Din definiție rezultă că valoarea frecvenței 540⋅10 12 Hz este 683 lm / W = 683 cd sr / W exact.

Frecvența selectată corespunde unei lungimi de undă de 555,016 nm în aer în condiții standard și este apropiată de sensibilitatea maximă a ochiului uman, situată la o lungime de undă de 555 nm. Dacă radiația are o lungime de undă diferită, atunci este necesară o intensitate energetică mai mare a luminii pentru a obține aceeași intensitate luminoasă.

Considerare detaliată[ | ]

Toate cantitățile de lumină sunt cantități fotometrice reduse. Aceasta înseamnă că ele sunt formate din valoarea fotometrică a energiei corespunzătoare prin intermediul unei funcții reprezentând dependența eficienței luminoase spectrale a radiației monocromatice pentru vederea în timpul zilei de lungimea de undă. Această funcție este de obicei reprezentată ca K m ⋅ V (λ) (\displaystyle K_(m)\cdot V(\lambda)), unde este o funcție normalizată astfel încât la maxim este egală cu unitatea și este valoarea maximă a eficienței luminoase spectrale a radiației monocromatice. Uneori K m (\displaystyle K_(m)) numită și echivalentul fotometric al radiației.

Calcul valorii luminii X v , (\displaystyle X_(v),) cantitatea de energie corespunzătoare este produsă folosind formula

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 ,)

Unde X e , λ (\displaystyle X_(e,\lambda))- densitatea spectrală a mărimii X e , (\displaystyle X_(e),) definită ca raportul mărimii d X e (λ) , (\displaystyle dX_(e)(\lambda),) căzând pe un mic interval spectral între şi λ + d λ , (\displaystyle \lambda +d\lambda ,) la lățimea acestui interval:

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

Se poate observa că sub X e (λ) (\displaystyle X_(e)(\lambda)) aici ne referim la fluxul acelei părți a radiației a cărei lungime de undă este mai mică decât valoarea curentă λ (\displaystyle \lambda ).

Funcţie V (λ) (\displaystyle V(\lambda)) determinată empiric şi dată sub formă tabelară. Valorile sale nu depind de alegerea unităților de lumină utilizate.

Contrar a ceea ce s-a spus despre V (λ) (\displaystyle V(\lambda)) sens K m (\displaystyle K_(m)) este în întregime determinată de alegerea unității principale de lumină. Prin urmare, pentru a stabili o legătură între cantitățile de lumină și energie din sistemul SI, este necesară determinarea valorii K m (\displaystyle K_(m)) corespunzătoare unității SI a intensității luminoase, candela. Cu o abordare strictă a definiției K m (\displaystyle K_(m)) trebuie luat în considerare faptul că punctul spectral 540⋅10 12 Hz, la care se face referire în definiția candelei, nu coincide cu poziția maximului funcției V (λ) (\displaystyle V(\lambda)).

Eficiența luminoasă a radiației cu o frecvență de 540⋅10 12 Hz[ | ]

În general, intensitatea luminii este legată de intensitatea radiației eu e (\displaystyle I_(e)) raport

Eu 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 ,)

Unde I e , λ (\displaystyle I_(e,\lambda ))- densitatea spectrală a forţei de radiaţie, egală cu re eu și (λ) re λ (\displaystyle (\frac (dI_(e)(\lambda))(d\lambda ))).

Pentru radiații monocromatice cu o lungime de undă λ (\displaystyle \lambda ) formula care raportează intensitatea luminii eu v (λ) (\displaystyle I_(v)(\lambda)) cu putere radiantă Eu și (λ) (\displaystyle I_(e)(\lambda)), simplifică luând forma

Eu v (λ) = K m ⋅ I e (λ) V (λ) (\displaystyle I_(v)(\lambda)=K_(m)\cdot I_(e)(\lambda)V(\lambda)), sau, după trecerea de la lungimi de undă la frecvențe, I v (ν) = K m ⋅ I e (ν) V (ν) . (\displaystyle I_(v)(\nu)=K_(m)\cdot I_(e)(\nu)V(\nu).)

Din ultima relație pentru ν 0 = 540⋅10 12 Hz urmează

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))) ).)

Având în vedere definiția unei candela, obținem

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)) ), sau, care este la fel 683 l m W . (\displaystyle 683~\mathrm (\frac (lm)(W)) .)

Muncă K m ⋅ V (ν 0) (\displaystyle K_(m)\cdot V(\nu _(0))) este valoarea eficienței luminoase spectrale a radiației monocromatice pentru o frecvență de 540⋅10 12 Hz. După cum rezultă din metoda de producție, această valoare este 683 cd sr / W = 683 lm / W exact.

Eficiență luminoasă maximă K m (\displaystyle (\boldsymbol (K))_(m))[ | ]

Pentru determinare K m (\displaystyle K_(m)) Trebuie remarcat faptul că, așa cum sa menționat mai sus, frecvența 540⋅10 12 Hz corespunde unei lungimi de undă de ≈555,016 nm. Prin urmare, ultima egalitate presupune

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

Funcție normalizată V (λ) (\displaystyle V(\lambda)) dat sub formă tabelară cu un interval de 1 nm, are un maxim egal cu unitatea la o lungime de undă de 555 nm. Interpolarea valorilor sale pentru o lungime de undă de 555,016 nm dă o valoare de 0,999997. Folosind această valoare, obținem

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

În practică, cu o precizie suficientă pentru toate cazurile, se utilizează o valoare rotunjită K m = 683 l m W . (\displaystyle K_(m)=683~\mathrm (\frac (lm)(W)) .)

