Светотехнические параметры и понятия. Часть 1. Справочная информация

Профессиональные светотехники и специалисты, работающие в области освещения, постоянно употребляют разные термины и определения, которые мало о чем говорят простому обывателю.

Чтобы было проще понимать, о чем идет речь, и что обозначают эти слова, мы подготовили список, объясняющий основные светотехнические термины и характеристики. Его не нужно учить наизусть, можно просто заходить на нужную страницу и освежать в памяти забытый параметр. Говорить «на одном языке» всегда проще.

Светотехнические параметры и понятия.

1 — Видимое и оптическое излучение

Весь окружающий нас мир образуется видимым излучением, сосредоточенным в полосе электромагнитных волн от 380 до 760 нм. К ней с одной стороны добавляется ультрафиолетовое излучение (УФ), а с другой инфракрасное (ИК).

УФ-лучи оказывают биологическое воздействия и применяются для уничтожения бактерий. Дозировано они используются для лечебного и оздоровительного эффектов.

ИК-лучи используются для нагрева и сушки в установках, так как в основном производят тепловое воздействие.

2 — Световой поток (Ф)

Световой поток характеризует мощность видимого излучения по воздействию на человеческое зрение. Измеряется в люменах (лм). Величина не зависит от направления. Световой поток — это самая важная характеристика источников света.

Например, лампа накаливания Е27 75 Вт имеет световой поток 935 лм, галогенная G9 на 75 Вт — 1100 лм, люминесцентная Т5 на 35 Вт — 3300 лм, металлогалогенная G12 на 70 Вт (теплая) — 5300 лм, светодиодная Е27 9,5 Вт (теплая) — 800 лм.

3 — Люмен

Люмен (лм) — это световой поток от источника света (лампы) при окружающей температуре 25°, измеренной при эталонных условиях.

 

4 — Освещенность (Е)

Освещенность — это отношение светового потока, подающего на элемент поверхности, к площади этого элемента. Е=Ф/А, где, А -площадь. Единица освещенности — люкс (лк).

Чаще всего нормируется горизонтальная освещенность (на горизонтальной плоскости).

Средние диапазоны освещенности: на улице при искусственном освещении от 0 до 20 лк, в помещении от 20 до 5000 лк, 0,2 лк в полнолуние в природных условиях, 5000 -10000 лк днем при облачности и до 100 000 лк в ясный день.

На картинке представлены: а — средняя освещенность на площади А, б — общая формула для расчета освещенности.

5 — Сила света (I)

Сила света — это пространственная плотность светового потока, ограниченного телесным углом. Т. е. отношение светового потока, исходящего от источника света и распространяющегося внутри малого телесного угла, содержащего рассматриваемое направление.

I=Ф/ω Единица измерения силы света — кандела (кд).

Средняя сила света лампы накаливания в 100 Вт составляет около 100 кд.

КСС (кривая силы света) — распределение силы света в пространстве, это одна из важнейших характеристик светотехнических приборов, необходимая для расчета освещения.

 

6 — Яркость (L)

Яркость (плотность света) — это отношение светового потока, переносимого в элементарном пучке лучей и распространяющемся в телесном угле, к площади сечения данного пучка.

L=I/A (L=I/Cosα) Единица измерения яркости — кд/м2.

Яркость связана с уровнем зрительного ощущения; распространение яркости в поле зрения (в помещении/интерьере) характеризует качество (зрительный комфорт) освещения.

В полной темноте человек реагирует на яркость в одну миллионную долю кд/м2.

Полностью светящийся потолок яркостью боле 500 кд/м2 вызывает у человека дискомфорт.

Яркость солнца примерно миллиард кд/м2, а люминесцентной лампы 5000–11000 кд/м2.

7 — Световая отдача (H)

Световая отдача источника света — это отношение светового потока лампы к ее мощности.

Η=Ф/Р Единица измерения светоотдачи — лм/Вт.

Это характеристика энергоэкономичности источника света. Лампы с высокой световой отдачей обеспечивают экономию электроэнергии. Заменяя лампу накаливания со светоотдачей 7–22 лм/Вт на люминесцентные (50–90 лм/Вт), расход электроэнергии уменьшится в 5–6 раз, а уровень освещенности останется тот же.

 

8 — Цветовая температура (Тц)

Цветовая температура определяет цветность источников света и цветовую тональность освещаемого пространства. Цветовая температура равна температуре нагретого тела (излучатель Планка, черное тело), одинакового по цвету с заданным источником света.

Единица измерения Кельвин (К) по шкале Кельвина: Т — (градусы Цельсия + 273) К.

 

Пламя свечи — 1900 К

Лампа накаливания — 2500–3000 К

Люминесцентные лампы — 2700 — 6500 К

Солнце — 5000–6000 К

Облачное небо — 6000–7000 К

Ясный день — 10 000 — 20 000 К.

