Sveta. Tento článok odhalí čitateľom vlastnosti fotónov, ktoré im umožnia určiť, prečo svetlo prichádza v rôznych jasoch.

Častica alebo vlna?

Začiatkom dvadsiateho storočia si vedci lámali hlavu nad správaním svetelných kvánt – fotónov. Na jednej strane interferencia a difrakcia hovorili o ich vlnovej povahe. Preto sa svetlo vyznačovalo vlastnosťami ako frekvencia, vlnová dĺžka a amplitúda. Na druhej strane presvedčili vedeckú komunitu, že fotóny prenášajú hybnosť na povrchy. To by nebolo možné, keby častice nemali hmotnosť. Fyzici teda museli uznať: elektromagnetické žiarenie je vlna aj hmotný objekt.

Fotónová energia

Ako dokázal Einstein, hmotnosť je energia. Tento fakt dokazuje naše centrálne svietidlo, Slnko. Termonukleárna reakcia premení hmotu vysoko stlačeného plynu na čistú energiu. Ako však určiť silu emitovaného žiarenia? Prečo je napríklad ráno svietivosť slnka nižšia ako napoludnie? Charakteristiky opísané v predchádzajúcom odseku sú vzájomne prepojené špecifickými vzťahmi. A všetky poukazujú na energiu, ktorú nesie elektromagnetické žiarenie. Táto hodnota sa mení smerom nahor, keď:

• zníženie vlnovej dĺžky;
• zvyšovanie frekvencie.

Aká je energia elektromagnetického žiarenia?

Fotón sa líši od ostatných častíc. Jeho hmotnosť, a teda aj energia, existuje len dovtedy, kým sa pohybuje priestorom. Pri zrážke s prekážkou kvantum svetla zvýši svoju vnútornú energiu alebo mu dodá kinetický moment. Samotný fotón však prestáva existovať. V závislosti od toho, čo presne pôsobí ako prekážka, dochádza k rôznym zmenám.

1. Ak je prekážkou pevné teleso, tak ho najčastejšie zohrieva svetlo. Možné sú aj nasledujúce scenáre: fotón zmení smer, stimuluje chemickú reakciu alebo spôsobí, že jeden z elektrónov opustí svoju dráhu a prejde do iného stavu (fotoelektrický efekt).
2. Ak je prekážkou jedna molekula, napríklad z oblaku riedeného plynu vo vesmíre, potom fotón spôsobí, že všetky svoje väzby silnejšie vibrujú.
3. Ak je prekážkou masívne teleso (napríklad hviezda alebo dokonca galaxia), svetlo je skreslené a mení smer pohybu. Tento efekt je založený na schopnosti „nahliadnuť“ do vzdialenej minulosti kozmu.

Veda a ľudstvo

Vedecké údaje sa často zdajú byť niečím abstraktným, pre život nepoužiteľným. To sa deje aj s charakteristikami svetla. Pokiaľ ide o experimentovanie alebo meranie žiarenia hviezd, vedci potrebujú poznať absolútne hodnoty (nazývajú sa fotometrické). Tieto pojmy sú zvyčajne vyjadrené v pojmoch energie a výkonu. Pripomeňme, že výkon sa vzťahuje na rýchlosť zmeny energie za jednotku času a vo všeobecnosti ukazuje množstvo práce, ktorú systém dokáže vyrobiť. Ale človek je obmedzený v schopnosti vnímať realitu. Koža napríklad cíti teplo, no oko nevidí fotón infračerveného žiarenia. Rovnaký problém s jednotkami svietivosti: výkon, ktorý žiarenie v skutočnosti ukazuje, sa líši od výkonu, ktorý dokáže vnímať ľudské oko.

Spektrálna citlivosť ľudského oka

Pripomíname, že nižšie uvedená diskusia sa zameria na priemerné ukazovatele. Všetci ľudia sú iní. Niektorí jednotlivé farby vôbec nevnímajú (farboslepí). Pre ostatných sa kultúra farieb nezhoduje s akceptovaným vedeckým pohľadom. Napríklad Japonci nerozlišujú medzi zelenou a modrou a Briti - modrou a modrou. V týchto jazykoch sú rôzne farby označené jedným slovom.

Jednotka svietivosti závisí od spektrálnej citlivosti priemerného ľudského oka. Maximálne denné svetlo dopadá na fotón s vlnovou dĺžkou 555 nanometrov. To znamená, že vo svetle slnka človek najlepšie vidí zelenú farbu. Maximum nočného videnia je fotón s vlnovou dĺžkou 507 nanometrov. Preto ľudia pod mesiacom lepšie vidia modré predmety. Za súmraku všetko závisí od osvetlenia: čím lepšie je, tým „zelenejšia“ je maximálna farba, ktorú človek vníma.

Štruktúra ľudského oka

Takmer vždy, keď ide o videnie, hovoríme to, čo vidí oko. Toto je nesprávne tvrdenie, pretože mozog vníma predovšetkým. Oko je len prístroj, ktorý prenáša informácie o svetelnom výstupe do hlavného počítača. A ako každý nástroj, aj celý systém vnímania farieb má svoje obmedzenia.

V ľudskej sietnici sú dva rôzne typy buniek – čapíky a tyčinky. Prvé sú zodpovedné za denné videnie a lepšie vnímajú farby. Tie poskytujú nočné videnie, vďaka paličkám človek rozlišuje medzi svetlom a tieňom. Ale nevnímajú farby dobre. Palice sú tiež citlivejšie na pohyb. Preto, ak sa človek prechádza mesačným parkom či lesom, zbadá každé hojdanie konárov, každý závan vetra.

Evolučný dôvod tohto oddelenia je jednoduchý: máme jedno slnko. Mesiac svieti odrazeným svetlom, čo znamená, že jeho spektrum sa príliš nelíši od spektra centrálneho svietidla. Preto je deň rozdelený na dve časti – osvetlenú a tmavú. Ak by ľudia žili v systéme dvoch alebo troch hviezd, potom by naša vízia mala pravdepodobne viac komponentov, z ktorých každý bol prispôsobený spektru jedného svietidla.