Astfel, relația dintre o cantitate de lumină arbitrară X v (\displaystyle X_(v))și cantitatea de energie corespunzătoare X e (\displaystyle X_(e))în sistemul SI se exprimă prin formula generală

Xv = 683 ∫ 380 nm 780 nm Xe, 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 .)

Istorie și perspective[ | ]

Lampă Hefner - standard „Lumânare Hefner”

Exemple [ | ]

Intensitatea luminii emise de o lumanare este aproximativ egala cu o candela, asa ca aceasta unitate de masura obisnuia sa se numea "lumanare", acum aceasta denumire este invechita si nu este folosita.

Pentru lămpile cu incandescență de uz casnic, intensitatea luminoasă în candela este aproximativ egală cu puterea lor în wați.

Intensitatea luminii diferitelor surse

Sursă	Putere, W	Intensitatea luminoasă aproximativă, cd
Lumânare		1
Lampă cu incandescență modernă (2010).	100	100
LED obișnuit	0,015..0,1	0,005..3
LED super luminos	1	25…500
LED super luminos cu colimator	1	1500
Lampă fluorescentă modernă (2010).	22	120
Soare	3,83⋅10 26	2,8⋅10 27

Cantitati usoare[ | ]

Informațiile despre principalele cantități fotometrice ale luminii sunt date în tabel.

Mărimi fotometrice luminoase SI

Nume	Denumirea valorii	Definiție	Notarea unității SI	Analog energetic
energie luminoasă	Q v (\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	Energia radiațiilor
Flux de lumină	Φ v (\displaystyle \Phi _(v))	d Q v d t (\displaystyle (\frac (dQ_(v))(dt)))	lm	flux de radiații
Puterea luminii	eu v (\displaystyle I_(v))	d Φ v d Ω (\displaystyle (\frac (d\Phi _(v))(d\Omega )))	CD	Forța radiației (puterea energetică a luminii)
	U v (\displaystyle U_(v))	d Q v d V (\displaystyle (\frac (dQ_(v))(dV)))	lm s −3
Luminozitate	M v (\displaystyle M_(v))	re Φ v re S 1 (\displaystyle (\frac (d\Phi _(v)))(dS_(1))))	lm m −2	Luminozitate energetică
Luminozitate	L v (\displaystyle L_(v))	d 2 Φ v re Ω d S 1 cos ⁡ ε (\displaystyle (\frac (d^(2)\Phi _(v)))(d\Omega \,dS_(1)\,\cos \varepsilon )))	cd m −2

Sveta. Acest articol va dezvălui cititorilor proprietățile fotonilor, ceea ce le va permite să determine de ce lumina vine în luminozități diferite.

Particulă sau undă?

La începutul secolului al XX-lea, oamenii de știință erau nedumeriți de comportamentul cuantelor de lumină - fotoni. Pe de o parte, interferența și difracția vorbeau despre natura lor ondulatorie. Prin urmare, lumina a fost caracterizată de proprietăți precum frecvența, lungimea de undă și amplitudinea. Pe de altă parte, au convins comunitatea științifică că fotonii transferă impuls pe suprafețe. Acest lucru ar fi imposibil dacă particulele nu ar avea masă. Astfel, fizicienii au trebuit să admită: radiația electromagnetică este atât o undă, cât și un obiect material.

Energia fotonică

După cum a demonstrat Einstein, masa este energie. Acest fapt dovedește lumina noastră centrală, Soarele. O reacție termonucleară transformă o masă de gaz puternic comprimat în energie pură. Dar cum se determină puterea radiației emise? De ce dimineața, de exemplu, este intensitatea luminoasă a soarelui mai mică decât la prânz? Caracteristicile descrise în paragraful anterior sunt interconectate prin relații specifice. Și toate indică energia pe care o transportă radiația electromagnetică. Această valoare se modifică în sus atunci când:

• scăderea lungimii de undă;
• frecventa in crestere.

Care este energia radiației electromagnetice?

Un foton este diferit de alte particule. Masa sa și, prin urmare, energia sa, există doar atâta timp cât se mișcă prin spațiu. Când se ciocnește cu un obstacol, o cantitate de lumină își mărește energia internă sau îi conferă un moment cinetic. Dar fotonul în sine încetează să mai existe. În funcție de ce anume acționează ca un obstacol, apar diverse schimbări.

1. Dacă obstacolul este un corp solid, atunci cel mai adesea lumina îl încălzește. Sunt posibile și următoarele scenarii: un foton își schimbă direcția, stimulează o reacție chimică sau face ca unul dintre electroni să-și părăsească orbita și să treacă într-o altă stare (efect fotoelectric).
2. Dacă obstacolul este o singură moleculă, de exemplu, dintr-un nor rarefiat de gaz din spațiul cosmic, atunci un foton face ca toate legăturile sale să vibreze mai puternic.
3. Dacă obstacolul este un corp masiv (de exemplu, o stea sau chiar o galaxie), atunci lumina este distorsionată și schimbă direcția de mișcare. Acest efect se bazează pe capacitatea de a „privi” în trecutul îndepărtat al cosmosului.

