Категория: Разное
Вопрос, в чем измеряется световой поток, стал иметь значение для пользователей осветительных приборов только тогда, когда появились виды ламп, яркость которых не равнялась потребляемой мощности, измеряемой в ваттах.
Разберемся, как связано понятие яркости с понятием освещенности, а также как можно представить распределение потока света по помещению и правильно выбрать подходящий осветительный прибор.
Что такое световой поток?
Поток света – это мощность светового излучения, видимого глазом человека; световая энергия, излучаемая поверхностью (светящейся или отражающей лучи). Энергия светового потока измеряется в люмен-секундах и соответствует потоку 1 люмен, излучаемому или воспринимаемому за 1 секунду. Этот показатель описывает полный поток, не учитывая сосредоточивающую эффективность всего прибора. Такая оценка включает также рассеянный, бесполезный свет, поэтому одно и то же количество люменов может оказаться у разных по конструкции источников.
Следует различать световую величину и энергетическую – последняя характеризует свет независимо от его свойства вызывать зрительные ощущения. Каждая фотометрическая световая величина имеет аналог, который можно выразить количественно в единицах энергии или мощности. Для световой энергии таким аналогом является энергия излучения (лучистая энергия), измеряемая в джоулях.
Единица измерения светового потока
1 люмен – это свет, излучаемый источником с силой света в 1 канделу в пределах телесного угла в 1 стерадиан. 100-ваттная лампа накаливания создает поток света, примерно равный 1000 люменов. Чем ярче источник света, тем больше люменов он излучает.
Кроме люменов есть другие единицы измерения, позволяющие охарактеризовать свет. Можно измерить пространственную и поверхностную плотность потока – так мы узнаем силу света и освещенность. Сила света измеряется в канделах, освещенность – в люксах. Но для потребителя важнее разобраться, в каких единицах указывают яркость лампочек и прочих осветительных приборов при продаже. Некоторые производители сообщают количество люменов, деленных на ватт. Так измеряется световая эффективность (светоотдача): сколько света лампа выдает, затратив 1 ватт.
Определяющие формулы
Поскольку любой источник света излучает его неравномерно, число люменов не дает полной характеристики осветительного прибора. Вычислить силу света в канделах можно, разделив его поток, выраженный в люменах, на телесный угол, измеряемый в стерадианах. Используя эту формулу, удастся учесть совокупность лучей, идущих от источника, когда они пересекают поверхность воображаемой сферы, образуя на ней круг.
Но возникает вопрос, что дает на практике число кандел, которое мы найдем; найти подходящий светодиод или фонарь только по параметру силы света невозможно, нужно учитывать еще соотношение угла рассеивания, зависящего от конструкции прибора. Выбирая лампы, равномерно светящие во все стороны, важно понять, подходят ли они для целей покупателя.
Если раньше лампочки в разные помещения подбирали, ориентируясь на количество ватт, то перед покупкой светодиодных ламп придется посчитать их суммарную яркость в люменах, а потом разделить эту цифру на площадь комнаты. Так вычисляется освещенность, которая измеряется в люксах: 1 люкс – это 1 люмен на 1 м². Существуют нормы освещенности для помещений разного назначения.
Измерение светового потока
Перед тем как выпустить продукцию на рынок, производитель делает в лабораторных условиях определение и измерение характеристик осветительного прибора. В домашних условиях, не имея специальных приборов, это сделать нереально. Но проверить цифры, указанные производителем, можно с помощью вышеприведенных формул, воспользовавшись компактным люксметром.
Сложность точного измерения параметров света заключается в том, что он исходит во всех возможных направлениях распространения. Поэтому лаборатории используют сферы с внутренней поверхностью, которая имеет высокий коэффициент отражения – сферические фотометры; применяют их и для измерения динамического диапазона фотоаппаратов, т.е. светочувствительности их матриц.
В быту больше смысла имеет измерять такие важные параметры света, как освещенность помещений и коэффициент пульсации. Высокий коэффициент пульсации и тусклое освещение заставляют людей чрезмерно напрягать глаза, что быстрее вызывает усталость.
Коэффициент пульсации потока света – это показатель, характеризующий степень его неравномерности. Допустимые уровни этих коэффициентов регулируются СанПиН.
Не всегда можно заметить невооруженным глазом, что лампочка мерцает. Тем не менее даже незначительное превышение коэффициента пульсации влияет на центральную нервную систему человека негативно, а также уменьшает работоспособность. Свет, который может неравномерно пульсировать, излучают все экраны: мониторы компьютеров и ноутбуков, дисплеи планшетов и мобильных телефонов, экран телевизора. Пульсацию измеряют люксметром-пульсметром.
Что такое кандела?
Еще одной важной характеристикой источника света является кандела, входящая в 7 величин Международной системы единиц (СИ), принятых Генеральной конференцией по мерам и весам. Изначально 1 кандела равнялась излучению 1 свечи, принятой за эталон. Отсюда и возникло название этой единицы измерения. Сейчас ее определяют по специальной формуле.
Кандела – это сила света, измеряемая исключительно в заданном направлении. Распространение лучей на часть сферы, очерченную телесным углом, позволяет вычислить величину, равную отношению светового потока к этому углу. В отличие от люменов эта величина используется для определения интенсивности лучей. При этом не учитывается бесполезный, рассеянный свет.
У карманного фонаря и потолочного светильника световой конус будет разным, так как лучи падают под разным углом. Канделы (точнее, милликанделы) используют для обозначения силы света источников с направленным свечением: индикаторных светодиодов, карманных фонариков.
Люмены и люксы
Уровень освещенности измеряется в люксах (лк) специальным прибором – люксметром. Самый простой люксметр состоит из селенового фотоэлемента, преобразующего свет в энергию электрического тока, и стрелочного микроамперметра, измеряющего этот ток.
Спектральная чувствительность селенового фотоэлемента отличается от чувствительности человеческого глаза, поэтому в разных условиях приходится использовать поправочные коэффициенты. Самые простые люксметры предназначены для измерения какого-то одного типа освещенности, например, дневного света. Без использования коэффициентов погрешность может составлять более 10%.
Люксметры высокого класса оснащаются светофильтрами, специальными насадками сферической или цилиндрической формы (для измерения пространственной освещенности), приспособлениями для измерения яркости и контрольной проверки чувствительности прибора. Их уровень погрешности – около 1%.
Плохая освещенность помещений способствует развитию близорукости, плохо сказывается на работоспособности, вызывает усталость, снижение настроения.
Минимальная освещенность поверхности компьютерного стола по СанПиН – 400 люкс. Школьные парты должны иметь освещенность не менее 500 люкс.
Люмен и ватт
Энергосберегающие лампы при той же светоотдаче потребляют в 5-6 раз меньше электрической энергии, чем лампы накаливания. Светодиодные – в 10-12 раз меньше. Мощность светового потока уже не зависит от количества ватт. Но производители всегда указывают ватты, так как использование слишком мощных лампочек в не предназначенных для такой нагрузки патронах приводит к порче электроприборов или короткому замыканию.
Если расположить самые распространенные виды лампочек в порядке возрастания светоотдачи, можно получить такой список:
- Лампа накаливания – 10 люмен/ватт.
- Галогенная – 20 люмен/ватт.
- Ртутная – 60 люмен/ватт.
- Энергосберегающая – 65 люмен/ватт.
- Компактная люминесцентная лампа – 80 люмен/ватт.
- Металлогалогенная – 90 люмен/ватт.
- Светодиодная (LED) – 120 люмен/ватт.
Но большинство людей привыкли при покупке лампочек смотреть на количество ватт, указанное производителем. Чтобы подсчитать, сколько нужно ватт на квадратный метр, сначала стоит определиться, насколько ярким должен быть свет в помещении. 20 ватт лампы накаливания на 1 м² – такое освещение подойдет для рабочего места или гостиной; для спальни будет достаточно 10-12 ватт на 1 м². При покупке энергосберегающих ламп эти цифры делят на 5. Важно учесть и высоту потолка: если он выше 3 м, общее количество ватт следует умножить на 1,5.
Создание искусственного освещения в помещениях заставляет связать вместе два таких понятия, как люмен и свет. Основная задача искусственной иллюминации – замена дневного солнечного света на излучение от источников неестественного происхождения: ламп и фонарей. Такая необходимость возникает в тёмное время суток или тогда, когда солнечного излучения недостаточно.
Искусственный свет
Что такое люмен
Lumens (lm) или люмен единица измерения (лм), принятая в системе СИ для определения величины светового потока (Φ). Световой поток показывает, сколько световой энергии переносит излучение за единицу времени через определённую поверхность. Когда изотропный источник точечной структуры испускает Φ с силой излучения одна кандела (кд) в один ср (стерадиан) телесного угла, то такой поток равен 1 лм.
Внимание! Изотропным называется источник, который излучает свет одинакового свойства во всех направлениях. Диаграмма направленности такого излучения – круговая в любом сечении.
Телесный угол в 1 стерадиан
Параметры, определяющие показатель Φ и его расчет
Когда известно, что такое люмен и, что он измеряет, полезно узнать, как рассчитывается световой поток. К основным параметрам, характеризующим Φ (F), относятся:
- сила света;
- телесный угол, в котором распространяется поток.