Musím povedať, že na našej planéte sú stvorenia, ktorých zrak je odlišný od ľudského. Napríklad obyvatelia púšte vnímajú infračervené svetlo očami. Niektoré ryby vidia blízko ultrafialového žiarenia, keďže toto žiarenie preniká najhlbšie do vodného stĺpca. Naše mačky a psy vnímajú farby inak a ich spektrum je obmedzené: sú lepšie prispôsobené šerosvitu.

Ale každý je iný, ako sme už spomenuli vyššie. Niektorí predstavitelia ľudstva vidia blízke infračervené svetlo. Neznamená to, že by nepotrebovali termokamery, no sú schopné vnímať o niečo červenšie odtiene ako väčšina. Iní vyvinuli ultrafialovú časť spektra. Takýto prípad je opísaný napríklad vo filme „Planet Ka-Pax“. Hlavný hrdina tvrdí, že prišiel z iného hviezdneho systému. Vyšetrenie odhalilo, že mal schopnosť vidieť ultrafialové žiarenie.

Dokazuje to, že Prot je mimozemšťan? nie Niektorí ľudia to dokážu. Okrem toho blízke ultrafialové žiarenie tesne susedí s viditeľným spektrom. Niet divu, že niektorí ľudia berú o niečo viac. Superman však rozhodne nepochádza zo Zeme: röntgenové spektrum je príliš ďaleko od viditeľného, ​​aby sa takéto videnie dalo vysvetliť z ľudského hľadiska.

Absolútne a relatívne jednotky na určenie svetelného toku

Veličina nezávislá od spektrálnej citlivosti, ktorá udáva tok svetla v známom smere, sa nazýva „kandela“. Rovnako sa vyslovuje aj pohonná jednotka, už s „ľudskejším“ postojom. Rozdiel je iba v matematickom označení týchto pojmov: absolútna hodnota má dolný index "e", vzhľadom na ľudské oko - "υ". Ale nezabudnite, že veľkosti týchto kategórií sa budú značne líšiť. Toto treba brať do úvahy pri riešení skutočných problémov.

Vyčíslenie a porovnanie absolútnych a relatívnych hodnôt

Aby sme pochopili, v čom sa meria sila svetla, je potrebné porovnať „absolútnu“ a „ľudskú“ hodnotu. Na pravej strane sú čisto fyzikálne pojmy. Vľavo sú hodnoty, do ktorých sa premenia pri prechode systémom ľudského oka.

1. Sila žiarenia sa stáva silou svetla. Pojmy sa merajú v kandelách.
2. Energetický jas sa zmení na jas. Hodnoty sú vyjadrené v kandelách na meter štvorcový.

Čitateľ tu určite videl známe slová. Ľudia veľakrát v živote povedia: „Veľmi jasné slnko, poďme do tieňa“ alebo „Rozjasni monitor, film je príliš ponurý a tmavý.“ Dúfame, že článok trochu objasní, odkiaľ tento koncept pochádza, ako aj to, ako sa nazýva jednotka intenzity osvetlenia.

Vlastnosti konceptu "candela"

Tento pojem sme už spomenuli vyššie. Vysvetlili sme tiež, prečo sa to isté slovo používa na označenie úplne odlišných pojmov fyziky súvisiacich so silou elektromagnetického žiarenia. Takže jednotka merania intenzity svetla sa nazýva kandela. Ale čomu sa to rovná? Jedna kandela je intenzita svetla v známom smere zo zdroja, ktorý vyžaruje striktne monochromatické žiarenie s frekvenciou 5,4 * 10 14 a energetická sila zdroja v tomto smere je 1/683 wattu na jednotku priestorového uhla. Čítačka môže ľahko previesť frekvenciu na vlnovú dĺžku, vzorec je veľmi jednoduchý. Vyzveme vás: výsledok leží vo viditeľnej oblasti.

Jednotka merania intenzity svetla sa z nejakého dôvodu nazýva „kandela“. Tí, ktorí vedia po anglicky, si pamätajú, že sviečka je sviečka. Predtým sa mnohé oblasti ľudskej činnosti merali v prírodných parametroch, napríklad konská sila, milimetre ortuti. Nie je teda prekvapujúce, že mernou jednotkou intenzity svetla je kandela, jedna sviečka. Len sviečka je veľmi zvláštna: má presne špecifikovanú vlnovú dĺžku a produkuje špecifický počet fotónov za sekundu.