Știință și Umanitate

Datele științifice par adesea a fi ceva abstract, inaplicabil vieții. Acest lucru se întâmplă și cu caracteristicile luminii. Când vine vorba de experimentarea sau măsurarea radiației stelelor, oamenii de știință trebuie să cunoască valorile absolute (se numesc fotometrice). Aceste concepte sunt de obicei exprimate în termeni de energie și putere. Reamintim că puterea se referă la rata de schimbare a energiei pe unitatea de timp și, în general, arată cantitatea de muncă pe care o poate produce sistemul. Dar omul este limitat în capacitatea sa de a percepe realitatea. De exemplu, pielea simte căldură, dar ochiul nu vede fotonul radiației infraroșii. Aceeași problemă cu unitățile de intensitate luminoasă: puterea pe care o arată de fapt radiația este diferită de puterea pe care ochiul uman o poate percepe.

Sensibilitatea spectrală a ochiului uman

Vă reamintim că discuția de mai jos se va concentra pe indicatorii medii. Toți oamenii sunt diferiți. Unii nu percep deloc culorile individuale (daltonisti). Pentru alții, cultura culorii nu coincide cu punctul de vedere științific acceptat. De exemplu, japonezii nu fac distincție între verde și albastru, iar britanicii - albastru și albastru. În aceste limbi, culorile diferite sunt desemnate printr-un singur cuvânt.

Unitatea de intensitate luminoasă depinde de sensibilitatea spectrală a ochiului uman mediu. Lumina maximă a zilei cade pe un foton cu o lungime de undă de 555 nanometri. Aceasta înseamnă că în lumina soarelui, o persoană vede cel mai bine culoarea verde. Maximul de vedere pe timp de noapte este un foton cu o lungime de undă de 507 nanometri. Prin urmare, sub lună, oamenii văd mai bine obiectele albastre. La amurg, totul depinde de iluminare: cu cât este mai bună, cu atât devine mai „verde” culoarea maximă pe care o percepe o persoană.

Structura ochiului uman

Aproape întotdeauna, când vine vorba de viziune, spunem ceea ce vede ochiul. Aceasta este o afirmație incorectă, deoarece creierul percepe în primul rând. Ochiul este doar un instrument care transmite informații despre ieșirea luminii către computerul principal. Și, ca orice instrument, întregul sistem de percepție a culorii are limitările sale.

Există două tipuri diferite de celule în retina umană - conuri și bastonașe. Primii sunt responsabili de vederea în timpul zilei și percep culorile mai bine. Acestea din urmă oferă vedere pe timp de noapte, datorită bețelor, o persoană distinge între lumină și umbră. Dar ei nu percep bine culorile. Bastoanele sunt, de asemenea, mai sensibile la mișcare. De aceea, dacă o persoană se plimbă printr-un parc luminat de lună sau printr-o pădure, observă fiecare legănare a ramurilor, fiecare suflare a vântului.

Motivul evolutiv al acestei separări este simplu: avem un singur soare. Luna strălucește prin lumina reflectată, ceea ce înseamnă că spectrul său nu diferă mult de spectrul luminii centrale. Prin urmare, ziua este împărțită în două părți - iluminată și întunecată. Dacă oamenii ar trăi într-un sistem de două sau trei stele, atunci viziunea noastră ar avea probabil mai multe componente, fiecare dintre acestea fiind adaptată la spectrul unui luminar.

Trebuie să spun, pe planeta noastră există creaturi a căror vedere este diferită de cea umană. Locuitorii deșertului, de exemplu, detectează lumina infraroșie cu ochii. Unii pești pot vedea în apropierea ultravioletelor, deoarece această radiație pătrunde cel mai adânc în coloana de apă. Pisicile și câinii noștri de companie percep culorile diferit, iar spectrul lor este redus: sunt mai bine adaptați la clarobscur.

Dar oamenii sunt toți diferiți, așa cum am menționat mai sus. Unii reprezentanți ai omenirii văd lumina infraroșie aproape. Asta nu înseamnă că nu ar avea nevoie de camere termice, dar sunt capabili să perceapă nuanțe ceva mai roșii decât majoritatea. Alții au dezvoltat partea ultravioletă a spectrului. Un astfel de caz este descris, de exemplu, în filmul „Planet Ka-Pax”. Protagonistul susține că a venit dintr-un alt sistem stelar. Examinarea a arătat că avea capacitatea de a vedea radiațiile ultraviolete.

Demonstrează asta că Prot este un extraterestru? Nu. Unii oameni o pot face. În plus, ultravioletul apropiat este aproape adiacent spectrului vizibil. Nu e de mirare că unii oameni iau puțin mai mult. Dar Superman cu siguranță nu este de pe Pământ: spectrul de raze X este prea departe de vizibil pentru ca o astfel de viziune să fie explicată din punct de vedere uman.