Сила света измеряется в канделах (кд; cd) и описывает количество энергии света, распространяемой в каком-либо направлении. Кандела обозначается буквой I . Телесный угол представляет собой некоторую долю пространства, которая объединяет все лучи, выходящие из вершины угла и пронизывающие какую-то поверхность. Такая поверхность носит название стягивающей поверхности этого угла.
К сведению. Примерами служат многогранные и трехгранные углы. Обозначается телесный угол буквой Ω.
Для точечного источника рассчитывают световой поток, пользуясь формулой:
Ф = I* Ω,
где:
- I – сила излучения, кд;
- Ω – телесный угол, ср.
Зная количество энергии Е (Дж), излучаемой источником освещения за единицу времени t (с), можно рассчитать поток Ф. Для этого используют выражение:
Ф = Е/t.
Характеристики видимого излучения
Как измерить Ф быстро и, не прибегая к математическим вычислениям? Для этого предназначен прибор люксметр. Он позволяет с высокой точностью произвести замеры и выводит результат на дисплей.
Люксметр CEM DT-1301
Чем отличается люмен от люкса
Люмен это единица измерения светового потока. Если направить луч фонарика на стену и выбрать такое расстояние между ними, чтобы пятно света имело площадь в 1 метр квадратный, то при потоке, равном в 1 лм, освещённость этого пятна будет равной 1 люкс (лк). Освещённость обозначается буквой Е и измеряется в люксах (лк).
Важно! Освещённость и световой поток – это разные вещи. Освещённость меняет свои значения, в зависимости от расстояния от излучателя до освещаемой поверхности, а световой поток Ф остаётся неизменным.
Формула расчёта освещённости:
Е = Ф/S, где S – площадь освещаемой поверхности, м2.
Люмены и люксы, в чём разница
Перевод люменов в ватты
С переходом на современные led-технологии изготовления лампочек всё больше возникает вопросов с их характеристиками. При покупке в изделиях покупатель часто обнаруживает, что простое обозначение «ватт» в маркировке отсутствует. В ваттах обозначают мощность (количество энергии, которое потребит за час лампа), люмен это значение светового потока. Его всё чаще указывают на источнике света. Какой зависимостью пользоваться, чтобы перевести люмены в ватты? Существуют таблицы, позволяющие это сделать.
Линейка перевода люменов в ватты
Сколько люменов в светодиодной лампочке
Характеристика световой мощности – вот что такое люмен. Перед тем, как открыть упаковку светодиодной лампочки, стоит поинтересоваться этой величиной, указанной на ней.
Внимание! Светоотдача прибора напрямую влияет на светопоток. Она показывает, насколько эффективно светодиоды, входящие в конструкцию прибора, преобразуют электрическую энергию в световую.
Отдача света источником характеризуется отношением Лм/Вт и обозначается буквой Ƞ. Её формула:
Ƞ = Ф/P, где P – мощность, (Вт).
На основании этого можно найти, сколько люмен в светодиодной лампочке. К примеру, качественная 15-ваттная светодиодная лампа, с матовым колпаком, имеет Ƞ = 55,7 Лм/Вт. Если выразить Ф из формулы, получится:
Ф = Ƞ* P = 55,7*15 = 835,5 Лм.
Норма освещенности жилого помещения
Что такое люмен в освещении квартиры, и на что необходимо обращать внимание при выборе светильников? Установленная под потолком лампочка в 100 люмен не обеспечит освещённость Е, одинаковую для поверхностей стола и пола. Они расположены на разном расстоянии от неё.
Главное! Прежде, чем выбирать источники светового излучения и их конструкцию, необходимо помнить, что иллюминация может быть не только естественной, но и искусственной. Последняя – не только общей, но и локальной.
Использование дополнительных устройств: настольных ламп, ночников, светильников для чтения, светодиодных подсветок, поможет организовать достаточно комфортный для обитания свет. Существуют нормы для значения E, которые можно уточнить в различных таблицах, разработанных в соответствии с СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».
СНиП 23-05-95
Расчет освещенности для помещений
Для того чтобы произвести расчёт значения E для различных помещений самостоятельно, необходимо опираться на СНиП. Далее для решения этой задачи понадобятся следующие данные:
- норма E для данного помещения, Лк;
- площадь комнаты S, м2;
- высотный коэффициент k.
Коэффициент высоты k для различных высот потолков известен. В зависимости от расстояния H между полом и потолком, он бывает:
- k = 1, при Н = 2,5 – 2,7 м;
- k = 1,2, при Н = 2,7 – 3,0 м;
- k = 1,5, при Н = 3,0 – 3,5 м;
- k = 2, при H = 3,5 – 4,5 м.
Все необходимые вычисления проводят, пользуясь напрямую формулой Ф = E*S*k или, преобразовывая её. Подставив известные значения и определив, сколько должен содержать люмен световой поток, подбирают необходимое оборудование.
Важно! Особенность человеческого зрения такова, что присутствие оттенков синего в спектре источников света делает яркость излучения ниже по визуальному восприятию. Подобные цветовые ноты начинаются от 4700 градусов Кельвина и выше по цветовой шкале температур.
Цветовая температура, график в градусах Кельвина
Сравнение лампы накаливания и светодиодной
Светодиодная лампа, входящая в состав осветительных приборов, сложнее и дороже лампы накаливания. Она состоит из следующих компонентов:
- модуль с планарными светодиодами;
- радиатор;
- матовая колба;
- инвертор.
У такой лампы светопоток Ф, что измеряется в люменах, при одинаковой мощности, в 10-12 раз выше, чем у лампочки накаливания.
Устройство лампочки
Светоотдача лампы со спиралью лежит в пределах 8-10 Лм/Вт, тогда как led-лампа держит этот параметр в интервале 90-110 Лм/Вт.
Традиционные формы и эстетичный вид позволяют использовать led-лампу, как в составе любого светильника, так и отдельно. Зная нужные значения E и рассчитав или измерив желательное значение Ф, можно получить значительную экономию по затратам на электроэнергию. При одинаковом Ф светодиодная лампочка потребляет меньше энергии.
Сравнение ламп
Правильно пользуясь единицами измерения, такими как люмен, люкс, Лм/Вт, кандела, при определении параметров светового спектра, можно самостоятельно подбирать приборы для освещения. Применение современных led-технологий не только помогает сэкономить бюджетные средства, но и создаёт комфортные условия для проживания и работы.
Видео
Многие люди, изучая электродинамику и прочие подразделы физики, сталкиваются с таким понятием, как световой поток. Что это такое, как его можно измерить, какая существует плотность с интенсивностью этого элемента, в каких единицах измеряется световой поток, что такое мощность света? Об этом и другом далее.
Суть явления
Световым потоком считается физическая величина, характеризующая солнечную силу или энергию в момент излучения, которая переносится по поверхности в определенное время. То есть это величина, пропорциональная моменту излучения согласно спектральной чувствительности глаза человека. Это мощность, переносимая при помощи излучения на любое тело.
Обратите внимание! Также есть определение, где он выступает величиной, что оценивает излучение на селективном солнечном приемнике согласно его работе.
Определение из учебного пособияФормула для измерения
Согласно международной системе представлена величина в люменах. Обозначается буквой фv. При расчетах систем освещения используется эта мера и обозначение. В отличие от освещенности, которая измеряется в люксах и обознается буквой Е, светопоток это только часть освещенности, то есть 1 люкс равен 1 люмену на 1 квадратный метр освещаемого объекта.
Стоит отметить, что яркость это также не одно и то же со светом. Яркость является соотношением силы свечения источника с величиной данной силы, которая приходится на 1 квадратный метр площади. Обозначается L и представлена всегда в килоньютонах на квадратный метр.
В соответствии с этим есть соответствующие формулы.
Основные формулы для измеренияПлотность, интенсивность и мощность
Плотностью светопотока называется распределение луча по спектру, которое равно отношению света малого участка к его ширине. Измеряется в ваттах на нанометр.
Интенсивность светоисточника это модуль со средним по временному показателю значения энергоплотности в данном пространстве. Вычисляется из квадрата амплитуды волны света к преломленному показателю. Она характеризует численность средней энергии, которая переносится при помощи солнечной волны на временную единицу через площадь, которая поставлена перпендикулярным к волне образом. Линии энергии это лучи.
Мощность — энергия, переносимая через излучение на объект за определенное время.
Дополнение: Оптический раздел, где изучается интенсивность и все излучение — это лучевая или геометрическая оптика.
Расчет плотности, интенсивности и мощности светопотокаТаблица светопотока разных видов ламп
Световой поток и освещенность у разных лампочек неодинаковые из-за разной степени плотности и прочих параметров. Сегодня существуют целые таблицы, которые позволяют оценить работоспособность каждой разновидности светильников и увидеть степень их яркости. Существует три типа лампочек: накаливания, люминесцентная и светодиодная. Стоит отметить, что у светодиодных моделей показатели выше и лучше, чем у других светоисточников, представленных на современном рынке. Посмотреть всю таблицу можно ниже на приведенном рисунке, в том числе и узнать ответ на вопрос, в чем измеряется световой поток светодиодных ламп.
Таблица светового потока разных видов лампСветопоток — величина, характеризующая силу солнечного излучения источника, представленная в люменах. У этого показателя есть соответственная плотность с интенсивностью и мощностью. Он измеряется по разным формулам, основной из которых является Фu = Km*V*Фe. Также он измеряется с помощью люменометра и других приборов.
