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 waren Wissenschaftler verwirrt über das Verhalten von Lichtquanten - Photonen. Einerseits sprachen Interferenz und Beugung von ihrem Wellenwesen. 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. Daher mussten die Physiker zugeben, dass elektromagnetische Strahlung sowohl eine Welle als auch ein materielles Objekt ist.

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 photometrisch genannt). 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 wahrzunehmen, 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 empfindlicher auf Bewegungen. 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 sehen das nahe Ultraviolett, 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. Die Maßeinheit der Leistung, schon mit einer "menschlicheren" Einstellung, 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 ist es nicht verwunderlich, dass die Maßeinheit für die Lichtstärke die Candela, also eine Kerze, ist. Nur eine Kerze ist sehr eigenartig: Sie hat eine genau festgelegte Wellenlänge und erzeugt eine bestimmte Anzahl von Photonen pro Sekunde.

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Ursprünglicher Wert

Konvertierter Wert

Candela-Kerze (Deutsch) Kerze (UK) Dezimalkerze Pentan-Kerze Pentan-Kerze (10 St) Hefner-Kerze Einheit Carcel-Kerze Dezimal (Französisch) Lumen/Steradian-Kerze (International)

Mehr über die Kraft des Lichts

Allgemeine Information

Die Lichtstärke ist die Stärke des Lichtstroms innerhalb eines bestimmten Raumwinkels. Das heißt, die Lichtstärke bestimmt nicht das gesamte Licht im Raum, sondern nur das Licht, das in eine bestimmte Richtung ausgestrahlt wird. Je nach Lichtquelle nimmt die Intensität des Lichts ab oder zu, wenn sich der Raumwinkel ändert, obwohl dieser Wert manchmal für jeden Winkel gleich ist, solange die Quelle das Licht gleichmäßig verteilt. Die Lichtstärke ist eine physikalische Eigenschaft des Lichts. Darin unterscheidet es sich von der Helligkeit, da in vielen Fällen, wenn von Helligkeit gesprochen wird, eine subjektive Empfindung und keine physikalische Größe gemeint ist. Auch die Helligkeit hängt nicht vom Raumwinkel ab, sondern wird im allgemeinen Raum wahrgenommen. Ein und dieselbe Quelle mit konstanter Lichtintensität kann von Menschen als Licht unterschiedlicher Helligkeit wahrgenommen werden, da diese Wahrnehmung von den Umgebungsbedingungen und der individuellen Wahrnehmung jedes Menschen abhängt. Auch die Helligkeit zweier Quellen mit gleicher Lichtstärke kann unterschiedlich wahrgenommen werden, insbesondere wenn eine diffuses Licht und die andere gerichtetes Licht abgibt. In diesem Fall erscheint die gerichtete Quelle heller, obwohl die Lichtintensität beider Quellen gleich ist.

Die Lichtintensität wird als Einheit der Leistung betrachtet, unterscheidet sich jedoch vom üblichen Leistungsbegriff dadurch, dass sie nicht nur von der von der Lichtquelle abgegebenen Energie abhängt, sondern auch von der Wellenlänge des Lichts. Die Lichtempfindlichkeit des Menschen hängt von der Wellenlänge ab und wird als Funktion der relativen spektralen Lichtausbeute ausgedrückt. Die Lichtstärke hängt von der Lichtausbeute ab, die bei Licht mit einer Wellenlänge von 550 Nanometern ein Maximum erreicht. Das ist grün. Das Auge ist weniger empfindlich für Licht mit längeren oder kürzeren Wellenlängen.

Im SI-System wird die Lichtstärke gemessen Kerzenlicht(CD). Eine Candela entspricht ungefähr der Lichtintensität einer Kerze. Manchmal wird auch eine veraltete Einheit verwendet, Kerze(oder internationale Kerze), obwohl diese Einheit in den meisten Fällen durch Candela ersetzt wurde. Eine Kerze entspricht ungefähr einer Candela.