Unități absolute și relative pentru determinarea fluxului luminos

O cantitate independentă de sensibilitatea spectrală, care indică fluxul luminii într-o direcție cunoscută, se numește „candela”. Unitatea de putere, deja cu o atitudine mai „umană”, se pronunță la fel. Diferența este doar în desemnarea matematică a acestor concepte: valoarea absolută are un indice „e”, relativ la ochiul uman - „υ”. Dar nu uitați că dimensiunile acestor categorii vor varia foarte mult. Acest lucru trebuie luat în considerare atunci când rezolvați probleme reale.

Enumerarea și compararea valorilor absolute și relative

Pentru a înțelege în ce se măsoară puterea luminii, este necesar să se compare valorile „absolute” și „umane”. În dreapta sunt concepte pur fizice. În stânga sunt valorile în care se transformă atunci când trec prin sistemul ochiului uman.

1. Puterea radiației devine puterea luminii. Conceptele sunt măsurate în candela.
2. Luminozitatea energetică se transformă în luminozitate. Valorile sunt exprimate în candela pe metru pătrat.

Cu siguranță cititorul a văzut cuvinte familiare aici. De multe ori în viața lor, oamenii spun: „Soare foarte strălucitor, să mergem la umbră” sau „Fă monitorul mai luminos, filmul este prea sumbru și întunecat”. Sperăm că articolul va clarifica puțin de unde provine acest concept, precum și cum se numește unitatea de intensitate luminoasă.

Caracteristicile conceptului de „candela”

Am menționat deja acest termen mai sus. Am explicat, de asemenea, de ce același cuvânt este folosit pentru a se referi la concepte complet diferite ale fizicii legate de puterea radiațiilor electromagnetice. Deci, unitatea de măsură pentru intensitatea luminii se numește candela. Dar cu ce este egal? O candela este intensitatea luminii într-o direcție cunoscută dintr-o sursă care emite radiații strict monocromatice cu o frecvență de 5,4 * 10 14, iar forța de energie a sursei în această direcție este de 1/683 wați pe unitatea de unghi solid. Cititorul poate converti cu ușurință frecvența în lungime de undă, formula este foarte ușoară. Vom solicita: rezultatul se află în zona vizibilă.

Unitatea de măsură pentru intensitatea luminii se numește „candela” dintr-un motiv. Cei care știu engleza își amintesc că o lumânare este o lumânare. Anterior, multe domenii ale activității umane erau măsurate în parametri naturali, de exemplu, cai putere, milimetri de mercur. Deci nu este de mirare că unitatea de măsură pentru intensitatea luminii este candela, o lumânare. Doar o lumânare este foarte particulară: cu o lungime de undă strict specificată și produce un anumit număr de fotoni pe secundă.

Pentru a efectua rapid și eficient orice sarcină de producție, iluminatul locului de muncă al specialistului trebuie să fie organizat corespunzător. Pentru aceasta, sunt selectate lămpi cu anumiți indicatori fotometrici.

Iluminarea la locul de muncă este determinată de diferite cantități fizice, principala dintre acestea fiind iluminarea. Indicatorii săi sunt calculați pentru locul de muncă al oricărui specialist și sunt reglementați de SNiP-urile relevante.

Iluminarea este o caracteristică care este definită ca fluxul luminos pe unitatea de suprafață.

Flux luminos (F)

Acest parametru fizic este definit ca puterea radiației vizibile a sursei sau energia luminoasă care este emisă de corpul de iluminat pe unitatea de timp.

În același timp, energia luminoasă este o energie care se răspândește în toate direcțiile și provoacă senzații vizuale. Fiecare persoană are senzații vizuale diferite pentru aceleași surse de radiații, prin urmare, se iau indicatori medii pentru calcule.

În fizică, formula este folosită pentru a calcula:

F \u003d W / t, unde:

• W este energia emisă de sursă, măsurată în wați,
• t este timpul de funcționare a dispozitivului în secunde.

Este, de asemenea, o valoare care caracterizează cantitatea de lumină emisă de un dispozitiv de iluminat în toate direcțiile.

Astfel, a doua formulă de calcul arată astfel:

Ф = I w, unde:

• I - intensitatea luminii, măsurată în candela,
• w este unghiul solid, calculat în steradiani.

Lumen

Unitatea de măsură pentru fluxul luminos este lumenul.

Pentru a determina ce sursă este mai profitabilă de cumpărat, luăm în considerare mai întâi ce este un lumen.

Cuvântul lumen în latină înseamnă lumină.

Un lumen este definit ca fluxul luminos care este emis de o sursă punctuală având o intensitate luminoasă de 1 candela într-un unghi solid de 1 steradian:

1lm = 1W / 1s.

Pe de altă parte,unitatea de măsură lumen (lm) poate fi găsită ca:

1 lm \u003d 1 cd 1 sr.

Dacă unghiul solid este de 4π radiani, iar intensitatea luminoasă este de 1 cd, atunci în acest caz se vorbește despre fluxul luminos total, care este 4π lm sau 4 3,14 lm.

S-a calculat că acest indicator pentru radiația solară corespunde cu 8 lm, iar pentru cerul înstelat - doar 0,000000001 lm.