Prevodník dĺžky a vzdialenosti Prevodník hmotnosti Hromadný konvertor objemu potravín a jedla Konvertor objemu a jednotiek receptov Konvertor teploty Konvertor tlaku, stresu, Youngovho modulu Konvertor energie a práce Konvertor energie Konvertor sily Konvertor času Konvertor lineárnej rýchlosti Konvertor s plochým uhlom Tepelná účinnosť a palivová účinnosť Konvertor čísel v rôznych číselných sústavách Prevodník jednotiek merania množstva informácií Menové kurzy Rozmery dámskeho oblečenia a obuvi Rozmery pánskeho oblečenia a obuvi Menič uhlovej rýchlosti a rotačnej frekvencie Menič zrýchlenia Menič uhlového zrýchlenia Menič hustoty Menič špecifického objemu Moment meniča zotrvačnosti Moment meniča sily Prevodník krútiaceho momentu Prevodník mernej výhrevnosti (hmotnostne) Prevodník hustoty energie a mernej výhrevnosti (objemovo) Prevodník rozdielu teplôt Prevodník koeficientu Koeficient tepelnej rozťažnosti Konvertor tepelného odporu Konvertor tepelnej vodivosti Konvertor mernej tepelnej kapacity Konvertor Vystavenie energie a sálavý výkon Konvertor tepelného toku Hustota toku Konvertor Koeficient prenosu tepla Konvertor objemového toku Konvertor hmotnostného toku Konvertor molárneho toku Konvertor hmotnostného toku Konvertor hustoty roztoku Dynamický konvertor Molárna koncentrácia Kinematický konvertor viskozity Konvertor povrchového napätia Konvertor prenosu pár Konvertor prenosu pár a rýchlosti prenosu pár Konvertor úrovne zvuku Konvertor mikrofónovej citlivosti Hladina akustického tlaku (SPL) Konvertor akustického tlaku Konvertor hladiny akustického tlaku s voliteľným referenčným tlakom Konvertor jasu Konvertor svetelnej intenzity Frekvenčný konvertor Osvetlenie Počítač Konvertor podsvietenia Prevodník výkonu na dioptriu vlnovej dĺžky x a ohniskovej vzdialenosti Výkon a zväčšenie šošovky (×) Prevodník elektrického náboja Lineárny prevodník hustoty náboja Prevodník hustoty povrchového náboja Prevodník objemového náboja Prevodník hustoty elektrického prúdu Prevodník hustoty lineárneho prúdu Prevodník hustoty povrchového prúdu Prevodník intenzity elektrického poľa Prevodník elektrostatického potenciálu a napätia Prevodník elektrického napätia Prevodník elektrického odporu Prevodník elektrickej vodivosti Prevodník elektrickej vodivosti Konvertor kapacity Indukčnosť Konvertor US Wire Gauge Converter Úrovne v dBm (dBm alebo dBmW), dBV (dBV), wattoch atď. jednotky Magnetomotorický menič sily Menič sily magnetického poľa Menič magnetického toku Magnetoindukčný menič Žiar. Konvertor rádioaktivity absorbovaného dávkového príkonu ionizujúceho žiarenia. Rádioaktívny rozpadový konvertor Žiarenie. Prevodník dávky expozície Žiarenie. Prevodník absorbovanej dávky Prevodník desiatkovej predpony Prevod údajov Typografia a spracovanie obrazu Prevodník jednotiek Drevo Objem Prevodník jednotiek Výpočet molárnej hmotnosti Periodická tabuľka chemických prvkov od D. I. Mendelejeva

Pôvodná hodnota

Prevedená hodnota

Sviečka Candela (nemčina) Sviečka (Spojené kráľovstvo) Desatinná sviečka Pentánová sviečka Pentánová sviečka (10 St) Hefnerova sviečka Jednotka Carcel Sviečka Desatinná (francúzska) Lumen/Steradian Candle (medzinárodná)

Viac o sile svetla

Všeobecné informácie

Intenzita svetla je sila svetelného toku v rámci určitého priestorového uhla. To znamená, že sila svetla neurčuje všetko svetlo v priestore, ale iba svetlo vyžarované v určitom smere. V závislosti od svetelného zdroja sa intenzita svetla znižuje alebo zvyšuje so zmenou priestorového uhla, hoci niekedy je táto hodnota rovnaká pre akýkoľvek uhol, pokiaľ zdroj šíri svetlo rovnomerne. Sila svetla je fyzikálnou vlastnosťou svetla. V tomto sa líši od jasu, pretože v mnohých prípadoch, keď ľudia hovoria o jase, majú na mysli subjektívny pocit, a nie fyzikálne množstvo. Jas tiež nezávisí od priestorového uhla, ale je vnímaný vo všeobecnom priestore. Jeden a ten istý zdroj s konštantnou intenzitou svetla môžu ľudia vnímať ako svetlo rôzneho jasu, keďže toto vnímanie závisí od okolitých podmienok a od individuálneho vnímania každého človeka. Tiež jas dvoch zdrojov s rovnakou intenzitou osvetlenia môže byť vnímaný odlišne, najmä ak jeden dáva rozptýlené svetlo a druhý - smerový. V tomto prípade sa bude smerový zdroj javiť jasnejší, napriek tomu, že intenzita svetla oboch zdrojov je rovnaká.

Intenzita svetla sa považuje za jednotku výkonu, aj keď sa od bežného poňatia výkonu líši tým, že závisí nielen od energie vyžarovanej zdrojom svetla, ale aj od vlnovej dĺžky svetla. Citlivosť človeka na svetlo závisí od vlnovej dĺžky a vyjadruje sa ako funkcia relatívnej spektrálnej svetelnej účinnosti. Intenzita svetla závisí od svetelnej účinnosti, ktorá dosahuje maximum pre svetlo s vlnovou dĺžkou 550 nanometrov. Toto je zelené. Oko je menej citlivé na svetlo s dlhšími alebo kratšími vlnovými dĺžkami.

V sústave SI sa intenzita osvetlenia meria v candelach(cd). Jedna kandela sa približne rovná intenzite svetla vyžarovaného jednou sviečkou. Niekedy sa používa aj zastaraná jednotka, sviečka(alebo medzinárodná sviečka), hoci vo väčšine prípadov bola táto jednotka nahradená kandelou. Jedna sviečka sa približne rovná jednej kandele.

Ak zmeriate intenzitu svetla pomocou roviny, ktorá ukazuje šírenie svetla, ako na obrázku, môžete vidieť, že množstvo intenzity svetla závisí od smeru k svetelnému zdroju. Napríklad, ak zoberieme smer maximálneho vyžarovania LED žiarovky ako 0°, potom nameraná intenzita osvetlenia v smere 180° bude oveľa nižšia ako pri 0°. Pri difúznych zdrojoch sa veľkosť svietivosti pre 0° a 180° nebude veľmi líšiť a môže byť rovnaká.

Na obrázku svetlo vyžarované dvoma zdrojmi, červeným a žltým, pokrýva rovnakú oblasť. Žlté svetlo je difúzne, ako svetlo sviečok. Jeho sila je približne 100 cd, bez ohľadu na smer. Červená - naopak, nasmerovaná. V smere 0°, kde je vyžarovanie maximálne, je jeho sila 225 cd, no pri odchýlke od 0° táto hodnota rapídne klesá. Napríklad svietivosť je 125 cd pri nasmerovaní na zdroj 30° a len 50 cd pri nasmerovaní pod uhlom 80°.