Wenn Sie die Lichtintensität mit einer Ebene messen, die die Lichtausbreitung zeigt, wie in der Abbildung, sehen Sie, dass die Lichtintensität von der Richtung zur Lichtquelle abhängt. Nehmen wir zum Beispiel die Richtung der maximalen Abstrahlung einer LED-Lampe mit 0° an, dann ist die gemessene Lichtstärke in Richtung 180° deutlich geringer als bei 0°. Bei diffusen Quellen unterscheidet sich die Größe der Lichtstärke für 0° und 180° nicht sehr und kann gleich sein.

In der Abbildung deckt das von zwei Quellen, Rot und Gelb, emittierte Licht eine gleiche Fläche ab. Gelbes Licht ist diffus, wie Kerzenlicht. Seine Stärke beträgt ungefähr 100 cd, unabhängig von der Richtung. Rot - im Gegenteil gerichtet. In Richtung 0°, wo die Strahlung maximal ist, beträgt ihre Stärke 225 cd, jedoch nimmt dieser Wert bei Abweichung von 0° rapide ab. Beispielsweise beträgt die Lichtstärke 125 cd bei einer Ausrichtung auf eine Quelle von 30° und nur 50 cd bei einer Ausrichtung von 80°.

Die Kraft des Lichts in Museen

Museumsmitarbeiter messen die Lichtintensität in Museumsräumen, um die optimalen Bedingungen für die Besucher zu ermitteln, die ausgestellten Werke zu sehen, und sorgen gleichzeitig für sanftes Licht, das die Museumsexponate so wenig wie möglich beeinträchtigt. Museumsexponate, die Zellulose und Farbstoffe enthalten, insbesondere solche aus natürlichen Materialien, verschlechtern sich bei längerer Lichteinwirkung. Zellulose verleiht Stoffen, Papier und Holzprodukten Festigkeit; In Museen gibt es oft viele Exponate dieser Materialien, daher ist das Licht in den Ausstellungshallen eine große Gefahr. Je stärker die Lichtintensität, desto mehr verfallen die Museumsexponate. Neben der Zerstörung verfärbt oder vergilbt Licht auch Zellulosematerialien wie Papier und Stoffe. Manchmal verschlechtert sich das Papier oder die Leinwand, auf die die Gemälde gemalt werden, und zerfällt schneller als die Farbe. Dies ist besonders problematisch, da die Farben im Bild leichter wiederhergestellt werden können als die Basis.

Der Schaden, der Museumsexponaten zugefügt wird, hängt von der Wellenlänge des Lichts ab. So ist beispielsweise Licht im orangen Spektrum am wenigsten schädlich und blaues Licht am gefährlichsten. Das heißt, Licht mit längerer Wellenlänge ist sicherer als Licht mit kürzerer Wellenlänge. Viele Museen nutzen diese Information und kontrollieren nicht nur die Gesamtlichtmenge, sondern begrenzen auch das blaue Licht durch hellorange Filter. Gleichzeitig versuchen sie, Filter so hell zu wählen, dass sie, obwohl sie blaues Licht filtern, den Besuchern ermöglichen, die in der Ausstellungshalle ausgestellten Werke in vollen Zügen zu genießen.

Es ist wichtig, nicht zu vergessen, dass Exponate nicht nur durch Licht verfallen. Daher ist es schwierig, allein anhand der Lichtstärke vorherzusagen, wie schnell die Materialien, aus denen sie bestehen, zerfallen. Für die langfristige Aufbewahrung in Museumsräumen ist nicht nur eine gedämpfte Beleuchtung, sondern auch eine geringe Luftfeuchtigkeit sowie eine geringe Luftsauerstoffmenge zumindest in den Vitrinen erforderlich.