В чем измеряется световой поток: люмены, кельвины
Добрый день, читатели этого блога и гости! Сегодня тема будет не очень обычной, но уж в том, что она интересная, сомнений нет. Поговорим о световом потоке – современный человек должен быть в курсе таких вещей, ведь как иначе выбирать осветительные приборы в свой дом? Итак, в чем измеряется световой поток, что это вообще за «зверь» и для чего нам все это знать – читайте ниже.
Световой поток – понятие и общие сведенья
Начнем, как говорится, от печки: световой поток – это, как известно, мощность светового излучения. Говоря простыми словами, это сила именно того излучения, которое мы видим. Оценивается световой поток по световому же ощущению – такое на первый взгляд масло масляное. Но на самом деле, все четко и понятно, да и единица измерения есть – люмены.
Люмены (Лм) – общее количество света, которое дает светодиод. Важно также, что светодиод дает это количество при подключении, с заданными значениями тока и напряжения.
Средний показатель светоотдачи лампочки – от 10 до 15 люмен на один ватт, а это значит, что одна лампочка на 100Вт – это 1000 люмен. Дальше посмотрим на световой поток: у лампы накаливания (обычной лампочки) он составляет 10-13Лм/Вт, у ртутной (люминесцентной) этот показатель уже 40-50Лм/Вт, а у LED-лампы (светодиодной) – от 60 до 120 Лм/Вт.
Многие специалисты считают, что вместо термина «световой поток» лучше применять другой – «освещенность». Так и проще, и понятнее. По сути освещенность – это характеристика интенсивности света, который падает на поверхность. И тут уже другие единицы – 1 люмен, который падает на площадь 1 м2 – это 1 люкс.
Существуют и нормы освещенности того или иного помещения – все они указаны в СНиПах. Для точности можно изучить и таблицы параметров освещенности – они есть в открытом доступе. Примером может служить расчет освещенности кухонного пространства:
- если площадь кухни составляет 10 м2, то для качественного освещения нужен источник света в 1500 Лм – это значит, что нам понадобятся две лампы (светодиодных) со световым потоком по 750 Лм каждая (мощность ламп – 5-6Вт).
Помимо этого есть и показатель цветовой температуры галогенной или светодиодной ламп, он измеряется в Кельвинах:
- 2700 К – это теплое белое свечение;
- от 4000 от 4200 К – естественный белый;
- 5500—6500 К – холодное белое свечение.
Выбор всегда ложится на человека – в определенных условиях комфортным является то или иное освещение.
Перед нами стояла не такая простая задача – разобраться с терминологией и нюансами, но мы с ней справились. Интересно? Покажите статью друзьям или коллегам, с которыми спорили до хрипоты. Подписывайтесь на обновления блога и на наши соцсети – там будет много интересного и увлекательного. А сегодня мы закончили. До свидания и до новых встреч в этом блоге!
С уважением, эксперты портала СтройДомЭконом.РУ!
Как у любого физического явления, есть свои характеристики у света. И фонарик, и большой прожектор создают световой поток. Сила света — это термин, который часто встречается во многих источниках, описывающих освещение.
Что это такое
Интенсивность света — это показатель, который отображает объем световой направленной энергии в единицу времени. От силы света зависит мощность любого осветительного прибора. Но можно объяснить данное понятие и более простым языком.
Данный показатель означает, сколько света излучает источник. Однако большинство населения называет это свойство осветительных приборов яркостью. Ученые сразу скажут, что подобные названия не равноценны. Чтобы понять разницу между этими терминами, достаточно провести небольшой эксперимент.
Если взять 2 одинаковые лампы накаливания и поместить одну из них в прожектор с малым углом рассеивания, а другую включить без прожектора, то для наблюдающего за экспериментом человека более ярким будет казаться свет прожектора, хотя в действительности поток, исходящий от обоих источников будет одинаковым. Чувствительность человеческих глаз к свету зависит от длины волны данного потока.
Читайте также: Описание закона преломления света: что важно знать.
Как и в чем измеряется
Единица светового потока обозначается 1 люмен (лм или lm), при этом 1 люмен приравнивается к световому потоку с силой в 1 канделу, излучаемую в 1 стерадиан. Яркость освещения исчисляется в кд/м².
Интенсивность никогда не изображается прямой линией на графике. Она распространяется в разных направлениях и имеет телесный угол. Вершина такого угла располагается в центре сферы. Размеры угла интенсивности освещения выражаются в стерадианах.
В отличие от привычного плоского угла из геометрии, этот угол является объемным и графически будет передаваться в виде конуса. Хотя специалисты считают такое сравнение не совсем корректным.
Лампа накаливания в 100 В имеет силу светового потока в 1380 лм, а люминесцентная лампа ЛБ 40 В – 2800 лм.
- Яркость люминесцентных ламп находится в промежутке от 5000 до 15000 кд/м².
- Яркость поверхности солнца имеет значение 2000000000 кд/м².
Знать, какой поток создает осветительный прибор, необходимо для того, чтобы правильно организовать освещение в помещении. Но часто производители не указывают данный параметр на упаковках даже ламп накаливания. Силу потока можно соотнести с мощностью осветительного прибора. Существуют специальные таблицы, где прослеживается такая зависимость. Данные в ней получены путем измерений.
Наиболее интенсивный поток света создают диодные лампы при относительно небольшой мощности. Так, светильник мощностью в 16 Вт создает поток в 1400 лм. На практике это будет означать, что данные осветители будут светить ярче.
Читайте также: Что такое поляризация света, кто придумал и как получить поляризованный свет.
Существует величина, которая тоже описывает освещение, – светимость. Данный показатель характеризует плотность потока, который испускает светящаяся поверхность. Измеряется светимость в Вт/м².
Полезное видео по теме:
Плотность и мощность светового потока
Физической величиной, выражающей поток, является количество мощности, падающей на поверхность. Эта величина не зависит от телесного угла. Данная характеристика учитывается при сравнении разных источников света при заданной величине мощности.
При упоминании мощности света следует учитывать, что это не мощность, которая потребляется лампочкой при работе. В этом случае под мощностью подразумевается излучение света.
Что еще важно знать
Световой поток может изменяться в зависимости от того, в какой плоскости разместить осветительный прибор. Например, расположенная на потолке лампа в люстре будет испускать поток освещения в неизменном виде в границах, определяемых плафоном. В других направлениях свет будет рассеиваться равномерно.
Также при организации освещения в помещениях следует обязательно учитывать цвет стен. Поток, отражаемый от светлых стен, будет более мощным, чем при отражении от темных поверхностей.
При правильном подходе к организации освещения можно уменьшить расходы на электричество. Достаточно лампу в 100 Вт заменить на люминесцентную в 30 Вт. Большая экономия будет наблюдаться, если для освещения использовать светодиодную лампочку в 12 Вт. При этом уровень освещенности в комнате будет примерно одинаковым.
При покупке ламп необходимо учитывать, что на 1 м² площади должно приходиться 15–20 Вт от принятой нормы. Подобный расчет является приблизительным. При определении типа освещения следует учитывать и цветовой спектр ламп.
Например, имеется помещение под гостиную с площадью в 14,5 м². Подсчитаем, какие источники света понадобятся для ее освещения.
Для данного помещения общий световой поток должен рассчитываться по формуле: 15,5 м² x 150 лк = 2325 лм. Потом подбираются светильники и лампы, исходя из этого параметра. Высчитывается необходимое их количество. Если покупаются лампы в 550 лм, потребуется 5 подобных ламп для нормального освещения помещения.
При замене простой лампочки необходимо помнить, что ватты и люмены – это разные величины. Покупая лампочку, в первую очередь необходимо обращать внимание на ее яркость и лишь потом на мощность. Если на лампочке нет необходимой маркировки, надо найти освещенность в специальной таблице (например, в Интернете).
Читайте также: Что представляет собой закон отражения света: полная формулировка.
При установке источников света в квартире или доме необходимо учитывать и конструкции светильников. Яркость свечения может изменяться со временем. Чем дольше служит лампа, тем больше яркости она теряет. У лампы накаливания исчезает до 15% потока. У люминесцентной лампы эти потери в 2 раза выше. Меньше всего яркости теряет светодиодная лампа – около 10%.
Рекомендуем посмотреть видео по теме:
В заключение
При реконструкции освещения соответствующие расчеты заказывают у специалистов. Если не сделать все правильно сразу, то в дальнейшем это будет чревато дополнительными финансовыми потерями.
Для того, чтобы правильно рассчитать расположение источников света и выбрать необходимый тип ламп, используют специальные программы.
Корректное определение исходных требований помогает правильно выбрать компоненты и настроить работу системы освещения в разных помещениях и на открытом воздухе. До изучения торговых предложений следует ознакомиться с основными принципами и теоретическими знаниями по заданной теме. Ниже рассказано о том, в чем измеряется свет, и какие параметры следует учитывать для решения отдельных инженерных задач.
Для выбора подходящего светильника надо учитывать не только яркость, но и спектр излучения (температуру)
Что такое световой поток и светоотдача
Для правильного понимания данной темы необходимо уточнить специфическую терминологию. Свет – это электромагнитные волны в диапазоне от 360 до 840 нм. Данные границы нельзя назвать точными, так как речь идет об индивидуальной (уникальной) чувствительности органов зрения. Тем не менее, чтобы выполнять расчеты, пользуются усредненным поправочным коэффициентом (k). С его помощью учитывают эффективность излучения при дневном естественном освещении.