9 — Индекс цветопередачи (Ra или CRI)

Индекс цветопередачи характеризует степень воспроизведения цветов различных материалов при их освещении источником света (лампой) при сравнении с эталонным источником.

Максимальное значение индекса цветопередачи Ra =100.

 

Показатели цветопередачи:

Ra = 90 и более — очень хорошая (степень цветопередачи 1А)

Ra = 80–89 — очень хорошая (степень цветопередачи 1В)

Ra = 70–79 — хорошая (степень цветопередачи 2А)

Ra = 60–69 — удовлетворительная (степень цветопередачи 2В)

Ra = 40–59 — достаточная (степень цветопередачи 3)

Ra = менее 39 — низкая (степень цветопередачи 3)

 

Ra он же CRI — color rendering index был разработан для сравнения источников света непрерывного спектра, индекс цветопередачи которых был выше 90, поскольку ниже 90 можно иметь два источника света с одинаковым индексом цветопередачи, но с сильно различающейся передачей цвета.

Комфортное для глаза человека значение CRI = 80–100 Ra

comments powered by HyperComments

www.o-svet.ru

Единица измерения освещенности

Содержание:

1. Что такое освещенность
2. В каких единицах измеряется освещенность
3. Перечень основных единиц измерения
4. Приборы для измерения уровня освещенности
5. Освещенность и светодиодные приборы

Осветительные приборы различаются между собой конструкцией, физическими свойствами и техническими характеристиками. Параметры световых приборов вызывают множество вопросов и споров, особенно единица измерения освещенности. Нередко ее путают с другими понятиями, например, с силой света или яркостью. Кроме того, многие потребители покупают осветительные приборы, ориентируясь на величину суммарного светового потока, без учета тепловых и световых потерь.

Что такое освещенность

Понятие освещенности тесно связано с величиной светового потока, измеряемого в лабораториях при помощи специального оборудования. Сама освещенность может быть определена самостоятельно, и ее величина учитывается соответствующими СНиПами. Для вычисления этого параметра пользуются световым потоком, измеряемым в люменах, находящийся в соотношении с площадью освещаемой поверхности. Он должен падать на поверхность под углом 90 градусов. Освещенность измеряется в специальных единицах – люксах (лк).

Величина светового потока оказывает непосредственное влияние на физическое и психологическое состояние человека. Слишком слабое освещение угнетает головной мозг, а слишком яркое, наоборот, действует возбуждающе на мозговые процессы. Подобное негативное влияние вызывает преждевременный износ организма, пагубно влияет на органы зрения.

Поэтому при составлении проекта освещения и размещения приборов освещения обязательно используется коэффициент запаса, учитывающий вероятное падение освещенности в процессе эксплуатации. Постепенно оптические компоненты изнашиваются, загрязняются, что приводит к снижению яркости искусственного света. Кроме того, происходит снижение коэффициента естественной освещенности, поскольку отражающие свойства окружающих предметов постепенно изменяются.

Освещенность в первую очередь измеряется на рабочем месте. Одновременно определяются звуковые колебания, учитывается степень загрязненности, электромагнитное и даже гамма излучение. Результаты замеров позволяют создать наиболее оптимальные условия труда, в соответствии с санитарными нормами и правилами.

В каких единицах измеряется освещенность

На единице измерения освещенности следует остановиться более подробно. Общепринятой единицей считается люкс, представляющий собой такую освещенность, когда на поверхность площадью 1 м² происходит падение светового потока в 1 люмен.

Сколько же освещенности фактически включает в себя единица измерения 1 люкс? С этой целью нужно сравнить между собой несколько стандартных параметров, основанных на человеческой физиологии, закрепленных строгими медицинскими правилами и государственными стандартами. Без их соблюдения невозможно утверждение любого строительного проекта.

Степень освещенности в 1 лк создается обычной свечой, расположенной на расстоянии 1 м от освещаемой поверхности. С помощью этого нехитрого приспособления вполне возможно с достаточно высокой точностью откалибровать самодельный измерительный прибор – люксметр.

В качестве примеров для сравнения можно взять несколько известных видов освещенности.

• Яркий солнечный свет в полдень составит 100-140 тыс. лк
• Небо без туч днем – 6200 лк
• Настольная лампа, освещающая стол – 500 лк
• Освещенность в тени в солнечный день – 430 лк
• Наступление сумерек в вечернее время – 70 лк
• Начало ночи с лунным освещением – 1,5 лк.

Источники освещения и поверхности, отражающие свет, не всегда выглядят в виде отдельно взятых точек. Если органы зрения способны различить их форму, то речь пойдет об еще одной фотометрической величине, известной как яркость. Ее физические свойства похожи на силу света, однако в данном случае это отношение не будет абсолютным. Оно соразмеряется с площадью, которую имеет отражающая или излучающая поверхность.

