Света. Эта статья раскроет читателям свойства фотонов, которые позволят определить, почему свет бывает разной яркости.

Частица или волна?

В начале двадцатого века ученых озадачивало поведение квантов света - фотонов. С одной стороны, интерференция и дифракция говорили об их волновой сущности. Следовательно, свет характеризовали такие свойства, как частота, длина волны и амплитуда. С другой стороны, убедили научное сообщество в том, что фотоны передают поверхностям импульс. Это было бы невозможно, не обладай частицы массой. Таким образом, физикам пришлось признать: электромагнитное излучение одновременно и волна, и материальный объект.

Энергия фотона

Как доказал Эйнштейн, масса и есть энергия. Этот факт доказывает наше центральное светило, Солнце. Термоядерная реакция превращает массу сильно сжатого газа в чистую энергию. Но как определить мощность испускаемого излучения? Почему утром, например, сила света солнца ниже, чем в полдень? Описанные в предыдущем параграфе характеристики связаны между собой конкретными соотношениями. И все они указывают на энергию, которую несет электромагнитное излучение. Эта величина меняется в большую сторону при:

• уменьшении длины волны;
• возрастании частоты.

В чем кроется энергия электромагнитного излучения?

Фотон отличается от остальных частиц. Его масса и, следовательно, энергия существуют, только пока он движется сквозь пространство. При столкновении с препятствием квант света повышает его внутреннюю энергию или придает ему кинетический момент. Но сам фотон при этом перестает существовать. В зависимости от того, что именно выступает препятствием, происходят различные изменения.

1. Если препятствие - твердое тело, то чаще всего свет нагревает его. Также возможны следующие сценарии: фотон изменяет направление движения, стимулирует химическую реакцию или заставляет один из электронов покинуть свою орбиту и перейти в другое состояние (фотоэффект).
2. Если препятствие - единственная молекула, например, из разреженного облака газа в открытом космосе, то фотон заставляет все ее связи колебаться сильнее.
3. Если препятствие - массивное тело (например, звезда или даже галактика), то свет искажается и меняет направление движения. На этом эффекте основана возможность «заглянуть» в далекое прошлое космоса.

Наука и человечность

Научные данные часто кажутся чем-то абстрактным, неприменимым к жизни. Происходит это и с характеристиками света. Если речь идет об эксперименте или измерении излучения звезд, ученым требуется знать абсолютные величины (они называют фотометрическими). Эти понятия, как правило, выражаются в терминах энергии и мощности. Напомним, под мощностью подразумевается скорость изменения энергии в единицу времени, и в целом она показывает количество работы, которое может производить система. Но человек ограничен в способности ощущать реальность. Например, кожа чувствует тепло, но глаз не видит фотон инфракрасного излучения. Та же проблема и с единицами силы света: мощность, которую излучение демонстрирует на самом деле, отличается от мощности, которую способен воспринимать человеческий глаз.

Спектральная чувствительность человеческого глаза

Напоминаем, что речь ниже пойдет об усредненных показателях. Все люди разные. Некоторые вообще не воспринимают отдельные цвета (дальтоники). Для других культура цвета не совпадает с общепринятой научной точкой зрения. Например, японцы не различают зеленый и голубой, а англичане - голубой и синий. В этих языках разные цвета обозначаются одним словом.

Единица силы света зависит от спектральной чувствительности среднего человеческого глаза. Максимум дневного света приходится на фотон с длиной волны 555 нанометров. Это означает, что при свете солнца человек лучше всего видит зеленый цвет. Максимум ночного зрения - это фотон с длиной волны 507 нанометров. Следовательно, при Луне люди лучше видят голубые объекты. В сумерках все зависит от освещения: чем оно лучше, тем более «зеленым» становится максимум цвета, который человек воспринимает.

Строение человеческого глаза

Почти всегда, когда речь заходит о зрении, мы говорим, что видит глаз. Это неверное утверждение, ибо в первую очередь воспринимает мозг. Глаз - это только инструмент, который передает информацию о световом потоке в главный компьютер. И, как любой инструмент, вся система восприятия цветов имеет свои ограничения.

