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, intensitatea luminoasă a soarelui este 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;
• cresterea frecventei.

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. Amintiți-vă 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 singur 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 asemenea 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.

Convertor de lungime și distanță Convertor de masă Convertor de volum pentru alimente și alimente în vrac Convertor de zonă Convertor de volum și rețetă Convertor de unități Convertor de temperatură Convertor de presiune, stres, modul Young Convertor de energie și de lucru Convertor de putere Convertor de forță Convertor de timp Convertor de viteză liniar Convertor de unghi plat Convertor de eficiență termică și eficiență a combustibilului de numere în diferite sisteme numerice Convertor de unități de măsură ale cantității de informații Rate valutare Dimensiunile îmbrăcămintei și pantofilor pentru femei Dimensiunile îmbrăcămintei și pantofilor pentru bărbați Convertor de viteză unghiulară și de frecvență de rotație Convertor de accelerație Convertor de accelerație unghiulară Convertor de densitate Convertor de volum specific Convertor de moment de inerție Moment Convertor de forță Convertor de cuplu Convertor de putere calorică specifică (în masă) Convertor de densitate de energie și putere calorică specifică (în volum) Convertor de diferență de temperatură Convertor de coeficient Coeficient de dilatare termică Convertor de rezistență termică Convertor de conductivitate termică Convertor de capacitate termică specifică Convertor de expunere la energie și de putere radiantă Convertor de densitate a fluxului de căldură Convertor de coeficient de transfer de căldură Convertor de debit de volum Convertor de debit de masă Convertor de debit molar Convertor de densitate de flux de masă Convertor de concentrație molară Convertor de masă Concentrație (în soluție) Convertor de vâscozitate cinematică Convertor de tensiune de suprafață Convertor de permeabilitate la vapori Convertor de permeabilitate la vapori și de viteză de transfer de vapori Convertor de nivel de sunet Convertor de sensibilitate a microfonului Convertor de nivel de presiune sonoră (SPL) Convertor de nivel de presiune sonoră cu presiune de referință selectabilă Convertor de luminozitate Convertor de intensitate luminoasă Convertor de iluminare Graficul de frecvență și de putere a convertitorului la Dioptrie x și Lungimea focală Dioptrie Putere și mărire a lentilei (×) Convertor de încărcare electrică Convertor de densitate de încărcare liniară Convertor de densitate de încărcare de suprafață Convertor de densitate de încărcare în vrac Convertor de curent electric Convertor de densitate de curent liniar Convertor de densitate de curent de suprafață Convertor de intensitate a câmpului electric Convertor de tensiune și de potențial electrostatic Convertor Rezistență electrică Convertor de rezistivitate electrică Convertor de conductivitate electrică Convertor de conductivitate electrică Convertor de capacitate de inductanță Convertor de sârmă din SUA Niveluri în dBm (dBm sau dBmW), dBV (dBV), wați etc. unități Convertor de forță magnetică Convertor de intensitate a câmpului magnetic Convertor de flux magnetic Convertor de inducție magnetică Radiație. Radiații ionizante absorbite de doză Convertor Radioactivitate. Radiație Convertor Dezintegrare Radioactivă. Radiație de convertizor de doză de expunere. Convertor de doză absorbită Convertor de prefix zecimal Transfer de date Tipografie și unități de prelucrare a imaginii Convertor de unități de volum de lemn Calcularea masei molare Tabel periodic al elementelor chimice de D. I. Mendeleev

Valoarea initiala

Valoare convertită

Lumânare Candela (germană) Lumânare (Marea Britanie) Lumânare zecimală Lumânare pentanică Lumânare pentanică (10 St) Unitate de lumânare Hefner Lumânare Carcel Lumânare zecimală (franceză) Lumanare/Steradian (internațional)