Яркость, как физическое понятие, является единственной фотометрической величиной, которую может нормально воспринимать человеческий глаз. Она наглядно проявляется в свойствах крупных источников света, состоящих из большого количества точечных излучателей. При условии их одинаковой яркости, общий свет большого прибора освещения будет восприниматься единым целым.

Перечень основных единиц измерения

Существует несколько основных единиц измерения, тем или иным образом характеризующих параметры света. Среди них наиболее известными и распространенными являются следующие:

• Световой поток. Представляет собой мощность излучения света. Это видимый спектр излучения, связанный со световым ощущением, воспринимаемым человеческим глазом. Данная величина измеряется в люменах (лм). Например, световой поток, излучаемый 100-ваттной лампой накаливания, составляет 1350 лм, а люминесцентной лампой ЛБ40 – 3200 лм.
• Сила света. Плотность светового потока относительно окружающего пространства. По своей сути является пропорцией, где световой поток соотносится с телесным углом, в пределах которого происходит равномерное распределение излучения. Единица измерения – кандела (кд).
• Освещенность. Световой поток, падающий на поверхность, обладает поверхностной плотностью. Он равномерно распределяется и соотносится с площадью освещаемой поверхности. Единицей измерения служит – люкс (лк), равный 1 лм/1 м².
• Яркость. Представляет собой силу света с поверхностной плотностью в установленном направлении. Единица измерения – кд/м².
• Светимость. Световой поток, испускаемый поверхностью с плотностью, представляющей собой отношение светового потока и площади светящейся поверхности. Единица измерения – 1 лм/м².

Приборы для измерения уровня освещенности

Уровень освещенности измеряется прибором – люксметром. Это небольшое переносное устройство работает примерно так же, как и фотометр. Поток светового излучения попадает на полупроводниковый фоточувствительный элемент и начинает отрывать от него электроны, приходящие в упорядоченное движение. В результате, происходит замыкание электрической цепи. При этом, величина силы тока находится в пропорциональной зависимости с интенсивностью освещения фотоэлемента и отображается на шкале аналоговых устройств.

В настоящее время практически не осталось приборов со стрелками, им на смену пришла цифровая измерительная аппаратура. Каждый люксметр оборудован жидкокристаллическим дисплеем и фоточувствительным датчиком, расположенным в отдельном корпусе. Для соединения между собой этих двух деталей применяется гибкий провод.

Перед началом замеров освещенности люксметр устанавливается в горизонтальное положение. Современные ГОСТы требуют, чтобы для измерений использовались разные точки помещения в соответствии с установленной схемой. Естественное и искусственное освещение замеряется отдельно. При выполнении процедуры не допускается попадания на прибор даже малейшей тени. Не должно быть поблизости и любых источников электромагнитных волн. Все эти факторы могут создать помехи и повлиять на результаты измерений.

Полученную величину освещённости необходимо сравнить с параметром, установленным ГОСТом. На основании этих данных делаются выводы о достаточной или недостаточной освещенности какого-либо помещения или территории. После проведения испытаний составляется оценочный протокол.

Освещенность и светодиодные приборы

В процессе освещения светодиодами выделяется большое количество тепла. Для его рассеивания применяются теплопроводящие конструкции из алюминия, охлаждающие ребра и другие элементы, которые являются нейтрализаторами действия тепла. Создавая новые светильники, специалисты обязательно учитывают взаимную связь между освещенностью и потерями тепла.

Эксплуатационные сложности появляются, когда температура повышается свыше 50 градусов. В связи с этим замеры следует проводить примерно через два часа после начала работы светодиодных ламп. Чтобы исключить погрешность, измерение освещенности выполняются периодически, на протяжении всего рабочего дня. Подобные исследования рекомендуется проводить не реже 1 раза в течение года.

electric-220.ru

нит и кандела на квадратный метр, стильб и ламберт, применение величин в жизни

В физическом мире все связано с измерениями и все можно описать и измерить. И для каждого предмета или явления есть единицы измерения. Так, например, расстояние измеряется в метрах, температура в градусах, а масса в килограммах. У света тоже имеются измеряемые параметры: светимость, яркость, сила света, которые также имеют свои единицы. Например, единицей яркости является кандела на метр в квадрате.

Параметры светового излучения

Свет как физическое явление характеризуется многими параметрами. Основные используемые в физике таковы:

• Сила света;
• Светимость;
• Яркость;
• Освещенность;
• Световая температура.

Сила света определяет количество световой энергии, излучаемой источником света за промежуток времени. Другими словами, это то, насколько мощный световой поток способен излучить источник света.

Светимость — это световой поток на единицу светящейся поверхности. Чем больше светимость, тем более светлой кажется излучающая поверхность. Единица светимости — люмен на квадратный метр.

