle I_(v))	d Φ v d Ω (\displaystyle (\frac (d\Phi _(v))(d\Omega )))	CD	Strahlungsstärke (Energiestärke des Lichts)
	U v (\displaystyle U_(v))	d Q v d V (\displaystyle (\frac (dQ_(v))(dV)))	lm s –3
Helligkeit	M v (\displaystyle M_(v))	d Φ v d S 1 (\displaystyle (\frac (d\Phi _(v))(dS_(1))))	lm m −2	Energie Leuchtkraft
Helligkeit	Lv (\displaystyle L_(v))	d 2 Φ v d Ω d S 1 cos ⁡ ε (\displaystyle (\frac (d^(2)\Phi _(v))(d\Omega \,dS_(1)\,\cos \varepsilon )))	cd m −2

Sveta. Dieser Artikel wird den Lesern die Eigenschaften von Photonen offenbaren, wodurch sie bestimmen können, warum Licht in unterschiedlichen Helligkeiten erscheint.

Teilchen oder Welle?

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wunderte sich die Wissenschaft über das Verhalten von Lichtquanten - Photonen. Einerseits sprachen Interferenz und Beugung von ihrer Wellennatur. Daher wurde Licht durch Eigenschaften wie Frequenz, Wellenlänge und Amplitude charakterisiert. Andererseits überzeugten sie die wissenschaftliche Gemeinschaft davon, dass Photonen Impulse auf Oberflächen übertragen. Dies wäre unmöglich, wenn die Teilchen keine Masse hätten. Physiker mussten also zugeben: Elektromagnetische Strahlung ist sowohl eine Welle als auch ein materielles Objekt.

Photonenenergie

Wie Einstein bewiesen hat, ist Masse Energie. Diese Tatsache beweist unsere zentrale Leuchte, die Sonne. Eine thermonukleare Reaktion verwandelt eine Masse hochkomprimierten Gases in reine Energie. Aber wie bestimmt man die Leistung der emittierten Strahlung? Warum ist zum Beispiel morgens die Lichtstärke der Sonne geringer als mittags? Die im vorigen Absatz beschriebenen Merkmale sind durch spezifische Beziehungen miteinander verbunden. Und sie alle weisen auf die Energie hin, die elektromagnetische Strahlung trägt. Dieser Wert ändert sich nach oben, wenn:

• Abnahme der Wellenlänge;
• steigende Frequenz.

Welche Energie hat elektromagnetische Strahlung?

Ein Photon unterscheidet sich von anderen Teilchen. Seine Masse und damit seine Energie existiert nur so lange, wie es sich durch den Raum bewegt. Beim Aufprall auf ein Hindernis erhöht ein Lichtquant seine innere Energie oder verleiht ihm ein kinetisches Moment. Aber das Photon selbst hört auf zu existieren. Je nachdem, was genau als Hindernis fungiert, treten verschiedene Veränderungen auf.

1. Wenn das Hindernis ein fester Körper ist, wird es meistens durch das Licht erwärmt. Auch folgende Szenarien sind möglich: Ein Photon ändert seine Richtung, regt eine chemische Reaktion an oder bringt eines der Elektronen dazu, seine Umlaufbahn zu verlassen und in einen anderen Zustand überzugehen (Photoeffekt).
2. Ist das Hindernis beispielsweise ein einzelnes Molekül aus einer verdünnten Gaswolke im Weltall, dann bringt ein Photon alle seine Bindungen stärker zum Schwingen.
3. Wenn das Hindernis ein massiver Körper ist (z. B. ein Stern oder sogar eine Galaxie), wird das Licht verzerrt und ändert die Bewegungsrichtung. Dieser Effekt beruht auf der Fähigkeit, in die ferne Vergangenheit des Kosmos zu „blicken“.

Wissenschaft und Menschlichkeit

Wissenschaftliche Daten scheinen oft etwas Abstraktes zu sein, das nicht auf das Leben anwendbar ist. Dies geschieht auch mit den Eigenschaften des Lichts. Wenn es darum geht, die Strahlung von Sternen zu experimentieren oder zu messen, müssen Wissenschaftler die absoluten Werte kennen (sie werden als photometrisch bezeichnet). Diese Konzepte werden normalerweise in Bezug auf Energie und Leistung ausgedrückt. Denken Sie daran, dass sich Leistung auf die Änderungsrate der Energie pro Zeiteinheit bezieht und im Allgemeinen die Menge an Arbeit zeigt, die das System produzieren kann. Aber der Mensch ist in seiner Fähigkeit, die Realität zu spüren, begrenzt. Zum Beispiel fühlt die Haut Wärme, aber das Auge sieht das Photon der Infrarotstrahlung nicht. Dasselbe Problem mit Einheiten der Lichtstärke: Die Leistung, die Strahlung tatsächlich zeigt, unterscheidet sich von der Leistung, die das menschliche Auge wahrnehmen kann.

Spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges

Wir erinnern Sie daran, dass sich die folgende Diskussion auf durchschnittliche Indikatoren konzentriert. Alle Menschen sind unterschiedlich. Manche nehmen einzelne Farben gar nicht wahr (farbenblind). Für andere stimmt die Kultur der Farbe nicht mit der akzeptierten wissenschaftlichen Sichtweise überein. Zum Beispiel unterscheiden die Japaner nicht zwischen Grün und Blau und die Briten - Blau und Blau. In diesen Sprachen werden verschiedene Farben mit einem Wort bezeichnet.

Die Einheit der Lichtstärke hängt von der spektralen Empfindlichkeit des durchschnittlichen menschlichen Auges ab. Das Maximum des Tageslichts fällt auf ein Photon mit einer Wellenlänge von 555 Nanometern. Dies bedeutet, dass ein Mensch im Licht der Sonne die grüne Farbe am besten sieht. Nachtsichtmaximum ist ein Photon mit einer Wellenlänge von 507 Nanometern. Daher sehen Menschen unter dem Mond blaue Objekte besser. In der Dämmerung hängt alles von der Beleuchtung ab: Je besser diese ist, desto „grüner“ wird die maximal wahrnehmbare Farbe.

Der Aufbau des menschlichen Auges

Wenn es ums Sehen geht, sagen wir fast immer, was das Auge sieht. Das ist eine falsche Aussage, denn das Gehirn nimmt zuerst wahr. Das Auge ist nur ein Instrument, das Informationen über die Lichtleistung an den Hauptcomputer übermittelt. Und wie jedes Werkzeug hat das gesamte Farbwahrnehmungssystem seine Grenzen.

Es gibt zwei verschiedene Arten von Zellen in der menschlichen Netzhaut - Zapfen und Stäbchen. Erstere sind für das Tagessehen zuständig und nehmen Farben besser wahr. Letztere bieten Nachtsicht, dank der Stäbchen kann eine Person zwischen Licht und Schatten unterscheiden. Aber sie nehmen Farben nicht gut wahr. Die Stöcke sind auch bewegungsempfindlicher. Wenn also jemand durch einen mondbeschienenen Park oder Wald geht, nimmt er jedes Wiegen der Äste, jeden Windhauch wahr.

Der evolutionäre Grund für diese Trennung ist einfach: Wir haben eine Sonne. Der Mond leuchtet durch reflektiertes Licht, was bedeutet, dass sich sein Spektrum nicht wesentlich vom Spektrum der zentralen Leuchte unterscheidet. Daher ist der Tag in zwei Teile unterteilt - beleuchtet und dunkel. Wenn die Menschen in einem System aus zwei oder drei Sternen leben würden, dann hätte unser Sehen wahrscheinlich mehr Komponenten, die jeweils an das Spektrum einer Leuchte angepasst wären.

Ich muss sagen, auf unserem Planeten gibt es Kreaturen, deren Sehkraft sich von der des Menschen unterscheidet. Wüstenbewohner zum Beispiel nehmen Infrarotlicht mit ihren Augen wahr. Einige Fische können nahes Ultraviolett sehen, da diese Strahlung am tiefsten in die Wassersäule eindringt. Unsere Haustiere Katzen und Hunde nehmen Farben unterschiedlich wahr, und ihr Spektrum ist reduziert: Sie sind besser an Hell-Dunkel angepasst.

Aber die Menschen sind alle verschieden, wie wir oben erwähnt haben. Einige Vertreter der Menschheit sehen nahes Infrarotlicht. Das soll nicht heißen, dass sie keine Wärmebildkameras brauchen würden, aber sie können etwas rötere Farbtöne wahrnehmen als die meisten anderen. Andere haben den ultravioletten Teil des Spektrums entwickelt. Ein solcher Fall wird beispielsweise im Film „Planet Ka-Pax“ beschrieben. Der Protagonist behauptet, er käme von einem anderen Sternensystem. Die Untersuchung ergab, dass er ultraviolette Strahlung sehen konnte.

Beweist das, dass Prot ein Außerirdischer ist? Nein. Einige Leute können es tun. Außerdem grenzt das nahe Ultraviolett eng an das sichtbare Spektrum an. Kein Wunder, dass manche Leute etwas mehr nehmen. Aber Superman ist definitiv nicht von der Erde: Das Röntgenspektrum ist zu weit vom Sichtbaren entfernt, als dass eine solche Vision aus menschlicher Sicht erklärt werden könnte.

Absolute und relative Einheiten zur Bestimmung des Lichtstroms

Eine von der spektralen Empfindlichkeit unabhängige Größe, die den Lichtfluss in einer bekannten Richtung angibt, wird als „Candela“ bezeichnet. Das Netzteil, schon mit einer "menschlicheren" Haltung, wird genauso ausgesprochen. Der Unterschied besteht nur in der mathematischen Bezeichnung dieser Konzepte: Der Absolutwert hat einen Index "e", relativ zum menschlichen Auge - "υ". Aber vergessen Sie nicht, dass die Größe dieser Kategorien stark variieren wird. Dies muss bei der Lösung realer Probleme berücksichtigt werden.