Mai multe despre puterea luminii

Informatii generale

Intensitatea luminii este puterea fluxului luminos într-un anumit unghi solid. Adică puterea luminii nu determină toată lumina din spațiu, ci doar lumina emisă într-o anumită direcție. În funcție de sursa de lumină, intensitatea luminii scade sau crește pe măsură ce unghiul solid se modifică, deși uneori această valoare este aceeași pentru orice unghi, atâta timp cât sursa distribuie uniform lumina. Puterea luminii este o proprietate fizică a luminii. Prin aceasta diferă de luminozitate, deoarece în multe cazuri când oamenii vorbesc despre luminozitate, ei înseamnă o senzație subiectivă, și nu o cantitate fizică. De asemenea, luminozitatea nu depinde de unghiul solid, ci este perceputa in spatiul general. Una și aceeași sursă cu o intensitate luminoasă constantă poate fi percepută de oameni ca lumină de luminozitate diferită, deoarece această percepție depinde de condițiile din jur și de percepția individuală a fiecărei persoane. De asemenea, luminozitatea a două surse cu aceeași intensitate luminoasă poate fi percepută diferit, mai ales dacă una dă lumină difuză, iar cealaltă - direcțională. În acest caz, sursa direcțională va apărea mai luminoasă, în ciuda faptului că intensitatea luminii ambelor surse este aceeași.

Intensitatea luminii este considerată o unitate de putere, deși diferă de conceptul obișnuit de putere prin faptul că depinde nu numai de energia emisă de sursa de lumină, ci și de lungimea de undă a luminii. Sensibilitatea umană la lumină depinde de lungimea de undă și este exprimată în funcție de eficiența luminoasă spectrală relativă. Intensitatea luminii depinde de eficienta luminoasa, care atinge un maxim pentru lumina cu o lungime de unda de 550 nanometri. Acesta este verde. Ochiul este mai puțin sensibil la lumină cu lungimi de undă mai lungi sau mai scurte.

În sistemul SI, intensitatea luminoasă este măsurată în candelac(CD). O candela este aproximativ egala cu intensitatea luminii emise de o lumanare. Uneori este folosită și o unitate învechită, lumânare(sau lumânare internațională), deși în majoritatea cazurilor această unitate a fost înlocuită cu candela. O lumânare este aproximativ egală cu o candela.

Dacă măsurați intensitatea luminii folosind un plan care arată propagarea luminii, ca în ilustrație, puteți vedea că cantitatea de intensitate a luminii depinde de direcția către sursa de lumină. De exemplu, dacă luăm direcția de radiație maximă a unei lămpi LED ca 0°, atunci intensitatea luminoasă măsurată în direcția de 180° va fi mult mai mică decât pentru 0°. Pentru sursele difuze, mărimea intensității luminoase pentru 0° și 180° nu va diferi mult și poate fi aceeași.

În ilustrație, lumina emisă de două surse, roșie și galbenă, acoperă o zonă egală. Lumina galbenă este difuză, ca lumina lumânărilor. Puterea sa este de aproximativ 100 cd, indiferent de direcție. Roșu - dimpotrivă, regizat. În direcția 0°, unde radiația este maximă, puterea sa este de 225 cd, dar această valoare scade rapid la devierea de la 0°. De exemplu, intensitatea luminoasă este de 125 cd când este direcționată la o sursă de 30° și de numai 50 cd când este direcționată la 80°.

Puterea luminii în muzee

Personalul muzeului măsoară intensitatea luminii din spațiile muzeului pentru a determina condițiile optime pentru ca vizitatorii să poată vizualiza lucrările expuse, oferind în același timp o lumină blândă care dăunează cât mai puțin exponatelor muzeului. Expozițiile muzeale care conțin celuloză și coloranți, în special cele realizate din materiale naturale, se deteriorează din cauza expunerii prelungite la lumină. Celuloza oferă rezistență țesăturilor, hârtiei și produselor din lemn; adesea în muzee există multe exponate din aceste materiale, așa că lumina din sălile de expoziție este un mare pericol. Cu cât este mai puternică intensitatea luminii, cu atât exponatele din muzeu se deteriorează. Pe lângă faptul că este distrusă, lumina decolorează sau îngălbenește și materialele celulozice precum hârtia și țesăturile. Uneori, hârtia sau pânza pe care sunt pictate picturile se deteriorează și se strică mai repede decât vopseaua. Acest lucru este deosebit de problematic, deoarece culorile din imagine sunt mai ușor de restaurat decât baza.

Prejudiciul adus exponatelor din muzeu depinde de lungimea de undă a luminii. Deci, de exemplu, lumina din spectrul portocaliu este cea mai puțin dăunătoare, iar lumina albastră este cea mai periculoasă. Adică, lumina cu lungime de undă mai lungă este mai sigură decât lumina cu lungime de undă mai scurtă. Multe muzee folosesc aceste informații și nu numai că controlează cantitatea totală de lumină, ci și limitează lumina albastră folosind filtre portocalii deschis. În același timp, încearcă să aleagă filtre atât de ușoare încât, deși filtrează lumina albastră, permit vizitatorilor să se bucure din plin de lucrările expuse în sala de expoziție.