Sila svetla v múzeách

Pracovníci múzea merajú intenzitu svetla v priestoroch múzea, aby určili optimálne podmienky pre návštevníkov na prezeranie vystavených diel a zároveň poskytli jemné svetlo, ktoré čo najmenej škodí múzejným exponátom. Múzejné exponáty obsahujúce celulózu a farbivá, najmä tie, ktoré sú vyrobené z prírodných materiálov, sa po dlhšom vystavení svetlu zhoršujú. Celulóza poskytuje pevnosť tkanine, papieru a dreveným výrobkom; často v múzeách je veľa exponátov týchto materiálov, takže svetlo vo výstavných sieňach je veľkým nebezpečenstvom. Čím silnejšia je intenzita svetla, tým viac sa kazia múzejné exponáty. Svetlo okrem toho, že sa ničí, tiež odfarbuje alebo žltne celulózové materiály, ako je papier a látky. Niekedy sa papier alebo plátno, na ktorom sú obrazy namaľované, znehodnotí a rozpadne rýchlejšie ako farba. To je obzvlášť problematické, pretože farby na obrázku sa dajú ľahšie obnoviť ako základ.

Poškodenie múzejných exponátov závisí od vlnovej dĺžky svetla. Takže napríklad svetlo v oranžovom spektre je najmenej škodlivé a modré svetlo je najnebezpečnejšie. To znamená, že svetlo s dlhšou vlnovou dĺžkou je bezpečnejšie ako svetlo s kratšou vlnovou dĺžkou. Mnohé múzeá využívajú tieto informácie a nielenže kontrolujú celkové množstvo svetla, ale aj obmedzujú modré svetlo pomocou svetlooranžových filtrov. Zároveň sa snažia voliť filtre také ľahké, aby síce filtrovali modré svetlo, no umožnili návštevníkom naplno si vychutnať diela vystavené vo výstavnej sieni.

Je dôležité nezabúdať, že exponáty sa kazia nielen svetlom. Len na základe sily svetla je preto ťažké predpovedať, ako rýchlo sa rozložia materiály, z ktorých sú vyrobené. Pre dlhodobé skladovanie v priestoroch múzea je potrebné používať nielen slabé osvetlenie, ale aspoň vo výstavných vitrínach udržiavať nízku vlhkosť, ako aj nízke množstvo kyslíka vo vzduchu.

V múzeách, kde je zakázané fotografovať s bleskom, sa často hovorí o škodlivosti svetla pre múzejné exponáty, najmä ultrafialové. Toto je prakticky neopodstatnené. Rovnako ako obmedzenie celého spektra viditeľného svetla je oveľa menej efektívne ako obmedzenie modrého svetla, zákaz bleskov má malý vplyv na rozsah svetelného poškodenia exponátov. Počas experimentov vedci zaznamenali mierne poškodenie akvarelov spôsobené profesionálnym štúdiovým bleskom až po viac ako milióne zábleskov. Záblesk každé štyri sekundy vo vzdialenosti 120 centimetrov od exponátu je takmer ekvivalentný svetlu, ktoré sa zvyčajne vyskytuje vo výstavných halách, kde je množstvo svetla riadené a modré svetlo je filtrované. Tí, ktorí fotia v múzeách, používajú takéto výkonné blesky len zriedka, keďže väčšina návštevníkov nie sú profesionálni fotografi a fotia telefónmi a kompaktnými fotoaparátmi. Každé štyri sekundy blesky v halách fungujú len zriedka. Poškodenie ultrafialovým žiarením vyžarovaným bleskom je tiež vo väčšine prípadov malé.

Svietivosť svietidiel

Je zvykom popisovať vlastnosti svietidiel pomocou svietivosti, ktorá sa líši od svetelného toku - veličiny, ktorá určuje celkové množstvo svetla a ukazuje, aký jasný je tento zdroj vo všeobecnosti. Na určenie svetelných vlastností svietidiel, napríklad LED, je vhodné použiť intenzitu svetla. Pri ich kúpe pomáha informácia o intenzite svetla určiť, akou silou a akým smerom sa bude svetlo šíriť a či je takéto svietidlo pre kupujúceho vhodné.

Rozloženie intenzity svetla

Okrem samotnej intenzity svetla pomáhajú pochopiť, ako sa bude lampa správať, krivky rozloženia intenzity svetla. Takéto diagramy uhlového rozloženia svietivosti sú uzavreté krivky v rovine alebo v priestore v závislosti od symetrie svietidla. Pokrývajú celú oblasť rozloženia svetla tohto svietidla. Diagram znázorňuje veľkosť svietivosti v závislosti od smeru jej merania. Graf je zvyčajne zostavený buď v polárnych alebo pravouhlých súradnicových systémoch, v závislosti od zdroja svetla, pre ktorý je graf zostavený. Často sa umiestňuje na obal lampy, aby pomohol zákazníkovi predstaviť si, ako sa lampa bude správať. Tieto informácie sú dôležité pre dizajnérov a svetelných technikov, najmä pre tých, ktorí pracujú v oblasti kina, divadla, organizácie výstav a predstavení. Rozloženie intenzity osvetlenia má vplyv aj na bezpečnosť pri jazde, preto inžinieri navrhujúci osvetlenie vozidiel využívajú krivky rozloženia intenzity osvetlenia. Musia spĺňať prísne pravidlá upravujúce rozloženie intenzity svetla vo svetlometoch, aby bola zaistená maximálna bezpečnosť na cestách.

Príklad na obrázku je v polárnom súradnicovom systéme. A je stred svetelného zdroja, odkiaľ sa svetlo šíri rôznymi smermi, B je svietivosť v kandelách a C je uhol merania smeru svetla, pričom 0° je smer maximálnej svietivosti. zdroja.