Как посчитать свет, показывает формула:
Ф = k * V * Фм,
где:
- Ф – световой поток;
- V – фиксированный коэффициент 683 люмен на Ватт (лм Вт), который используют для перевода результата вычислений в стандарт международной системы измерений «СИ»;
- Фм – поток монохроматического излучения с определенной длиной волны.
При рассмотрении спектра суммируют вклад отдельных линий. С помощью интеграла по заданному диапазону вычисляют значение непрерывного потока.
Формулы для расчета светового потока
Скорость света в идеальной среде (вакууме) составляет почти 300 000 000 м/с. Некоторые вещества (алмазы) способны снизить ее почти вдвое. Однако и в этом случае при подаче питания источник светового потока немедленно выполняет свои основные функции.
Чтобы правильно отвечать на практические вопросы, надо знать, сколько энергии расходуется в рабочем цикле. Оценку делают по светоотдаче. Этот параметр показывает, какой световой поток генерирует устройство при потреблении определенного количества электроэнергии за единицу времени.
Источники освещения: естественные и искусственные
Взяв паспортные данные на классическую лампу накаливания и светодиод, можно выяснить световую отдачу каждого изделия. Для этого указанный в люменах поток делят на потребляемую мощность (Вт).
Сравнение разных источников света
Эти данные наглядно демонстрируют преимущества новых технологических решений.
Следует подчеркнуть! Современные светодиодные лампы в несколько раз экономичнее, по сравнению с газоразрядными аналогами. В отличие от последних, они не содержат вредные вещества. Потенциальных потребителей привлекают их долговечность и устойчивость к механическим воздействиям.
Солнечный и лунный свет – естественные источники. Физиологические особенности человека сформировались с учетом соответствующего спектрального распределения.
Каким бывает свет
Яркость – это сила светового потока в определенном направлении. Приведенные выше сведения подтверждают необходимость учета других факторов для тщательного анализа практических параметров излучения.
Цветовая температура
В зависимости от восприятия, применяют следующую шкалу распределения диапазонов спектра в Кельвинах (К):
- теплый цвет – 2650-3600;
- естественный (нейтральный) – 3700-4900;
- холодный – более 5000.
По каким параметрам измеряется интенсивность света
Что такое яркость, понятно из приведенных выше формулировок. Однако по мере удаления источника от наблюдателя уменьшается светимость. Маленькое изначально пятно на поверхности, куда был направлен луч, увеличивается с одновременным снижением интенсивности.
Для учета отмеченных изменений введено понятие освещенности (E). В простейшем примере для точечного источника действительна формула:
E=(I/r2) * cos u,
где:
- I – сила света;
- r – расстояние между источником и поверхностью;
- u – угол наклона лучей.
В чем измеряется яркость света
Действующая единица измерения света (яркости) – кандела на м кв. Прежняя единица яркости – «нит». Этот параметр определяет отношение силы светового потока к проекции луча на площадку, расположенной под углом 90 градусов к настоящей оси наблюдения.
Единица яркости светящейся поверхности определяется отношением уровня освещенности к телесному углу (элементарному). Подразумевается, что именно в этих пределах заключен поток, создающий свечение на поверхности. Она установлена перпендикулярно по отношению к источнику.
Как измерить яркость освещения
Измерить яркость можно с помощью специализированного прибора. В качественном яркометре устанавливают:
- объектив с высокой светосилой;
- чувствительную матрицу;
- микропроцессорный блок обработки/ вывода информации.
Если хорошо настроить такой прибор, он сможет измерять силу света на большом расстоянии от источника (отражающей поверхности).
Люксометр
Приборы этой категории создают со встроенным или выносным датчиком. Простейшие стрелочные приборы стоят недорого. Однако пользоваться ими неудобно в труднодоступных местах и при высоком уровне вибраций. Повышенную точность обеспечивают цифровые модели. Фоточувствительный датчик устанавливают на поверхности. После обработки результат измерений отображается на дисплее и записывается в памяти.
Измерение люксометром
В чем измеряется сила света
Так как в продаже можно увидеть продукцию разных производителей, не исключены ошибки в процессе изучения сопроводительной документации. Чтобы исключить проблемы, рекомендуется ознакомиться с применяемой терминологией.
Что такое «кандела»
Единичный параметр (1 кандела) соответствует освещенности поверхности световым потоком малой мощности (1/689 Вт/ст). Частота электромагнитного излучения фиксирована – 540 * 1012 Гц.
Люмены и люксы
В люксах (лк) измеряют яркость на площадке. Один лк создает световой поток силой 1 люмен (лм), который падает перпендикулярно на поверхность. Для измерения берут базовую площадь 1 м кв.
Люмен и ватт
Выше рассмотрены комплексный показатель, светоотдача. Однако можно проводить сравнение по люменам, которые создают определенный источник, и количеству потребляемой энергии в Ваттах.
Кратные единицы люмена
Для удобства измерений и записи полученных данных при высокой силе света применяют кратные приставки:
- кило – 103;
- мега – 106;
- гига – 109.
Дольные единицы люмена
Аналогичным образом поступают при работе с малыми величинами:
- милли – 10-3;
- микро – 10-6;
- нано – 10-9.
В чем измеряется интенсивность света
Следует правильно понимать, в каких единицах измеряется сила света, чтобы правильно выбирать технику и выполнять измерительные работы. Силу излучения (ламп, мониторов компьютеров и других источников) измеряют в канделах или люменах. Освещенность поверхностей – в люксах.
Нормы освещенности для квартир и жилых помещений
Соблюдение действующих санитарных и строительных нормативов предотвращает излишние нагрузки на зрение. Ниже приведены контрольные параметры для разных типов помещений (минимальное значение в люксах):
- входная группа (квартира) – 50;
- столовая – 150;
- кухня – 150;
- детская комната – 200;
- коридор, душевая, уборная – 50.
После измерения делают коррекции с учетом полученных результатов.
Следует помнить! Уровень освещенности зависит от яркости источника, расстояния до поверхности и направления луча.
Видео
измерение, коэффициент использования и мощность
Содержание статьи:
Для определения количества света на квадратный метр площади используется понятие световой поток. Величина измеряется в люменах и позволяет уточнить, сколько света выдает отдельная лампа или система освещения.
Что такое световой поток
Соотношение мощности лампы со светоотдачей
Под потоком света понимается мощность излучения, которое может увидеть человек или световая энергия, поступающая от поверхности (свечение или отражение луча). Полный поток без учета сосредоточенной эффективности приборов, но с учетом бесполезного света, замеряется в люмен-секундах.
Световая величина не является аналогом энергетической, характеризующей свет без зрительных ощущений. Световая, или лучистая энергия может измеряться в джоулях. Единица измерения светового потока – люмен, что значит свечение от одного источника с силой 1 кандела. Телесный угол в данном случае составляет 1 стерадиан.
Количество люменов излучения зависит от яркости источника.
Как освещенность связана со световым потоком
Освещенность и световой поток – разные, хотя и сходные понятия. Измерение освещенности производится в люксах, а не люменах. 1 люкс означает попадание 1 люмена на 1 м2 участка.
Для наглядности можно сравнить силу и давление. Используя небольшую иголку и прилагая минимум силы, создается высокий коэффициент удельного давления для конкретной точки. Аналогичным образом световой слабый поток может освещать отдельную зону.
Взаимодействие потока света и освещенности легко понять на примере настольной лампы со световым потоком 1000 Лм. Чтобы освещение было полноценным, ориентируются на нормативы СНиП 52.13330. Для рабочего места применяется значение 350 Люкс, для произведения манипуляций с мелкими деталями – 500 Люкс. На освещенность также влияет отдаления источника света, расцветка посторонних предметов, наличие зеркала или окна. То есть, стол рядом с белой стеной получит больше люксов, чем стол, стоящий у темной.
Для замера освещенности используйте прибор-люксметр или приложение-измеритель на смартфоне.
Отличие освещенности от светового потока
Спектральная эффективность светового потока
Освещенность – это поверхностная плотность при попадании светового потока на участок. В условиях горизонтальной плоскости поверхность освещается при горизонтали. Для обозначения величины используется литера Е. Рассчитать параметры освещенности (Люксы) можно по формуле Е = Ф/S, где:
- Ф – светопоток в Люменах;
- S – площадь поверхности в мм2.
Разница между физическими величинами – 1 люкс равняется 1 люмену на м2 площади освещения.
Для определения освещенности понадобится соотнести световую силу с расстоянием до конкретного участка. Когда свет падает под прямым углом на поверхность, площадь светового потока меньше. При увеличении угла процент освещенности уменьшается.
Меньше света попадет на объект, расположенный вдали от источников излучения.
Нормы освещения помещений по использованию (СНиП)
Норма освещенности обязательно учитывается при обустройстве административных, образовательных, досуговых учреждений, бытовых предприятий, торговых объектов, жилых домов, придомовых территорий, гостиниц, предприятий, а также пешеходно-автомобильных зон в городах и селах.
При подборе осветительной системы руководствуются документами СНиП 23-05-95 от 1995 г. и его обновленной версией СП 52.13330 от 2011 г. для естественных и искусственных источников света.