Este important să nu uităm că exponatele se deteriorează nu numai din cauza luminii. Prin urmare, este dificil de prezis, doar pe baza puterii luminii, cât de repede se descompun materialele din care sunt fabricate. Pentru depozitarea pe termen lung în incinta muzeului, este necesar nu numai să folosiți iluminare scăzută, ci și să mențineți umiditatea scăzută, precum și o cantitate scăzută de oxigen în aer, cel puțin în interiorul vitrinelor.

În muzeele în care este interzisă fotografierea cu blițul, acestea se referă adesea la daunele luminii pentru exponatele muzeului, în special ultraviolete. Acest lucru este practic nefondat. Așa cum restricționarea întregului spectru de lumină vizibilă este mult mai puțin eficientă decât restricționarea luminii albastre, interzicerea blițurilor are un efect redus asupra gradului de deteriorare a luminii exponate. În timpul experimentelor, cercetătorii au observat ușoare daune la acuarele cauzate de blițul de studio profesional numai după peste un milion de blițuri. Un bliț la fiecare patru secunde la o distanță de 120 de centimetri de expoziție este aproape echivalent cu lumina care se întâmplă de obicei în sălile de expoziție, unde cantitatea de lumină este controlată și lumina albastră este filtrată. Cei care fac fotografii în muzee folosesc rar blițuri atât de puternice, deoarece majoritatea vizitatorilor nu sunt fotografi profesioniști și fac poze cu telefoane și camere compacte. La fiecare patru secunde, flash-urile din holuri funcționează rar. Daunele cauzate de razele ultraviolete emise de bliț sunt, de asemenea, mici în majoritatea cazurilor.

Intensitatea luminoasă a lămpilor

Se obișnuiește să descrie proprietățile corpurilor de iluminat cu ajutorul intensității luminoase, care diferă de fluxul luminos - o cantitate care determină cantitatea totală de lumină și arată cât de strălucitoare este această sursă în general. Este convenabil să utilizați intensitatea luminii pentru a determina proprietățile de iluminare ale lămpilor, de exemplu, LED-urile. Când le cumpărați, informațiile despre intensitatea luminii ajută la determinarea cu ce putere și în ce direcție se va răspândi lumina și dacă o astfel de lampă este potrivită pentru cumpărător.

Distribuția intensității luminii

Pe lângă intensitatea luminii în sine, curbele de distribuție a intensității luminii ajută la înțelegerea modului în care se va comporta lampa. Astfel de diagrame ale distribuției unghiulare a intensității luminoase sunt curbe închise într-un plan sau în spațiu, în funcție de simetria lămpii. Acestea acoperă întreaga zonă de distribuție a luminii a acestei lămpi. Diagrama arată mărimea intensității luminoase în funcție de direcția de măsurare a acesteia. Graficul este de obicei construit în sisteme de coordonate polare sau dreptunghiulare, în funcție de sursa de lumină pentru care este construit graficul. Este adesea plasat pe ambalajul lămpii pentru a ajuta clientul să-și imagineze cum se va comporta lampa. Aceste informații sunt importante pentru designeri și tehnicieni de iluminat, în special pentru cei care lucrează în domeniul cinematografiei, teatrului și organizării de expoziții și spectacole. Distribuția intensității luminoase afectează și siguranța în timpul conducerii, motiv pentru care inginerii care proiectează iluminarea pentru vehicule folosesc curbele de distribuție a intensității luminoase. Acestea trebuie să respecte reguli stricte care reglementează distribuția intensității luminii în faruri pentru a asigura siguranță maximă pe drumuri.

Exemplul din figură este în sistemul de coordonate polare. A este centrul sursei de lumină de unde lumina se răspândește în direcții diferite, B este intensitatea luminoasă în candela și C este unghiul de măsurare a direcției luminii, cu 0° fiind direcția intensității luminoase maxime a sursei.