Pentru orice sursă de lumină artificială, există tabele pentru calcularea acestui parametru fotometric.

În ingineria luminii, se folosesc cantități derivate, care sunt formate folosind prefixe standard ale sistemului internațional SI, de exemplu:

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

Instrumente de masura

Pentru măsurarea cantităților fotometrice în industrie se folosesc dispozitive speciale, care se numesc fotometre sferice și goniofotometre. Acestea vă permit să determinați atât fluxul luminos, cât și intensitatea luminii de la diferite lămpi.

Fotometrele sunt vizuale și obiective.

Principiul de funcționare al instrumentelor vizuale se bazează pe capacitatea ochiului de a determina aceeași luminozitate a iluminării a două suprafețe comparate iluminate cu aceeași culoare.

În prezent, sunt populare fotometrele electrice obiective, care permit măsurarea parametrilor de lumină nu numai în zona vizibilă, ci și dincolo de aceasta.

Goniofotometrele permit obținerea de date privind mărimea fluxului luminos, intensitatea luminoasă, precum și indicatorii altor mărimi fotometrice, precum luminozitatea, distribuția luminii etc.

Recomandări pentru organizarea corectă a iluminatului locului de muncă

La iluminarea locurilor de muncă se folosesc două tipuri de surse: artificiale și naturale.

Artificiale sunt dispozitivele cu lămpi de diferite tipuri: fluorescente, incandescente, LED etc.

Pentru fiecare tip de lampă există tabele care indică numărul de lumeni emiși de această lampă.

Această valoare este indicată pe ambalajul produsului, așa că atunci când cumpărați, asigurați-vă că selectați un bec, ghidându-vă după informațiile plasate de producător pe cutie. Ambalajul corpului de iluminat indică fluxul luminos total, care include lumina difuză.

Atenţie! Atunci când achiziționați o lampă, este important să rețineți că acest indicator nu reflectă pe deplin luminozitatea acestuia, deoarece poate fi mărit prin utilizarea unui sistem de reflectoare, lentile și oglinzi plasate în dispozitiv.

Alegerea lămpilor electrice

Înainte de a cumpăra becuri, trebuie să alegeți mai întâi de ce corpuri aveți nevoie pentru a crea iluminatul potrivit pentru locul de muncă. Dacă camera este dreptunghiulară, atunci calculul numărului necesar de lumeni se efectuează după cum urmează: trebuie să multiplicați indicatorii normei de iluminare a obiectului (determinați conform SNiP), aria camerei. iar coeficientul in functie de inaltimea tavanului incaperii.

Unul dintre cele mai interesante și controversate fenomene ale lumii noastre este lumina. Pentru fizică, acesta este unul dintre parametrii fundamentali ai numeroaselor calcule. Cu ajutorul luminii, oamenii de știință speră să găsească un indiciu asupra existenței universului nostru, precum și să deschidă noi oportunități pentru umanitate. În viața de zi cu zi, lumina este, de asemenea, de mare importanță, mai ales atunci când se creează un iluminat de înaltă calitate în diferite încăperi.

Unul dintre parametrii importanți ai luminii este puterea acesteia, care caracterizează puterea acestui fenomen. Acest articol îi va fi dedicat puterii luminii și calculului acestui parametru.

Informații generale despre concept

În fizică, intensitatea luminoasă (Iv) înseamnă puterea fluxului luminos, determinată într-un unghi solid specific. Din acest concept rezultă că acest parametru nu înseamnă toată lumina disponibilă în spațiu, ci doar acea parte a acesteia care este emisă într-o anumită direcție.

În funcție de sursa de radiație disponibilă, acest parametru va crește sau scade. Modificările sale vor fi direct afectate de valoarea unghiului solid.

Notă! În unele situații, intensitatea luminii va fi aceeași pentru orice unghi. Acest lucru este posibil în situațiile în care sursa de radiație luminoasă creează o iluminare uniformă a spațiului.

Acest parametru reflectă proprietatea fizică a luminii, ceea ce o face diferită de măsurători precum luminozitatea, care reflectă senzațiile subiective. În plus, puterea luminii în fizică este considerată putere. Pentru a fi mai precis, este estimat ca o unitate de putere. În același timp, puterea aici diferă de conceptul ei obișnuit. Aici, puterea depinde nu numai de energia pe care o emite instalația de iluminat, ci și de lungimea de undă.
Trebuie remarcat faptul că sensibilitatea oamenilor la radiația luminoasă depinde direct de lungimea de undă. Această dependență se reflectă într-o funcție a eficienței luminoase spectrale. În acest caz, intensitatea luminoasă în sine este o mărime dependentă de eficiența luminoasă. La o lungime de undă de 550 nanometri (verde), acest parametru își va lua valoarea maximă. Ca rezultat, ochiul uman va fi mai mult sau mai puțin sensibil la fluxul de lumină la diferite lungimi de undă.
Unitatea de măsură pentru acest indicator este candela (cd).

Notă! Puterea radiației care vine de la o lumânare va fi aproximativ egală cu o candela. Sfeșnicul internațional utilizat anterior pentru formula de calcul a fost de 1,005 cd.