Освещение в офисе
От уровня освещения будут зависеть стрессоустойчивость, концентрация внимания, умственная деятельность персонала. Ознакомиться с нормативными требованиями можно в таблице.
| Тип помещения | Освещенность, лк |
| Большой офис с компьютерной техникой | 200-300 |
| Большой офис с планировкой свободного типа | 400 |
| Офис для работы с чертежами | 500 |
| Конференц-зал | 200 |
| Лестница | 50-100 |
| Холлы, коридоры | 50-75 |
| Архивные помещения | 75 |
| Подсобки | 50 |
Интенсивность освещенности на производстве
Для определения показателя принимается во внимание зрительная нагрузка.
| Зрительная работа, разряд | Напряжение органов зрения | Комбинированное освещение | Общее освещение |
| 1 | Наивысшая точность | 1500-5000 | 400-1250 |
| 2 | Очень высокая точность | 1000-4000 | 300-750 |
| 3 | Высокоточная | 400-2000 | 200-500 |
| 4 | Средняя точность | 400-700 | 200-300 |
| 5 | Минимальная точность | 400 | 200-300 |
| 6 | Грубая | 200 | |
| 7 | Контроль производства (системы наблюдения) | 400 | 200-300 |
Освещение на складах
Интенсивность источников света зависит от типа хранения и разновидности ламп.
| Хранение | Лампы | |
| Газоразрядные | Накаливания | |
| На полу | 75 | 50 |
| На полках | 200 | 100 |
Параметры освещения в жилых домах и досуговых центрах
Для кабинета, бильярдной, библиотеки стандартная высота стола – 0,8 м от линии пола.
| Тип помещения | Освещение, лк |
| Лифтовые шахты | 5 |
| Ходы по этажам, чердакам, коридорам | 20 |
| Помещения для коммуникационного оборудования | 20 |
| Помещения для колясок и велосипедов | 30 |
| Лестницы | 20 |
| Пункты консьержа | 150 |
| Санузлы, душевые, ванны | 50 |
| Бильярдные | 300 |
| Тренажерные залы | 150 |
| Раздевалки, бассейны, сауны | 100 |
| Гардеробные помещения | 75 |
| Подсобки | 300 |
| Коридоры и холлы в квартирах | 50 |
| Библиотеки, кабинеты | 300 |
| Детская комната | 200 |
| Кухня | 150 |
| Жилые помещения | 150 |
| Вестибюль | 30 |
Указанные нормы принимаются во внимание при обустройстве электропроводки и установке осветительных приборов.
Расчет светового потока
Лампа LED D60х108мм Матовая колба 320º 1600Лм A60 23229, Gauss
Для вычисления светового потока можно применить специальный измерительный прибор или ориентироваться на показатель светоотдачи в зависимости от потока:
- светодиодная лампочка в матовой колбе – мощность прибора, умноженная на 80 лм/Вт, будет величиной светового потока;
- филаментные источники – мощность лампы умножается на 100 лм/Вт;
- энергосберегающие устройства КЛЛ – умножается на 60 лм/Вт;
- ДРЛ – мощность требуется умножить на 58 лм/Вт.
Эффективность метода зависит от интенсивности светового потока в лампе, норм освещенности, коэффициентов запаса (чистота объекта и тип источника), использования светопотока, поправочного, количества светильников, площади комнаты. При расчетах также ориентируются на конструкцию устройства, наличие защитного покрытия.
Погрешность теоретических вычислений составляет около 30%.
Сила света
Под силой света понимают величину светового потока, разделенную на телесный угол, в пределах которого он находится. Если световой луч установить в качестве объема, сила будет пространственной плотностью. Показатель измеряется в канделах (Кд).
Канделой называется единица измерения силы света, которую имеет пульсация восковой свечи. Она равна 1/683 Вт при частоте от 540 до 1012 Гц, что соответствует зеленому оттенку. 1 кандела совпадает с 1 люменом только при условии распространения светового луча под конусным углом 65 градусов. Милликанделы применяют для обозначения прибора направленного действия – индикаторных светодиодов, небольших фонариков.
Ватты и люмены
До недавнего времени при выборе лампочек ориентировались на мощность, или количество ватт. Чем оно больше, тем выше лучше было освещение. Сейчас обозначение качества освещения производится в люменах.
Но Ватт нельзя просто перевести в Люмен, поскольку первое обозначение – мощность, а второй – объем световых лучей источников. Для трансформации требуется знать светоотдачу (лм/Вт), а также тип лампы, эффективность светоотражателя, потери при наличии рассеивателя, процент утечки светового потока.
Вместо длительных расчетов стоит ориентироваться на сводную таблицу.
| Мощность, Вт | Световой поток, Лм |
| Лампы накаливания | |
| 20 | 250 |
| 40 | 400 |
| 60 | 700 |
| 75 | 900 |
| 100 | 1200 |
| 150 | 1800 |
| Люминесцентные светильники | |
| 5-7 | 250 |
| 10-12 | 400 |
| 15-16 | 700 |
| 18-20 | 900 |
| 25-30 | 1200 |
| 40-50 | 1800 |
| Светодиодные источники | |
| 3-4 | 250-300 |
| 4-6 | 300-450 |
| 6-8 | 450-600 |
| 8-10 | 600-900 |
| 10-12 | 900-1100 |
| 12-14 | 1100-1250 |
| 14-16 | 1250-1400 |
Если хотите сэкономить, замените лампочку накаливания 1000 Вт на люминесцентный (25-30 Вт) или светодиодный (12-15 Вт) прибор.
Как и в чем измеряется световой поток
Световая величина – СП измеряется в люменах. Один люмен аналогичен СП изотропного источника света с силой 1 канделу и углом 1 стерадиан.
На производстве для замеров используют специальные приборы. Этот метод позволяет точно определить СП:
- Фотометр – устройство со сферой-камерой. Коэффициент отражения внутренней части равен 1. Измерение проводится по принципу размещения лампочки в центре камеры и установления рассеянного светового луча.
- Гониометр – фотометрический прибор со встроенным люксметром, способным перемещаться по сфере. В процессе интеграции освещенностей выводится величина в люменах.
-
- Фотометр
-
- Гониометр
Калибровка люксметра осуществляется в абсолютных показателях: 1 лм/м2 равняется 1 лк.
Обычному человеку, выбирая светильник или лампу, не обязательно углубляться в точную систему измерений. Заменяя прибор накаливания на галогенный, стоит помнить, что ватты – это не люмены. Первые используются для определения мощности, вторые – от освещенности, а при эксплуатации стандартная лампа теряет 15 % яркости, люминесцентная – 30 %, светодиодная – от 5 до 10 %.
Когда большинство людей покупает лампочку, они ищут ватты (Вт). Напомним, что ватт — это единица мощности (то есть скорость, с которой энергия потребляется от поставщика электроэнергии). Это ничего не говорит о свете.
Наиболее распространенным показателем светового потока (или светового потока) является просвет. Все лампы рассчитаны в люменах, как показано на рисунке ниже, и каждая лампа имеет 3 параметра, указанных на упаковке:
- Лампа на выходе или на выходе
- Потребляемая мощность в ваттах
- Срок службы лампы в часах
Параметры указаны на лампочке.
Посмотрите фильм 1:41 ниже, чтобы узнать больше о люменах.
люмен, как измеряется свет
Нажмите здесь для расшифровки видеоизображения измерения освещенности
люмен; Как измеряется освещение?
Хорошо, следующий вопрос, как измеряется освещение. Теперь у нас так много света, как мы можем измерить количество света, которое мы получаем? Обычно световой поток измеряется в световом потоке или количестве света, падающего на горизонтальную поверхность.Все лампы, например, эта (стандартная лампа), указаны с указанием количества люмен? Люмен — это выход из конкретной лампы. Сколько света мы получаем от этой лампы? Люменов. Не ваттс. Уоттс — второй, который вы видите здесь. И это сколько ватт или сколько мы потребляем от электрических проводов? И третий, который указан на каждой упаковке, это количество часов. Другими словами, это жизнь, ожидаемая жизнь этой лампочки. И вы можете видеть здесь, люмен — это световой поток.Люмен является показателем того, сколько света мы получаем от этих лампочек. Например, как я уже сказал, лампы на 40 ватт дают вам 500 люмен, а здесь у нас есть 60 лампочек, которые дают вам 865 люмен. Это не пропорционально, но с увеличением мощности вы получаете все больше и больше люменов.
Footcandles
Footcandle (fc) — это стандартная единица измерения освещенности на поверхности. Это световой поток, распространяющийся на площади в 1 квадратный фут (0,09 квадратного метра).
Footcandle
Средний уровень фут-свеча на квадратной поверхности равен количеству люменов, ударяющихся о поверхность, поделенным на площадь поверхности.
FC = Люмен света / Площадь в квадратных футах
Пример
Лампа мощностью 40 Вт вырабатывает около 505 люмен и имеет срок службы около 1000 часов. Когда эта лампа используется для освещения комнаты размером 10 х 10 футов, эти 505 люменов распределяются на 100 квадратных футов площади пола. Что такое освещение?
505 люмен света / 100 футов 2 = 5,05 люменов на фут 2 или 5,05 фк
1 футовая свеча = 1 люмен / ф т 2 = 1 люкс (метрическая)Теперь посмотрите фильм 1:15, в котором показано, как экспонометр используется для измерения люменов на фут. 2 .Помните, 1 люмен / ф т = 1 фут-свеча.