Măsurarea puterii și distribuției intensității luminii

Puterea luminii și distribuția ei sunt măsurate cu instrumente speciale, goniofotometreși goniometre. Există mai multe tipuri de aceste dispozitive, de exemplu, cu o oglindă mobilă, care vă permite să măsurați intensitatea luminii din diferite unghiuri. Uneori, sursa de lumină însăși se mișcă în locul oglinzii. De obicei, aceste dispozitive sunt mari, cu o distanță de până la 25 de metri între lampă și senzorul care măsoară intensitatea luminii. Unele dispozitive constau dintr-o sferă cu un dispozitiv de măsurare, o oglindă și o lampă în interior. Nu toate goniofotometrele sunt mari, există și unele mici care se mișcă în jurul sursei de lumină în timpul măsurării. La cumpărarea unui goniofotometru, prețul, dimensiunea, puterea și dimensiunea maximă a sursei de lumină pe care o poate măsura, printre alți factori, joacă un rol decisiv.

Unghi de luminozitate la jumătate

Unghiul de jumătate de luminozitate, uneori numit și unghiul de strălucire, este una dintre cantitățile care ajută la descrierea unei surse de lumină. Acest unghi indică cât de direcționată sau difuză este sursa de lumină. Este definit ca unghiul conului de lumină la care intensitatea luminoasă a sursei este egală cu jumătate din intensitatea sa maximă. În exemplul din figură, intensitatea luminoasă maximă a sursei este de 200 cd. Să încercăm să determinăm unghiul de jumătate de luminozitate folosind acest grafic. Jumătate din intensitatea luminoasă a sursei este egală cu 100 cd. Unghiul la care intensitatea luminii a fasciculului atinge 100 cd., adică unghiul de jumătate de luminozitate, este egal cu 60+60=120° pe grafic (jumătate din unghi este prezentată cu galben). Pentru două surse de lumină cu aceeași cantitate totală de lumină, un unghi de semiluminozitate mai îngust înseamnă că intensitatea sa luminoasă este mai mare, comparativ cu a doua sursă de lumină, pentru unghiuri cuprinse între 0° și unghiul de semiluminozitate. Adică, sursele direcționale au un unghi de jumătate de luminozitate mai îngust.

Există avantaje atât pentru unghiurile de semi-luminozitate largi, cât și pentru înguste, și care este preferat depinde de aplicarea acelei surse de lumină. Deci, de exemplu, pentru scufundări, ar trebui să alegeți o lanternă cu un unghi îngust de jumătate de luminozitate, dacă vizibilitatea este bună în apă. Dacă vizibilitatea este slabă, atunci nu are sens să folosiți o astfel de lanternă, deoarece risipește energie în zadar. În acest caz, o lanternă cu un unghi larg de jumătate de luminozitate care difuzează bine lumina este mai bună. De asemenea, o astfel de lanternă va ajuta în timpul filmării foto și video, deoarece luminează o zonă mai largă în fața camerei. Unele lumini de scufundare vă permit să reglați manual unghiul de jumătate de luminozitate, ceea ce este la îndemână deoarece scafandrii nu pot prezice întotdeauna ce vizibilitate va fi acolo unde se scufundă.

Postați o întrebare la TCTermsși în câteva minute vei primi un răspuns.

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 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 în funcție de numărul 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 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.

Oricine începe să studieze caracteristicile lămpilor și anumitor tipuri de lămpi este sigur că va întâlni concepte precum iluminarea, fluxul luminos și intensitatea luminoasă. Ce înseamnă ele și cum diferă unul de celălalt?

Să încercăm să înțelegem aceste cantități în cuvinte simple, ușor de înțeles. Cum sunt interconectate, unitățile lor de măsură și cum totul poate fi măsurat fără instrumente speciale.

Ce este fluxul luminos

Pe vremurile bune, principalul parametru prin care se alegea un bec pe hol, în bucătărie, în hol, era puterea acestuia. Nimeni nu s-a gândit vreodată să întrebe în magazin despre un fel de lumeni sau candela.

Astăzi, odată cu dezvoltarea rapidă a LED-urilor și a altor tipuri de lămpi, mersul la magazin pentru articole noi este însoțit de o grămadă de întrebări nu numai despre preț, ci și despre caracteristicile acestora. Unul dintre cei mai importanți parametri este fluxul luminos.

În termeni simpli, fluxul luminos este cantitatea de lumină pe care o oferă o lampă.

Cu toate acestea, nu confundați fluxul luminos al LED-urilor individuale cu fluxul luminos al corpurilor de iluminat asamblate. Ele pot diferi semnificativ.