Aufzählung und Vergleich von absoluten und relativen Werten

Um zu verstehen, worin die Kraft des Lichts gemessen wird, ist es notwendig, die "absoluten" und "menschlichen" Werte zu vergleichen. Rechts sind rein physikalische Konzepte. Links stehen die Werte, in die sie sich verwandeln, wenn sie das System des menschlichen Auges passieren.

1. Die Kraft der Strahlung wird zur Kraft des Lichts. Konzepte werden in Candela gemessen.
2. Aus Energiehelligkeit wird Helligkeit. Die Werte werden in Candela pro Quadratmeter angegeben.

Sicherlich sah der Leser hier bekannte Worte. Viele Male in ihrem Leben sagen Menschen: "Sehr helle Sonne, gehen wir in den Schatten" oder "Mach den Monitor heller, der Film ist zu düster und dunkel." Wir hoffen, dass der Artikel etwas verdeutlicht, woher dieses Konzept stammt und wie die Einheit der Lichtstärke bezeichnet wird.

Merkmale des Konzepts "Candela"

Wir haben diesen Begriff bereits oben erwähnt. Wir haben auch erklärt, warum das gleiche Wort verwendet wird, um sich auf völlig unterschiedliche Konzepte der Physik in Bezug auf die Leistung elektromagnetischer Strahlung zu beziehen. Die Maßeinheit für die Lichtstärke heißt also Candela. Aber was ist gleich? Eine Candela ist die Lichtintensität in einer bekannten Richtung von einer Quelle, die streng monochromatische Strahlung mit einer Frequenz von 5,4 * 10 14 aussendet, und die Energiekraft der Quelle in dieser Richtung beträgt 1/683 Watt pro Raumwinkeleinheit. Der Leser kann ganz einfach Frequenz in Wellenlänge umrechnen, die Formel ist sehr einfach. Wir werden auffordern: das Ergebnis liegt im sichtbaren Bereich.

Die Maßeinheit für die Lichtstärke heißt nicht umsonst „Candela“. Diejenigen, die Englisch können, erinnern sich, dass eine Kerze eine Kerze ist. Früher wurden viele Bereiche der menschlichen Aktivität in natürlichen Parametern gemessen, zum Beispiel Pferdestärken, Millimeter Quecksilbersäule. So verwundert es nicht, dass die Maßeinheit für die Lichtstärke die Candela, eine Kerze, ist. Nur eine Kerze ist etwas ganz Besonderes: Sie hat eine genau festgelegte Wellenlänge und erzeugt eine bestimmte Anzahl von Photonen pro Sekunde.

Um jede Produktionsaufgabe schnell und effizient erledigen zu können, muss die Beleuchtung des Spezialistenarbeitsplatzes richtig organisiert sein. Dazu werden Lampen mit bestimmten photometrischen Indikatoren ausgewählt.

Die Beleuchtung am Arbeitsplatz wird durch verschiedene physikalische Größen bestimmt, deren wichtigste die Beleuchtung ist. Seine Indikatoren werden für den Arbeitsplatz eines Spezialisten berechnet und von den entsprechenden SNiPs geregelt.

Die Beleuchtungsstärke ist eine Eigenschaft, die als Lichtstrom pro Flächeneinheit definiert ist.

Lichtstrom (F)

Diese physikalische Größe ist definiert als die Leistung der sichtbaren Strahlung der Quelle bzw. der Lichtenergie, die von der Leuchte pro Zeiteinheit abgegeben wird.

Gleichzeitig ist Lichtenergie eine Energie, die sich in alle Richtungen ausbreitet und visuelle Empfindungen hervorruft. Jede Person hat unterschiedliche visuelle Empfindungen für dieselben Strahlungsquellen, daher werden gemittelte Indikatoren für Berechnungen verwendet.

In der Physik wird mit der Formel berechnet:

F \u003d W / t, wobei:

• W ist die von der Quelle abgegebene Energie, gemessen in Watt,
• t ist die Betriebszeit des Geräts in Sekunden.

Es ist auch ein Wert, der die Lichtmenge charakterisiert, die von einer Leuchte in alle Richtungen abgegeben wird.

Somit sieht die zweite Berechnungsformel so aus:

Ф = I w, wobei:

• I - Lichtintensität, gemessen in Candela,
• w ist der Raumwinkel, berechnet in Steradianten.

Lumen

Die Maßeinheit für den Lichtstrom ist Lumen.

Um zu bestimmen, welche Quelle für den Kauf rentabler ist, betrachten wir zunächst, was ein Lumen ist.

Das lateinische Wort Lumen bedeutet Licht.

Ein Lumen ist definiert als der Lichtstrom, der von einer Punktquelle mit einer Lichtstärke von 1 Candela in einen Raumwinkel von 1 Steradiant abgestrahlt wird:

1lm = 1W / 1s.