Яркость — это световой поток в определённом, узком направлении. Обычно говорится об этой величине в контексте точечного источника излучения. При большой светящейся площади определяется ее средняя яркость.

Термин освещенность применяется по отношению к освещаемой поверхности. Это отношение светового потока к площади поверхности, то есть насколько хорошо она освещена.

Световая температура показывает воспринимаемый цвет источника излучения. Она измеряется в единицах температуры — Кельвинах — и соответствует температуре излучающего, нагретого до этих градусов тела. Субъективно она воспринимается теплой или холодной. Чем более высокой является цветовая температура, тем более холодным будет цвет. Теплый — это желтый и красноватый, холодный — голубой и фиолетовый.

Измерение яркости

Поскольку свет имеет измеримые параметры, то яркость как параметр света имеет свои единицы измерения. Сейчас, по интернациональной системе СИ, яркость измеряется в канделах на квадратный метр, значение этой единицы соответствует принятой в старину единице нит, величина которой выражалась отношением одной канделы к одному метру в квадрате. Кроме нитов, единицами яркости также были:

• Стильб;
• Апостильб;
• Ламберт.

Апостильб в настоящее время является устаревшей величиной, которая вышла из употребления она в 1978 году. Она обозначала яркость поверхности площадью 1 квадратный метр и излучающей световой поток в 1 люмен.

Величина стильб используется системе измерений СГС. В этой системе основными мерами являются меры длины, веса и времени, что в расшифровке аббревиатуры СГС соответствует величинам сантиметр, грамм, секунда. В более поздних версиях системы появились электрические и магнитные расширения СГСЭ и СГСМ. Здесь и находится и стильб, как единица измерения электромагнитного излучения.

Ламберт — это внесистемная единица. Появилась и используется преимущественно в Америке. Ее название происходит от имени немецкого физика Иоганна Ламберта, проводившего исследования в теории систем, иррациональных чисел, фотометрии и тригонометрии. Один ламберт — это единица яркости светящейся поверхности площадью в один квадратный сантиметр и обладающей световым потоком в один люмен.

Физическое представление

A в физике рассматриваемую величину можно выразить через понятие работы. Работа понимается как обмен энергиями между системой и внешней средой. Обмен может происходить в форме электромагнитного излучения. Интенсивность излучения как раз и будет определять яркость. Если понимать, в чем измеряется работа в физике, можно определить физическое представление яркости. Работа в физике измеряется в джоулях, которые можно представить, как Ватт-секунды. То есть мощность излучения, умноженная на время, будет считаться работой. Чем больше мощность светового излучения, тем более ярким будет источник света.

Применение в астрономии

В астрономии также используются единицы измерения яркости для небесных тел. Они характеризуют небесные тела по излучательной или отражательной способности. Отраженный свет небесных тел может быть весьма ярким, достаточно вспомнить свет Луны или затмевающую свет многих звезд утреннюю Венеру. Оба этих небесных тела светят отраженным светом Солнца.

Единица яркости небесных тел выражается звездной величиной участка неба размером одна квадратная секунда. Простыми словами звездную величину можно определить как светимость точечного объекта звездного неба. Квадратной секундой считается 1/648000 от объемного угла, именуемого стерадиан.

Астрономическую яркость можно сравнить с обычной. Одна звездная величина с квадратной секунды равна 8,96 микрокандел на квадратный метр.

Яркость неба в безлунную ночь выражается величиной 0,0002 кд/м2. Измерять светлоту темных объектов важно для фотометрии: таким образом можно понять, какой объект звездного неба и насколько перекрывает светимостью другие объекты. По уменьшению интенсивности света звезд судят о возможном закрытии их светящегося диска планетами, и даже о размере и составе атмосферы этих планет! Эта величина играет важную роль в астрономии, фотографии и видеографии, а также у художников и специалистов по освещенности рабочих мест.

Для экранов телевизоров

Современный плазменные и жидкокристаллические экраны телевизоров могут достигать яркости в 400−500 кд/м2. Однако это сомнительное преимущество, так как увеличение этой величины приводит к повышению усталости глаз и требует увеличения частоты и длительности отдыха. Особенно это влияет на глаз при просмотре телевизора или работе с компьютером в темноте или при слабом освещении. Для человеческого глаза комфортное значение устанавливается в пределах 150−200 кандел на квадратный метр. Санитарными правилами и нормами установлено ограничение яркости экрана при работе в 200 кд/м2.

Повышенное значение интенсивности излучения приветствуется только при просмотре фильмов с 3D эффектом, так как используемые при этом 3D очки сильно поглощают излучение экрана, делая его более темным. При выборе устройств с жидкокристаллическими и плазменными экранами стоит обращать внимание на равномерность подсветки. Некачественные экраны отображают центр более ярким, при этом оказывается сильно заметным спадание мощности подсветки к краям дисплея.

chebo.pro

Световые величины и единицы

Световой поток — мощность светового излучения, т. е. видимого излучения, оцениваемого по световому ощущению, которое оно производит на глаз человека. Световой поток измеряется в люменах.