Trebuie înțeles că fluxul luminos este doar una dintre numeroasele caracteristici ale unei surse de lumină. În plus, valoarea sa depinde de:

• de la sursa de alimentare

Iată un tabel cu această dependență pentru lămpile cu LED:

Și acestea sunt tabele de comparație cu alte tipuri de lămpi cu incandescență, fluorescente, DRL, HPS:

Bec cu incandescentaLampă fluorescentă Halogen HPS DRL

Cu toate acestea, există nuanțe aici. Tehnologia LED este încă în curs de dezvoltare și este foarte posibil ca becurile LED de aceeași putere, dar de la producători diferiți, să aibă fluxuri luminoase complet diferite.

Doar că unii dintre ei au mers mai înainte și au învățat să tragă mai mulți lumeni pe watt decât alții.

Cineva va întreba pentru ce sunt toate aceste mese? Pentru ca vânzătorii și producătorii să nu vă înșele prostește.

Pe cutie vor scrie frumos:

• putere 9W

• putere de lumină 1000lm

• analog lampa incandescenta 100W

La ce te vei uita mai întâi? Așa este, pentru ceea ce este mai familiar și mai de înțeles - indicatorii unui analog al unei lămpi cu incandescență.

Dar cu o asemenea putere, nu vei fi aproape de vechea lumină. Începeți să înjurați LED-urile și tehnologia imperfecțiunilor acestora. Și ideea este că se dovedește a fi un producător fără scrupule și produsul său.

• din eficienta

Adică, cât de eficient o anumită sursă convertește energia electrică în lumină. De exemplu, o lampă cu incandescență obișnuită are un retur de 15 lm / W, iar o lampă cu sodiu de înaltă presiune are un retur de 150 lm / W.

Se pare că aceasta este o sursă de 10 ori mai eficientă decât un simplu bec. Cu aceeași putere, ai de 10 ori mai multă lumină!

Fluxul luminos se măsoară în Lumeni - Lm.

Ce este 1 lumen? În timpul zilei, în lumină normală, ochii noștri sunt cei mai sensibili la verde. De exemplu, dacă luăm două lămpi cu aceeași putere de albastru și verde, atunci verdele va părea mai strălucitor pentru noi toți.

Lungimea de undă verde este de 555 nm. O astfel de radiație este numită monocromatică deoarece conține o gamă foarte îngustă.

Desigur, în realitate, verdele este completat de alte culori, astfel încât în ​​final să poți obține alb.

Dar, deoarece sensibilitatea ochiului uman este maximă la verde, atunci lumenii sunt legați de acesta.

Deci, un flux luminos de un lumen, la fel, corespunde unei surse care emite lumină cu o lungime de undă de 555 nm. În acest caz, puterea unei astfel de surse este de 1/683 W.

De ce exact 1/683, și nu 1 W pentru o măsură bună? Valoarea lui 1/683 W a crescut istoric. Inițial, principala sursă de lumină a fost o lumânare obișnuită, iar radiația tuturor lămpilor și lămpilor noi a fost comparată cu lumina unei lumânări.

În prezent, această valoare de 1/683 este legalizată de multe acorduri internaționale și este acceptată peste tot.

De ce avem nevoie de o asemenea cantitate ca flux luminos? Cu ajutorul acestuia, puteți calcula cu ușurință iluminarea camerei.

Acest lucru afectează direct vederea unei persoane.

Diferența dintre iluminare și fluxul luminos

În același timp, mulți confundă unitățile de măsură Lumeni cu Lux. Amintiți-vă, lux este măsurarea iluminării.

Cum să explicăm clar diferența lor? Imaginează-ți presiunea și forța. Cu doar un ac mic și puțină forță, se poate crea o presiune specifică ridicată într-un singur punct.

De asemenea, cu ajutorul unui flux luminos slab, este posibil să se creeze o iluminare ridicată într-o singură zonă a suprafeței.

1 Lux este atunci când 1 lumen cade pe 1 m2 de suprafață iluminată.

Să presupunem că aveți o lampă cu un flux luminos de 1000 lm. În partea de jos a acestei lămpi se află o masă.

Trebuie să existe o anumită cantitate de lumină pe suprafața acestei mese pentru a putea lucra confortabil. Sursa principală pentru standardele de iluminare sunt cerințele codurilor de practică SP 52.13330

Pentru un loc de muncă tipic, acesta este de 350 Lux. Pentru un loc în care se efectuează lucrări mici precise - 500 Lx.

Această iluminare va depinde de mulți parametri. De exemplu, de la distanță până la sursa de lumină.

De la obiecte străine din apropiere. Dacă masa este lângă un perete alb, atunci vor fi mai multe apartamente, respectiv, decât dintr-unul întunecat. Reflecția va afecta cu siguranță rezultatul general.