In Museen, in denen es verboten ist, mit Blitz zu fotografieren, wird oft auf die Schädlichkeit von Licht für Museumsexponate hingewiesen, insbesondere von ultraviolettem Licht. Das ist praktisch unbegründet. So wie die Einschränkung des gesamten Spektrums des sichtbaren Lichts viel weniger effektiv ist als die Einschränkung des blauen Lichts, hat das Verbot von Blitzen wenig Einfluss auf das Ausmaß der Lichtschäden an Exponaten. Bei den Experimenten bemerkten die Forscher erst nach mehr als einer Million Blitzen leichte Schäden an Wasserfarben durch professionelle Studioblitze. Ein Blitz alle vier Sekunden in einem Abstand von 120 Zentimetern zum Exponat entspricht fast dem Licht, das normalerweise in den Messehallen passiert, wo die Lichtmenge gesteuert und blaues Licht gefiltert wird. Diejenigen, die in Museen fotografieren, verwenden selten so starke Blitze, da die meisten Besucher keine professionellen Fotografen sind und mit Handys und Kompaktkameras fotografieren. Blitze alle vier Sekunden in den Hallen funktionieren selten. Auch der Schaden durch die vom Blitz abgegebenen UV-Strahlen ist in den meisten Fällen gering.

Lichtstärke von Lampen

Es ist üblich, die Eigenschaften von Leuchten mit Hilfe der Lichtstärke zu beschreiben, die sich vom Lichtstrom unterscheidet - eine Größe, die die Gesamtlichtmenge bestimmt und angibt, wie hell diese Quelle im Allgemeinen ist. Es ist praktisch, die Lichtintensität zu verwenden, um die Beleuchtungseigenschaften von Lampen, beispielsweise LEDs, zu bestimmen. Beim Kauf hilft die Information über die Lichtintensität, um zu bestimmen, mit welcher Stärke und in welche Richtung sich das Licht ausbreitet und ob eine solche Lampe für den Käufer geeignet ist.

Lichtstärkeverteilung

Zusätzlich zur Lichtintensität selbst helfen Lichtintensitätsverteilungskurven zu verstehen, wie sich die Lampe verhalten wird. Solche Diagramme der Winkelverteilung der Lichtstärke sind je nach Symmetrie der Lampe geschlossene Kurven in einer Ebene oder im Raum. Sie decken den gesamten Bereich der Lichtverteilung dieser Leuchte ab. Das Diagramm zeigt die Größe der Lichtstärke in Abhängigkeit von der Richtung ihrer Messung. Der Graph wird normalerweise entweder in polaren oder rechteckigen Koordinatensystemen erstellt, je nachdem, für welche Lichtquelle der Graph erstellt wird. Es wird oft auf Lampenverpackungen angebracht, um dem Kunden zu helfen, sich vorzustellen, wie sich die Lampe verhalten wird. Diese Informationen sind wichtig für Designer und Lichttechniker, insbesondere für diejenigen, die in den Bereichen Kino, Theater und der Organisation von Ausstellungen und Aufführungen tätig sind. Die Verteilung der Lichtstärke wirkt sich auch auf die Sicherheit beim Fahren aus, weshalb Ingenieure, die Beleuchtung für Fahrzeuge entwerfen, Lichtstärkeverteilungskurven verwenden. Sie müssen strenge Regeln für die Verteilung der Lichtintensität in Scheinwerfern einhalten, um ein Höchstmaß an Sicherheit auf den Straßen zu gewährleisten.

Das Beispiel in der Abbildung ist im Polarkoordinatensystem. A ist das Zentrum der Lichtquelle, von wo aus sich das Licht in verschiedene Richtungen ausbreitet, B ist die Lichtstärke in Candela und C ist der Messwinkel der Lichtrichtung, wobei 0° die Richtung der maximalen Lichtstärke ist der Quelle.

