A questão de como o fluxo luminoso é medido começou a importar para os usuários de dispositivos de iluminação apenas quando surgiram tipos de lâmpadas, cujo brilho não era igual ao consumo de energia, medido em watts.
Vamos descobrir como o conceito de brilho está conectado com o conceito de iluminação, bem como você pode imaginar a distribuição do fluxo de luz ao redor da sala e escolher a luminária certa.
O que é fluxo luminoso?
O fluxo de luz é o poder da radiação luminosa visível ao olho humano; energia luminosa emitida por uma superfície (luminosa ou reflexiva). A energia do fluxo de luz é medida em lúmen-segundos e corresponde a um fluxo de 1 lúmen, emitido ou percebido em 1 segundo. Esta figura descreve o fluxo total, não levando em consideração a eficiência de concentração de todo o dispositivo. Essa estimativa também inclui luz dispersa e inútil, de modo que o mesmo número de lúmens pode ser encontrado em fontes de designs diferentes.
É necessário distinguir entre o valor da luz e o valor da energia - este último caracteriza a luz, independentemente de sua propriedade de causar sensações visuais. Cada quantidade de luz fotométrica tem um análogo que pode ser quantificado em unidades de energia ou potência. Para a energia luminosa, tal análogo é a energia de radiação (energia radiante), medida em joules.
Unidade de fluxo luminoso
1 lúmen é a luz emitida por uma fonte com intensidade luminosa de 1 candela dentro de um ângulo sólido de 1 esterradiano. Uma lâmpada incandescente de 100 watts gera aproximadamente 1.000 lumens de luz. Quanto mais brilhante a fonte de luz, mais lúmens ela emite.
Além dos lúmens, existem outras unidades de medida que permitem caracterizar a luz. É possível medir a densidade de fluxo espacial e superficial - é assim que descobrimos a força da luz e da iluminação. A intensidade da luz é medida em candela, a iluminância é medida em lux. Mas é mais importante que o consumidor descubra em quais unidades o brilho das lâmpadas e demais luminárias é indicado na venda. Alguns fabricantes relatam o número de lúmens por watt. É assim que se mede a eficiência luminosa (saída de luz): quanta luz uma lâmpada emite, gastando 1 watt.
Definindo Fórmulas
Como qualquer fonte de luz a emite de forma desigual, o número de lúmens não caracteriza totalmente a luminária. Você pode calcular a intensidade da luz em candela dividindo seu fluxo, expresso em lúmens, pelo ângulo sólido, medido em esterradianos. Usando esta fórmula, será possível levar em conta o conjunto de raios provenientes da fonte quando cruzam a superfície de uma esfera imaginária, formando um círculo sobre ela.
Mas surge a pergunta, o que dá na prática o número de candelas que encontramos; é impossível encontrar um LED ou lanterna adequado apenas pelo parâmetro de intensidade luminosa; você também precisa levar em consideração a proporção do ângulo de dispersão, que depende do design do dispositivo. Ao escolher lâmpadas que brilhem uniformemente em todas as direções, é importante entender se elas são adequadas aos objetivos do comprador.
Se as lâmpadas anteriores em diferentes salas foram selecionadas com base no número de watts, antes de comprar lâmpadas LED, você terá que calcular o brilho total em lúmens e dividir esse valor pela área da sala. É assim que a iluminação é calculada, que é medida em lux: 1 lux é 1 lúmen por 1 m². Existem padrões de iluminação para salas para diversos fins.
Medição de fluxo luminoso
Antes de lançar os produtos no mercado, o fabricante faz em laboratório a definição e medição das características do dispositivo de iluminação. Em casa, sem equipamento especial, isso não é realista. Mas você pode verificar os números indicados pelo fabricante usando as fórmulas acima usando um medidor de luz compacto.
A dificuldade de medir com precisão os parâmetros da luz reside no fato de que ela vem em todas as direções possíveis de propagação. Por isso, os laboratórios utilizam esferas com superfície interna de alta refletividade - fotômetros esféricos; eles também são usados para medir a faixa dinâmica de câmeras, ou seja, fotossensibilidade de suas matrizes.
Na vida cotidiana, faz mais sentido medir parâmetros de luz tão importantes como a iluminação da sala e o coeficiente de pulsação. A ondulação alta e a iluminação fraca fazem com que as pessoas cansem demais os olhos, o que causa fadiga mais rapidamente.
O coeficiente de pulsação do fluxo de luz é um indicador que caracteriza o grau de sua irregularidade. Os níveis permitidos desses coeficientes são regulados pela SanPiN.
Nem sempre é possível ver a olho nu que a lâmpada está piscando. No entanto, mesmo um ligeiro excesso do coeficiente de pulsação afeta negativamente o sistema nervoso central de uma pessoa e também reduz o desempenho. A luz que pode pulsar de forma desigual é emitida por todas as telas: monitores de computador e laptop, telas de tablet e celular e uma tela de TV. A pulsação é medida com um luxímetro-pulsímetro.
O que é uma candela?
Outra característica importante da fonte de luz é a candela, que está incluída nas 7 unidades do Sistema Internacional de Unidades (SI) adotado pela Conferência Geral de Pesos e Medidas. Inicialmente, 1 candela era igual à radiação de 1 vela, tomada como padrão. Daí o nome desta unidade de medida. Agora é determinado por uma fórmula especial.
Candela é a intensidade da luz, medida exclusivamente em uma determinada direção. A propagação dos raios na parte da esfera contornada por um ângulo sólido permite calcular um valor igual à razão do fluxo luminoso para este ângulo. Ao contrário dos lúmens, este valor é usado para determinar a intensidade dos raios. Isso não leva em consideração a luz dispersa e inútil.
Uma lanterna e uma lâmpada de teto terão um cone de luz diferente, pois os raios caem em ângulos diferentes. Candelas (mais precisamente, millicandelas) são usadas para indicar a intensidade luminosa de fontes com brilho direcional: LEDs indicadores, lanternas.