В сетчатке человека есть два различных типа клеток - колбочки и палочки. Первые отвечают за дневное зрение и лучше воспринимают цвета. Вторые предоставляют ночное зрение, благодаря палочкам человек различает свет и тень. Но они плохо воспринимают цвета. Палочки также более чувствительны к движениям. Именно поэтому, если человек идет по освещенному луной парку или лесу, он замечает каждое покачивание ветвей, каждый вздох ветра.

Эволюционная причина такого разделения проста: у нас одно солнце. Луна светит отраженным светом, а значит, ее спектр не сильно отличается от спектра центрального светила. Поэтому день делится на две части - освещенную и темную. Если бы люди жили в системе двух или трех звезд, то наше зрение, возможно, имело бы больше компонентов, каждый из которых был приспособлен к спектру одного светила.

Надо сказать, на нашей планете есть существа, чье зрение отличается от человеческого. Пустынные жители, например, глазами улавливают инфракрасный свет. Некоторые рыбы видят ближний ультрафиолет, так как это излучение проникает в толщу воды глубже всего. Наши домашние питомцы кошки и собаки иначе воспринимают цвета, и их спектр урезан: они лучше приспособлены к светотени.

Но и люди все разные, как мы уже упоминали выше. Некоторые представители человечества видят ближний инфракрасный свет. Нельзя сказать, что им были бы не нужны тепловизоры, но они способны воспринимать чуть более красные оттенки, чем большинство. У других развита ультрафиолетовая часть спектра. Такой случай описывается, например, в фильме «Планета Ка-Пэкс». Главный герой утверждает, что он прибыл из другой звездной системы. Обследование выявило у него способность видеть ультрафиолетовое излучение.

Доказывает ли это, что Прот - инопланетянин? Нет. Некоторым людям это под силу. К тому же ближний ультрафиолет вплотную прилегает к видимому спектру. Неудивительно, что кто-то воспринимает чуть больше. А вот Супермен точно не с Земли: рентгеновский спектр слишком далеко от видимого, чтобы такое зрение можно было объяснить с человеческой точки зрения.

Абсолютная и относительные единицы для определения светового потока

Независящая от спектральной чувствительности величина, которая показывает поток света в известном направлении, называется «кандела». Единица измерения мощности уже с более «человеческим» отношением произносится так же. Отличие состоит только в математическом обозначении этих понятий: абсолютное значение имеет нижний индекс «е», относительно человеческого глаза - «υ». Но не стоит забывать, что величины этих категорий буду сильно различаться. Это необходимо учитывать при решении реальных задач.

Перечисление и сопоставление абсолютных и относительных величин

Чтобы понять, в чем измеряется сила света, необходимо сопоставить «абсолютные» и «человеческие» значения. Справа приводятся понятия чисто физические. Слева располагаются величины, в которые они превращаются при прохождении сквозь систему человеческого глаза.

1. Сила излучения становится силой света. Понятия измеряются в канделах.
2. Энергетическая яркость превращается в яркость. Величины выражаются в канделах на квадратный метр.

Наверняка читатель увидел здесь знакомые слова. Много раз за свою жизнь люди говорят: «Очень яркое солнце, уйдем в тень» или «Сделай монитор поярче, фильм слишком мрачный и темный». Надеемся, статья слегка прояснит, откуда взялось это понятие, а также как называется единица силы света.

Особенности понятия «кандела»

Чуть выше мы уже упоминали этот термин. Также мы объяснили, почему одним и тем же словом называют совершенно разные понятия физики, связанные с мощностью электромагнитного излучения. Итак, единица измерения силы света называется «кандела». Но чему она равна? Одна кандела - это сила света в известном направлении от источника, который испускает строго монохроматическое излучение с частотой 5,4*10 14 , причем энергетическая сила источника в этом направлении равна 1/683 Ватт в единицу телесного угла. Перевести частоту в длину волны читатель вполне может сам, формула очень легкая. Подскажем: результат лежит в видимой области.

Единица измерения силы света носит название «кандела» неспроста. Те, кто знает английский язык, помнят, что candle - это свеча. Раньше многие области человеческой деятельности измерялись в естественных параметрах, например, лошадиных силах, миллиметрах ртутного столба. Так что неудивительно, что единица измерения силы света - это кандела, одна свеча. Только свеча это весьма своеобразная: со строго заданной длиной волны, и производящая конкретное число фотонов в секунду.