Strălucirea unei lumânări

În cazuri rare, se folosește o unitate de măsură învechită - lumânarea internațională. Dar în lumea modernă, unitatea de măsură pentru această cantitate, candela, este deja folosită aproape peste tot.

Diagrama parametrilor fotometrici

Iv este cel mai important parametru fotometric. Pe lângă această valoare, cei mai importanți parametri fotometrici includ luminozitatea, precum și iluminarea. Toate aceste patru valori sunt utilizate în mod activ atunci când se creează un sistem de iluminat într-o mare varietate de încăperi. Fără ele, este imposibil să se estimeze nivelul necesar de iluminare pentru fiecare situație individuală.

Cele mai importante patru caracteristici de iluminare

Pentru ușurința înțelegerii acestui fenomen fizic, este necesar să se ia în considerare o diagramă care ilustrează un plan care reflectă propagarea luminii.

Tabel pentru intensitatea luminii

Diagrama arată că Iv depinde de direcția către sursa de radiație. Aceasta înseamnă că pentru un bec LED, pentru care direcția de radiație maximă va fi luată ca 0 °, atunci când măsurăm valoarea de care avem nevoie în direcția de 180 °, se va obține o valoare mai mică decât pentru direcția de 0 °.
După cum puteți vedea, în diagramă, radiația care este propagată de două surse (galben și roșu) va acoperi o zonă egală. În acest caz, radiația galbenă va fi împrăștiată, prin analogie cu lumina unei lumânări. Puterea sa va fi aproximativ egală cu 100 cd. Mai mult, valoarea acestei valori va fi aceeași în toate direcțiile. În același timp, roșul va fi direcțional. In pozitia 0° va avea o valoare maxima de 225 cd. În acest caz, această valoare va scădea în cazul abaterii de la 0°.

Desemnarea parametrului SI

Deoarece Iv este o mărime fizică, poate fi calculată. Pentru aceasta, se folosește o formulă specială. Dar înainte de a ajunge la formulă, este necesar să înțelegem cum este scrisă valoarea dorită în sistemul SI. În acest sistem, valoarea noastră va fi afișată ca J (uneori este notat cu I), a cărei unitate va fi candela (cd). Unitatea de măsură reflectă acel Iv emis de un radiator plin pe o suprafață a secțiunii transversale de 1/600.000 m2. va fi îndreptată într-o direcție perpendiculară pe secțiunea dată. În acest caz, temperatura emițătorului va fi apropiată de nivelul la care, la o presiune de 101325 Pa, se va observa solidificarea platinei.

Notă! Prin candela, puteți determina restul unităților fotometrice.

Deoarece fluxul de lumină în spațiu este distribuit inegal, este necesar să se introducă un astfel de concept ca un unghi solid. Este de obicei notat cu simbolul .
Intensitatea luminii este utilizată pentru calcule atunci când se aplică formula dimensiunii.În acest caz, această valoare este legată de fluxul luminos prin formule. Într-o astfel de situație, fluxul luminos va fi produsul lui Iv și unghiul solid, la care se va propaga radiația.
Fluxul luminos (Фv) este produsul dintre intensitatea luminoasă și unghiul solid în care se propagă fluxul. Ф=I .

Formula fluxului luminos

Din această formulă rezultă că Фv este fluxul intern propagat într-un unghi solid specific (un steradian) în prezența lui Iv într-o candela.

Notă! Un steradian este un unghi solid care decupează o secțiune pe suprafața unei sfere care este egală cu pătratul razei acestei sfere.

În acest caz, Iv și puterea pot fi legate prin radiația luminoasă. La urma urmei, Fv este înțeles și ca o valoare care caracterizează puterea de emisie a radiației luminoase atunci când este percepută de ochiul uman mediu, care are sensibilitate la radiații de o anumită frecvență. Ca rezultat, următoarea ecuație poate fi derivată din formula de mai sus:

Formula pentru intensitatea luminii

Acest lucru se vede clar în exemplul LED-urilor. În astfel de surse de radiație luminoasă, puterea sa este de obicei egală cu puterea consumată. Ca urmare, cu cât consumul de energie electrică este mai mare, cu atât nivelul de radiație este mai mare.
După cum puteți vedea, formula pentru calcularea valorii de care avem nevoie nu este atât de complicată.

Opțiuni suplimentare de calcul

Deoarece distribuția radiației provenite de la o sursă reală în spațiu va fi neuniformă, atunci Фv nu va mai putea acționa ca o caracteristică exhaustivă a sursei. Dar numai cu excepția situației în care, în același timp, nu se va determina distribuția radiațiilor emise în diverse direcții.
Pentru a caracteriza distribuția Фv în fizică, ei folosesc un astfel de concept precum densitatea de radiație spațială a fluxului de lumină pentru diferite direcții ale spațiului. În acest caz, pentru Iv, este necesar să folosiți formula deja familiară, dar într-o formă ușor completată:

A doua formulă de calcul

Această formulă vă va permite să estimați valoarea dorită în diferite direcții.