Lúmens e Lux
Em lúmens, a quantidade de fluxo de luz é medida, esta é uma característica de sua fonte. O número de raios que atingiram qualquer superfície (refletindo ou absorvendo) já dependerá da distância entre a fonte e essa superfície.
O nível de iluminação é medido em lux (lx) com um dispositivo especial - um luxímetro. O luxímetro mais simples consiste em uma fotocélula de selênio que converte luz em energia de corrente elétrica e um microamperímetro de ponteiro que mede essa corrente.
A sensibilidade espectral da fotocélula de selênio difere da sensibilidade do olho humano, portanto, em diferentes condições, é necessário usar fatores de correção. Os medidores de luz mais simples são projetados para medir um único tipo de iluminação, como a luz do dia. Sem o uso de coeficientes, o erro pode ser superior a 10%.
Os luxímetros de alta classe são equipados com filtros de luz, bicos especiais esféricos ou cilíndricos (para medir a iluminação espacial), acessórios para medir o brilho e verificar a sensibilidade do dispositivo. Seu nível de erro é de cerca de 1%.
A má iluminação das instalações contribui para o desenvolvimento da miopia, afeta negativamente o desempenho, causa fadiga e diminuição do humor.
A iluminação mínima da superfície da mesa do computador de acordo com SanPiN é de 400 lux. As carteiras escolares devem ter pelo menos 500 lux de iluminação.
Lúmen e watt
As lâmpadas economizadoras de energia com a mesma saída de luz consomem 5-6 vezes menos energia elétrica do que as lâmpadas incandescentes. LED - 10-12 vezes menos. A potência do fluxo de luz não depende mais do número de watts. Mas os fabricantes sempre indicam watts, pois o uso de lâmpadas muito potentes em cartuchos não projetados para tal carga leva a danos aos aparelhos elétricos ou a um curto-circuito.
Se você organizar os tipos mais comuns de lâmpadas em ordem crescente de saída de luz, poderá obter a seguinte lista:
- Lâmpada incandescente - 10 lumens/watt.
- Halogênio - 20 lúmens / watt.
- Mercúrio - 60 lúmens / watt.
- Economia de energia - 65 lumens/watt.
- Lâmpada fluorescente compacta - 80 lumens/watt.
- Haleto metálico - 90 lumens / watt.
- Diodo emissor de luz (LED) - 120 lumens / watt.
Mas a maioria das pessoas está acostumada a olhar a quantidade de watts indicada pelo fabricante na hora de comprar as lâmpadas. Para calcular quantos watts por metro quadrado você precisa, primeiro você precisa decidir o quão brilhante deve ser a luz na sala. lâmpadas incandescentes de 20 watts por 1 m² - essa iluminação é adequada para um local de trabalho ou sala de estar; para um quarto, 10-12 watts por 1 m² serão suficientes. Ao comprar lâmpadas economizadoras de energia, esses números são divididos por 5. É importante levar em consideração a altura do teto: se for superior a 3 m, o número total de watts deve ser multiplicado por 1,5.
1. Fluxo luminoso
Fluxo luminoso - o poder da energia radiante, estimado pela sensação de luz produzida por ela. A energia de radiação é determinada pelo número de quanta que são emitidos pelo emissor para o espaço. A energia radiante (energia radiante) é medida em joules. A quantidade de energia irradiada por unidade de tempo é chamada de fluxo radiante ou fluxo radiante. O fluxo de radiação é medido em watts. O fluxo luminoso é denotado Fe.
onde: Qe - energia de radiação.
O fluxo de radiação é caracterizado pela distribuição de energia no tempo e no espaço.
Na maioria dos casos, quando falam sobre a distribuição do fluxo de radiação no tempo, não levam em conta a natureza quântica do aparecimento da radiação, mas entendem isso como uma função que dá uma mudança no tempo dos valores instantâneos do fluxo de radiação Ф(t). Isso é aceitável porque o número de fótons emitidos pela fonte por unidade de tempo é muito grande.
De acordo com a distribuição espectral do fluxo de radiação, as fontes são divididas em três classes: com espectros lineares, listrados e contínuos. O fluxo de radiação de uma fonte com um espectro de linha consiste em fluxos monocromáticos de linhas individuais:
onde: Фλ - fluxo de radiação monocromática; Fe - fluxo de radiação.
Para fontes com um espectro listrado, a radiação ocorre dentro de partes bastante amplas do espectro - bandas separadas umas das outras por lacunas escuras. Para caracterizar a distribuição espectral do fluxo de radiação com espectros contínuos e listrados, uma quantidade chamada densidade espectral do fluxo de radiação
onde: λ é o comprimento de onda.
A densidade espectral do fluxo de radiação é uma característica da distribuição do fluxo radiante sobre o espectro e é igual à razão do fluxo elementar ΔФeλ correspondente a uma área infinitamente pequena, para a largura desta área:
A densidade espectral do fluxo de radiação é medida em watts por nanômetro.
Na engenharia de iluminação, onde o principal receptor de radiação é o olho humano, para avaliar a ação efetiva do fluxo de radiação, é introduzido o conceito de fluxo luminoso. Fluxo luminoso é um fluxo de radiação estimado pelo seu efeito no olho, cuja sensibilidade espectral relativa é determinada pela curva de eficiência espectral média aprovada pela CIE.
Na tecnologia de iluminação, a seguinte definição de fluxo luminoso também é usada: fluxo luminoso é o poder da energia da luz. A unidade de fluxo luminoso é o lúmen (lm). 1 lm corresponde ao fluxo luminoso emitido em um ângulo sólido unitário por uma fonte isotrópica pontual com uma intensidade de luz de 1 candela.