Одним из самых интересных и неоднозначным явлением нашего мира является свет. Для физики это один из основополагающих параметров многочисленных расчетов. С помощью света ученые надеются отыскать разгадку существования нашей вселенной, а также открыть для человечества новые возможности. В повседневной жизни свет также имеет большое значение, особенно при создании качественного освещения в различных помещениях.

Одним из важных параметров света является его сила, которая характеризует мощность данного явления. Именно силе света и расчету этого параметра будет посвящена данная статья.

Общие сведения о понятии

В физике под силой света (Iv) подразумевается мощность светового потока, определяемая внутри конкретного телесного угла. Из этого понятия следует, что под данным параметром подразумевается не весь имеющийся в пространстве свет, а лишь та его часть, которая излучается в определенном направлении.

В зависимости от имеющегося источника излучения, данный параметр будет увеличиваться или уменьшаться. На его изменения будет оказывать прямое воздействие значения телесного угла.

Обратите внимание! В некоторых ситуациях сила света будет одинаковой для угла любого значения. Это возможно в тех ситуациях, когда источник светового излучения создает равномерное освещение пространства.

Этот параметр отражает физическое свойство света, благодаря чему он отличается от таких измерений, как яркость, которая отражает субъективные ощущения. Помимо этого сила света в физике рассматривается как мощность. Если быть точнее, она оценивается как единица мощности. При этом мощность здесь отличается от своего привычного понятия. Здесь мощность зависит не только от энергии, которую излучает осветительная установка, но и от такого понятия, как длина волны.
Стоит отметить, что чувствительность людей к световому излучению напрямую зависит от длины волны. Эта зависимость нашла отражение в функции относительно спектральной световой эффективности. При этом сама сила света является зависимой от световой эффективности величиной. При длине волны в 550 нанометров (зеленый цвет) данный параметр примет свое максимальное значение. В результате этого глаза человека будут более или менее чувствительны к световому потоку при различных параметрах длины волны.
Единица измерения для данного показателя является кандел (кд).

Обратите внимание! Сила излучения, которое исходит от одной свечки, будет примерно равна одной канделе. Ранее применявшаяся для формулы расчета международная свеча равнялась 1,005 кд.

Свечение одной свечи

В редких случаях применяется устаревшая единица измерения – международная свеча. Но в современном мире уже практически везде используется единица измерения для этой величины – кандела.

Диаграмма фотометрического параметра

Iv представляет собой наиболее важный фотометрический параметр. Кроме этой величины к важнейшим фотометрическим параметрам относится яркость, а также освещенность. Все эти четыре величины активно используются при создании системы освещения в самых разнообразных помещениях. Без них невозможно оценить требуемый уровень освещённости для каждой отдельной ситуации.

Четыре важнейших световых характеристики

Для простоты понимания данного физического явления необходимо рассмотреть диаграмму, которая изображает плоскость, отражающую распространение света.

Диаграмма для силы света

Благодаря диаграмме видно, что Iv зависит от направления к источнику излучения. Это означает, что для светодиодной лампочки, для которой направление максимального излучения будет принято за 0°, тогда при измерении нужной нам величины в направлении 180° получится меньшее значение, чем для направления 0°.
Как видно, на диаграмме излучение, которое распространяется двумя источниками (желтый и красный), будет охватывать равную площадь. При этом желтое излучение будет рассеянным, по аналогии со светом свечи. Его мощность примерно будет равняться 100 кд. Причем значение этой величины будет одинаковой во всех направлениях. В тоже время красный будет направленным. В положении 0° он будет иметь максимальное значение в 225 кд. При этом данное значение будет уменьшаться в случае отклонения от 0°.

Обозначение параметра в СИ

Поскольку Iv является физической величиной, то ее можно рассчитать. Для этого используется специальная формула. Но прежде, чем дойти до формулы, необходимо разобраться в том, как искомая величина записывается в системе СИ. В этой системе наша величина будет отображаться как J (иногда она обозначается как I), единица измерения которой буде кандела (кд). Единица измерения отражает, что Iv, испускаемая полным излучателем на площади сечения 1/600000 м2. будет направляться в перпендикулярном данному сечению направлении. При этом температура излучателя будет раной уровню, при котором при давлении 101325 Па будет наблюдаться затвердение платины.