Andererseits,Die Maßeinheit Lumen (lm) kann gefunden werden als:

1 lm \u003d 1 cd 1 sr.

Wenn der Raumwinkel 4π Radiant beträgt und die Lichtstärke 1 cd beträgt, spricht man in diesem Fall vom Gesamtlichtstrom, der 4π lm oder 4 3,14 lm beträgt.

Es wurde berechnet, dass dieser Indikator für die Sonneneinstrahlung 8 lm und für den Sternenhimmel nur 0,000000001 lm entspricht.

Für jede künstliche Lichtquelle gibt es Tabellen zur Berechnung dieses photometrischen Parameters.

In der Lichttechnik werden abgeleitete Größen verwendet, die mit Standardpräfixen des internationalen SI-Systems gebildet werden, zum Beispiel:

• 1 klm = 103 lm oder 1 klm = 103 lm;
• 1 Mlm = 106 lm;
• 1 slm = 10-3 lm;
• 1 µlm = 10-6 lm.

Messgeräte

Zur Messung photometrischer Größen in der Industrie werden spezielle Geräte verwendet, die als Kugelphotometer und Goniophotometer bezeichnet werden. Sie ermöglichen es Ihnen, sowohl den Lichtstrom als auch die Lichtintensität verschiedener Lampen zu bestimmen.

Photometer sind visuell und objektiv.

Das Funktionsprinzip von visuellen Instrumenten beruht auf der Fähigkeit des Auges, die gleiche Helligkeit der Beleuchtung zweier verglichener, mit der gleichen Farbe beleuchteter Flächen festzustellen.

Gegenwärtig sind objektive elektrische Photometer beliebt, mit denen Lichtparameter nicht nur im sichtbaren Bereich, sondern auch darüber hinaus gemessen werden können.

Goniophotometer ermöglichen es, Daten über die Größe des Lichtstroms, die Lichtstärke sowie Indikatoren für andere photometrische Größen wie Helligkeit, Beleuchtungsverteilung usw. zu erhalten.

Empfehlungen zur Gestaltung der richtigen Arbeitsplatzbeleuchtung

Bei der Beleuchtung von Arbeitsplätzen werden zwei Arten von Quellen verwendet: künstlich und natürlich.

Künstlich sind Geräte mit Lampen verschiedener Typen: Leuchtstoff, Glühlampe, LED usw.

Für jeden Lampentyp gibt es Tabellen, die die Anzahl der von dieser Lampe abgegebenen Lumen angeben.

Dieser Wert ist auf der Verpackung des Produkts angegeben, also achten Sie beim Kauf darauf, eine Glühbirne auszuwählen, die sich an den Angaben des Herstellers auf der Verpackung orientiert. Auf der Verpackung der Leuchte ist der Gesamtlichtstrom angegeben, der Streulicht beinhaltet.

Beachtung! Beim Kauf einer Lampe ist zu beachten, dass diese Anzeige ihre Helligkeit nicht vollständig widerspiegelt, da sie durch die Verwendung eines Systems aus Reflektoren, Linsen und Spiegeln im Gerät erhöht werden kann.

Auswahl an elektrischen Lampen

Bevor Sie Glühbirnen kaufen, müssen Sie zunächst auswählen, welche Leuchten Sie benötigen, um die richtige Arbeitsplatzbeleuchtung zu schaffen. Wenn der Raum rechteckig ist, wird die Berechnung der erforderlichen Lumenzahl wie folgt durchgeführt: Sie müssen die Indikatoren der Beleuchtungsnorm des Objekts (bestimmt nach SNiP) mit der Fläche des Raums multiplizieren und der Koeffizient in Abhängigkeit von der Höhe der Decke des Raums.

Eines der interessantesten und umstrittensten Phänomene unserer Welt ist Licht. Für die Physik ist dies einer der grundlegenden Parameter zahlreicher Berechnungen. Mit Hilfe von Licht hoffen Wissenschaftler, einen Hinweis auf die Existenz unseres Universums zu finden und neue Möglichkeiten für die Menschheit zu eröffnen. Auch im Alltag ist Licht von großer Bedeutung, insbesondere wenn es darum geht, in diversen Räumen eine hochwertige Beleuchtung zu schaffen.

Einer der wichtigsten Parameter des Lichts ist seine Stärke, die die Kraft dieses Phänomens charakterisiert. Dieser Artikel widmet sich der Lichtstärke und der Berechnung dieses Parameters.

Allgemeine Informationen zum Konzept

Lichtstärke (Iv) bedeutet in der Physik die Leistung des Lichtstroms, bestimmt innerhalb eines bestimmten Raumwinkels. Aus diesem Konzept folgt, dass dieser Parameter nicht das gesamte im Raum verfügbare Licht meint, sondern nur den Teil davon, der in eine bestimmte Richtung emittiert wird.