Meranie sily a rozloženia intenzity svetla

Sila svetla a jeho rozloženie sa meria špeciálnymi prístrojmi, goniofotometre a goniometre. Existuje niekoľko typov týchto zariadení, napríklad s pohyblivým zrkadlom, ktoré umožňuje merať intenzitu svetla z rôznych uhlov. Niekedy sa namiesto zrkadla pohybuje samotný zdroj svetla. Typicky sú tieto zariadenia veľké, so vzdialenosťou až 25 metrov medzi lampou a senzorom, ktorý meria intenzitu svetla. Niektoré zariadenia pozostávajú z gule s meracím zariadením, zrkadlom a lampou vo vnútri. Nie všetky goniofotometre sú veľké, nájdu sa aj malé, ktoré sa pri meraní pohybujú okolo svetelného zdroja. Pri kúpe goniofotometra zohráva rozhodujúcu úlohu okrem iných faktorov aj cena, veľkosť, výkon a maximálna veľkosť svetelného zdroja, ktorý dokáže merať.

Polovičný uhol jasu

Uhol polovičného jasu, niekedy tiež nazývaný uhol žiary, je jednou z veličín, ktoré pomáhajú opísať svetelný zdroj. Tento uhol udáva, ako nasmerovaný alebo rozptýlený je zdroj svetla. Je definovaný ako uhol svetelného kužeľa, pri ktorom sa svietivosť zdroja rovná polovici jeho maximálnej intenzity. V príklade na obrázku je maximálna svietivosť zdroja 200 cd. Skúsme určiť uhol polovičného jasu pomocou tohto grafu. Polovičná svietivosť zdroja sa rovná 100 cd. Uhol, pri ktorom svietivosť lúča dosiahne 100 cd., teda uhol polovičného jasu, sa na grafe rovná 60+60=120° (polovica uhla je znázornená žltou farbou). Pre dva svetelné zdroje s rovnakým celkovým množstvom svetla užší uhol polovičného jasu znamená, že jeho svietivosť je väčšia v porovnaní s druhým svetelným zdrojom pre uhly medzi 0° a polovičným uhlom jasu. To znamená, že smerové zdroje majú užší uhol polovičného jasu.

Široký aj úzky uhol polovičného jasu má výhody a ktorý z nich si vybrať, závisí od použitia daného svetelného zdroja. Takže napríklad na potápanie sa oplatí zvoliť baterku s úzkym uhlom polovičnej svietivosti, ak je vo vode dobrá viditeľnosť. Ak je viditeľnosť zlá, potom nemá zmysel používať takúto baterku, pretože len zbytočne plytvá energiou. V tomto prípade je lepšia baterka so širokým uhlom polovičnej svietivosti, ktorá svetlo dobre rozptýli. Taktiež takáto baterka pomôže pri fotení a natáčaní videa, pretože osvetlí širší priestor pred fotoaparátom. Niektoré potápačské svetlá vám umožňujú manuálne nastaviť polovičný uhol jasu, čo je praktické, pretože potápači nemôžu vždy predpovedať, aká bude viditeľnosť tam, kde sa potápajú.

Uverejnite otázku v TCTerms a do niekoľkých minút dostanete odpoveď.

Otázka, v čom sa meria svetelný tok, začala byť pre používateľov osvetľovacích zariadení dôležitá až vtedy, keď sa objavili typy svietidiel, ktorých jas sa nerovnal spotrebe energie meranej vo wattoch.

Poďme zistiť, ako súvisí pojem jas s pojmom osvetlenie, ako si viete predstaviť rozloženie toku svetla po miestnosti a vybrať správne svietidlo.

Čo je to svetelný tok?

Tok svetla je sila svetelného žiarenia viditeľného ľudským okom; svetelná energia vyžarovaná povrchom (svetelná alebo reflexná). Energia svetelného toku sa meria v lumen-sekundách a zodpovedá toku 1 lumen, emitovanému alebo vnímanému za 1 sekundu. Tento údaj popisuje celkový prietok, neberie do úvahy koncentračnú účinnosť celého zariadenia. Tento odhad zahŕňa aj rozptýlené, zbytočné svetlo, takže rovnaký počet lúmenov možno nájsť v zdrojoch rôznych dizajnov.

Je potrebné rozlišovať medzi svetelnou hodnotou a energetickou hodnotou – tá charakterizuje svetlo bez ohľadu na jeho vlastnosť vyvolávať zrakové vnemy. Každá fotometrická veličina svetla má analóg, ktorý možno kvantifikovať v jednotkách energie alebo výkonu. Pre svetelnú energiu je takýmto analógom energia žiarenia (energia žiarenia), meraná v jouloch.

Jednotka svetelného toku

1 lumen je svetlo vyžarované zdrojom so svietivosťou 1 kandela v priestorovom uhle 1 steradián. 100-wattová žiarovka generuje približne 1 000 lúmenov svetla. Čím je zdroj svetla jasnejší, tým viac lúmenov vyžaruje.

Okrem lumenov existujú aj iné merné jednotky, ktoré umožňujú charakterizovať svetlo. Je možné merať priestorovú a plošnú hustotu toku – takto zistíme silu svetla a osvetlenia. Intenzita svetla sa meria v kandelách, osvetlenie sa meria v luxoch. Pre spotrebiteľa je však dôležitejšie zistiť, v akých jednotkách je jas žiaroviek a iných svietidiel uvedený v predaji. Niektorí výrobcovia uvádzajú počet lúmenov na watt. Takto sa meria svetelná účinnosť (svetelný výkon): koľko svetla vydá lampa pri spotrebe 1 wattu.