Messung der Stärke und Verteilung der Lichtintensität

Die Stärke des Lichts und seine Verteilung werden mit speziellen Instrumenten gemessen, Goniophotometer und Goniometer. Es gibt verschiedene Arten dieser Geräte, zum Beispiel mit einem beweglichen Spiegel, mit dem Sie die Lichtintensität aus verschiedenen Winkeln messen können. Manchmal bewegt sich die Lichtquelle selbst anstelle des Spiegels. Typischerweise sind diese Geräte groß, mit einem Abstand von bis zu 25 Metern zwischen der Lampe und dem Sensor, der die Lichtintensität misst. Einige Geräte bestehen aus einer Kugel mit einem Messgerät, einem Spiegel und einer Lampe darin. Nicht alle Goniophotometer sind groß, es gibt auch kleine, die sich während der Messung um die Lichtquelle bewegen. Beim Kauf eines Goniophotometers spielen unter anderem der Preis, die Größe, die Leistung und die maximale Größe der Lichtquelle, die es messen kann, eine entscheidende Rolle.

Halber Helligkeitswinkel

Der Halbhelligkeitswinkel, manchmal auch Glimmwinkel genannt, ist eine der Größen, die helfen, eine Lichtquelle zu beschreiben. Dieser Winkel gibt an, wie gerichtet oder gestreut die Lichtquelle ist. Er ist definiert als der Winkel des Lichtkegels, bei dem die Lichtstärke der Quelle gleich der Hälfte ihrer maximalen Intensität ist. Im Beispiel der Abbildung beträgt die maximale Lichtstärke der Quelle 200 cd. Versuchen wir, den Halbwertswinkel anhand dieser Grafik zu bestimmen. Die halbe Lichtstärke der Quelle entspricht 100 cd. Der Winkel, bei dem die Lichtstärke des Strahls 100 cd erreicht, d. h. der Winkel der halben Helligkeit, entspricht 60 + 60 = 120° in der Grafik (der halbe Winkel ist gelb dargestellt). Bei zwei Lichtquellen mit gleicher Gesamtlichtmenge bedeutet ein schmalerer Halbwertswinkel, dass deren Lichtstärke im Vergleich zur zweiten Lichtquelle für Winkel zwischen 0° und dem Halbwertswinkel größer ist. Das heißt, gerichtete Quellen haben einen schmaleren halben Helligkeitswinkel.

Sowohl breite als auch schmale Halbhelligkeitswinkel haben Vorteile, und welcher Winkel zu wählen ist, hängt von der Anwendung dieser Lichtquelle ab. So sollten Sie zum Beispiel beim Gerätetauchen bei guter Sicht im Wasser eine Taschenlampe mit schmalem Halbhelligkeitswinkel wählen. Bei schlechter Sicht macht es keinen Sinn, eine solche Taschenlampe zu verwenden, da sie nur vergeblich Energie verschwendet. In diesem Fall ist eine Taschenlampe mit einem breiten halben Helligkeitswinkel, der das Licht gut streut, besser. Außerdem hilft eine solche Taschenlampe bei Foto- und Videoaufnahmen, da sie einen größeren Bereich vor der Kamera ausleuchtet. Bei einigen Tauchlampen können Sie den halben Helligkeitswinkel manuell einstellen, was praktisch ist, da Taucher nicht immer vorhersagen können, welche Sicht dort sein wird, wo sie tauchen.

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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, wie Sie sich die Verteilung des Lichtflusses im Raum vorstellen und die richtige Leuchte 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, eine geeignete LED oder Taschenlampe nur anhand des Parameters Lichtstärke zu finden, Sie müssen auch das Verhältnis des Streuwinkels berücksichtigen, das von der Konstruktion 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 einzelne Beleuchtungsart 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 Glühlampentypen 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 eignet sich für einen Arbeitsplatz oder ein Wohnzimmer; 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.

Wer sich mit den Eigenschaften von Lampen und bestimmten Lampentypen beschäftigt, stößt sicher auf Begriffe wie Beleuchtung, Lichtstrom und Lichtstärke. Was bedeuten sie und wie unterscheiden sie sich voneinander?