Например лампа накаливания (100 Вт) излучает световой поток, равный 1350 лм, а люминесцентная лампа ЛБ40 — 3200.

Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света равной одной канделе, в телесный угол, величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд·ср).

Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен 4π люменам.

Существует и другое определение: единицей светового потока является люмен (лм), равный потоку, излучаемому абсолютно черным телом с площади 0,5305 мм² при температуре затвердевания платины (1773° С), или 1 свеча·1 стерадиан.

Сила света — пространственная плотность светового потока, равная отношению светового потока к величине телесного угла, в котором равномерно распределено излучение. Единицей силы света является кандела.

Освещенность — поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность, равная отношению светового потока к величине освещаемой поверхности, по которой он равномерно распределен.

Единицей освещенности является люкс (лк), равный освещенности, создаваемой световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на площади в 1 м², т. е. равный 1 лм/1 м².

Яркость — поверхностная плотность силы света в заданном направлении, равная отношению силы света к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную тому же направлению.

Единица яркости — кандела на квадратный метр (кд/м²).

Светимость (светность) — поверхностная плотность светового потока, испускаемого поверхностью, равная отношению светового потока к площади светящейся поверхности.

Единицей светимости является 1 лм/м².

Единицы световых величин в международной системе единиц СИ (SI)

Наименование величины	Наименование единицы	Выражение через единицы СИ (SI)	Обозначение единицы
			русское	между- народное
Сила света	кандела	кд	кд	cd
Световой поток	люмен	кд·ср	лм	lm
Световая энергия	люмен-секунда	кд·ср·с	лм·с	lm·s
Освещенность	люкс	кд·ср/м2	лк	lx
Светимость	люмен на квадратный метр	кд·ср/м2	лм·м2	lm/m2
Яркость	кандела на квадратный метр	кд/м2	кд/м2	cd/m2
Световая экспозиция	люкс-секунда	кд·ср·с/м2	лк·с	lx·s
Энергия излучения	джоуль	кг·м2/с2	Дж	J
Поток излучения, мощность излучения	ватт	кг·м2/с3	Вт	W
Световой эквивалент потока излучения	люмен на ватт	кд·ср·с3 кг·м2	лм/Вт	lm/W
Поверхностная плотность потока излучения	ватт на квадратный метр	кг/с3	Вт/м2	W/m2
Энергетическая сила света (сила излучения)	ватт на стерадиан	кг·м2/(с3·ср)	Вт/ср	W/sr
Энергетическая яркость	ватт на стерадиан-квадратный метр	кг/(с3·ср)	Вт/(ср·м2)	W/(sr·m2)
Энергетическая освещенность (облученность)	ватт на квадратный метр	кг/с3	Вт/м2	W/m2
Энергетическая светимость (излучаемость)	ватт на квадратный метр	кг/с3	Вт/м2	W/m2

Примеры:

Тип лампы	Мощность, Вт	Световой поток, лм	Примерная сила света, кд
Свеча			1
Лампа накаливания Б235-245-100	100	1380	100
Лампа люминесцентная ЛБ 40	40	2800
Ртутная лампа высокого давления ДРЛ 250	250	13000
Обычный светодиод	0,015		0,001
Сверхяркий светодиод	5		3

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК»
Под общей ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др.
М.: Издательство МЭИ, 1998

Вернуться к списку

www.neolight.ru

В чем измеряется яркость монитора: характеристика показателя

Иногда возникает необходимость узнать показатель измерения яркости. Нужно не только определиться с самим показателем, но и научиться измерять его. Это поможет установить правильные параметры при настройке.

В чём измеряется яркость монитора

Содержание статьи

По общепринятой системе единиц яркость, излучаемая монитором или любым другим источником, измеряется в канделах (кд/). Помимо этого, существуют и другие единицы измерения: стильб (сб), апостильб (асб), ламберт (лб) и нит (нт). Они уже не используются в качестве единиц измерения. Кандел и нит имеют одинаковое значение.

Параметр измеряется при помощи обычного бытового люксметра – прибора, который предназначен для измерения уровня освещённости, пульсаций и яркости. При помощи этого прибора также определяют качественные характеристики света.

Важно! Измерение при помощи люксметра нужно проводить несколько раз, затем рассчитать среднее значение показателей.

Характеристика параметра

Уровень данного параметра зависит от отражающей способности покрытия. Если он низкий или чересчур высокий, то это может вызвать дискомфорт во время работы за экраном. В результате появления дискомфорта может снизиться работоспособность и ухудшится концентрация внимания пользователя.