Abhängig von der verfügbaren Strahlungsquelle wird dieser Parameter erhöht oder verringert. Seine Änderungen werden direkt vom Wert des Raumwinkels beeinflusst.

Beachten Sie! In einigen Situationen ist die Lichtintensität für jeden Winkel gleich. Dies ist in Situationen möglich, in denen die Lichtquelle eine gleichmäßige Ausleuchtung des Raums erzeugt.

Dieser Parameter spiegelt die physikalische Eigenschaft des Lichts wider, was ihn von Messungen wie der Helligkeit unterscheidet, die subjektive Empfindungen widerspiegeln. Außerdem wird die Stärke des Lichts in der Physik als Leistung betrachtet. Genauer gesagt wird es als Leistungseinheit geschätzt. Gleichzeitig weicht Macht hier von ihrem üblichen Konzept ab. Dabei hängt die Leistung nicht nur von der Energie ab, die die Beleuchtungsanlage abgibt, sondern auch von so etwas wie der Wellenlänge.
Es ist zu beachten, dass die Empfindlichkeit des Menschen gegenüber Lichtstrahlung direkt von der Wellenlänge abhängt. Diese Abhängigkeit spiegelt sich in einer Funktion der spektralen Lichtausbeute wider. Die Lichtstärke selbst ist dabei eine von der Lichtausbeute abhängige Größe. Bei einer Wellenlänge von 550 Nanometer (grün) nimmt dieser Parameter seinen Maximalwert an. Infolgedessen reagiert das menschliche Auge mehr oder weniger empfindlich auf den Lichtstrom bei unterschiedlichen Wellenlängen.
Die Maßeinheit für diesen Indikator ist die Candela (cd).

Beachten Sie! Die Stärke der Strahlung, die von einer Kerze kommt, entspricht ungefähr einer Candela. Der zuvor für die Berechnungsformel verwendete internationale Candlestick war 1,005 cd.

Der Schein einer Kerze

In seltenen Fällen wird eine veraltete Maßeinheit verwendet - die internationale Kerze. Aber in der modernen Welt wird die Maßeinheit für diese Größe, die Candela, bereits fast überall verwendet.

Photometrisches Parameterdiagramm

Iv ist der wichtigste photometrische Parameter. Neben diesem Wert sind die wichtigsten lichttechnischen Parameter die Helligkeit sowie die Beleuchtung. Alle diese vier Werte werden bei der Erstellung eines Beleuchtungssystems in den unterschiedlichsten Räumen aktiv genutzt. Ohne sie ist es unmöglich, die erforderliche Beleuchtungsstärke für jede individuelle Situation abzuschätzen.

Die vier wichtigsten Lichteigenschaften

Zum leichteren Verständnis dieses physikalischen Phänomens ist es notwendig, ein Diagramm zu betrachten, das eine Ebene darstellt, die die Ausbreitung von Licht reflektiert.

Diagramm für Lichtintensität

Das Diagramm zeigt, dass Iv von der Richtung zur Strahlungsquelle abhängt. Dies bedeutet, dass für eine LED-Lampe, für die die Richtung der maximalen Strahlung als 0 ° angenommen wird, bei der Messung des benötigten Werts in Richtung 180 ° ein kleinerer Wert erhalten wird als für die Richtung 0 °.
Wie Sie im Diagramm sehen können, deckt die Strahlung, die sich von zwei Quellen (gelb und rot) ausbreitet, eine gleiche Fläche ab. In diesem Fall wird die gelbe Strahlung gestreut, analog zum Licht einer Kerze. Seine Leistung wird ungefähr gleich 100 cd sein. Darüber hinaus ist der Wert dieses Werts in allen Richtungen gleich. Gleichzeitig wird Rot richtungsweisend sein. In der 0°-Stellung hat sie einen Maximalwert von 225 cd. In diesem Fall verringert sich dieser Wert bei einer Abweichung von 0°.

SI-Parameternotation

Da Iv eine physikalische Größe ist, kann sie berechnet werden. Dazu wird eine spezielle Formel verwendet. Bevor Sie jedoch zur Formel gelangen, müssen Sie verstehen, wie der gewünschte Wert im SI-System geschrieben wird. In diesem System wird unser Wert als J angezeigt (manchmal auch als I bezeichnet), dessen Einheit die Candela (cd) ist. Die Maßeinheit gibt das Iv wieder, das ein voller Heizkörper über eine Querschnittsfläche von 1/600.000 m2 abgibt. wird in eine Richtung senkrecht zu dem gegebenen Abschnitt gerichtet. In diesem Fall liegt die Temperatur des Emitters in der Nähe des Niveaus, bei dem bei einem Druck von 101325 Pa eine Verfestigung von Platin beobachtet wird.

Beachten Sie! Über die Candela können Sie die restlichen photometrischen Einheiten bestimmen.