Orice iluminare poate fi măsurată. Dacă nu aveți luxometre speciale, utilizați programele din smartphone-urile moderne.

Fii pregătit totuși pentru greșeli. Dar pentru a face o analiză inițială, telefonul se va descurca bine.

Calculul fluxului luminos

Și cum să aflați fluxul de lumină aproximativ în lumeni, fără instrumente de măsură? Aici puteți utiliza valorile ieșirii luminii și dependența lor proporțională de flux.

Flux de lumină- puterea radiației luminoase, adică radiația vizibilă, estimată prin senzația de lumină pe care o produce asupra ochiului uman. Ieșirea luminii este măsurată în lumeni.

De exemplu, o lampă cu incandescență (100 W) emite un flux luminos egal cu 1350 lm, iar o lampă fluorescentă LB40 - 3200.

unu lumen este egal cu fluxul luminos emis de o sursă izotropă punctiformă, cu o intensitate luminoasă egală cu o candela, într-un unghi solid, un steradian (1 lm = 1 cd sr).

Fluxul luminos total creat de o sursă izotropă, cu o intensitate luminoasă de o candela, este egal cu 4π lumeni.

Există o altă definiție: unitatea de flux luminos este lumen(lm), egal cu fluxul emis de un corp negru dintr-o zonă de 0,5305 mm 2 la temperatura de solidificare a platinei (1773 ° C), sau 1 lumânare 1 steradian.

Puterea luminii- densitatea spațială a fluxului luminos, egală cu raportul dintre fluxul luminos și valoarea unghiului solid în care radiația este distribuită uniform. Unitatea de măsură a intensității luminoase este candela.

iluminare- densitatea de suprafață a fluxului luminos incident pe suprafață, egală cu raportul dintre fluxul luminos și dimensiunea suprafeței iluminate, peste care este distribuit uniform.

Unitatea de iluminare este lux (lx), egală cu iluminarea creată de un flux luminos de 1 lm, distribuit uniform pe o suprafață de 1 m 2, adică egală cu 1 lm / 1 m 2.

Luminozitate- densitatea suprafeței intensității luminoase într-o direcție dată, egală cu raportul dintre intensitatea luminoasă și aria de proiecție a suprafeței luminoase pe un plan perpendicular pe aceeași direcție.

Unitatea de măsură a luminozității este candela pe metru pătrat (cd/m2).

Luminozitate (luminozitate)- densitatea de suprafață a fluxului luminos emis de suprafață, egală cu raportul dintre fluxul luminos și aria suprafeței luminoase.

Unitatea de luminozitate este 1 lm/m 2 .

Unități de mărime luminoasă în sistemul internațional de unități SI (SI)

Nume valoare	Numele unității	Expresie prin unități SI (SI)	Denumirea unității
			Rusă	între- popular
Puterea luminii	candela	CD	CD	CD
Flux de lumină	lumen	cd sr	lm	lm
energie luminoasă	lumen secundă	cd sr s	lm s	lm s
iluminare	luxos	cd sr / m 2	Bine	lx
Luminozitate	lumeni pe metru pătrat	cd sr / m 2	lm m 2	lm/m2
Luminozitate	candela pe metru pătrat	cd/m2	cd/m2	cd/m2
expunerea la lumină	lux secundă	cd sr s/m 2	lx s	lx s
Energia radiațiilor	joule	kg m2/s2	J	J
Fluxul de radiații, puterea de radiație	watt	kg m 2 / s 3	mar	W
Echivalentul luminos al fluxului de radiație	lumeni pe watt		lm/W	lm/W
Densitatea fluxului de radiație la suprafață	watt pe metru pătrat	kg/s 3	W/m2	w/m2
Puterea energetică a luminii (putere radiantă)	watt pe steradian	kg m2/(s 3 sr)	marți/miercuri	cu sr
Luminozitate energetică	watt pe metru pătrat steradian	kg/(s 3 sr)	W / (sr m 2)	W/(sr m 2)
Iluminare energetică (iradiere)	watt pe metru pătrat	kg/s 3	W/m2	w/m2
Luminozitate energetică (strălucire)	watt pe metru pătrat	kg/s 3	W/m2	w/m2

Exemple:

MANUAL ELECTRIC"
Sub redactia generala. Profesorii MPEI V.G. Gerasimova și alții.
M.: Editura MPEI, 1998