Versuchen wir, diese Größen in einfachen, verständlichen Worten zu verstehen. Wie sie miteinander verbunden sind, ihre Maßeinheiten und wie das Ganze ohne spezielle Instrumente gemessen werden kann.

Was ist lichtstrom

In der guten alten Zeit war der Hauptparameter, nach dem eine Glühbirne im Flur, in der Küche, im Flur ausgewählt wurde, ihre Leistung. Niemand hat jemals daran gedacht, im Geschäft nach Lumen oder Candela zu fragen.

Heutzutage, mit der rasanten Entwicklung von LEDs und anderen Arten von Lampen, wird der Gang in den Laden für neue Artikel von einer Reihe von Fragen begleitet, nicht nur zum Preis, sondern auch zu ihren Eigenschaften. Einer der wichtigsten Parameter ist der Lichtstrom.

Einfach ausgedrückt ist der Lichtstrom die Lichtmenge, die eine Lampe abgibt.

Verwechseln Sie jedoch nicht den Lichtstrom von LEDs einzeln mit dem Lichtstrom von montierten Leuchten. Sie können sich erheblich unterscheiden.

Es muss verstanden werden, dass der Lichtstrom nur eine der vielen Eigenschaften einer Lichtquelle ist. Darüber hinaus hängt sein Wert ab von:

• aus Quellkraft

Hier ist eine Tabelle dieser Abhängigkeit für LED-Lampen:

Und dies sind Tabellen ihres Vergleichs mit anderen Arten von Glühlampen, Leuchtstofflampen, DRL, HPS:

GlühbirneLeuchtstofflampe Halogen HPS Tagfahrlicht

Allerdings gibt es hier Nuancen. Die LED-Technologie befindet sich noch in der Entwicklung und es ist durchaus möglich, dass LED-Lampen gleicher Leistung, aber von unterschiedlichen Herstellern, völlig unterschiedliche Lichtströme haben werden.

Es ist nur so, dass einige von ihnen weiter nach vorne gegangen sind und gelernt haben, mehr Lumen pro Watt zu schießen als andere.

Jemand wird fragen, wofür all diese Tabellen sind? Damit Verkäufer und Hersteller Sie nicht dumm täuschen.

Auf der Schachtel werden sie schön schreiben:

• Leistung 9W

• Lichtleistung 1000lm

• Analog der Glühlampe 100W

Was schaust du dir zuerst an? Richtig, für das, was bekannter und verständlicher ist - die Anzeigen eines Analogons einer Glühlampe.

Aber mit einer solchen Kraft werden Sie dem alten Licht nicht nahe kommen. Fangen Sie an, auf LEDs und die Technologie ihrer Unvollkommenheiten zu fluchen. Und der Punkt ist, dass es sich um einen skrupellosen Hersteller und sein Produkt handelt.

• von Effizienz

Das heißt, wie effizient eine bestimmte Quelle elektrische Energie in Licht umwandelt. Beispielsweise hat eine gewöhnliche Glühlampe eine Rendite von 15 lm / W und eine Natriumdampf-Hochdrucklampe eine Rendite von 150 lm / W.

Es stellt sich heraus, dass dies eine zehnmal effizientere Quelle ist als eine einfache Glühbirne. Bei gleicher Leistung haben Sie 10 mal mehr Licht!

Der Lichtstrom wird in Lumen - Lm gemessen.

Was ist 1 Lumen? Tagsüber sind unsere Augen bei normalem Licht am empfindlichsten für Grün. Wenn wir zum Beispiel zwei Lampen mit der gleichen Kraft von Blau und Grün nehmen, dann erscheint Grün für uns alle heller.

Die grüne Wellenlänge beträgt 555 nm. Eine solche Strahlung wird monochromatisch genannt, weil sie einen sehr engen Bereich enthält.

In Wirklichkeit wird Grün natürlich durch andere Farben ergänzt, sodass am Ende Weiß entsteht.