Обратите внимание! Через канделу можно определить остальные фотометрические единицы.

Поскольку световой поток в пространстве распространяется неравномерно, то необходимо ввести такое понятие, как телесный угол. Он обычно обозначается символом .
Сила света используется для расчетов, когда применяется формула размерности. При этом данная величина через формулы связана со световым потоком. В такой ситуации световой поток будет произведением Iv на телесный угол, к которому и будет распространяться излучение.
Световой поток (Фv) есть произведение силы света на телесный угол, в котором распространяется поток. Ф=I .

Формула светового потока

Из этой формулы следует, что Фv представляет собой внутренний поток, распространяемый в пределах конкретного телесного угла (один стерадиан) при наличии Iv в одну канделу.

Обратите внимание! Под стерадианом понимают телесный угол, вырезающий на поверхности сферы участок, который равен квадрату радиуса данной сферы.

При этом через световое излучение можно связать Iv и мощность. Ведь под Фv понимается еще и величина, которая характеризует мощность излучения светового излучения при восприятии его усредненным человеческим глазом, имеющего чувствительностью к излучению определенной частоты. В результате из вышеприведенной формулы можно вывести следующее уравнение:

Формула для силы света

Это отлично видно на примере светодиодов. В таких источниках светового излучения его сила обычно оказывается равной потребляемой мощности. В результате, чем выше будет потребление электроэнергии, тем выше будет уровень излучения.
Как видим, формула для расчета нужной нам величины не так и сложна.

Дополнительные варианты расчета

Поскольку распределение излучения, идущего от реального источника в пространство, будет неравномерно, то Фv уже не сможет выступать в роли исчерпывающей характеристикой источника. Но только за исключением ситуации, когда одновременно с этим не будет определяться распределение испускаемого излучения по разнообразным направлениям.
Чтобы охарактеризовать распределение Фv в физике используют такое понятие, как пространственной плотности излучения светового потока для различных направлений пространства. В данном случае для Iv необходимо использовать уже знакомую формулу, но в несколько дополненном виде:

Вторая формула для расчета

Эта формула позволит оценить нужную величину в различных направлениях.

Заключение

Сила света занимает важное место не только в физике, но и в более приземленных, бытовых моментах. Это параметр особенно важен для освещения, без которого невозможно существование привычного нам мира. При этом данное значение используется не только в разработке новых осветительных приборов с более выгодными техническими характеристиками, но и при определенных расчетах, связанных с организацией системы подсветки.

Подсветка зданий грунтовыми светильниками- обзор самых популярных, монтаж Детские люстры для комнаты девочки:критерии выбора

Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питания Конвертер площади Конвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептах Конвертер температуры Конвертер давления, механического напряжения, модуля Юнга Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер силы Конвертер времени Конвертер линейной скорости Плоский угол Конвертер тепловой эффективности и топливной экономичности Конвертер чисел в различных системах счисления Конвертер единиц измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Конвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер ускорения Конвертер углового ускорения Конвертер плотности Конвертер удельного объема Конвертер момента инерции Конвертер момента силы Конвертер вращающего момента Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе) Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему) Конвертер разности температур Конвертер коэффициента теплового расширения Конвертер термического сопротивления Конвертер удельной теплопроводности Конвертер удельной теплоёмкости Конвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излучения Конвертер плотности теплового потока Конвертер коэффициента теплоотдачи Конвертер объёмного расхода Конвертер массового расхода Конвертер молярного расхода Конвертер плотности потока массы Конвертер молярной концентрации Конвертер массовой концентрации в растворе Конвертер динамической (абсолютной) вязкости Конвертер кинематической вязкости Конвертер поверхностного натяжения Конвертер паропроницаемости Конвертер паропроницаемости и скорости переноса пара Конвертер уровня звука Конвертер чувствительности микрофонов Конвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давления Конвертер яркости Конвертер силы света Конвертер освещённости Конвертер разрешения в компьютерной графике Конвертер частоты и длины волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Конвертер электрического заряда Конвертер линейной плотности заряда Конвертер поверхностной плотности заряда Конвертер объемной плотности заряда Конвертер электрического тока Конвертер линейной плотности тока Конвертер поверхностной плотности тока Конвертер напряжённости электрического поля Конвертер электростатического потенциала и напряжения Конвертер электрического сопротивления Конвертер удельного электрического сопротивления Конвертер электрической проводимости Конвертер удельной электрической проводимости Электрическая емкость Конвертер индуктивности Конвертер Американского калибра проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Конвертер магнитодвижущей силы Конвертер напряженности магнитного поля Конвертер магнитного потока Конвертер магнитной индукции Радиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада Радиация. Конвертер экспозиционной дозы Радиация. Конвертер поглощённой дозы Конвертер десятичных приставок Передача данных Конвертер единиц типографики и обработки изображений Конвертер единиц измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Исходная величина