Однако высокий уровень параметра обязателен при просмотре 3D фильмов. Объясняется это тем, что 3D очки во время просмотра фильмов сильно затемняют картинку.

С параметром неразрывно связан параметр контрастности. Контрастность – отношение уровня чёрного цвета к белому. Так, например, уровень контрастности экрана, минимальная и максимальная яркости которого составляют 400,5 и 0,5 кд/соответственно, равен 800:1. Именно контрастность влияет на степень утомляемости глаз во время работы за монитором. Чем больше контрастность, тем выше чёткость изображения и, соответственно, ниже нагрузка на глаза.

Какой должен быть показатель

Показатели современных мониторов могут достигать 500 кд/. Однако такой показатель нельзя назвать преимуществом экранов, так как его повышение может отрицательно отразиться на человеческих глазах. Особенно это сказывается на глазах при недостаточном освещении или его отсутствии. Комфортными значениями для глаза являются 150-200 кд/. По санитарным нормам самым оптимальным уровнем является 200 кд/.

При выборе мониторов следует обращать внимание на равномерность их подсветки. Зачастую у низкокачественных мониторов самым ярким «местом» является центр. Данная «особенность» приводит к сильно заметному снижению подсветки по краям экрана.

setafi.com

Яркость — это… Что такое Яркость?

Я́ркость источника света^[1] — это световой поток, посылаемый в данном направлении, деленный на малый (элементарный) телесный угол вблизи этого направления и на проекцию площади источника^[2] на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения. Иначе говоря — это отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади её проекции на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения.

В определении, данном выше, подразумевается, если рассматривать его как общее, что источник имеет малый размер, точнее малый угловой размер. В случае, когда речь идет о существенно протяженной светящейся поверхности, каждый ее элемент рассматривается как отдельный источник. В общем случае, таким образом, яркость разных точек поверхности может быть разной. И тогда, если говорят о яркости источника в целом, подразумевается вообще говоря усредненная величина. Источник может не иметь определенной излучающей поверхности (светящийся газ, область рассеивающей свет среды, источник сложной структуры — например туманность в астрономии, когда нас интересует его яркость в целом), тогда под поверхностью источника можно иметь в виду условно выбранную ограничивающую его поверхность или просто убрать слово «поверхность» из определения.

В системе СИ измеряется в канделах на м². Ранее эта единица измерения имела стандартное название нит (1нт=1кд/1м²), но в настоящее время стандартами на единицы СИ применение этого наименования не предусмотрено.

Существуют также другие единицы измерения яркости — стильб (сб), апостильб (асб), ламберт (Лб):

1 асб = 1/π × 10⁻⁴сб = 0,3199 нт = 10⁻⁴Лб.^[3]

• Вообще говоря яркость источника зависит от направления наблюдения, хотя во многих случаях излучающие или диффузно рассеивающие свет поверхности более или менее точно подчиняются закону Ламберта, и в этом случае яркость от направления не зависит.
• Последний случай (при отсутствии поглощения или рассеяния средой — см. ниже) позволяет в определении рассматривать и конечные телесные углы и конечные поверхности (вместо бесконечно малых в общем определении), что делает определение более элементарным, однако надо понимать, что в общем случае (к которому при требовании большей точности относятся и большинство практических случаев) определение должно основываться на бесконечно малых или хотя бы физически малых (элементарных) телесных углах и площадках.
• В случае поглощающей или рассеивающей свет среды видимая яркость, конечно, зависит и от расстояния от источника до наблюдетеля. Но само введение такой величины как яркость источника мотивировано не в последнюю очередь именно тем фактом, что в важном частном случае непоглощающей среды (в том числе вакуума) видимая яркость от расстояния не зависит, в том числе в том важном практическом случае, когда телесный угол определяется размером объектива (или зрачка) и уменьшается с расстоянием (падение с расстоянием от источника силы света точно компенсирует уменьшение этого телесного угла).
• Существует теорема, утверждающая, что яркость изображения никогда не превосходит яркости источника.^[4]

I Я́ркость L, световая величина, равная отношению светового потока к фактору геометрическому  :

.

Здесь  — заполненный излучением телесный угол,  — площадь участка, испускающего или принимающего излучение,  — угол между перпендикуляром к этому участку и направлением излучения. Из общего определения яркости следуют два практически наиболее интересных частных определения:

1) Яркость, излучаемая поверхностью под углом к нормали этой поверхности, равняется отношению силы света , излучаемого в данном направлении, к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению ^[5]

Яркость

2) Яркость — отношение освещённости в точке плоскости, перпендикулярной направлению на источник, к элементарному телесному углу, в котором заключён поток, создающий эту освещённость:

Яркость измеряется в кд·м⁻². Из всех световых величин яркости наиболее непосредственно связана со зрительными ощущениями, так как освещённости изображений предметов на сетчатке пропорциональны яркостям этих предметов. В системе энергетических фотометрических величин аналогичная яркость величина называется энергетической яркость и измеряется в вт·ср⁻¹·м⁻².