Definovanie vzorcov

Keďže akýkoľvek svetelný zdroj ho vyžaruje nerovnomerne, počet lúmenov nie úplne charakterizuje svietidlo. Intenzitu svetla v kandeli môžete vypočítať vydelením jeho toku, vyjadreného v lúmenoch, priestorovým uhlom meraným v steradiánoch. Pomocou tohto vzorca bude možné vziať do úvahy celkový počet lúčov prichádzajúcich zo zdroja, keď prechádzajú cez povrch imaginárnej gule a vytvárajú na nej kruh.

Vynára sa však otázka, čo v praxi udáva počet kandel, ktoré nájdeme; len podľa parametra svietivosti nie je možné nájsť vhodnú LED alebo baterku, treba brať do úvahy aj pomer uhla rozptylu, ktorý závisí od konštrukcie zariadenia. Pri výbere svietidiel, ktoré svietia rovnomerne vo všetkých smeroch, je dôležité pochopiť, či sú vhodné pre ciele kupujúceho.

Ak boli staršie žiarovky v rôznych miestnostiach vybrané na základe počtu wattov, potom pred zakúpením LED lámp budete musieť vypočítať ich celkový jas v lúmenoch a potom toto číslo rozdeliť na plochu miestnosti. Takto sa vypočíta osvetlenie, ktoré sa meria v luxoch: 1 lux je 1 lumen na 1 m². Existujú štandardy osvetlenia miestností na rôzne účely.

Meranie svetelného toku

Pred uvedením výrobkov na trh výrobca v laboratóriu definuje a meria vlastnosti osvetľovacieho zariadenia. Doma, bez špeciálneho vybavenia, je to nereálne. Čísla uvedené výrobcom však môžete skontrolovať pomocou vyššie uvedených vzorcov pomocou kompaktného merača svetla.

Náročnosť presného merania parametrov svetla spočíva v tom, že prichádza vo všetkých možných smeroch šírenia. Preto sa v laboratóriách používajú gule s vnútorným povrchom, ktorý má vysokú odrazivosť – sférické fotometre; používajú sa aj na meranie dynamického rozsahu kamier, t.j. fotosenzitivita ich matríc.

V každodennom živote má väčší zmysel merať také dôležité svetelné parametre, ako je osvetlenie miestnosti a koeficient pulzácie. Vysoké vlnenie a slabé osvetlenie spôsobujú, že ľudia príliš namáhajú oči, čo spôsobuje rýchlejšie únavu.

Pulzačný koeficient svetelného toku je indikátor, ktorý charakterizuje stupeň jeho nerovnomernosti. Prípustné úrovne týchto koeficientov sú regulované spoločnosťou SanPiN.

Nie vždy je možné voľným okom vidieť, že žiarovka bliká. Napriek tomu aj mierny prebytok pulzačného koeficientu negatívne ovplyvňuje centrálny nervový systém človeka a tiež znižuje výkon. Svetlo, ktoré môže nerovnomerne pulzovať, vyžarujú všetky obrazovky: monitory počítačov a notebookov, displeje tabletov a mobilných telefónov a televízna obrazovka. Pulzácia sa meria luxmetrom-pulzometrom.

Čo je to candela?

Ďalšou dôležitou charakteristikou svetelného zdroja je kandela, ktorá je zahrnutá v 7 jednotkách medzinárodného systému jednotiek (SI), ktoré prijala Generálna konferencia pre váhy a miery. Spočiatku sa 1 kandela rovnala žiareniu 1 sviečky, ktorá sa brala ako štandard. Odtiaľ pochádza názov tejto mernej jednotky. Teraz sa určuje podľa špeciálneho vzorca.

Candela je intenzita svetla meraná výlučne v danom smere. Rozloženie lúčov na časti gule ohraničenej priestorovým uhlom nám umožňuje vypočítať hodnotu rovnajúcu sa pomeru svetelného toku k tomuto uhlu. Na rozdiel od lumenov sa táto hodnota používa na určenie intenzity lúčov. Toto neberie do úvahy zbytočné, rozptýlené svetlo.

Baterka a stropná lampa budú mať iný kužeľ svetla, pretože lúče dopadajú pod rôznymi uhlami. Kandely (presnejšie milikandely) sa používajú na indikáciu svietivosti zdrojov so smerovou žiarou: indikačné LED diódy, baterky.

Lumeny a Lux

V lúmenoch sa meria množstvo svetelného toku, čo je charakteristika jeho zdroja. Počet lúčov, ktoré dosiahli akýkoľvek povrch (odrazu alebo pohlcovania), už bude závisieť od vzdialenosti medzi zdrojom a týmto povrchom.

Úroveň osvetlenia sa meria v luxoch (lx) špeciálnym prístrojom - luxmetrom. Najjednoduchší luxmeter pozostáva zo selénovej fotobunky, ktorá premieňa svetlo na energiu elektrického prúdu, a ručičkového mikroampérmetra, ktorý tento prúd meria.

Spektrálna citlivosť selénovej fotobunky sa líši od citlivosti ľudského oka, preto je v rôznych podmienkach potrebné použiť korekčné faktory. Najjednoduchšie expozimetre sú určené na meranie jedného typu osvetlenia, ako je denné svetlo. Bez použitia koeficientov môže byť chyba aj viac ako 10 %.

Luxmetre vysokej triedy sú vybavené svetelnými filtrami, špeciálnymi guľovými alebo valcovými dýzami (na meranie priestorového osvetlenia), prípravkami na meranie jasu a kontrolu citlivosti prístroja. Ich chybovosť je asi 1 %.

Zlé osvetlenie priestorov prispieva k rozvoju krátkozrakosti, nepriaznivo ovplyvňuje výkonnosť, spôsobuje únavu a pokles nálady.

Minimálne osvetlenie plochy počítačového stola podľa SanPiN je 400 luxov. Školské lavice musia mať osvetlenie najmenej 500 luxov.

Lumen a watt

Energeticky úsporné žiarovky s rovnakým svetelným výkonom spotrebujú 5-6 krát menej elektrickej energie ako žiarovky. LED - 10-12 krát menej. Výkon svetelného toku už nezávisí od počtu wattov. Výrobcovia však vždy uvádzajú watty, pretože použitie príliš výkonných žiaroviek v kazetách, ktoré nie sú určené na takéto zaťaženie, vedie k poškodeniu elektrických spotrebičov alebo skratu.