Преобразованная величина

кандела свеча (немецкая) свеча (брит.) десятичная свеча пентановая свеча пентановая свеча (мощностью 10 св) свеча Хефнера единица Карселя свеча десятичная (французская) люмен/стерадиан свеча (международная)

Подробнее о силе света

Общие сведения

Сила света - это мощность светового потока внутри определенного телесного угла. То есть, сила света определяет не весь свет в пространстве, а только свет, излучаемый в определенном направлении. В зависимости от источника света, сила света уменьшается или увеличивается по мере изменения телесного угла, хотя иногда эта величина одинакова для любого угла, если источник равномерно распространяет свет. Сила света - физическое свойство света. Этим она отличается от яркости, так как во многих случаях, когда говорят о яркости, то подразумевают субъективное ощущение, а не физическую величину. Также, яркость не зависит от телесного угла, а воспринимается в общем пространстве. Один и тот же источник с неизменной силой света может восприниматься людьми как свет разной яркости, так как это восприятие зависит от окружающих условий и от индивидуального восприятия каждого человека. Также, яркость двух источников с одинаковой силой света может восприниматься по-разному, особенно если один дает рассеянный свет, а другой - направленный. В этом случае направленный источник будет казаться ярче, несмотря на то, что сила света обоих источников одинакова.

Сила света рассматривается как единица мощности, хотя она отличается от привычного понятия о мощности тем, что она зависит не только от энергии, излучаемой источником света, но и от длины световой волны. Чувствительность людей к свету зависит от длины волны и выражается функцией относительной спектральной световой эффективности. Сила света зависит от световой эффективности, которая достигает максимума для света с длиной волны в 550 нанометров. Это - зеленый цвет. Глаз менее чувствителен к свету с большей или меньшей длиной волны.

В системе СИ сила света измеряется в канде́лах (кд). Одна кандела приблизительно равна силе света, излучаемого одной свечой. Иногда также используются устаревшая единица, свеча (или международная свеча), хотя в большинстве случаев эта единица заменена канделами. Одна свеча примерно равна одной канделе.

Если измерять силу света, используя плоскость, которая показывает распространение света, как на иллюстрации, то видно, что величина силы света зависит от направления на источник света. Например, если принять направление максимального излучения светодиодной лампы за 0°, то измеренная сила света в направлении 180° будет намного ниже, чем для 0°. Для рассеянных источников величина силы света для 0° и 180° не будет сильно отличаться, а возможно будет одинаковой.

На иллюстрации свет, распространяемый двумя источниками, красным и желтым, охватывают равную площадь. Желтый свет - рассеянный, подобно свету свечи. Его сила - примерно 100 кд, независимо от направления. Красный - наоборот, направленный. В направлении 0°, там, где излучение максимально, его сила равна 225 кд, но эта величина быстро уменьшается при отклонениях от 0°. Например, сила света равна 125 кд при направлении на источник 30° и всего 50 кд при направлении 80°.