II Я́ркость (в астрономии) характеристика излучательной или отражательной способности поверхности небесных тел. Яркость слабых небесных источников выражают звёздной величиной площадки размером в 1 квадратную секунду, 1 квадратную минуту или 1 квадратный градус, то есть сравнивают освещённость от этой площадки с освещённостью, даваемой звездой с известной звёздной величиной. Так, яркость ночного безлунного неба в ясную погоду, равная 2·10⁻⁸ стильб, характеризуется звёздной величиной 22,4 с 1 квадратной секунды или звёздной величиной 4,61 с 1 квадратного градуса. Яркость средней туманности равна 19—20 звёздной величины с 1 квадратной секунды. Яркость Венеры — около 3 звёздных величин с 1 квадратной секунды. Яркость площадки в 1 квадратную секунду, по которой распределён свет звезды нулевой звёздной величины, равна 9,25 стильб. Яркость центра солнечного диска равна 150 000 стильб, а полной Луны 0,25 стильб. Поверхность, у которой яркость не зависит от угла наклона площадки к лучу зрения, называется ортотропной; испускаемый такой поверхностью поток с единицы площади подчиняется закону Ламберта и называется светлостью; её единицей является ламберт, соответствующий полному потоку в 1 лм (люмен) с 1 см².

См. также

Примечания

1. ↑ Под источником света может пониматься как излучающая, так и отражающая или рассеивающая свет поверхность. Также это может быть трехмерный объект.
2. ↑ В случае, когда источник не представляет собой светящуюся поверхность, речь идет о проекции трехмерного тела или области пространства, которая считается источником.
3. ↑ Апостильб в Большой советской энциклопедии
4. ↑ В случае усиливающей среды эта теорема прямо не выполняется или по крайней мере нуждается в аккуратном уточнении понимания ее формулировки, формулировка же несколько затруднена тем, что в физическом смысле источником является не только первичный источник, но и среда. Так или иначе, если понимать под яркостью источника лишь яркость первичного источника, она совершенно очевидно может быть превзойдена при распространении света в активной среде.
5. ↑ Петровський М.В. Електроосвітлення : конспект лекцій для студ. спец. 7.050701 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання / М. В. Петровський. — Суми : СумДУ, 2012. — 227 с.

dic.academic.ru

Единицы измерения света. Примеры источников света и их фотометрические параметры.

вопрос:
Что такое «темно», «ярко» понимают все. А как перевести бытовые понятия в физические, в цифры?

Фотометрия

русский язык — английский язык:
название величины — в чём измеряется

• cветовой поток: люмен (Лм) — luminous flux: lumen (lm) — синоним: luminous power


• сила света: кандела (Кд) — luminous intensity: candela (cd, часто используется 1/1000 часть — mcd)


• яркость: нит (Кд/кв.м) — luminance: nit cd/m²


• освещенность: люкс (лк) — illuminance: lux (lx)


• светимость: люкс (лк) — luminous emittance: lux (lx)

Световой поток есть световая энергия, которая излучается от точечного источника и выражается в пространственных углах (сила света) , т.к. зависит от расстояния. Интенсивность света (сила света) измеряется в канделах, световой поток — в люменах, а освещенность — в люксах.

Световой поток

Luminous flux — lumen, lm — люмен, Лм
Единицу измерения световой поток можно понимать как количество света, общее количество света.
Например, обыкновенная лампа накаливания 40 ватт создает световой поток 415 люмена.
Какую оптическую систему ни ставь вокруг источника света, количество света — люменов — не изменится: например, зеркальную колбу вокруг спирали накаливания в спот-лампочке, линзу вокруг кристалла в светодиоде.

Если источник света излучает свет равномерно по всем направлениям, то канделлы, умноженные на полный телесный угол, дадут люмены.
Световой поток равен cd⋅sr.
sr — стерадиан, 1 sr = конусу (из центра, в шаре) прибл. 65,541°.
(1)

Полная сфера образует телесный угол 4 π стерадиан; соответственно, 1 ср = 1⁄4π ≈ 0,0796 полного телесного угла (сферы), или (180⁄π)² ≈ …

Поэтому если на источнике света для ненаправленного освещения не указано количество люменов, то это кот в мешке.

Сила света

Логичнее было бы назвать единицу силы света угловым световым потоком.
Luminous intensity — candela (lm/sr), cd — кандела, Кд, «свеча», люмены деленные на стерадиан.
Силу света также называют candlepower.
Интересно, что в древности 60-ваттную лампочку часто называли 60-свечёвой, но света она давала вовсе не 60 Кд.

