Что такое световой поток?

Светотехнические величины: световой поток, сила света, освещенность, светимость, яркость

1. Световой поток

Световой поток — мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею световому ощущению. Энергия излучения определяется количеством квантов, которые излучаются излучателем в пространство. Энергию излучения (лучистую энергию) измеряют в джоулях. Количество энергии, излучающейся в единицу времени называется потоком излучения или лучистым потоком. Измеряется поток излучения в ваттах. Световой поток обозначается Фе.

где: Qе — энергия излучения.

Поток излучения характеризуется распределением энергии во времени и в пространстве.

В большинстве случаев, когда говорят о распределении потока излучения во времени, не учитывают квантового характера возникновения излучения, а понимают под этим функцию, дающую изменение во времени мгновенных значений потока излучения Ф(t). Это допустимо, поскольку число фотонов, излучаемых источником в единицу времени, очень велико.

По спектральному распределению потока излучения источники разбивают на три класса: с линейчатым, полосатым и сплошным спектрами. Поток излучения источника с линейчатым спектром состоит из монохроматических потоков отдельных линий:

где: Фλ — монохроматический поток излучения; Фе — поток излучения.

У источников с полосатым спектром, излучение происходит в пределах достаточно широких участков спектра — полос, отделенных одна от другой темными промежутками. Для характеристики спектрального распределения потока излучения со сплошным и полосатым спектрами пользуются величиной, которая называется спектральной плотностью потока излучения

где: λ — длина волны.

Спектральная плотность потока излучения — это характеристика распределения лучистого потока по спектру и равняется отношению элементарного потока ΔФeλ соответствующего бесконечно малому участку, к ширине этого участка:

Спектральная плотность потока излучения измеряется в ваттах на нанометр.

В светотехнике, где основным приемником излучения является глаз человека, для оценки эффективного действия потока излучения, вводится понятие светового потока. Световой поток — это поток излучения, оценивающийся его действием на глаз, относительная спектральная чувствительность которого определяется усредненной кривой спектральной эффективности, утвержденной МКО.

В светотехнике используется и такое определение светового потока: световой поток — это мощность световой энергии. Единица светового потока — люмен (лм). 1лм соответствует световому потоку, излучаемому в единичном телесном угле точечным изотропным источником с силой света 1 кандела.

Таблица 1. Типичные световые величины источников света:

Таблица 2. Световые характеристики некоторых материалов и поверхностей

Распределение излучения реального источника в окружающем пространстве не равномерно. Поэтому световой поток не будет исчерпывающей характеристикой источника, если одновременно не определяется распределение излучения по разным направлениям окружающего пространства.

Для характеристики распределения светового потока пользуются понятием пространственной плотности светового потока в разных направлениях окружающего пространства. Пространственную плотность светового потока, определяющуюся отношением светового потока к телесному углу с вершиной в точке размещения источника, в пределах которого равномерно распределен этот поток, называют силой света:

где: Ф — световой поток; ω — телесный угол.

Единицей силы света является кандела. 1 кд.

Это сила света, испускаемая в перпендикулярном направлении элементом поверхности черного тела, площадью 1:600000 м2 при температуре затвердевания платины.
Единица силы света — кандела, кд является одной из основных величин в системе СИ и соответствует световому потоку 1 лм, равномерно распределенному внутри телесного угла 1 стерадиан (ср.). Телесный угол — часть пространства, заключенная внутри конической поверхности. Телесный угол ω измеряется отношением площади, вырезаемой им из сферы произвольного радиуса, к квадрату последнего.

Освещенность — это количество света или светового потока, падающего на единицу площади поверхности. Она обозначается буквой Е и измеряется в люксах (лк).

Единица освещенности люкс, лк имеет размерность люмен на квадратный метр (лм/м2).

Освещенность можно определить как плотность светового потока на освещаемой поверхности:

Освещенность не зависит от направления распространения светового потока на поверхность.

Приведем несколько общепринятых показателей освещенности:

Лето, день под безоблачным небом — 100 000 люкс

Уличное освещение — 5-30 люкс

Полная луна в ясную ночь — 0,25 люкс

4. Отношение между силой света (I) и освещенностью (Е).

Закон обратных квадратов

Освещенность в определенной точке на поверхности, перпендикулярной к направлению распространения света, определяется как отношение силы света к квадрату расстояния от этой точки до источника света. Если данное расстояние мы примем за d, то это отношение можно выразить следующей формулой:

Для примера: если источник света излучает свет силой 1200 кд в направлении, перпендикулярном к поверхности, на расстоянии 3-х метров от этой поверхности, то освещенность (Ер) в точке, где свет достигает поверхности, будет 1200/32 = 133 лк. Если поверхность находится на расстоянии 6м от источника света, освещенность будет 1200/62= 33 лк. Это отношение называется «закон обратных квадратов» .

Освещенность в определенной точке на поверхности, не перпендикулярной направлению распространения света, равняется силе света в направлении точки измерения, разделенной на квадрат расстояния между источником света и точкой на плоскости умноженной на косинус угла γ ( γ — угол, образованный направлением падения света и перпендикуляром к этой плоскости).

Это закон косинуса (рисунок 1.).

Рис. 1. К закону косинуса

Читать еще:  Хорошая головомойка: выбираем душевую насадку

5. Горизонтальная освещенность

Для расчета горизонтальной освещенности целесообразно изменить последнюю формулу, заменив расстояние d между источником света и точкой измерения на высоту h от источника света к поверхности.