Tabela 1. Valores de luz típicos de fontes de luz:
| Tipos de lâmpadas | Energia elétrica, W | Fluxo luminoso, lm | Eficácia luminosa lm/w |
| 100 W | 1360 lm | 13,6 lm/W | |
| Lâmpada fluorescente | 58 W | 5400 lm | 93 lm/W |
| Lâmpada de sódio de alta pressão | 100 W | 10.000 lm | 100 lm/W |
| Lâmpada de sódio de baixa pressão | 180 W | 33.000 lm | 183 lm/W |
| Lâmpada de mercúrio de alta pressão | 1000 W | 58.000 lm | 58 lm/W |
| lâmpada de iodetos metálicos | 2.000 W | 190.000 lm | 95 lm/W |
O fluxo luminoso Ф, incidindo sobre o corpo, é distribuído em três componentes: refletido pelo corpo Фρ, absorvido Фα e transmitido Фτ. Ao usar os coeficientes: reflexão ρ = Фρ /Ф; absorção α =Фα /Ф; transmissão τ =Фτ /Ф.
Tabela 2. Características de luz de alguns materiais e superfícies
| Materiais ou superfícies | Chances | A natureza da reflexão e transmissão | ||
| reflexões ρ | absorção α | transmissão τ | ||
| Giz | 0,85 | 0,15 | - | difuso |
| Esmalte de silicato | 0,8 | 0,2 | - | difuso |
| espelho de alumínio | 0,85 | 0,15 | - | direcional |
| Espelho de vidro | 0,8 | 0,2 | - | direcional |
| Vidro fosco | 0,1 | 0,5 | 0,4 | Direcionalmente espalhado |
| Vidro orgânico lácteo | 0,22 | 0,15 | 0,63 | Direcionalmente espalhado |
| Vidro de silicato de opala | 0,3 | 0,1 | 0,6 | difuso |
| Vidro de silicato de leite | 0,45 | 0,15 | 0,4 | difuso |
2. Poder da luz
A distribuição da radiação de uma fonte real no espaço circundante não é uniforme. Portanto, o fluxo luminoso não será uma característica exaustiva da fonte, se a distribuição da radiação em diferentes direções do espaço circundante não for determinada simultaneamente.
Para caracterizar a distribuição do fluxo de luz, é utilizado o conceito de densidade espacial do fluxo de luz em diferentes direções do espaço circundante. A densidade espacial do fluxo luminoso, que é determinada pela razão entre o fluxo luminoso e o ângulo sólido com o vértice no ponto de localização da fonte, dentro do qual esse fluxo é distribuído uniformemente, é chamado de intensidade luminosa:
onde: Ф - fluxo luminoso; ω - ângulo sólido.
A unidade de intensidade luminosa é a candela. 1 disco.
Esta é a intensidade da luz emitida na direção perpendicular por um elemento de superfície de corpo negro com uma área de 1:600.000 m2 na temperatura de solidificação da platina.
A unidade de intensidade luminosa é a candela, cd é uma das unidades básicas do sistema SI e corresponde a um fluxo luminoso de 1 lm, distribuído uniformemente dentro de um ângulo sólido de 1 esterradiano (cf.). Um ângulo sólido é a parte do espaço contida dentro de uma superfície cônica. Angulo solidoω é medido pela razão da área cortada por ele de uma esfera de raio arbitrário para o quadrado desta última.
3. Iluminação
A iluminância é a quantidade de luz ou fluxo luminoso incidente em uma unidade de área de uma superfície. É denotado pela letra E e é medido em lux (lx).
A unidade de iluminação é lux, lux tem a dimensão de lúmens por metro quadrado (lm/m2).
A iluminância pode ser definida como a densidade do fluxo de luz na superfície iluminada:
A iluminação não depende da direção de propagação do fluxo de luz para a superfície.
Aqui estão alguns indicadores comuns de iluminação:
Verão, um dia sob um céu sem nuvens - 100.000 lux
Iluminação pública - 5-30 lux
Lua cheia em uma noite clara - 0,25 lux
4. Relação entre intensidade luminosa (I) e iluminação (E).
Lei do inverso quadrado
A iluminação em um ponto específico em uma superfície perpendicular à direção de propagação da luz é definida como a razão entre a intensidade luminosa e o quadrado da distância desse ponto à fonte de luz. Se tomarmos essa distância como d, essa razão pode ser expressa pela seguinte fórmula:
Por exemplo: se uma fonte de luz emite luz com potência de 1200 cd em direção perpendicular à superfície, a uma distância de 3 metros desta superfície, então a iluminação (Ep) no ponto onde a luz atinge a superfície será 1200/32 = 133 lux. Se a superfície estiver a uma distância de 6m da fonte de luz, a iluminação será 1200/62= 33 lux. Essa relação é chamada "lei do inverso quadrado".
A iluminação em um determinado ponto de uma superfície não perpendicular à direção de propagação da luz é igual à intensidade da luz na direção do ponto de medição dividido pelo quadrado da distância entre a fonte de luz e o ponto no plano multiplicado pela cosseno do ângulo γ (γ é o ângulo formado pela direção de incidência da luz e perpendicular a esses planos).
Conseqüentemente:
Esta é a lei do cosseno (Figura 1.).
Arroz. 1. À lei do cosseno
Para calcular a iluminação horizontal, é aconselhável alterar a última fórmula, substituindo a distância d entre a fonte de luz e o ponto de medição pela altura h da fonte de luz à superfície.
Figura 2:
Então:
Nós temos:
Esta fórmula calcula a iluminação horizontal no ponto de medição.