Сила света в музеях

Сотрудники музеев измеряют силу света в музейных помещениях, чтобы определить оптимальные условия, позволяющие посетителям рассмотреть выставленные работы, и в то же время, обеспечить щадящий свет, наносящий как можно меньше вреда музейным экспонатам. Музейные экспонаты, содержащие целлюлозу и красители, особенно из натуральных материалов, портятся от продолжительного воздействия света. Целлюлоза обеспечивает прочность изделий из ткани, бумаги и дерева; часто в музеях встречается много экспонатов именно из этих материалов, поэтому свет в экспозиционных залах представляет большую опасность. Чем сильнее сила света, тем больше портятся музейные экспонаты. Кроме разрушения, свет также обесцвечивает материалы с целлюлозой, такие как бумага и ткани, или вызывает их пожелтение. Иногда бумага или холст, на которых написаны картины, портятся и разрушаются быстрее, чем краска. Это особенно проблематично, так как краски на картине восстановить проще, чем основу.

Вред, наносимый музейным экспонатам, зависит от длины световой волны. Так, например, свет в оранжевом спектре наименее вреден, а синий свет - самый опасный. То есть, свет с большей длиной волны безопаснее, чем свет с более короткими волнами. Многие музеи используют эту информацию и контролируют не только общее количество света, но и ограничивают синий свет, используя светло-оранжевые фильтры. При этом стараются выбирать фильтры настолько светлые, что они хоть и фильтруют синий свет, но позволяют посетителям в полной мере насладиться работами, выставленными в экспозиционном зале.

Важно не забывать, что экспонаты портятся не только от света. Поэтому трудно предсказать, основываясь только на силе света, как быстро происходит разрушение материалов, из которых они сделаны. Для долгосрочного хранения в музейных помещениях необходимо не только использовать слабое освещение, но и поддерживать низкую влажность, а также низкое количество кислорода в воздухе, по крайней мере, внутри выставочных витрин.

В музеях, где запрещают фотографировать со вспышкой, часто ссылаются именно на вред света для музейных экспонатов, особенно ультрафиолетового. Это практически необоснованно. Так же как и ограничение всего спектра видимого света намного менее эффективно, по сравнению с ограничением синего света, так и запрет на вспышки мало влияет на степень повреждения экспонатов светом. Во время экспериментов исследователи заметили небольшие повреждения на акварели, вызванные профессиональной студийной вспышкой только после более миллиона вспышек. Вспышка каждые четыре секунды на расстоянии 120 сантиметров от экспоната практически равносильна свету, который обычно бывает в экспозиционных залах, где контролируют количество света и фильтруют синий свет. Те, кто фотографируют в музеях, редко используют такие мощные вспышки, так как большинство посетителей - не профессиональные фотографы, и фотографируют на телефоны и компактные камеры. Каждые четыре секунды вспышки в залах работают редко. Вред от испускаемых вспышкой ультрафиолетовых лучей также в большинстве случаев невелик.

Сила света светильников

Свойства светильников принято описывать с помощью силы света, которая отличается от светового потока - величины, определяющей общее количество света, и показывающей насколько ярок этот источник в общем. Силу света удобно использовать для определения световых свойств светильников, например, светодиодных. При их покупке информация о силе света помогает определить с какой силой и в каком направлении будет распространяться свет, и подходит ли такой светильник покупателю.

Распределение силы света

Кроме самой силы света, понять, как будет вести себя лампа, помогают кривые распределения силы света. Такие диаграммы углового распределения силы света представляют собой замкнутые кривые на плоскости или в пространстве, в зависимости от симметрии лампы. Они охватывают всю область распространения света этой лампы. На диаграмме видно величину силы света в зависимости от направления ее измерения. График обычно строят либо в полярной, либо в прямоугольной системе координат, в зависимости от того, для какого источника света строится график. Его часто помещают на упаковке ламп, чтобы помочь покупателю представить, как будет себя вести лампа. Эти сведения важны дизайнерам и светотехникам, особенно тем, кто работает в области кинематографа, театра, и организации выставок и представлений. Распределение силы света также влияет на безопасность во время вождения, поэтому инженеры, разрабатывающие освещение для транспортных средств, используют кривые распределения силы света. Им необходимо соблюдать строгие правила, регулирующие распределение силы света в фарах, чтобы обеспечить максимальную безопасность на дорогах.

Пример на рисунке - в полярной системе координат. A - центр источника света, откуда свет распространяется в разные стороны, B - сила света в канделах, и C - угол измерения направления света, причем 0° - направление максимальной силы света источника.