Da der Lichtfluss im Raum ungleichmäßig verteilt ist, ist es notwendig, ein solches Konzept als Raumwinkel einzuführen. Es wird normalerweise mit dem Symbol  gekennzeichnet.
Die Lichtintensität wird für Berechnungen verwendet, wenn die Dimensionsformel angewendet wird. In diesem Fall wird dieser Wert über Formeln auf den Lichtstrom bezogen. In einer solchen Situation ist der Lichtstrom das Produkt aus Iv und dem Raumwinkel, in dem sich die Strahlung ausbreitet.
Der Lichtstrom (Фv) ist das Produkt aus der Lichtstärke und dem Raumwinkel, in dem sich der Lichtstrom ausbreitet. Ф=Ich .

Lichtstromformel

Aus dieser Formel folgt, dass Фv der interne Fluss ist, der sich innerhalb eines bestimmten Raumwinkels (ein Steradiant) in Anwesenheit von Iv in einer Candela ausbreitet.

Beachten Sie! Ein Steradiant ist ein Raumwinkel, der einen Abschnitt auf der Oberfläche einer Kugel ausschneidet, der gleich dem Quadrat des Radius dieser Kugel ist.

In diesem Fall können Iv und Leistung durch Lichtstrahlung in Beziehung gesetzt werden. Schließlich wird unter Fv auch ein Wert verstanden, der die Stärke der Emission von Lichtstrahlung charakterisiert, wenn sie vom durchschnittlichen menschlichen Auge wahrgenommen wird, das für Strahlung einer bestimmten Frequenz empfindlich ist. Als Ergebnis lässt sich aus obiger Formel folgende Gleichung ableiten:

Formel für die Lichtintensität

Deutlich wird dies am Beispiel von LEDs. Bei solchen Lichtquellen ist ihre Stärke normalerweise gleich der verbrauchten Leistung. Je höher also der Stromverbrauch, desto höher die Strahlungsbelastung.
Wie Sie sehen können, ist die Formel zur Berechnung des benötigten Werts nicht so kompliziert.

Zusätzliche Berechnungsoptionen

Da die Verteilung der von einer realen Quelle kommenden Strahlung im Weltraum ungleichmäßig ist, kann Фv nicht mehr als erschöpfendes Merkmal der Quelle dienen. Aber nur mit Ausnahme der Situation, wenn gleichzeitig die Verteilung der emittierten Strahlung in verschiedene Richtungen nicht bestimmt wird.
Um die Verteilung Фv in der Physik zu charakterisieren, wird ein Konzept wie die räumliche Dichte der Strahlung des Lichtflusses für verschiedene Raumrichtungen verwendet. In diesem Fall muss für Iv die bereits bekannte Formel verwendet werden, jedoch in leicht ergänzter Form:

Die zweite Formel zur Berechnung

Mit dieser Formel können Sie den gewünschten Wert in verschiedene Richtungen schätzen.

Fazit

Die Kraft des Lichts nimmt nicht nur in der Physik, sondern auch in alltäglicheren Momenten einen wichtigen Platz ein. Dieser Parameter ist besonders wichtig für die Beleuchtung, ohne die die Existenz der uns vertrauten Welt unmöglich ist. Gleichzeitig wird dieser Wert nicht nur bei der Entwicklung neuer Beleuchtungsgeräte mit günstigeren technischen Eigenschaften verwendet, sondern auch bei bestimmten Berechnungen zur Organisation des Hintergrundbeleuchtungssystems.

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Die Frage, worin der Lichtstrom gemessen wird, begann sich für Benutzer von Beleuchtungsgeräten erst zu interessieren, als Lampentypen auftauchten, deren Helligkeit nicht der in Watt gemessenen Leistungsaufnahme entsprach.

Lassen Sie uns herausfinden, wie das Konzept der Helligkeit mit dem Konzept der Beleuchtung zusammenhängt und wie Sie sich die Verteilung des Lichtflusses im Raum vorstellen und das richtige Beleuchtungsgerät auswählen können.

Was ist Lichtstrom?

Der Lichtstrom ist die für das menschliche Auge sichtbare Leistung der Lichtstrahlung; Lichtenergie, die von einer Oberfläche (leuchtend oder reflektierend) ausgestrahlt wird. Die Energie des Lichtstroms wird in Lumensekunden gemessen und entspricht einem Lichtstrom von 1 Lumen, der in 1 Sekunde emittiert oder wahrgenommen wird. Diese Zahl beschreibt den Gesamtfluss ohne Berücksichtigung der Konzentrationseffizienz des gesamten Geräts. Diese Schätzung beinhaltet auch gestreutes, nutzloses Licht, sodass die gleiche Anzahl von Lumen in Quellen mit unterschiedlichen Designs gefunden werden kann.

Es muss zwischen dem Lichtwert und dem Energiewert unterschieden werden – letzterer charakterisiert Licht, unabhängig von seiner Eigenschaft, visuelle Empfindungen hervorzurufen. Jede photometrische Lichtgröße hat ein Analogon, das in Energie- oder Leistungseinheiten quantifiziert werden kann. Für Lichtenergie ist ein solches Analogon die Strahlungsenergie (Strahlungsenergie), gemessen in Joule.