Da die Empfindlichkeit des menschlichen Auges jedoch maximal auf grün ist, sind die Lumen daran gebunden.

Ein Lichtstrom von einem Lumen entspricht also immerhin einer Quelle, die Licht mit einer Wellenlänge von 555 nm aussendet. In diesem Fall beträgt die Leistung einer solchen Quelle 1/683 W.

Warum genau 1/683 und nicht 1 W zur Sicherheit? Der Wert von 1/683 W ist historisch entstanden. Anfangs war die Hauptlichtquelle eine gewöhnliche Kerze, und die Strahlung aller neuen Lampen und Lampen wurde mit dem Licht einer Kerze verglichen.

Derzeit ist dieser Wert von 1/683 durch viele internationale Abkommen legalisiert und wird überall akzeptiert.

Warum brauchen wir eine solche Größe wie einen Lichtstrom? Mit seiner Hilfe können Sie ganz einfach die Ausleuchtung des Raumes berechnen.

Dies wirkt sich direkt auf das Sehvermögen einer Person aus.

Der Unterschied zwischen Beleuchtung und Lichtstrom

Gleichzeitig verwechseln viele die Maßeinheit Lumen mit Lux. Denken Sie daran, Lux ist das Maß für die Beleuchtungsstärke.

Wie kann man ihren Unterschied klar erklären? Stellen Sie sich Druck und Kraft vor. Mit nur einer kleinen Nadel und wenig Kraft kann an einem einzigen Punkt ein hoher spezifischer Druck erzeugt werden.

Auch mit Hilfe eines schwachen Lichtstroms können Sie eine hohe Beleuchtung in einem einzelnen Bereich der Oberfläche erzeugen.

1 Lux ist, wenn 1 Lumen auf 1 m2 beleuchtete Fläche fällt.

Nehmen wir an, Sie haben eine Lampe mit einem Lichtstrom von 1000 lm. An der Unterseite dieser Lampe befindet sich ein Tisch.

Auf der Oberfläche dieses Tisches muss eine gewisse Lichtmenge vorhanden sein, damit Sie bequem arbeiten können. Die primäre Quelle für Beleuchtungsstandards sind die Anforderungen der Codes of Practice SP 52.13330

Für einen typischen Arbeitsplatz sind das 350 Lux. Für einen Ort, an dem präzise kleine Arbeiten erledigt werden - 500 Lx.

Diese Beleuchtung hängt von vielen Parametern ab. Zum Beispiel von der Entfernung zur Lichtquelle.

Von Fremdkörpern in der Nähe. Wenn sich der Tisch in der Nähe einer weißen Wand befindet, gibt es jeweils mehr Suiten als an einer dunklen. Reflexion wird definitiv das Gesamtergebnis beeinflussen.

Jede Beleuchtung kann gemessen werden. Wenn Sie keine speziellen Luxmeter haben, verwenden Sie die Programme in modernen Smartphones.

Seien Sie jedoch auf Fehler vorbereitet. Aber um aus der Hand eine erste Analyse zu machen, reicht das Telefon völlig aus.

Berechnung des Lichtstroms

Und wie findet man den ungefähren Lichtstrom in Lumen ganz ohne Messgeräte heraus? Hier können Sie die Werte der Lichtleistung und ihre proportionale Abhängigkeit vom Durchfluss verwenden.

Lichtfluss- Stärke der Lichtstrahlung, d.h. sichtbare Strahlung, geschätzt durch die Lichtempfindung, die sie auf dem menschlichen Auge hervorruft. Die Lichtleistung wird in Lumen gemessen.

Beispielsweise gibt eine Glühlampe (100 W) einen Lichtstrom von 1350 lm und eine Leuchtstofflampe LB40 - 3200 ab.

Ein Lumen ist gleich dem Lichtstrom, der von einer isotropen Punktquelle mit einer Lichtstärke von einer Candela in einen Raumwinkel von einem Steradiant (1 lm = 1 cd sr) ausgestrahlt wird.