Ak usporiadate najbežnejšie typy žiaroviek vo vzostupnom poradí podľa svetelného výkonu, môžete získať nasledujúci zoznam:

1. Žiarovka - 10 lumenov / watt.
2. Halogén - 20 lumenov / watt.
3. Ortuť - 60 lumenov / watt.
4. Úspora energie - 65 lumenov/watt.
5. Kompaktná žiarivka - 80 lumenov/watt.
6. Halogenid kovu - 90 lumenov / watt.
7. Svetelná dióda (LED) - 120 lumenov / watt.

Väčšina ľudí je ale zvyknutá pri kúpe žiaroviek pozerať na počet wattov udávaný výrobcom. Ak chcete vypočítať, koľko wattov na meter štvorcový potrebujete, musíte sa najprv rozhodnúť, aké jasné by malo byť svetlo v miestnosti. 20 wattové žiarovky na 1 m² - takéto osvetlenie je vhodné pre pracovisko alebo obývaciu izbu; pre spálňu bude stačiť 10-12 wattov na 1 m². Pri nákupe energeticky úsporných žiaroviek sú tieto čísla delené 5. Je dôležité vziať do úvahy výšku stropu: ak je vyšší ako 3 m, celkový počet wattov by sa mal vynásobiť 1,5.

Každý, kto začne študovať charakteristiky svietidiel a určitých typov svietidiel, sa určite stretne s takými pojmami, ako je osvetlenie, svetelný tok a intenzita osvetlenia. Čo znamenajú a ako sa navzájom líšia?

Skúsme tieto veličiny pochopiť jednoduchými, zrozumiteľnými slovami. Ako sú prepojené, ich merné jednotky a ako sa to celé dá zmerať bez špeciálnych prístrojov.

Čo je to svetelný tok

V starých dobrých časoch bol hlavným parametrom, podľa ktorého bola žiarovka vybraná na chodbe, v kuchyni, v hale, jej sila. Nikoho nikdy nenapadlo pýtať sa v obchode na nejaký druh lumenov alebo kandel.

Dnes, s rýchlym vývojom LED a iných typov svietidiel, je chodenie do obchodu pre nové kópie sprevádzané množstvom otázok nielen o cene, ale aj o ich vlastnostiach. Jedným z najdôležitejších parametrov je svetelný tok.

Zjednodušene povedané, svetelný tok je množstvo svetla, ktoré lampa vydáva.

Nezamieňajte si však svetelný tok jednotlivých LED so svetelným tokom zmontovaných svietidiel. Môžu sa výrazne líšiť.

Treba si uvedomiť, že svetelný tok je len jednou z mnohých charakteristík svetelného zdroja. Okrem toho jeho hodnota závisí od:

• zo zdroja energie

Tu je tabuľka tejto závislosti pre LED lampy:

A toto sú tabuľky ich porovnania s inými typmi žiaroviek, žiariviek, DRL, HPS:

ŽiarovkaFluorescenčná lampa Halogénový HPS DRL

Sú tu však nuansy. LED technológia sa stále vyvíja a je dosť možné, že LED žiarovky rovnakého výkonu, no od rôznych výrobcov, budú mať úplne iné svetelné toky.

Ide len o to, že niektorí z nich išli viac vpred a naučili sa streliť viac lumenov na watt ako iní.

Niekto sa opýta, na čo sú všetky tieto stoly? Aby vás predajcovia a výrobcovia hlúpo neklamali.

Na krabici krásne napíšu:

• výkon 9W

• svetelný výkon 1000lm

• analógová žiarovka 100W

Na čo sa pozriete ako prvé? To je pravda, čo je známejšie a zrozumiteľnejšie - indikátory analógu žiarovky.

Ale s takou silou nebudete blízko starého svetla. Začnite nadávať na LED diódy a technológiu ich nedokonalostí. A ide o to, že sa ukáže, že je to bezohľadný výrobca a jeho produkt.

• z efektívnosti

To znamená, ako efektívne konkrétny zdroj premieňa elektrickú energiu na svetlo. Napríklad obyčajná žiarovka má návratnosť 15 lm/W a vysokotlaková sodíková výbojka má návratnosť 150 lm/W.

Ukazuje sa, že ide o 10-krát efektívnejší zdroj ako obyčajná žiarovka. S rovnakým výkonom máte 10-krát viac svetla!

Svetelný tok sa meria v lúmenoch - Lm.

Čo je 1 Lumen? Počas dňa pri bežnom svetle sú naše oči najcitlivejšie na zelenú. Napríklad, ak vezmeme dve lampy s rovnakou silou modrej a zelenej, zelená sa nám všetkým bude zdať jasnejšia.

Zelená vlnová dĺžka je 555 nm. Takéto žiarenie sa nazýva monochromatické, pretože obsahuje veľmi úzky rozsah.

Samozrejme, v skutočnosti je zelená doplnená inými farbami, takže nakoniec môžete získať bielu.

Ale keďže citlivosť ľudského oka je maximálna na zelenú, potom sú na ňu viazané lúmeny.

Takže svetelný tok jedného lúmenu, presne rovnaký, zodpovedá zdroju, ktorý vyžaruje svetlo s vlnovou dĺžkou 555 nm. V tomto prípade je výkon takéhoto zdroja 1/683 W.

Prečo práve 1/683 a nie 1 W? Hodnota 1/683 W vznikla historicky. Spočiatku bola hlavným zdrojom svetla obyčajná sviečka a žiarenie všetkých nových lámp a lámp sa porovnávalo so svetlom zo sviečky.

V súčasnosti je táto hodnota 1/683 legalizovaná mnohými medzinárodnými dohodami a je všade akceptovaná.