Lichtstromeinheit

1 Lumen ist das Licht, das von einer Quelle mit einer Lichtstärke von 1 Candela innerhalb eines Raumwinkels von 1 Steradiant ausgestrahlt wird. Eine 100-Watt-Glühlampe erzeugt ungefähr 1.000 Lumen Licht. Je heller die Lichtquelle, desto mehr Lumen gibt sie ab.

Neben Lumen gibt es noch andere Maßeinheiten, mit denen Sie Licht charakterisieren können. Es ist möglich, die räumliche und flächige Flussdichte zu messen – so ermitteln wir die Licht- und Beleuchtungsstärke. Die Lichtstärke wird in Candela gemessen, die Beleuchtungsstärke in Lux. Aber für den Verbraucher ist es wichtiger, herauszufinden, in welchen Einheiten die Helligkeit von Glühbirnen und anderen Beleuchtungskörpern im Verkauf angegeben wird. Einige Hersteller geben die Anzahl Lumen pro Watt an. So wird die Lichtausbeute (Lichtleistung) gemessen: wie viel Licht eine Lampe abgibt, wenn sie 1 Watt verbraucht.

Formeln definieren

Da jede Lichtquelle es ungleichmäßig abstrahlt, charakterisiert die Lumenzahl die Leuchte nicht vollständig. Sie können die Lichtintensität in Candela berechnen, indem Sie den in Lumen ausgedrückten Lichtstrom durch den in Steradianten gemessenen Raumwinkel dividieren. Mit dieser Formel wird es möglich sein, die Menge der Strahlen zu berücksichtigen, die von der Quelle kommen, wenn sie die Oberfläche einer imaginären Kugel überqueren und darauf einen Kreis bilden.

Aber es stellt sich die Frage, was in der Praxis die Zahl der Candela ergibt, die wir finden; Es ist unmöglich, nur anhand des Lichtstärkeparameters eine geeignete LED oder Taschenlampe zu finden, Sie müssen auch das Verhältnis des Streuwinkels berücksichtigen, das vom Design des Geräts abhängt. Bei der Auswahl von Lampen, die gleichmäßig in alle Richtungen strahlen, ist es wichtig zu verstehen, ob sie für die Ziele des Käufers geeignet sind.

Wenn frühere Glühbirnen in verschiedenen Räumen anhand der Wattzahl ausgewählt wurden, müssen Sie vor dem Kauf von LED-Lampen ihre Gesamthelligkeit in Lumen berechnen und diese Zahl dann durch die Raumfläche dividieren. So berechnet sich die Beleuchtung, die in Lux gemessen wird: 1 Lux ist 1 Lumen pro 1 m². Beleuchtungsnormen für Räume gibt es für verschiedene Zwecke.

Lichtstrommessung

Bevor Produkte auf den Markt gebracht werden, führt der Hersteller im Labor die Definition und Messung der Eigenschaften des Beleuchtungsgeräts durch. Zu Hause ist dies ohne spezielle Ausrüstung unrealistisch. Aber Sie können die vom Hersteller angegebenen Zahlen anhand der obigen Formeln mit einem kompakten Belichtungsmesser überprüfen.

Die Schwierigkeit, die Parameter des Lichts genau zu messen, liegt darin, dass es in alle möglichen Ausbreitungsrichtungen kommt. Daher verwenden Labore Kugeln mit einer Innenfläche, die ein hohes Reflexionsvermögen hat - sphärische Photometer; Sie werden auch verwendet, um den Dynamikbereich von Kameras zu messen, d.h. Lichtempfindlichkeit ihrer Matrizen.

Im Alltag ist es sinnvoller, so wichtige Lichtparameter wie Raumbeleuchtung und Pulsationskoeffizient zu messen. Hohe Welligkeit und schwache Beleuchtung führen dazu, dass Menschen ihre Augen zu sehr anstrengen, was zu schnellerer Ermüdung führt.

Der Pulsationskoeffizient des Lichtstroms ist ein Indikator, der den Grad seiner Ungleichmäßigkeit charakterisiert. Zulässige Werte dieser Koeffizienten werden von SanPiN geregelt.

Das Flackern der Glühbirne ist mit bloßem Auge nicht immer zu erkennen. Dennoch wirkt sich bereits eine geringfügige Überschreitung des Pulsationskoeffizienten negativ auf das zentrale Nervensystem einer Person aus und verringert auch die Leistungsfähigkeit. Licht, das ungleichmäßig pulsieren kann, wird von allen Bildschirmen ausgestrahlt: Computer- und Laptop-Monitore, Tablet- und Handy-Displays und ein Fernsehbildschirm. Die Pulsation wird mit einem Luxmeter-Pulsemeter gemessen.

Was ist eine Candela?