Если с одной стороны спирали лампочки поставить рефлектор, поделив сферу пополам, то сила света увеличится в 2 раза. Например, бытовая матовая криптоновая лампа накаливания под брэндом General Electric 75W 230V даёт световой поток 865 люмен. Вогнутое зеркало, делящее сферу пополам, увеличит силу света в 2 раза. Зеркало в форме параболоида вокруг лампочки увеличит силу света до бесконечности, что конечно же, из-за не бесконечно малых размеров невозможно.

Зато возможно в фокусе оптической системы источник света-зеркало увеличить до бесконечности яркость. На практике полную бесконечность получить невозможно, а вот расплавить золото — можно.

Пример выражения яркости (лм) через силу света (Кд)

Дано:
светодиод (источник света)
силой света (lum. intensity) 110 мКд (mcd)
в угле (viewing angle) 130°.
———————————
Найти: «суммарную силу света» (как бы по всем направлениям), правильно — cветовой поток в люменах от данного источника света.

Обратите внимание: дано плоское сечение объемного конуса (viewing angle) в ПЛОСКИХ ГРАДУСАХ.

Можно пойти по упрощенному пути: «перевести» плоские градусы (в этом толковании) в «правильные» объемные стерадианы через соотношение (1).
130° («плоских градусов») ≈ 2 sr («объемных стерадианов»)

А люмены (световой поток) — это cd⋅sr,
подставляя величины:
110 мКд × 2 ср = 220 мЛм = 0,22 Лм.

Неярко, однако! (Ср. лампочками со спиралью накаливания.)
Но нужно проверить цену светодиода! Может оказаться дешевле, чем один мощный светодиод. (А может быть, и нет.)

Яркость

Luminance — cd/m2 — канделы на площадь/
Название внесистемной (СИ) единицы яркости измерения — нит (1нт=1кд/1м²).
Физический смысл яркости — при освещении — туманен: сколько люменов на телесный угол приходится на площадку в один метр, то есть, это характеристика, как освещает источник света поверхность на некотором расстоянии; или светящийся экран телевизора освещает глаз.
Физический смысл яркости освещенной поверхности (при отражении) — свет падает на стену, и как ярко он освещает другую стену или хрусталик глаза, или объектив фотоаппарата, через корорый свет попадает на светочуствительную матрицу фотоаппарата.
Человек начинает воспринимать цвета при яркостях более 100 кд/м² — дневное зрение. Ночное зрение — при яркости примерно 10⁻³ кд/м².
Яркость имеет смысл скорее единица измерения для прикладных целей или физиологических целей.

Освещённость

Illuminance — lux, lx — lm/m²
Единицы освещенности применяется для освещенных поверхностей (светящихся отраженным светом), но не для поверхностей, излучающих свет: например, люминофора люминисцентных ламп, мониторов, матовых плафонов осветительных приборов (светильников).
Освещенность — это световой поток, деленный на площадь: люмены на квадратные метры.
Например, освещенность Луны 135000 люкс.

Мощный 5-ваттный светодиод освещает (световой поток мощного светодиода 100 люменов) кубическую комнату 3Х3Х3 м без окна: площадь пола — 9 м², но светодиод освещает ВСЮ площадь поверхности комнаты — стен, потолка, пола — 54 квадратных метра. В среднем, стены комнаты ПОЛУЧАЮТ освещенность 100 люменов/54 кв. м = 1,85 люкса.

Но если линзочка — оптическая система светодиода имеет остронаправленную характеристику и будет освещать круг на стене диаметром 1 м (0,78 кв.м), то освещенность в круге света будет равна 128 люкс.

Примеры значений освещенности

Открытый космос, около орбиты Земли, на Луне (экватор, полдень) — 135000 люкс.
Освещенность в яркий солнечный день примерно 100000 lux (прямые солнечные лучи, радиально через чистую атмосферу).
Ясный солнечный день в тени — 10000-25000 люкс.
На открытом месте в пасмурный день освещенность 1000 люкса
Свет в средней полосе (широта около 50°) на улице в полдень в декабре-январе — 4000-5000 люкса
Освещенность в светлой комнате вблизи окна — 100 люкс.
Освещенность, необходимая для чтения — 30-50 люксов.
Освещенность от полной луны — 0,2 люкса.
К слову, для многих растений достаточно освещенности 500 люкс, достаточность очень зависит от спектра света — см. PAR фотосинтез.
Про восприятие цвета человеком — см. Википедию — цвета и восприятие яркости.
Также — см. спектр «глазом» в статье про PAR.

Cветимость

Luminous emittance — единица измерения lux, lm/m2, излучаемый поверхностью свет.
Например, разогретый докрасна топор может светиться и в 1 люкс.

Еще о свете и освещении:
Источники света и вокруг них

источники:
Освещенность
Illuminance
и др.

 
последние изменения статьи 29мар2013, 24фев2018

chem-tech.netnotebook.net