Concluzie

Puterea luminii ocupă un loc important nu numai în fizică, ci și în momentele mai banale, de zi cu zi. Acest parametru este deosebit de important pentru iluminare, fără de care existența lumii cunoscute nouă este imposibilă. În același timp, această valoare este utilizată nu numai în dezvoltarea de noi dispozitive de iluminat cu caracteristici tehnice mai favorabile, ci și în anumite calcule legate de organizarea sistemului de iluminare de fundal.

Iluminarea clădirilor cu lămpi de sol - o prezentare generală a celei mai populare, instalații Candelabre pentru copii pentru camera unei fete: criterii de selecție

Întrebarea în ce se măsoară fluxul luminos a început să conteze pentru utilizatorii dispozitivelor de iluminat numai atunci când au apărut tipuri de lămpi, a căror luminozitate nu a egalat consumul de energie, măsurat în wați.

Să ne dăm seama cum este conectat conceptul de luminozitate cu conceptul de iluminare, precum și cum vă puteți imagina distribuția fluxului de lumină în jurul camerei și să alegeți corpul de iluminat potrivit.

Ce este fluxul luminos?

Fluxul luminii este puterea radiației luminoase vizibile pentru ochiul uman; energia luminoasa emisa de o suprafata (luminoasa sau reflectorizanta). Energia fluxului luminos este măsurată în lumen-secunde și corespunde unui flux de 1 lumen, emis sau perceput în 1 secundă. Această figură descrie debitul total, fără a ține cont de eficiența de concentrare a întregului dispozitiv. Această estimare include și lumina împrăștiată, inutilă, astfel încât același număr de lumeni poate fi găsit în surse de design diferite.

Este necesar să se facă distincția între valoarea luminii și valoarea energetică - aceasta din urmă caracterizează lumina, indiferent de proprietatea acesteia de a provoca senzații vizuale. Fiecare cantitate de lumină fotometrică are un analog care poate fi cuantificat în unități de energie sau putere. Pentru energia luminoasă, un astfel de analog este energia radiației (energia radiantă), măsurată în jouli.

Unitate de flux luminos

1 lumen este lumina emisă de o sursă cu o intensitate luminoasă de 1 candela într-un unghi solid de 1 steradian. Un bec cu incandescență de 100 de wați generează aproximativ 1.000 de lumeni de lumină. Cu cât sursa de lumină este mai luminoasă, cu atât emite mai mulți lumeni.

Pe lângă lumeni, există și alte unități de măsură care vă permit să caracterizați lumina. Este posibil să se măsoare densitatea fluxului spațial și de suprafață - așa aflăm puterea luminii și a iluminării. Intensitatea luminii este măsurată în candela, iluminarea este măsurată în lux. Dar este mai important ca consumatorul să-și dea seama în ce unități este indicată în vânzare luminozitatea becurilor și a altor corpuri de iluminat. Unii producători raportează numărul de lumeni pe watt. Așa se măsoară eficiența luminoasă (puterea luminii): câtă lumină emite o lampă, cheltuind 1 watt.

Definirea formulelor

Deoarece orice sursă de lumină o emite în mod neuniform, numărul de lumeni nu caracterizează pe deplin corpul de iluminat. Puteți calcula intensitatea luminii în candela împărțind fluxul acesteia, exprimat în lumeni, la unghiul solid, măsurat în steradiani. Folosind această formulă se va putea ține cont de totalitatea razelor care provin de la sursă atunci când traversează suprafața unei sfere imaginare, formând pe aceasta un cerc.

Dar se pune întrebarea, ce dă în practică numărul de candele pe care le găsim; este imposibil să găsești un LED sau o lanternă potrivită numai după parametrul de intensitate luminoasă; trebuie să ții cont și de raportul unghiului de împrăștiere, care depinde de designul dispozitivului. Atunci când alegeți lămpi care să strălucească uniform în toate direcțiile, este important să înțelegeți dacă sunt potrivite pentru obiectivele cumpărătorului.

Dacă becurile anterioare din camere diferite au fost selectate pe baza numărului de wați, atunci înainte de a cumpăra lămpi cu LED, va trebui să calculați luminozitatea lor totală în lumeni și apoi să împărțiți această cifră la suprafața camerei. Așa se calculează iluminarea, care se măsoară în lux: 1 lux este 1 lumen pe 1 m². Există standarde de iluminare pentru încăperi pentru diverse scopuri.

Măsurarea fluxului luminos

Înainte de a lansa produse pe piață, producătorul realizează în laborator definirea și măsurarea caracteristicilor dispozitivului de iluminat. Acasă, fără echipament special, acest lucru este nerealist. Dar puteți verifica numerele indicate de producător folosind formulele de mai sus folosind un luminometru compact.

Dificultatea de a măsura cu precizie parametrii luminii constă în faptul că aceasta vine în toate direcțiile posibile de propagare. Prin urmare, laboratoarele folosesc sfere cu o suprafață interioară care are o reflectivitate ridicată - fotometre sferice; ele sunt, de asemenea, utilizate pentru a măsura intervalul dinamic al camerelor, de ex. fotosensibilitatea matricelor lor.

În viața de zi cu zi, este mai logic să măsurați parametrii de lumină atât de importanți, cum ar fi iluminarea camerei și coeficientul de pulsație. Unda mare și iluminare slabă fac oamenii să-și obosească prea mult ochii, ceea ce provoacă oboseală mai rapidă.