Измерение силы и распределения силы света

Силу света и ее распределение измеряют специальными приборами, гониофотометрами и гониометрами . Существует несколько типов этих приборов, например с подвижным зеркалом, что позволяет измерять силу света под разными углами. Иногда вместо зеркала двигается сам источник света. Обычно эти устройства большие, с расстоянием между лампой и сенсором, измеряющем силу света, достигающим 25 метров. Некоторые устройства состоят из сферы с измерительным прибором, зеркалом и лампой внутри. Не все гониофотметры - большие, бывают и маленькие, которые двигаются вокруг источника света во время измерения. При покупке гониофотометра решающую роль, кроме прочих показателей, играют его цена, размер, мощность, и максимальный размер источника света, который он может измерить.

Угол половинной яркости

Угол половинной яркости, иногда также называемый углом свечения - одна из величин, помогающих описать источник света. Этот угол показывает, насколько направлен или рассеян источник света. Его определяют как угол светового конуса, при котором сила света источника равна половине его максимальной силы. В примере на рисунке максимальная сила света источника - 200 кд. Попробуем определить с помощью этого графика угол половинной яркости. Половина силы света источника равна 100 кд. Угол, при котором сила света луча достигает 100 кд., то есть угол половинной яркости, равен на графике 60+60=120° (половина угла изображена желтым цветом). Для двух источников света с одинаковым общим количеством света, более узкий угол половинной яркости означает, что его сила света больше, по сравнению со вторым источником, для углов между 0° и углом половинной яркости. То есть, у направленных источников - более узкий угол половинной яркости.

Преимущества есть и у широких, и у узких углов половинной яркости, и какой из них следует предпочесть - зависит от области применения этого источника света. Так, например, для подводного плавания стоит выбрать фонарь с узким углом половинной яркости, если в воде хорошая видимость. Если же видимость плохая, то не имеет смысла использовать такой фонарь, так как он только напрасно тратит энергию. В этом случае лучше подойдет фонарь с широким углом половинной яркости, который хорошо рассеивает свет. Также такой фонарь поможет во время фото и видео съемки, потому что он освещает более широкое пространство перед камерой. В некоторых фонарях для ныряния можно вручную настроить угол половинной яркости, что удобно, так как ныряльщики не всегда могут предвидеть, какая будет видимость там, где они ныряют.

Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

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

В люменах измеряется величина потока света, это характеристика его источника. То количество лучей, которое добралось до какой-либо поверхности (отражающей или поглощающей), уже будет зависеть от расстояния между источником и этой поверхностью.

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:

1. Лампа накаливания – 10 люмен/ватт.
2. Галогенная – 20 люмен/ватт.
3. Ртутная – 60 люмен/ватт.
4. Энергосберегающая – 65 люмен/ватт.
5. Компактная люминесцентная лампа – 80 люмен/ватт.
6. Металлогалогенная – 90 люмен/ватт.
7. 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.

Любой кто начинает изучать характеристики светильников и отдельных видов ламп, обязательно сталкивается с такими понятиями как освещенность, световой поток и сила света. Что они означают и чем отличаются друг от друга?

Давайте попробуем простыми, понятными для всех словами, разобраться в этих величинах. Как они связаны между собой, их единицы измерения и каким образом все это дело можно замерить без специальных приборов.

Что такое световой поток

В старые добрые времена, основным параметром по которому выбирали лампочку в прихожую, на кухню, в зал, была ее мощность. Никто никогда и не задумывался спрашивать в магазине про какие-то люмены или канделы.

Сегодня с бурным развитием светодиодов и других видов ламп, поход в магазин за новыми экземплярами сопровождается кучей вопросов не только по цене, но и по их характеристикам. Одним из наиболее важных параметров является световой поток.

Говоря простыми словами, световой поток – это количество света, которое дает светильник.

Однако не путайте световой поток светодиодов по отдельности, со световым потоком светильников в сборе. Они могут существенно отличаться.

Надо понимать, что световой поток это всего лишь одна из множества характеристик источника света. Причем его величина зависит:

• от мощности источника

Вот таблица этой зависимости для светодиодных светильников:

А это таблицы их сравнения с другими видами ламп накаливания, люминесцентных, ДРЛ, ДНаТ:

Лампочка накаливания Люминесцентная лампа Галогенная ДНаТ ДРЛ

Однако есть здесь и нюансы. Светодиодные технологии до сих пор еще развиваются и вполне возможен вариант, когда светодиодные лампочки одинаковой мощности, но разных производителей, будут иметь абсолютно разные световые потоки.