Arroz. 2. Iluminação horizontal
6. Iluminação vertical
A iluminação do mesmo ponto P em um plano vertical orientado para a fonte luminosa pode ser representada em função da altura (h) da fonte luminosa e do ângulo de incidência (γ) da intensidade luminosa (I) (Figura 3) .
luminosidade:
Para superfícies de dimensões finitas:
Luminosidade é a densidade do fluxo de luz emitido por uma superfície luminosa. A unidade de luminosidade é um lúmen por metro quadrado de superfície luminosa, que corresponde a uma superfície de 1 m2, que emite uniformemente um fluxo luminoso de 1 lm. No caso da radiação geral, introduz-se o conceito de luminosidade energética do corpo radiante (Me).
A unidade de luminosidade da energia é W/m2.
A luminosidade neste caso pode ser expressa em termos da densidade espectral da luminosidade da energia do corpo radiante Meλ(λ)
Para uma avaliação comparativa, trazemos as luminosidades energéticas para a luminosidade de algumas superfícies:
Superfície solar - Me=6 107 W/m2;
Filamento de uma lâmpada incandescente - Me=2 105 W/m2;
A superfície do sol em seu zênite - М=3,1 109 lm/m2;
Lâmpada de uma lâmpada fluorescente - M=22 103 lm/m2.
Esta é a intensidade da luz emitida por uma unidade de área de superfície em uma determinada direção. A unidade de brilho é candela por metro quadrado (cd/m2).
A própria superfície pode emitir luz, como a superfície de uma lâmpada, ou refletir a luz que vem de outra fonte, como a superfície de uma estrada.
Superfícies com diferentes propriedades refletivas na mesma iluminação terão um grau diferente de brilho.
O brilho emitido pela superfície dA em um ângulo Ф com a projeção dessa superfície é igual à razão entre a intensidade da luz emitida em uma determinada direção e a projeção da superfície radiante (Fig. 4).
Arroz. 4. Brilho
Tanto a intensidade luminosa quanto a projeção da superfície emissora não dependem da distância. Portanto, o brilho também é independente da distância.
Alguns exemplos práticos:
O brilho da superfície do sol - 2000000000 cd/m2
O brilho das lâmpadas fluorescentes - de 5000 a 15000 cd/m2
O brilho da superfície da lua cheia - 2500 cd / m2
Iluminação rodoviária artificial - 30 lux 2 cd/m2
Conversor de Comprimento e Distância Conversor de Massa Conversor de Volume de Alimentos e Alimentos Conversor de Área Conversor de Volume e Unidades de Receita Conversor de Temperatura Conversor de Pressão, Estresse, Módulo de Young Conversor de Energia e Trabalho Conversor de Energia Conversor de Força Conversor de Tempo Conversor de Velocidade Linear Conversor de Ângulo Plano Conversor de eficiência térmica e de combustível Conversor de números em diferentes sistemas numéricos Conversor de unidades de medida de quantidade de informação Taxas de moeda Dimensões de roupas e sapatos femininos Dimensões de roupas e sapatos masculinos Velocidade angular e conversor de frequência rotacional Conversor de aceleração Conversor de aceleração angular Conversor de densidade Conversor de volume específico Conversor de momento de inércia Momento Conversor de força Conversor de torque Conversor de poder calorífico específico (por massa) Conversor de densidade de energia e poder calorífico específico (por volume) Conversor de diferença de temperatura Conversor de coeficiente Conversor de Coeficiente de Expansão Térmico Conversor de Resistência Térmica Conversor de Condutividade Térmica Conversor de Capacidade Específica de Calor Conversor de Exposição de Energia e Conversor de Potência Radiante Conversor de Fluxo de Calor Conversor de Densidade Conversor de Coeficiente de Transferência de Calor Conversor de Fluxo de Volume Conversor de Fluxo de Massa Conversor de Fluxo de Massa Conversor de Fluxo de Massa Conversor de Densidade Conversor de Concentração Molar Concentração de Massa em Solução Conversor Dinâmico ( Conversor cinemático de viscosidade Conversor de tensão superficial Conversor de permeabilidade ao vapor Conversor de permeabilidade e velocidade de transferência de vapor Conversor de nível de som Conversor de sensibilidade de microfone Conversor de nível de pressão sonora (SPL) Conversor de nível de pressão sonora com referência selecionável Conversor de brilho de pressão de referência Conversor de intensidade luminosa Conversor de iluminação gráfico Conversor de frequência e comprimento de onda Potência do conversor de frequência e comprimento de onda para dioptria x e Distância Focal Dioptria Potência e Ampliação da Lente (×) Conversor de Carga Elétrica Conversor de Densidade de Carga Linear Conversor de Densidade de Carga de Superfície Conversor de Densidade de Carga em Massa Conversor de Corrente Elétrica Conversor de Densidade de Corrente Linear Conversor de Densidade de Corrente de Superfície Conversor de Intensidade de Campo Elétrico Conversor de Potencial Eletrostático e de Tensão Resistência Elétrica Conversor de resistividade elétrica Conversor de condutividade elétrica Conversor de condutividade elétrica Conversor de indutância de capacitância Conversor de medidor de fio dos EUA Níveis em dBm (dBm ou dBmW), dBV (dBV), watts, etc. unidades Conversor de força magnetomotriz Conversor de força de campo magnético Conversor de fluxo magnético Conversor de indução magnética Radiação. Radiação Ionizante Absorvida Conversor de Taxa de Dose Radioatividade. Radiação Conversora de Decaimento Radioativo. Radiação do conversor de dose de exposição. Conversor de Dose Absorvida Conversor de Prefixo Decimal Transferência de Dados Conversor de Unidade de Tipografia e Processamento de Imagem Conversor de Unidade de Volume de Madeira Cálculo de Massa Molar Tabela Periódica de Elementos Químicos por D. I. Mendeleev
Valor inicial
Valor convertido
Vela Candela (Alemanha) Vela (Reino Unido) Vela Decimal Vela Pentano Vela Pentano (10 St) Unidade de Vela Hefner Vela Carcel Vela Decimal (Francês) Vela Lumen/Steradian (Internacional)
Mais sobre o poder da luz
Informação geral
A intensidade da luz é a potência do fluxo luminoso dentro de um determinado ângulo sólido. Ou seja, a força da luz não determina toda a luz no espaço, mas apenas a luz emitida em uma determinada direção. Dependendo da fonte de luz, a intensidade da luz diminui ou aumenta à medida que o ângulo sólido muda, embora às vezes esse valor seja o mesmo para qualquer ângulo, desde que a fonte espalhe a luz uniformemente. A força da luz é uma propriedade física da luz. Nisso difere do brilho, pois em muitos casos, quando as pessoas falam sobre brilho, significam uma sensação subjetiva, e não uma quantidade física. Além disso, o brilho não depende do ângulo sólido, mas é percebido no espaço geral. Uma mesma fonte com uma intensidade luminosa constante pode ser percebida pelas pessoas como uma luz de brilho diferente, pois essa percepção depende das condições do entorno e da percepção individual de cada pessoa. Além disso, o brilho de duas fontes com a mesma intensidade luminosa pode ser percebido de maneira diferente, especialmente se uma fornecer luz difusa e a outra - direcional. Nesse caso, a fonte direcional aparecerá mais brilhante, apesar de a intensidade da luz de ambas as fontes ser a mesma.