Как измеряется свет?
Нажмите здесь для расшифровки видеозаписи измерения света.
с использованием экспонометра
Я поставил эту лампочку на 60 ватт здесь. И эта лампа на 60 ватт производит 865 люменов света. Когда я держу эту лампу очень близко к этой области поверхности, где измеряется свет, все эти 800 падает на небольшую область. Очевидно, что если мы попытаемся измерить люмены, падающие на эту небольшую область, мы увидим, что количество люменов на квадратный фут очень и очень велико.Как вы можете видеть примерно там, у нас есть около 1200 люмен / квадратный фут — очень высокая концентрация. Когда я убираю эту лампочку, значение уменьшается, потому что такое же количество люменов распространяется по большей площади, как вы можете видеть здесь. Теперь это около 100 люмен. И если я пойду дальше, это уменьшится.
,Как измерить интенсивность света?
Человеческое зрение зависит от света. Свет отражается от поверхностей в глаза, проходя через роговицу и зрачок, образуя изображение на сетчатке. Глаз чувствителен к очень широкому диапазону интенсивности света, но на низких уровнях теряет способность различать детали. Вот почему точные работы, такие как операция, измерение или сборка, лучше всего выполнять при ярком освещении.Работа при плохом освещении вызывает усталость и ошибки.Промышленные происшествия более распространены, когда уровень освещенности низкий. Кроме того, хорошая интенсивность света определяет, насколько хорошо люди могут наблюдать за шоу и делать качественные фотографии. Чтобы помочь в понимании измерения интенсивности света, эта Белая книга от OMEGA Engineering адресов:
- Что такое свет?
- В чем измеряется интенсивность света?
- Ситуации, требующие измерения освещенности
- Светоизмерительная техника
- Светоизмерительное оборудование
Что такое свет?
Свет — это форма электромагнитной энергии, которая путешествует в пространстве как волна.Подобно микроволнам и рентгеновским лучам, эти волны имеют длину волны и частоту. Разница в том, что люди обладают рецепторами, способными воспринимать энергию с длинами волн от 400 до 700 нм и превращать ее в изображения.Отдельные длины волн соответствуют разным цветам. Свет с длиной волны около 420 нм воспринимается как синий, 525 нм — зеленый и 635 нм — красный. Более длинные волны называются инфракрасными (которые воспринимаются как тепло), а более короткие волны — ультрафиолетовыми, а затем — рентгеновскими.
Источники света на основе тепла («лампы накаливания») излучают электромагнитную энергию на всех длинах волн, поэтому они выглядят белыми.Фактическое распределение длин волн в этом свете зависит от температуры источника. Флуоресцентные лампы выглядят белыми только в результате флуоресценции от покрытия на стекле или трубке, а светодиоды излучают свет только на одной конкретной длине волны.
В чем измеряется интенсивность света?
Фундаментальная единица интенсивности света — это кандела, номинально свет, излучаемый одной свечой, или, точнее, «источником, испускающим монохроматическое излучение с частотой 540 x 1012 герц и имеющим интенсивность излучения в этом направлении 1/683 Вт на стерадиан.Источник света, например, лампа накаливания, излучает свет во всех направлениях. По сути, он находится в центре сферы излучаемого света (вот почему световые единицы ссылаются на стерадиан). Общая энергия всего испускаемого света называется «световым потоком».
Одна кандела на стерадиан называется просветом, который является мерой интенсивности света, с которой люди наиболее знакомы. Однако, что наиболее важно с точки зрения измерения интенсивности света, это количество люменов, падающих на поверхность, которое выражается в люксах.Таким образом, один люкс равен одному люмену на квадратный метр, это отношение яркости к расстоянию от источника. (В США обычно выражают интенсивность света в единицах фут-свечей. Одна фут-свеча эквивалентна одному люмену на квадратный фут).
Суммируя, в то время как световой поток выражается в люменах, интенсивность света измеряется в люменах на квадратный метр или люкс.
Ситуации, требующие измерения света
Студия фотографии
Основными причинами измерения интенсивности света являются обеспечение соблюдения минимальных стандартов освещения и определение подходящего времени экспозиции в фотографии и кинематографии.Четыре часто встречающихся ситуации изложены ниже.1. Эргономика и безопасность
Рекомендуемые минимальные уровни освещенности для многих сред.
В некоторых организациях интенсивность света измеряется только реактивно, обычно после падения или другой аварии. Более разумный подход заключается в проведении осмотра освещения, документирования уровня освещенности на рабочем месте. Если области находятся ниже минимально допустимых уровней, тогда может быть реализован план улучшения.
2. Фотография и кинематография
Интенсивность света лежит в основе фотографии. Слабое освещение вынуждает фотографа увеличивать время экспозиции или открывать апертуру объектива, а иногда и то и другое. Хотя многие современные камеры имеют встроенный измеритель освещенности, все же выгодно знать уровни освещенности вокруг объекта, особенно для студийной или портретной фотографии.
Знание уровней освещенности также помогает обеспечить воспроизводимость кадра, что вызывает беспокойство в кинематографии.Измеряя уровни освещенности, оператор может получать последовательные результаты, обеспечивая непрерывность.
3. Мониторинг погоды
Хотя многие измерители освещенности настроены на освещение лампами накаливания, они все же полезны для сравнения на открытом воздухе. Метр может, например, производить записи, показывающие разницу в интенсивности между летним и зимним солнцестоянием. Картирование интенсивности света в области, предназначенной для солнечных батарей, может помочь определить оптимальное местоположение для каждой панели.Те, кто занят в сельском хозяйстве, могут извлечь выгоду из определения областей с более низкой интенсивностью света в теплице.
4. Театральные декорации и дизайн интерьера
Различия в интенсивности света — эффективный способ привлечь внимание аудитории. Разработчик декораций может захотеть, чтобы конкретная опора или актер отбрасывались в тени для одной сцены и выделялись для следующей. Аналогично, дизайнер интерьера будет использовать различия в интенсивности, чтобы создать особый внешний вид.Установление уровней освещенности также помогает обеспечить воспроизводимость определенного внешнего вида и ощущения, а также подтверждает, что аудитории достаточно света, чтобы увидеть особенности актеров.
Как можно измерить интенсивность света?
Свет падает на датчик, где энергия фотонов преобразуется в электрический заряд. Чем больше света попадает на поверхность, тем больше накапливается заряд. В общих чертах оба взаимосвязаны. Калибровка в измерительной электронике преобразует ток или напряжение в значение люкс.Сложность имеет значение, человеческий глаз не одинаково чувствителен ко всем длинам волн света и обладает большей чувствительностью к зеленому. Таким образом, если на метр падает равная интенсивность синего света и зеленого света, в то время как необработанное значение люкс может быть одинаковым, наблюдатель-человек будет воспринимать больше зеленого света. Для решения этой проблемы люксметры настроены на ожидаемое освещение со спектральным распределением освещения вольфрамовой нитью. Это определяется как стандартный источник света CIE A и регулирует необработанное измерение интенсивности, чтобы лучше соответствовать восприятию человеком яркости.Стандартный источник света CIE A рекомендуется для всех применений, связанных с использованием ламп накаливания.
Оборудование для измерения интенсивности света
Внутренняя рабочая среда
Прочные портативные измерители окружающей среды для измерения скорости вращения и освещенности разработаны как простые в использовании портативные приборы для измерения интенсивности света. Основанные на стандарте CIE Standard Illuminant A, эти устройства идеально подходят для использования в зонах освещения лампами накаливания и обеспечивают считывание при флуоресцентном освещении с небольшой погрешностью при диапазоне измерений от 1 до 200 000 люкс (от 0 до 18 580 футовых свечей).Это оборудование идеально подходит для тех, кто нуждается в проверке уровня освещенности в рабочих помещениях, для фотосъемки, дизайна театральных декораций, дизайна интерьера и кинематографии. Он может использоваться на открытом воздухе, где сравнительные значения или соотношения достаточны, но не следует полагаться на точные значения интенсивности из-за его калибровки CIE.
,| Области науки | Энергия и сила |
| Сложность | |
| Время, необходимое | Короткие (2-5 дней) |
| Предпосылки | нет |
| Доступность материалов | Требуются специальные электронные компоненты, подробности см. В списке материалов. |
| Стоимость | Низкий ($ 20 — $ 50) |
| Безопасность | Нет проблем |
Аннотация
Солнечные батареи являются альтернативным методом производства электроэнергии непосредственно от солнечного света.С помощью этого проекта вы можете перейти на атомный уровень и узнать о мире твердотельной электроники, изучая работу солнечных элементов. В вашем эксперименте будет измерено влияние изменения интенсивности света на выходную мощность солнечного элемента. Возможным вариантом было бы изучить влияние изменения цвета света.Цель
Цель этого эксперимента — определить, как изменения интенсивности входящего света влияют на мощность солнечных элементов.
Поделитесь своей историей с друзьями по науке!
Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.Планируете ли вы сделать проект от друзей науки?
Вернитесь и расскажите нам о своем проекте, используя ссылку «Я сделал этот проект» для выбранного вами проекта.
Вы найдете ссылку «Я сделал этот проект» в каждом проекте на веб-сайте Science Buddies, поэтому не забудьте поделиться своей историей!