Просто некоторые из них ушли более вперед, и научились снимать с одного ватта больше люмен, чем другие.

Кто-то спросит, для чего нужны все эти таблицы? Для того, чтобы вас тупо не обманывали продавцы и производители.

На коробочке красиво напишут:

• мощность 9Вт

• светопоток 1000Лм

• аналог лампы накаливания 100Вт

На что вы будете смотреть в первую очередь? Правильно, на то что более знакомо и понятно - показатели аналога лампы накаливания.

Но с такой мощностью вам и близко не будет хватать прежнего света. Начнете ругаться на светодиоды и технологии их несовершенства. А дело то оказывается в недобросовестном производителе и его товаре.

• от эффективности

То есть, насколько эффективно тот или иной источник преобразует электрическую энергию в световую. Например, обычная лампа накаливания имеет отдачу 15 Лм/Вт, а натриевая лампа высокого давления уже 150 Лм/Вт.

Получается, что это в 10 раз более эффективный источник, чем простая лампочка. При одной и той же мощности, вы имеете в 10 раз больше света!

Измеряется световой поток в Люменах – Лм.

Что такое 1 Люмен? Днем при нормальном свете, наши глаза больше всего чувствительны к зеленному цвету. К примеру, если взять два светильника с одинаковой мощностью синего и зеленого цвета, то для всех нас более ярким покажется именно зеленый.

Длина волны зеленого цвета равна 555 Нм. Такое излучение называется монохроматическим, потому что содержит в себе очень узкий диапазон.

Конечно, в реалии зеленый дополняется и другими цветами, чтобы в итоге можно было получить белый.

Но так как чувствительность человеческого глаза максимальна именно к зелени, то и люмены привязали к нему.

Так вот, световой поток в один люмен, как раз таки и соответствует источнику, который излучает свет с длиной волны 555 Нм. При этом мощность такого источника равняется 1/683 Вт.

Почему именно 1/683, а не 1 Вт для ровного счета? Величина 1/683 Вт возникла исторически. Изначально, основным источником света была обычная свечка, и излучение всех новых ламп и светильников как раз таки и сравнивались со светом от свечи.

В настоящее время эта величина 1/683 узаконена многими международными соглашениями и принята повсеместно.

Для чего нам нужна такая величина как световой поток? С ее помощью можно легко произвести расчет освещенности помещения.

Это напрямую влияет на зрение человека.

Отличие освещенности от светового потока

При этом многие путают единицы измерения Люмены с Люксами. Запомните, в люксах измеряется именно освещенность.

Как наглядно объяснить их разницу? Представьте себе давление и силу. С помощью всего лишь маленькой иголки и небольшой силы, можно создать высокое удельное давление в отдельно взятой точке.

Также и с помощью слабого светового потока, можно создать высокую освещенность в отдельно взятом участке поверхности.

1 Люкс – это когда 1 Люмен попадает на 1м2 освещаемой площади.

Допустим, у вас есть некая лампа со световым потоком в 1000 Лм. Внизу этой лампы стоит стол.

На поверхности этого стола должна быть определенная норма освещенности, чтобы вы могли комфортно работать. Первоисточником для норм освещенности служат требования сводов правил СП 52.13330

Для обычного рабочего места это 350 Люкс. Для места, где производятся точные мелкие работы – 500 Лк.

Данная освещенность будет зависеть от множества параметров. К примеру, от расстояния до источника света.

От посторонних предметов рядом. Если стол находится около белой стены, то и люксов соответственно будет больше, чем от темной. Отражение обязательно скажется на общем итоге.

Любую освещенность можно замерить. Если у вас нет специальных люксометров, воспользуйтесь программами в современных смартфонах.

Правда заранее приготовьтесь к погрешностям. Но для того, чтобы сделать навскидку первоначальный анализ, телефон вполне сгодится.

Расчет светового потока

А как узнать примерный светопоток в люменах, вообще без измерительных приборов? Здесь можно воспользоваться значениями светоотдачи и их пропорциональной зависимости к потоку.