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Lichtquelle ist die Candela, die in den 7 Einheiten des Internationalen Einheitensystems (SI) enthalten ist, das von der Generalkonferenz für Maß und Gewicht angenommen wurde. Anfänglich entsprach 1 Candela der Strahlung von 1 Kerze, die als Standard genommen wurde. Daher der Name dieser Maßeinheit. Jetzt wird es durch eine spezielle Formel bestimmt.

Candela ist die Lichtintensität, die ausschließlich in einer bestimmten Richtung gemessen wird. Die Ausbreitung der Strahlen auf dem durch einen Raumwinkel umrissenen Teil der Kugel ermöglicht es uns, einen Wert zu berechnen, der dem Verhältnis des Lichtstroms zu diesem Winkel entspricht. Im Gegensatz zu Lumen wird dieser Wert verwendet, um die Intensität der Strahlen zu bestimmen. Dabei wird nutzloses Streulicht nicht berücksichtigt.

Eine Taschenlampe und eine Deckenlampe haben einen anderen Lichtkegel, da die Strahlen in unterschiedlichen Winkeln einfallen. Candela (genauer Millicandela) werden verwendet, um die Lichtstärke von Quellen mit gerichtetem Leuchten anzuzeigen: Anzeige-LEDs, Taschenlampen.

Lumen und Lux

In Lumen wird die Menge des Lichtstroms gemessen, dies ist ein Merkmal seiner Quelle. Die Anzahl der Strahlen, die eine Oberfläche erreichen (reflektierend oder absorbierend), hängt bereits von der Entfernung zwischen der Quelle und dieser Oberfläche ab.

Die Beleuchtungsstärke wird mit einem speziellen Gerät - einem Luxmeter - in Lux (lx) gemessen. Das einfachste Luxmeter besteht aus einer Selen-Fotozelle, die Licht in elektrische Stromenergie umwandelt, und einem Zeigermikroamperemeter, das diesen Strom misst.

Die spektrale Empfindlichkeit der Selen-Fotozelle unterscheidet sich von der Empfindlichkeit des menschlichen Auges, daher müssen unter verschiedenen Bedingungen Korrekturfaktoren verwendet werden. Die einfachsten Belichtungsmesser sind so konzipiert, dass sie eine Art von Beleuchtung messen, z. B. Tageslicht. Ohne die Verwendung von Koeffizienten kann der Fehler mehr als 10 % betragen.

Hochwertige Luxmeter sind mit Lichtfiltern, speziellen Kugel- oder Zylinderdüsen (zur Messung der räumlichen Beleuchtung), Halterungen zur Helligkeitsmessung und Überprüfung der Empfindlichkeit des Geräts ausgestattet. Ihre Fehlerquote liegt bei etwa 1 %.

Eine schlechte Beleuchtung der Räumlichkeiten trägt zur Entwicklung von Myopie bei, wirkt sich negativ auf die Leistung aus, verursacht Müdigkeit und eine Verschlechterung der Stimmung.

Die Mindestbeleuchtung der Computertischoberfläche nach SanPiN beträgt 400 Lux. Schulbänke müssen mit mindestens 500 Lux ausgeleuchtet sein.

Lumen und Watt

Energiesparlampen verbrauchen bei gleicher Lichtleistung 5-6 mal weniger elektrische Energie als Glühlampen. LED - 10-12 mal weniger. Die Leistung des Lichtstroms hängt nicht mehr von der Wattzahl ab. Hersteller geben aber immer Watt an, da die Verwendung zu starker Glühbirnen in nicht für eine solche Belastung ausgelegten Kartuschen zu Schäden an Elektrogeräten oder einem Kurzschluss führt.

Ordnet man die gängigsten Glühbirnentypen nach aufsteigender Lichtleistung an, erhält man folgende Liste:

1. Glühlampe - 10 Lumen / Watt.
2. Halogen - 20 Lumen / Watt.
3. Quecksilber - 60 Lumen / Watt.
4. Energieeinsparung - 65 Lumen/Watt.
5. Kompaktleuchtstofflampe - 80 Lumen/Watt.
6. Metallhalogenid - 90 Lumen / Watt.
7. Leuchtdiode (LED) - 120 Lumen / Watt.

Aber die meisten Menschen sind es gewohnt, beim Kauf von Glühbirnen auf die vom Hersteller angegebene Wattzahl zu achten. Um zu berechnen, wie viel Watt pro Quadratmeter Sie benötigen, müssen Sie zunächst entscheiden, wie hell das Licht im Raum sein soll. 20-Watt-Glühlampen pro 1 m² - eine solche Beleuchtung ist für einen Arbeitsplatz oder ein Wohnzimmer geeignet; Für ein Schlafzimmer reichen 10-12 Watt pro 1 m² aus. Beim Kauf von Energiesparlampen werden diese Zahlen durch 5 geteilt. Wichtig ist die Deckenhöhe zu berücksichtigen: Ist diese höher als 3 m, sollte die Gesamt-Wattzahl mit 1,5 multipliziert werden.