Кредиты
Эндрю Олсон, доктор наук, научный сотрудник
Под редакцией Бена Финио, доктора наук, научный сотрудник
Источники
Этот проект основан на:
- Corlett, N., 2003. «Как интенсивность света влияет на выход солнечных батарей?», California State Science Fair Аннотация.
MLA Style
Штат научных друзей. «Как выходная мощность солнечного элемента зависит от интенсивности падающего света?» друзей науки , 23 июня 2020 года, https: // WWW.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Energy_p014/energy-power/how-does-solar-cell-output-vary-with-incident-light-intensity. Доступ 28 июля 2020 г.
APA Style
Штат научных друзей. (2020, 23 июня). Как выходная мощность солнечного элемента зависит от интенсивности падающего света? Полученное из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Energy_p014/energy-power/how-does-solar-cell-output-vary-with-incident-light-intensity
Дата последнего редактирования: 2020-06-23
Введение
Солнечные элементы — это электронные устройства, которые могут преобразовывать энергию света в электрический ток .Солнечные элементы представляют собой полупроводниковых устройства , что означает, что они имеют свойства, которые являются промежуточными между проводником и изолятором. Когда свет с правильной длиной волны светит на полупроводниковый материал солнечного элемента , свет создает поток электронов. Это известно как фотоэлектрический эффект . Небольшие солнечные элементы, такие как используемые в этом проекте, могут использоваться в цепях для зарядки аккумуляторов, питания калькулятора или освещения светодиода ( светодиод ).
В этом проекте вы будете измерять тока разомкнутой цепи и напряжения короткого замыкания , генерируемого солнечным элементом. Как вы думаете, как изменятся эти значения, если вы измените яркость лампочки, используемой для питания солнечного элемента?
Термины и Понятия
Чтобы сделать этот проект, вы должны сделать исследование, которое позволяет вам понимать следующие термины и понятия:
- Полупроводник
- Солнечный элемент (также называемый фотоэлектрическим элементом)
- Фотоэлектрический эффект
- Светодиод (LED)
- люмен (единица интенсивности света)
- Напряжение ( В )
- Ток ( I )
- Сопротивление ( R )
- Напряжение холостого хода
- Ток короткого замыкания
- Мощность
Вопросы
- Как солнечные элементы превращают свет в электричество?
Библиография
Эта веб-страница является хорошим местом для начала о том, как работают солнечные элементы: Посмотрите это видео NOVA, чтобы узнать больше информации о солнечных элементах и других альтернативных источниках энергии:- НОВА.(2011, 20 апреля). Скачок напряжения. Получено 11 апреля 2013 г.
- Персонал. (1999). Закон Ома. Физический факультет, Университет Орегона. Получено 13 декабря 2006 г.
Лента новостей на эту тему
Примечание: Компьютеризированный алгоритм сопоставления предлагает вышеуказанные статьи.Он не такой умный, как вы, и иногда может давать юмористические, смешные или даже раздражающие результаты! Узнайте больше о новостной лентеМатериалы и оборудование
Некоторые компоненты, необходимые для этого проекта, доступны от Jameco Electronics:
- 6 В, 150 мА солнечный элемент с выводами из кожи аллигатора, часть # 2221456
- Цифровой мультиметр, часть # 2131127 Лампа
- с отражателем, рассчитанная на мощность не менее 150 Вт (можно приобрести в местном магазине бытовой техники),
- Не менее трех лампочек с различной мощностью (например,грамм. 50, 100 и 150 Вт).
- Примечание: рекомендуемая мощность для ламп накаливания. Если вы покупаете компактные флуоресцентные (CFL) или светодиодные (LED) лампы, их фактическая мощность будет ниже, но они будут отображать «эквивалентную» мощность на упаковке. В то время как солнечные панели лучше всего работают с лампами накаливания (из-за спектра излучаемого света), для целей этого научного проекта вы все равно сможете использовать КЛЛ или светодиодные лампы.
Отказ от ответственности: Science Buddies участвует в партнерских программах с Инструменты домашней науки, Amazon.ком, Каролина Биологическая, и Jameco Electronics. Доходы от партнерских программ помогают поддерживать Science Buddies, 501 (c) (3) общественная благотворительность, и держать наши ресурсы бесплатными для всех. Нашим главным приоритетом является обучение студентов. Если у вас есть какие-либо комментарии (положительные или отрицательные), касающиеся покупок, сделанных вами для научных проектов, на основе рекомендаций на нашем сайте, сообщите нам об этом. Напишите нам по адресу [email protected].
Экспериментальная процедура
Примечание перед началом: Этот научный проект требует, чтобы вы подключили одно или несколько устройств в электрической цепи.Основная помощь может быть найдена в Учебник по электронике. Однако, если у вас нет опыта в сборке электрические цепи, вам может быть полезно иметь кого-то, кто может ответить на вопросы и помочь вам устранить неполадки, если ваш проект не работает. Учитель естественных наук или родитель может быть хорошим ресурсом. Если вам нужно найти другого наставника, попробуйте найти кого-то, у кого есть хобби, такие как робототехника, электроника или сборка и ремонт компьютеров. Вам также может понадобиться пройти путь до этого проекта, начав с проекта электроники, который имеет более низкий уровень сложности.- Настройте свой эксперимент, как показано на рисунке 1.
- Подключите щупы мультиметра к зажимам аллигатора солнечного элемента. Если вам нужна помощь по использованию мультиметра, ознакомьтесь со справочником «Научные друзья» Как использовать мультиметр.
- Установите лампу на фиксированной высоте над солнечным элементом на ровной поверхности. Точное расстояние не имеет значения, если вы сохраняете его неизменным на протяжении всего эксперимента (например, 30 см).
Рисунок 1. Экспериментальная установка для этого проекта.
- Подготовьте таблицу данных в своей лабораторной тетради для записи мощности лампы, яркости люмен (эта информация должна быть в наличии на упаковке лампы), напряжения холостого хода и тока короткого замыкания для солнечного элемента.
- Вставьте лампочку с самой низкой мощностью в лампу.
- Возьмите как минимум три показания напряжения холостого хода солнечного элемента и запишите их в свою лабораторную тетрадь.
- Возьмите как минимум три показания тока короткого замыкания солнечного элемента и запишите их в свою лабораторную тетрадь.
- Вставьте следующую лампу с наибольшей мощностью в лампу и повторите шаги 4–5.
- Повторите шаги 4–5 для каждой из оставшихся луковиц.
- Рассчитайте средние значения для каждого набора записей в вашей таблице данных.
- Создайте два графика рассеяния, одно из которых напряжение холостого хода зависит от яркости лампы в люменах, а другое — от тока короткого замыканияЯркость лампы в люменах. Как изменяется мощность солнечного элемента при изменении яркости света? Это соответствует вашим прогнозам?
,
Если вам нравится этот проект, вам может понравиться исследовать эти связанные профессии:
Инженер-энергетик
Как вы думаете, сколько энергии потребляют все дома и здания в Соединенных Штатах? Оказывается, они съедают 40% всей энергии, которую U.С. использует через год. Эта цифра высока, потому что все эти дома и здания необходимо отапливать, охлаждать, освещать, вентилировать и снабжать горячей водой и электричеством для работы со всеми видами электрических устройств, приборов и компьютеров. Инженеры по энергоэффективности помогают снизить энергопотребление домов и зданий. Это экономит деньги семей и предприятий и снижает выбросы парниковых газов, которые способствуют глобальному потеплению. Читать далееИнженер систем солнечной энергии
Вас интересует идея сбора огромной энергии солнца? Если вы находите это захватывающим, то вам следует подумать об установке солнечных фотоэлектрических панелей в вашем доме для сбора бесплатной электроэнергии от солнца.Но насколько энергоэффективен ваш дом уже? Это может стать лучше? Сколько панелей понадобится вашему дому? Как будет выглядеть система? Вы можете получить ответы на эти и другие вопросы у местного инженера по солнечной энергетике. Эти инженеры помогают своим жилым и коммерческим клиентам экономить на счетах за электроэнергию и сокращают выбросы углекислого газа, проводя энергетические аудиты, подбирая и проектируя подходящую для них систему солнечной энергии. Читать далееСолнечная фотоэлектрическая установка
Хотите знать, что то, что вы делаете каждый день, помогает окружающей среде и экономит деньги? Ну, это то, что делают солнечные фотоэлектрические установщики.Они снабжают здания и крупные солнечные электростанции фотоэлектрическими системами, которые преобразуют свободный солнечный свет в чистую и возобновляемую энергию. Это захватывающая, развивающаяся область, которая позволит вам сочетать страсть к окружающей среде с механическими и электрическими навыками. Читать далееВариации
- В этом проекте измеряется напряжение холостого хода и ток короткого замыкания, которые являются максимальными значениями , которые может выдавать солнечный элемент.В действительности, к которому солнечный элемент подключен к нагрузке, оба эти значения будут падать. Присоедините солнечный элемент к фиксированной нагрузке, как резистор, и повторите эксперимент. Рассчитать выходную мощность солнечного элемента (мощность = ток × напряжение или P = IV) под нагрузкой. Как изменяется выходная мощность в зависимости от яркости лампы?
- Для более продвинутых студентов, можете ли вы придумать способ выяснить внутреннее сопротивление солнечного элемента ? Постоянно ли внутреннее сопротивление или оно изменяется в зависимости от интенсивности падающего света?