A intensidade da luz é considerada uma unidade de potência, embora se diferencie do conceito usual de potência, pois depende não apenas da energia emitida pela fonte de luz, mas também do comprimento de onda da luz. A sensibilidade humana à luz depende do comprimento de onda e é expressa em função da eficiência luminosa espectral relativa. A intensidade da luz depende da eficiência luminosa, que atinge um máximo para luz com comprimento de onda de 550 nanômetros. Isso é verde. O olho é menos sensível à luz com comprimentos de onda mais longos ou mais curtos.
No sistema SI, a intensidade luminosa é medida em candelabro(cd). Uma candela é aproximadamente igual à intensidade da luz emitida por uma vela. Às vezes, uma unidade obsoleta também é usada, vela(ou vela internacional), embora na maioria dos casos esta unidade tenha sido substituída por candela. Uma vela é aproximadamente igual a uma candela.
Se você medir a intensidade da luz usando um plano que mostra a propagação da luz, como na ilustração, poderá ver que a quantidade de intensidade da luz depende da direção da fonte de luz. Por exemplo, se tomarmos a direção da radiação máxima de uma lâmpada LED como 0°, então a intensidade luminosa medida na direção de 180° será muito menor do que para 0°. Para fontes difusas, a magnitude da intensidade luminosa para 0° e 180° não será muito diferente, podendo ser a mesma.
Na ilustração, a luz emitida por duas fontes, vermelha e amarela, cobrem uma área igual. A luz amarela é difusa, como a luz de velas. Sua força é de aproximadamente 100 cd, independente da direção. Vermelho - pelo contrário, dirigido. Na direção de 0°, onde a radiação é máxima, sua intensidade é de 225 cd, mas esse valor diminui rapidamente ao se desviar de 0°. Por exemplo, a intensidade luminosa é de 125 cd quando direcionada a uma fonte de 30° e apenas 50 cd quando direcionada a 80°.
O poder da luz nos museus
A equipe do museu mede a intensidade da luz nos espaços do museu para determinar as condições ideais para os visitantes verem as obras expostas, ao mesmo tempo em que fornece uma luz suave que prejudica o mínimo possível as exposições do museu. Exposições de museus contendo celulose e corantes, especialmente aquelas feitas de materiais naturais, deterioram-se com a exposição prolongada à luz. A celulose fornece resistência a tecidos, papel e produtos de madeira; muitas vezes nos museus há muitas exposições desses materiais, então a luz nas salas de exposição é um grande perigo. Quanto mais forte a intensidade da luz, mais as exposições do museu se deterioram. Além de ser destruída, a luz também descolore ou amarela materiais de celulose, como papel e tecidos. Às vezes, o papel ou a tela em que as pinturas são pintadas se deterioram e se decompõem mais rapidamente do que a tinta. Isso é especialmente problemático, pois as cores da imagem são mais fáceis de restaurar do que a base.
O dano causado às exposições do museu depende do comprimento de onda da luz. Assim, por exemplo, a luz no espectro laranja é a menos prejudicial e a luz azul é a mais perigosa. Ou seja, a luz de comprimento de onda mais longo é mais segura do que a luz de comprimento de onda mais curto. Muitos museus usam essas informações e não apenas controlam a quantidade total de luz, mas também limitam a luz azul usando filtros laranja claros. Ao mesmo tempo, procuram escolher filtros tão leves que, embora filtrem a luz azul, permitam aos visitantes desfrutar plenamente das obras expostas na sala de exposições.
É importante não esquecer que as exposições se deterioram não apenas com a luz. Portanto, é difícil prever, com base apenas na força da luz, a rapidez com que os materiais de que são feitos se quebram. Para o armazenamento a longo prazo nas instalações do museu, é necessário não apenas usar pouca iluminação, mas também manter baixa umidade, bem como baixa quantidade de oxigênio no ar, pelo menos dentro das vitrines.
Em museus onde é proibido tirar fotos com flash, muitas vezes se referem aos danos da luz para as exposições do museu, especialmente ultravioleta. Isso é praticamente infundado. Assim como restringir todo o espectro de luz visível é muito menos eficaz do que restringir a luz azul, a proibição de flashes tem pouco efeito sobre a extensão dos danos causados pela luz às exposições. Durante os experimentos, os pesquisadores notaram pequenos danos nas aquarelas causados pelo flash de estúdio profissional somente após mais de um milhão de flashes. Um flash a cada quatro segundos a uma distância de 120 centímetros da exposição é quase equivalente à luz que normalmente acontece nas salas de exposição, onde a quantidade de luz é controlada e a luz azul é filtrada. Quem tira fotos em museus raramente usa flashes tão potentes, pois a maioria dos visitantes não são fotógrafos profissionais e tiram fotos com telefones e câmeras compactas. A cada quatro segundos, flashes nos corredores raramente funcionam. O dano dos raios ultravioletas emitidos pelo flash também é pequeno na maioria dos casos.