Coeficientul de pulsație al fluxului luminos este un indicator care caracterizează gradul de neuniformitate a acestuia. Nivelurile permise ale acestor coeficienți sunt reglementate de SanPiN.

Nu este întotdeauna posibil să vezi cu ochiul liber că becul pâlpâie. Cu toate acestea, chiar și un mic exces al coeficientului de pulsație afectează negativ sistemul nervos central al unei persoane și, de asemenea, reduce performanța. Lumina care poate pulsa neuniform este emisă de toate ecranele: monitoare de computer și laptop, ecrane pentru tablete și telefoane mobile și ecranul televizorului. Pulsația se măsoară cu un luxmetru-pulsometru.

Ce este o candela?

O altă caracteristică importantă a sursei de lumină este candela, care este inclusă în cele 7 unități ale Sistemului Internațional de Unități (SI) adoptat de Conferința Generală pentru Greutăți și Măsuri. Inițial, 1 candela era egală cu radiația unei lumânări, luată ca standard. De aici și numele acestei unități de măsură. Acum este determinat de o formulă specială.

Candela este intensitatea luminii, măsurată exclusiv într-o direcție dată. Răspândirea razelor pe partea sferei conturate de un unghi solid ne permite să calculăm o valoare egală cu raportul dintre fluxul luminos și acest unghi. Spre deosebire de lumeni, această valoare este folosită pentru a determina intensitatea razelor. Acest lucru nu ia în considerare lumina inutilă, împrăștiată.

O lanternă și o lampă de tavan vor avea un con de lumină diferit, deoarece razele cad în unghiuri diferite. Candelele (mai precis, milicandelele) sunt folosite pentru a indica intensitatea luminoasa a surselor cu stralucire directionala: LED-uri indicatoare, lanterne.

Lumeni și Lux

În lumeni, se măsoară cantitatea de flux de lumină, aceasta este o caracteristică a sursei sale. Numărul de raze care au ajuns pe orice suprafață (reflectante sau absorbante) va depinde deja de distanța dintre sursă și această suprafață.

Nivelul de iluminare este măsurat în lux (lx) cu un dispozitiv special - un luxmetru. Cel mai simplu luxmetru constă dintr-o fotocelulă cu seleniu care transformă lumina în energie de curent electric și un microampermetru care măsoară acest curent.

Sensibilitatea spectrală a fotocelulei cu seleniu diferă de sensibilitatea ochiului uman, așa că în diferite condiții este necesar să se utilizeze factori de corecție. Cele mai simple contoare de lumină sunt concepute pentru a măsura un singur tip de iluminare, cum ar fi lumina de zi. Fără utilizarea coeficienților, eroarea poate fi mai mare de 10%.

Luxmetrele de înaltă clasă sunt echipate cu filtre de lumină, duze speciale sferice sau cilindrice (pentru măsurarea iluminării spațiale), dispozitive pentru măsurarea luminozității și verificarea sensibilității dispozitivului. Nivelul lor de eroare este de aproximativ 1%.

Iluminarea slabă a spațiilor contribuie la dezvoltarea miopiei, are un efect negativ asupra performanței, provoacă oboseală și o scădere a dispoziției.

Iluminarea minimă a suprafeței mesei computerului conform SanPiN este de 400 lux. Birourile școlii trebuie să aibă o iluminare de cel puțin 500 de lux.

Lumen și watt

Lămpile economice cu aceeași putere de lumină consumă de 5-6 ori mai puțină energie electrică decât lămpile cu incandescență. LED - de 10-12 ori mai puțin. Puterea fluxului luminos nu mai depinde de numărul de wați. Dar producătorii indică întotdeauna wați, deoarece utilizarea becurilor prea puternice în cartușe care nu sunt concepute pentru o astfel de sarcină duce la deteriorarea aparatelor electrice sau la un scurtcircuit.

Dacă aranjați cele mai comune tipuri de becuri în ordinea crescătoare a ieșirii luminii, puteți obține următoarea listă:

1. Lampa cu incandescenta - 10 lumeni/watt.
2. Halogen - 20 lumeni/watt.
3. Mercur - 60 lumeni/watt.
4. Economie de energie - 65 lumeni/watt.
5. Lampă fluorescentă compactă - 80 lumeni/watt.
6. Halogenură metalică - 90 lumeni/watt.
7. Dioda emițătoare de lumină (LED) - 120 lumeni/watt.

Dar majoritatea oamenilor sunt obișnuiți să se uite la numărul de wați indicat de producător atunci când cumpără becuri. Pentru a calcula de câți wați pe metru pătrat aveți nevoie, mai întâi trebuie să decideți cât de puternică ar trebui să fie lumina din cameră. Lămpi cu incandescență de 20 de wați pe 1 m² - un astfel de iluminat este potrivit pentru un loc de muncă sau sufragerie; pentru un dormitor, 10-12 wați pe 1 m² vor fi de ajuns. Când cumpărați lămpi de economisire a energiei, aceste cifre sunt împărțite la 5. Este important să țineți cont de înălțimea tavanului: dacă este mai mare de 3 m, numărul total de wați trebuie înmulțit cu 1,5.