- Проверка выходной мощности солнечного элемента в зависимости от угла входящего света.Сохраняйте расстояние и яркость источника света постоянными, но изменяйте угол входящего света.
- Другим вариантом может быть измерение выходной мощности солнечного элемента в зависимости от температуры окружающей среды (см. Проект «Друзья по науке» «Отличный способ получения электричества: выходная мощность солнечного элемента в зависимости от температуры».
- Более продвинутая идея проекта состояла бы в том, чтобы измерить выходную мощность солнечного элемента как функцию цвета входящего света. Вам следует провести предварительное исследование, чтобы узнать, как энергия света изменяется в зависимости от длины волны (цвета).Вам также необходимо знать спектральные (цветовые) характеристики вашего источника света. По этой причине было бы неплохо использовать солнечный свет для этого проекта. Вы можете получить буклет с 100 цветными фильтрами примерно за 10 долларов плюс доставка. Поиск по «буклету с цветным фильтром» должен включать несколько источников.
Поделитесь своей историей с друзьями по науке!
Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.Задайте вопрос эксперту
Форум «Спросите эксперта» предназначен для того, чтобы студенты могли найти ответы на научные вопросы, которые они не смогли найти с помощью других ресурсов.Если у вас есть конкретные вопросы о вашем научном проекте или научной ярмарке, наша команда ученых-добровольцев может помочь. Наши эксперты не сделают работу за вас, но они сделают предложения, предложат рекомендации и помогут вам устранить неполадки. Задайте вопрос эксперту
Ссылки по теме
Лента новостей на эту тему
Примечание: Компьютеризированный алгоритм сопоставления предлагает вышеуказанные статьи.Он не такой умный, как вы, и иногда может давать юмористические, смешные или даже раздражающие результаты! Узнайте больше о новостной лентеИщете больше науки веселья?
Попробуйте одно из наших научных мероприятий для быстрого изучения науки в любое время. Идеальная вещь, чтобы оживить дождливый день, школьные каникулы или момент скуки.
Найти деятельностьИзучите наши научные видео
Почему яблоки и бананы становятся коричневыми? — деятельность STEM | DIY Glitter Surprise Пакет с простой цепью | 5 научных проектов Easy Fizzing & Foaming Science |
Спасибо за ваш отзыв!
,самых ярких звезд: яркость и яркость
Взгляд на ночное небо над Землей показывает, что некоторые звезды намного ярче других. Однако яркость звезды зависит от ее состава и того, как далеко она находится от планеты.
Астрономы определяют яркость звезды с точки зрения видимой величины — насколько яркая звезда выглядит с Земли — и абсолютной величины — насколько яркая звезда появляется на стандартном расстоянии 32,6 световых лет или 10 парсек. (Световой год — это расстояние, которое свет проходит за один год — около 6 триллионов миль или 10 триллионов километров.Астрономы также измеряют светимость — количество энергии (света), которое звезда излучает со своей поверхности.
Измерение яркости звезды — древняя идея, но сегодня астрономы используют более точные инструменты для расчета.
От греческого до современного времени
Более 2000 лет назад греческий астроном Гиппарх был первым, кто сделал каталог звезд в соответствии с их яркостью, по словам Дэйва Ротштейна, который участвовал в Корнелльском университете «Спроси астронома» сайт в 2003 году.
«По сути, он посмотрел на звезды на небе и классифицировал их по яркости: самые яркие звезды были» звездной величины 1 «, следующие самые яркие были» звездной величины 2 «и т. Д., Вплоть до» звездной величины 6 «. которые были самыми слабыми звездами, которые он мог видеть, «написал Ротштейн.
Человеческие глаза, однако, не очень проницательны. По словам Ротштейна, большие различия в яркости на самом деле кажутся гораздо меньшими при использовании этой шкалы. Светочувствительные приборы с зарядовой связью (ПЗС) внутри цифровых камер измеряют количество света, излучаемого звездами, и могут обеспечить более точное определение яркости.
Используя эту шкалу, астрономы теперь определяют разницу пяти величин как отношение яркости 100. Вегу использовали в качестве эталонной звезды для шкалы. Первоначально он имел величину 0, но более точные приборы изменили это значение до 0,3.
Орион — самое яркое и красивое из зимних созвездий. Некоторые из его звезд, в том числе Бетельгейзе и Ригель, являются одними из самых ярких звезд. (Изображение предоставлено: Starry Night Software)Кажущаяся величина и абсолютная величина
Однако, принимая Землю за точку отсчета, шкала величины не учитывает истинных различий в яркости между звездами.Кажущаяся яркость или видимая величина зависят от местоположения наблюдателя. Различные наблюдатели придумают разные измерения, в зависимости от их местоположения и расстояния от звезды. Звезды, которые ближе к Земле, но слабее, могут казаться ярче, чем гораздо более светящиеся, которые находятся далеко.
«Именно« истинная »яркость — с учетом зависимости от расстояния — представляет наибольший интерес для нас как астрономов», — говорится в онлайн-курсе по астрономии из Университета Теннесси.
«Следовательно, полезно установить соглашение, согласно которому мы можем сравнивать две звезды на одном основании без изменений яркости из-за различий в расстояниях, усложняющих проблему».
Этот широкоугольный вид неба вокруг яркой звезды Альфа Центавра был создан на основе фотографических изображений, составляющих часть обзора оцифрованного неба 2. Звезда кажется такой большой только из-за рассеяния света оптикой телескопа, а также в фотоэмульсии.Альфа Центавра — самая близкая звездная система к Солнечной системе. Изображение выпущено 17 октября 2012 года. (Изображение предоставлено ESO / Digitized Sky Survey 2)Решением было применение шкалы абсолютных величин для обеспечения привязки между звездами. Для этого астрономы рассчитывают яркость звезд так, как они выглядели бы, если бы она была 32,6 световых года или 10 парсеков от Земли.
Другой мерой яркости является яркость, которая является силой звезды — количеством энергии (света), которое звезда излучает со своей поверхности.Обычно выражается в ваттах и измеряется в свете солнца. Например, светимость солнца составляет 400 триллионов триллионов ватт. Одна из ближайших к Земле звезд, Альфа Центавра А, примерно в 1,3 раза ярче Солнца.
Чтобы вычислить яркость по абсолютной величине, необходимо рассчитать, что разница в пять на шкале абсолютной величины эквивалентна коэффициенту 100 на шкале яркости — например, звезда с абсолютной величиной 1 в 100 раз больше светится как звезда с абсолютной звездной величиной 6.
Ограничения абсолютной величины
Несмотря на то, что шкала абсолютных величин является лучшим усилием астрономов для сравнения яркости звезд, существует несколько основных ограничений, связанных с приборами, которые используются для ее измерения.
Во-первых, астрономы должны определить, какую длину волны света они используют для измерения. Звезды могут излучать излучение в различных формах: от высокоэнергетического рентгеновского излучения до низкоэнергетического инфракрасного излучения. В зависимости от типа звезды они могут быть яркими на некоторых из этих длин волн и тусклыми на других.
Чтобы решить эту проблему, ученые должны указать, какую длину волны они используют для измерения абсолютной величины.
Другим ключевым ограничением является чувствительность прибора, используемого для измерения. В целом, поскольку компьютеры усовершенствовались, а технология телескопических зеркал с годами улучшилась, измерения, сделанные в последние годы, имеют больший вес среди ученых, чем те, которые сделаны давно.
Как ни парадоксально, самые яркие звезды являются одними из наименее изученных астрономами, но есть по крайней мере одна недавняя попытка каталогизировать их светимость.Созвездие спутников под названием BRITE (BRight Target Explorer) будет измерять изменчивость яркости между звездами. Участниками проекта из шести спутников являются Австрия, Канада и Польша. Первые два спутника были успешно запущены в 2013 году.
Переменные звезды
Хотя многие звезды имеют постоянную яркость, существует более 100 000 известных и каталогизированных переменных звезд. (Даже наше собственное солнце является переменным, изменяя свою выработку энергии примерно на 0,1 процента, или одну тысячную его величины, в течение своего 11-летнего солнечного цикла.) Переменные звезды являются либо внутренними (что означает, что их светимость изменяется из-за таких особенностей, как расширение, сжатие, извержение или пульсация), либо внешними (это означает, что звезда или планета проходят перед звездой и блокируют свет, или что изменение обусловлено к вращению звезды.)
Звезды также могут меняться в течение долгого времени. Например, Северная звезда или Полярная звезда в древние времена могли быть в 4,6 раза ярче, чем сегодня. Исследование, проведенное в 2014 году, показало, что за последние несколько десятилетий звезда потускнела, но затем снова резко прояснилась.Polaris является частью класса переменных цефеид, которые являются чрезвычайно светящимися звездами с короткими периодами пульсаций. Изменения в светимости позволяют астрономам вычислять, как далеко находятся эти цефеиды, делая их полезными «измерительными палочками», если звезды находятся в галактиках или туманностях.
Другие типы собственных переменных звезд включают катаклизмические переменные (которые становятся ярче из-за вспышек, таких как взрывы сверхновых) или изверженные переменные (яркость которых изменяется во время извержений на поверхности, или комбинации с межзвездным веществом.) Внешние переменные включают затменные двойные звезды и вращающиеся звезды (такие как пульсары, ядра сверхновых, электромагнитное излучение которых видно только тогда, когда луч направлен на Землю).