Intensidade luminosa das lâmpadas
É costume descrever as propriedades das luminárias com a ajuda da intensidade luminosa, que difere do fluxo luminoso - uma quantidade que determina a quantidade total de luz e mostra o quão brilhante essa fonte é em geral. É conveniente usar a intensidade da luz para determinar as propriedades de iluminação das lâmpadas, por exemplo, LEDs. Ao comprá-los, as informações sobre a intensidade da luz ajudam a determinar com que intensidade e em que direção a luz se espalhará e se essa lâmpada é adequada para o comprador.
Distribuição de intensidade de luz
Além da própria intensidade da luz, as curvas de distribuição da intensidade da luz ajudam a entender como a lâmpada se comportará. Tais diagramas da distribuição angular da intensidade luminosa são curvas fechadas em um plano ou no espaço, dependendo da simetria da lâmpada. Eles cobrem toda a área de distribuição de luz desta lâmpada. O diagrama mostra a magnitude da intensidade luminosa dependendo da direção de sua medição. O gráfico geralmente é construído em sistemas de coordenadas polares ou retangulares, dependendo da fonte de luz para a qual o gráfico está sendo construído. Muitas vezes, é colocado na embalagem da lâmpada para ajudar o cliente a imaginar como a lâmpada se comportará. Esta informação é importante para designers e técnicos de iluminação, especialmente aqueles que trabalham na área de cinema, teatro e organização de exposições e espetáculos. A distribuição da intensidade luminosa também afeta a segurança durante a condução, razão pela qual os engenheiros que projetam a iluminação para veículos usam curvas de distribuição da intensidade luminosa. Devem obedecer a regras estritas que regem a distribuição da intensidade da luz nos faróis, a fim de garantir a máxima segurança nas estradas.
O exemplo na figura está no sistema de coordenadas polares. A é o centro da fonte de luz de onde a luz se espalha em diferentes direções, B é a intensidade luminosa em candela e C é o ângulo de medição da direção da luz, sendo 0° a direção da intensidade luminosa máxima da fonte.
Medindo a força e distribuição da intensidade da luz
A intensidade da luz e sua distribuição são medidas com instrumentos especiais, goniofotômetros e goniômetros. Existem vários tipos desses dispositivos, por exemplo, com espelho móvel, que permite medir a intensidade da luz de diferentes ângulos. Às vezes, a própria fonte de luz se move em vez do espelho. Normalmente, esses dispositivos são grandes, com distância de até 25 metros entre a lâmpada e o sensor que mede a intensidade da luz. Alguns dispositivos consistem em uma esfera com um dispositivo de medição, um espelho e uma lâmpada dentro. Nem todos os goniofotômetros são grandes, também existem pequenos que se movem ao redor da fonte de luz durante a medição. Ao comprar um goniofotômetro, o preço, o tamanho, a potência e o tamanho máximo da fonte de luz que ele pode medir, entre outros fatores, desempenham um papel decisivo.
Ângulo de meio brilho
O ângulo de meio brilho, às vezes também chamado de ângulo de brilho, é uma das grandezas que ajudam a descrever uma fonte de luz. Este ângulo indica quão direcionada ou difusa é a fonte de luz. É definido como o ângulo do cone de luz no qual a intensidade luminosa da fonte é igual à metade de sua intensidade máxima. No exemplo da figura, a intensidade luminosa máxima da fonte é 200 cd. Vamos tentar determinar o ângulo de meio brilho usando este gráfico. Metade da intensidade luminosa da fonte é igual a 100 cd. O ângulo em que a intensidade luminosa do feixe atinge 100 cd., ou seja, o ângulo de metade do brilho, é igual a 60+60=120° no gráfico (metade do ângulo é mostrado em amarelo). Para duas fontes de luz com a mesma quantidade total de luz, um ângulo de meio brilho mais estreito significa que sua intensidade luminosa é maior, em comparação com a segunda fonte de luz, para ângulos entre 0° e o ângulo de meio brilho. Ou seja, as fontes direcionais têm um ângulo de meio brilho mais estreito.
Há benefícios tanto para ângulos de meio brilho largos quanto estreitos, e qual escolher depende da aplicação dessa fonte de luz. Assim, por exemplo, para mergulho, você deve escolher uma lanterna com um ângulo estreito de meio brilho, se a visibilidade for boa na água. Se a visibilidade for ruim, não faz sentido usar essa lanterna, pois ela desperdiça energia em vão. Nesse caso, uma lanterna com um ângulo de meio brilho amplo que difunde bem a luz é melhor. Além disso, essa lanterna ajudará durante a gravação de fotos e vídeos, porque ilumina uma área mais ampla na frente da câmera. Algumas luzes de mergulho permitem que você ajuste manualmente o ângulo de metade do brilho, o que é útil, pois os mergulhadores nem sempre podem prever qual será a visibilidade onde eles mergulham.
Postar uma pergunta no TCTerms e dentro de alguns minutos você receberá uma resposta.Fluxo de luz- potência da radiação luminosa, ou seja, radiação visível, estimada pela sensação luminosa que produz no olho humano. A saída de luz é medida em lúmens.
Por exemplo, uma lâmpada incandescente (100 W) emite um fluxo luminoso igual a 1350 lm e uma lâmpada fluorescente LB40 - 3200.
Um lúmené igual ao fluxo luminoso emitido por uma fonte isotrópica pontual, com intensidade luminosa igual a uma candela, em um ângulo sólido, um esterradiano (1 lm = 1 cd sr).
O fluxo luminoso total criado por uma fonte isotrópica, com intensidade luminosa de uma candela, é igual a 4π lúmens.