Prečo potrebujeme také množstvo ako svetelný tok? S jeho pomocou môžete ľahko vypočítať osvetlenie miestnosti.

To priamo ovplyvňuje víziu človeka.

Rozdiel medzi osvetlením a svetelným tokom

Zároveň si mnohí mýlia merné jednotky Lumen s Lux. Pamätajte, že lux je miera osvetlenia.

Ako jasne vysvetliť ich rozdiel? Predstavte si tlak a silu. Len s malou ihlou a malou silou je možné vytvoriť vysoký špecifický tlak v jednom bode.

Tiež pomocou slabého svetelného toku je možné vytvoriť vysoké osvetlenie v jednej oblasti povrchu.

1 Lux je, keď 1 Lumen dopadá na 1 m2 osvetlenej plochy.

Povedzme, že máte lampu so svetelným tokom 1000 lm. V spodnej časti tejto lampy je stolík.

Na povrchu tohto stola musí byť určité množstvo svetla, aby ste mohli pohodlne pracovať. Primárnym zdrojom pre štandardy osvetlenia sú požiadavky kódexu praxe SP 52.13330

Pre typické pracovisko je to 350 luxov. Pre miesto, kde sa vykonáva precízna drobná práca - 500 Lx.

Toto osvetlenie bude závisieť od mnohých parametrov. Napríklad zo vzdialenosti k zdroju svetla.

Z cudzích predmetov v blízkosti. Ak je stôl pri bielej stene, bude tam viac apartmánov ako pri tmavej. Odraz určite ovplyvní celkový výsledok.

Je možné merať akékoľvek osvetlenie. Ak nemáte špeciálne luxmetre, použite programy v moderných smartfónoch.

Buďte však pripravení na chyby. Ale aby bolo možné vykonať počiatočnú analýzu, telefón bude fungovať dobre.

Výpočet svetelného toku

A ako zistiť približný svetelný tok v lúmenoch úplne bez meracích prístrojov? Tu môžete použiť hodnoty svetelného výkonu a ich úmernú závislosť od prietoku.

Svetelný tok- sila svetelného žiarenia, t. j. viditeľného žiarenia, odhadnutá podľa svetelného pocitu, ktorý vytvára na ľudské oko. Svetelný výkon sa meria v lúmenoch.

Napríklad žiarovka (100 W) vyžaruje svetelný tok rovný 1350 lm a žiarivka LB40 - 3200.

Jeden lumen sa rovná svetelnému toku vyžarovanému bodovým izotropným zdrojom, so svietivosťou rovnajúcou sa jednej kandele, do priestorového uhla, jeden steradián (1 lm = 1 cd sr).

Celkový svetelný tok vytvorený izotropným zdrojom so svietivosťou jednej kandela sa rovná 4π lúmenov.

Existuje ďalšia definícia: jednotka svetelného toku je lumen(lm), rovná sa toku vyžarovanému čiernym telesom z oblasti ​​​​​​​​​​​mm2 pri teplote tuhnutia platiny (1773 °C), alebo 1 sviečka 1 steradián.

Sila svetla- priestorová hustota svetelného toku, rovná pomeru svetelného toku k hodnote priestorového uhla, v ktorom je žiarenie rovnomerne rozložené. Jednotkou intenzity svetla je kandela.

osvetlenie- plošná hustota svetelného toku dopadajúceho na povrch, rovná pomeru svetelného toku k veľkosti osvetlenej plochy, na ktorej je rovnomerne rozložený.

Jednotkou osvetlenia je lux (lx) rovnajúce sa osvetleniu vytvorenému svetelným tokom 1 lm, rovnomerne rozloženým na ploche 1 m 2, t.j. rovným 1 lm / 1 m 2.

Jas- povrchová hustota svietivosti v danom smere, rovná pomeru svietivosti k priemetnej ploche svietiacej plochy na rovinu kolmú na ten istý smer.

Jednotkou jasu je kandela na meter štvorcový (cd/m2).

Svietivosť (svetlosť)- povrchová hustota svetelného toku vyžarovaného povrchom, rovná pomeru svetelného toku k ploche svetelného povrchu.

Jednotkou svietivosti je 1 lm/m 2 .

Jednotky množstva svetla v medzinárodnom systéme jednotiek SI (SI)

Názov hodnoty	Názov jednotky	Výraz cez jednotky SI (SI)	Označenie jednotky
			ruský	medzi- ľudový
Sila svetla	kandela	cd	cd	cd
Svetelný tok	lumen	cd sr	lm	lm
svetelná energia	druhý lúmen	cd sr s	lm s	lm s
osvetlenie	luxus	cd sr / m 2	OK	lx
Svietivosť	lúmenov na meter štvorcový	cd sr / m 2	lm m 2	lm/m2
Jas	kandela na meter štvorcový	cd/m2	cd/m2	cd/m2
vystavenie svetlu	lux druhý	cd sr s / m 2	lx s	lx s
Energia žiarenia	joule	kg m2/s2	J	J
Tok žiarenia, sila žiarenia	watt	kg m 2 / s 3	Ut	W
Svetelný ekvivalent toku žiarenia	lúmenov na watt		lm/W	lm/W
Hustota toku povrchového žiarenia	watt na meter štvorcový	kg/s 3	W/m2	w/m2
Energetická sila svetla (sila žiarenia)	watt na steradián	kg m2/(s 3 sr)	Ut/Str	w/sr
Energetický jas	watt na steradián štvorcový meter	kg/(s 3 sr)	W / (sr m 2)	W/(sr m 2)
Energetické osvetlenie (žiarenie)	watt na meter štvorcový	kg/s 3	W/m2	w/m2
Energetická svietivosť (žiara)	watt na meter štvorcový	kg/s 3	W/m2	w/m2

Príklady:

ELEKTRICKÁ PRÍRUČKA"
Pod generálnou redakciou. Profesori MPEI V.G. Gerasimovej a ďalších.
M.: Vydavateľstvo MPEI, 1998