Der gesamte Lichtstrom, der von einer isotropen Quelle mit einer Lichtstärke von einer Candela erzeugt wird, ist gleich 4π Lumen.

Es gibt eine andere Definition: Die Einheit des Lichtstroms ist Lumen(lm), gleich dem Fluss, der von einem schwarzen Körper aus einer Fläche von 0,5305 mm 2 bei der Erstarrungstemperatur von Platin (1773 ° C) oder 1 Kerze 1 Steradiant emittiert wird.

Die Kraft des Lichts- räumliche Dichte des Lichtstroms, gleich dem Verhältnis des Lichtstroms zum Wert des Raumwinkels, in dem die Strahlung gleichmäßig verteilt ist. Die Einheit der Lichtstärke ist die Candela.

Erleuchtung- Flächendichte des auf die Fläche einfallenden Lichtstroms, gleich dem Verhältnis des Lichtstroms zur Größe der beleuchteten Fläche, über die er gleichmäßig verteilt ist.

Die Einheit der Beleuchtung ist Lux (lx), gleich der Beleuchtung, die durch einen Lichtstrom von 1 lm erzeugt wird, der gleichmäßig über eine Fläche von 1 m 2 verteilt ist, d.h. gleich 1 lm / 1 m 2.

Helligkeit- Oberflächendichte der Lichtstärke in einer bestimmten Richtung, gleich dem Verhältnis der Lichtstärke zur Projektionsfläche der leuchtenden Fläche auf eine Ebene senkrecht zur gleichen Richtung.

Die Einheit der Helligkeit ist Candela pro Quadratmeter (cd/m2).

Leuchtkraft (Leichtigkeit)- Oberflächendichte des von der Oberfläche emittierten Lichtstroms, gleich dem Verhältnis des Lichtstroms zur Fläche der leuchtenden Oberfläche.

Die Einheit der Leuchtkraft ist 1 lm/m 2 .

Einheiten der Lichtmengen im internationalen Einheitensystem SI (SI)

Wertname	Einheitenname	Ausdruck über SI-Einheiten (SI)	Einheitsbezeichnung
			Russisch	zwischen- Volk
Die Kraft des Lichts	Candela	CD	CD	CD
Lichtfluss	Lumen	cd sr	lm	lm
Lichtenergie	Lumen Sekunde	cd sr s	lm s	lm s
Erleuchtung	Luxus	cd sr/m 2	OK	Lux
Helligkeit	Lumen pro Quadratmeter	cd sr/m 2	lm m 2	lfm/m2
Helligkeit	Candela pro Quadratmeter	cd/m2	cd/m2	cd/m2
Belichtung	Lux Sekunde	cd sr s / m 2	lx s	lx s
Strahlungsenergie	Joule	kgm2 / s2	J	J
Strahlungsfluss, Strahlungsleistung	Watt	kg m 2 / s 3	Di	W
Lichtäquivalent des Strahlungsflusses	Lumen pro Watt		lm/W	lm/W
Strahlungsflussdichte an der Oberfläche	Watt pro Quadratmeter	kg/s 3	W/m2	w/m2
Energieleistung des Lichts (Strahlungsleistung)	Watt pro Steradiant	kg m2/(s 3 sr)	Di/Mi	mit sr
Energiehelligkeit	Watt pro Steradiant Quadratmeter	kg/(s 3 sr)	W / (srm m 2)	W/(srm m 2)
Energiebeleuchtung (Bestrahlungsstärke)	Watt pro Quadratmeter	kg/s 3	W/m2	w/m2
Energie Leuchtkraft (Strahlung)	Watt pro Quadratmeter	kg/s 3	W/m2	w/m2

Beispiele:

ELEKTRISCHES HANDBUCH"
Unter der allgemeinen Redaktion. MPEI-Professoren V.G. Gerasimova und andere.
M.: MPEI-Verlag, 1998