Há outra definição: a unidade de fluxo luminoso é lúmen(lm), igual ao fluxo emitido por um corpo negro de uma área de 0,5305 mm 2 na temperatura de solidificação da platina (1773 ° C), ou 1 vela 1 esterradiano.
O poder da luz- densidade espacial do fluxo luminoso, igual à razão entre o fluxo luminoso e o valor do ângulo sólido no qual a radiação se distribui uniformemente. A unidade de intensidade luminosa é a candela.
iluminação- densidade superficial do fluxo luminoso incidente na superfície, igual à razão entre o fluxo luminoso e o tamanho da superfície iluminada, sobre a qual é distribuído uniformemente.
A unidade de iluminação é lux (lx), igual à iluminação criada por um fluxo luminoso de 1 lm, distribuído uniformemente por uma área de 1 m 2, ou seja, igual a 1 lm / 1 m 2.
Brilho- densidade superficial da intensidade luminosa em uma determinada direção, igual à razão entre a intensidade luminosa e a área de projeção da superfície luminosa em um plano perpendicular à mesma direção.
A unidade de brilho é candela por metro quadrado (cd/m2).
Luminosidade (leveza)- densidade superficial do fluxo luminoso emitido pela superfície, igual à razão do fluxo luminoso para a área da superfície luminosa.
A unidade de luminosidade é 1 lm/m 2 .
Unidades de quantidades de luz no sistema internacional de unidades SI (SI)
| Nome do valor | Nome da unidade | Expressão via unidades SI (SI) |
Designação da unidade | |
|---|---|---|---|---|
| russo | entre- povo |
|||
| O poder da luz | candela | cd | cd | cd |
| Fluxo de luz | lúmen | cd sr | filme | filme |
| Energia luminosa | segundo lúmen | cd sr | lm s | lm s |
| iluminação | luxo | cd sr/m 2 | OK | lx |
| Luminosidade | lúmens por metro quadrado | cd sr/m 2 | lm m 2 | lm/m2 |
| Brilho | candela por metro quadrado | cd/m2 | cd/m2 | cd/m2 |
| exposição à luz | lux segundo | cd sr s / m 2 | lx s | lx s |
| Energia de radiação | joule | kg m 2 / s 2 | J | J |
| Fluxo de radiação, potência de radiação | watt | kg m 2 / s 3 | ter | C |
| Equivalente de luz do fluxo de radiação | lúmens por watt | lm/W | lm/W | |
| Densidade de fluxo de radiação de superfície | watts por metro quadrado | kg/s 3 | W/m2 | c/m2 |
| Poder de energia da luz (potência radiante) | watt por esterradiano | kg m2/(s 3 sr) | Ter/Qua | w/sr |
| Brilho de energia | watt por metro quadrado esterradiano | kg/(s 3 sr) | W / (sr m 2) | W/(sr m 2) |
| Iluminação de energia (irradiância) | watts por metro quadrado | kg/s 3 | W/m2 | c/m2 |
| Luminosidade energética (radiância) | watts por metro quadrado | kg/s 3 | W/m2 | c/m2 |
Exemplos:
MANUAL ELÉTRICO"
Sob a redação geral. Os professores do MPEI V.G. Gerasimova e outros.
M.: Editora MPEI, 1998
Segue da definição que o valor para a frequência 540⋅10 12 Hz é 683 lm / W = 683 cd sr / W exatamente.
A frequência selecionada corresponde a um comprimento de onda de 555,016 nm no ar em condições padrão e está próxima da sensibilidade máxima do olho humano, localizada em um comprimento de onda de 555 nm. Se a radiação tiver um comprimento de onda diferente, será necessária uma maior intensidade de energia da luz para atingir a mesma intensidade luminosa.
Consideração detalhada[ | ]
Todas as quantidades de luz são quantidades fotométricas reduzidas. Isso significa que eles são formados a partir da quantidade fotométrica de energia correspondente por meio de uma função que representa a dependência da eficiência luminosa espectral da radiação monocromática para visão diurna em comprimento de onda. Esta função é geralmente representada como K m ⋅ V (λ) (\displaystyle K_(m)\cdot V(\lambda)), onde é uma função normalizada de modo que no máximo seja igual à unidade, e é o valor máximo da eficiência luminosa espectral da radiação monocromática. As vezes K m (\estilo de exibição K_(m)) também chamado de equivalente fotométrico da radiação.
Cálculo do valor da luz X v , (\displaystyle X_(v),) a quantidade de energia correspondente é produzida usando a fórmula
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 ,)Onde X e , λ (\displaystyle X_(e,\lambda ))- densidade espectral de quantidade X e , (\displaystyle X_(e),) definida como a razão entre a magnitude d X e (λ) , (\displaystyle dX_(e)(\lambda),) caindo em um pequeno intervalo espectral entre e λ + d λ , (\displaystyle \lambda +d\lambda ,) para a largura deste intervalo:
X e , λ (λ) = d X e (λ) d λ . (\displaystyle X_(e,\lambda )(\lambda)=(\frac (dX_(e)(\lambda))(d\lambda )).)Pode-se notar que sob X e (λ) (\displaystyle X_(e)(\lambda)) aqui queremos dizer o fluxo daquela parte da radiação cujo comprimento de onda é menor que o valor atual λ (\displaystyle \lambda ).
Função V (λ) (\displaystyle V(\lambda)) determinado empiricamente e dado em forma de tabela. Seus valores não dependem da escolha das unidades de luz utilizadas.
Ao contrário do que foi dito sobre V (λ) (\displaystyle V(\lambda)) significado K m (\estilo de exibição K_(m))é inteiramente determinado pela escolha da unidade de luz principal. Portanto, para estabelecer uma conexão entre as quantidades de luz e energia no sistema SI, é necessário determinar o valor K m (\estilo de exibição K_(m)) correspondente à unidade SI de intensidade luminosa, a candela. Com uma abordagem rigorosa para a definição K m (\estilo de exibição K_(m)) deve-se levar em conta que o ponto espectral 540⋅10 12 Hz, que é referido na definição da candela, não coincide com a posição do máximo da função V (λ) (\displaystyle V(\lambda)).
Eficiência luminosa de radiação com uma frequência de 540⋅10 12 Hz[ | ]
Em geral, a intensidade da luz está relacionada com a intensidade da radiação I e (\displaystyle I_(e)) Razão
I v = K m ⋅ ∫ 380 nm 780 nm I 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 ,)Onde I e , λ (\displaystyle I_(e,\lambda ))- densidade espectral da força de radiação, igual a d I e (λ) d λ (\displaystyle (\frac (dI_(e)(\lambda))(d\lambda ))).
Para radiação monocromática com comprimento de onda λ (\displaystyle \lambda ) fórmula que relaciona a intensidade da luz I v (λ) (\displaystyle I_(v)(\lambda)) com poder radiante I e (λ) (\displaystyle I_(e)(\lambda)), simplifica tomando a forma
I v (λ) = K m ⋅ I e (λ) V (λ) (\displaystyle I_(v)(\lambda)=K_(m)\cdot I_(e)(\lambda)V(\lambda)), ou, depois de passar de comprimentos de onda para frequências, I v (ν) = K m ⋅ I e (ν) V (ν) . (\displaystyle I_(v)(\nu)=K_(m)\cdot I_(e)(\nu)V(\nu).)Da última relação para ν 0 = 540⋅10 12 Hz segue
K m ⋅ V (ν 0) = I v (ν 0) I e (ν 0) . (\displaystyle K_(m)\cdot V(\nu _(0))=(\frac (I_(v)(\nu _(0)))(I_(e)(\nu _(0)))) ).)Dada a definição de candela, obtemos
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)) ), ou, que é o mesmo 683 l m W . (\displaystyle 683~\mathrm (\frac (lm)(W)) .)Trabalhar K m ⋅ V (ν 0) (\estilo de exibição K_(m)\cdot V(\nu _(0))))é o valor da eficiência luminosa espectral da radiação monocromática para uma frequência de 540⋅10 12 Hz. Como segue do método de produção, este valor é 683 cd sr / W = 683 lm / W exatamente.
Máxima eficiência luminosa K m (\displaystyle (\boldsymbol (K))_(m))[ | ]
Para determinar K m (\estilo de exibição K_(m)) Deve-se notar que, como mencionado acima, a frequência 540⋅10 12 Hz corresponde a um comprimento de onda de ≈555,016 nm. Portanto, a última igualdade implica
K m = 683 V (555,016) l m W . (\displaystyle K_(m)=(\frac (683)(V(555(,)016)))~\mathrm (\frac (lm)(W)) .)Função normalizada V (λ) (\displaystyle V(\lambda)) dado em forma de tabela com um intervalo de 1 nm, tem um máximo igual à unidade no comprimento de onda de 555 nm. A interpolação de seus valores para um comprimento de onda de 555,016 nm dá um valor de 0,999997. Usando este valor, obtemos
Km = 683,002 lm W. (\displaystyle K_(m)=683(,)002~\mathrm (\frac (lm)(W)) .)Na prática, com precisão suficiente para todos os casos, é usado um valor arredondado Km = 683 lm W. (\displaystyle K_(m)=683~\mathrm (\frac (lm)(W)) .)
Assim, a relação entre uma quantidade arbitrária de luz X v (\displaystyle X_(v)) e a quantidade de energia correspondente X e (\displaystyle X_(e)) no sistema SI é expressa pela fórmula geral
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 .)História e perspectivas[ | ]
Lâmpada Hefner - padrão "vela Hefner"
Exemplos [ | ]
A intensidade da luz emitida por uma vela é aproximadamente igual a uma candela, então essa unidade de medida costumava ser chamada de "vela", agora esse nome está obsoleto e não é mais utilizado.
Para lâmpadas incandescentes domésticas, a intensidade luminosa em candela é aproximadamente igual à sua potência em watts.
Intensidade da luz de várias fontes| Fonte | Potência, W | Intensidade de luz aproximada, cd |
|---|---|---|
| Vela | 1 | |
| Lâmpada incandescente moderna (2010) | 100 | 100 |
| LED comum | 0,015..0,1 | 0,005..3 |
| LED super brilhante | 1 | 25…500 |
| LED super brilhante com colimador | 1 | 1500 |
| Lâmpada fluorescente moderna (2010) | 22 | 120 |
| O sol | 3,83⋅10 26 | 2,8⋅10 27 |
Quantidades leves[ | ]
As informações sobre as principais grandezas fotométricas de luz são fornecidas na tabela.
| Nome | Designação de valor | Definição | notação de unidade SI | Analógico de energia |
|---|---|---|---|---|
| Energia luminosa | Q v (\estilo de exibição 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 ) | filme | Energia de radiação |
| Fluxo de luz | Φ v (\displaystyle \Phi _(v)) | d Q v d t (\displaystyle (\frac (dQ_(v))(dt))) | filme | fluxo de radiação |
| O poder da luz | I v (\displaystyle I_(v)) | d Φ v d Ω (\displaystyle (\frac (d\Phi _(v))(d\Omega ))) | cd | Força da radiação (força da energia da luz) |
| U v (\displaystyle U_(v)) | d Q v d V (\displaystyle (\frac (dQ_(v))(dV))) | lm s -3 | ||
| Luminosidade | M v (\estilo de exibição M_(v)) | d Φ v d S 1 (\displaystyle (\frac (d\Phi _(v))(dS_(1))))) | lm m-2 | Luminosidade energética |
| Brilho | L v (\estilo de exibição 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 |