Световой поток светодиодных ламп: таблица яркости

Все большую популярность среди осветительных приборов приобретают светодиодные источники света. Несмотря на довольно высокую стоимость изготовления, переход на такой тип освещения всего лишь вопрос времени. LED (международное обозначение) лампы обладают преимуществами перед лампами накаливания и люминесцентными светильниками. Их параметры, такие, как спектр цвета, цветовая температура, яркость, поддаются регулировке. Потенциал светодиодных светильников позволяет использовать их во всех сферах освещения: от дома применения в осветительных системах авто. Рассмотрим же какой световой поток у светодиодных ламп.

Принцип работы и основные характеристики

Производство LED светильников можно разделить на три этапа:

  • выращивание кристалла при помощи метода металлоорганической эпитаксии;
  • создание чипа методом планарной обработки пленок;
  • сортировка чипов с помощью бинирования;
  • сборка всех частей светодиода.

Принцип работы светодиода можно описать как взаимодействие двух противоположно заряженных полупроводников, создающих p-n-переход (контакт электронов). В процессе взаимообмена электронами на его границе создается световое излучение.

Основные характеристики, позволяющие оценить качество светодиодного светильника:

  • мощность (количественное измерение потребляемой электроэнергии);
  • цветовая температура (цвет света, испускаемого элементом);
  • световой поток (количество производимого света).

Поток света в светодиодном светильнике узконаправленный.

Мощность светового потока

Световой поток характеризуется большой колючестью видимого света, который образуется при работе LED источника света. Складывается он из следующих показателей:

  • светоотдача;
  • мощность;
  • используемые химические составы;
  • качество линзы.

Яркость лампы диодного типа уменьшается в течение срока эксплуатации. Также он может теряться по мере прохождения через линзу или накладку, защищающую источник света. При этом потери остаются в пределах 5%.

Световой поток светодиодной лампы тем выше, чем больше мощность светодиода и выше напряжение в электрической сети питания.

Как определить порядок измерения

Световой поток представляет собой световое излучение, распространяющееся во всех направлениях, длину волн которого может воспринимать человеческий глаз. Единица измерения потока света лампы накаливания – люмен (Лм).

Светодиодный источник света излучает электромагнитные волны разной длины. Световой поток измеряется суммарным значением видимых глазом световых волн, а также волн инфракрасного и ультрафиолетового излучения, с учетом усредненной кривой чувствительности человеческого глаза к восприятию световых волн. По его значению определяется поток света светодиодных светильников.

Читайте также более подробно про ультрафиолетовые лампы.

Узнать больше можно просмотрев видео от всемирноизвестного производителя Philips. В видеоролике подробно рассказано о том, что такое люмен и как он поможет выбрать наиболее подходящий осветительный элемент.

Равномерность освещения тем лучше, чем шире угол излучения.

Хозяйкам важно знать, что светодиодные лампы не так эффективны для выращивания цветов, как люминесцентные светильники для растений.

Светоотдача светодиода

Сила света определяет интенсивность освещения источником света во множественных точках пространства. Единицей ее измерения является кандела (кд), зависящая от эталонного источника освещения. Световой поток светодиодной лампы рассчитывается как отношение потока света, равномерно распределенного в его пределах, к телесному углу.

Рекомендуем Вам также более подробно прочитать о том, как рассчитать освещенность помещения.

Самостоятельно определить, какова сила света, можно при помощи прибора люксметр. Для этого необходимо замерить освещенность в нескольких точках исследуемого места.

Подробнее о технических характеристиках светодиодных ламп читайте здесь.

Среди множества светодиодных светильников выделяют следующие виды:

  • для домашнего освещения (например длинные светодиодные лампы);
  • промышленные (светодиодные лампы используются для производственных площадей);
  • офисные (для общественных и торговых мест);
  • уличные.

Таблица яркости света

В таблице приведены соотношение мощности и уровня светоотдачи некоторых моделей диодных светильников.

Световой поток светодиодных ламп

Споры на тему сравнения светового потока диодных и других типов ламп, постоянно возникают на необъятных просторах интернета. Виной тому уникальность технических параметров светодиодов как источника света, а именно специфика точечных источников.

Все источники света, будь то лампочка накаливания либо люминесцентная, имеют круговую диаграмму рассеивания света, когда у светодиода это луч с углом рассеивания около 120 0 . Поэтому и характеристики освещения диода зависят от того под каким ракурсом их оценивать.

Сравнение света разных источников

Например, часто на упаковке светодиодов мощностью 4Вт со световым потоком 400 лм изображают в качестве эквивалента лампу накаливания на 50Вт. На самом деле общий световой поток второй почти на четверть выше.

А вот если сравнить эффективную освещенность поверхности стола от настольного светильника с обыкновенной лампой и на диодах, выигрыш на стороне LED, поскольку у них меньший диаметр светового пятна и значительно меньшее рассеивание света.

Разброс параметров светового потока обусловлен его зависимостью от цветовой температуры. У диодов холодного белого света (цветовая температура 5000-7000 К) световой поток выше светодиодов тёплого света (2800-3500 К).

Давайте рассмотрим эту информацию с практической точки зрения.

При выборе обыкновенной лампочки накаливания мы интуитивно понимаем, что в ванную комнату надо 75 ватт, в коридоре можно обойтись 60 ваттами, а в гостиную придется вкручивать три по сто. И никто не задаётся вопросом, сколько там в них люмен.

Читать еще:  Эффективное пространство: как задействовать каждый фрагмент площади

Что такое люмены в светодиодных лампах

С переходом на LED понятие яркости и освещенности приходится рассматривать совершенно в другом ракурсе. Как видно из таблиц, мощность светодиодов при замене лампы накаливания должна быть примерно в десять раз меньше. Но тут необходимо учитывать целевое назначение освещения.

Если говорить об освещении помещений, сто ватт накаливания дают столько люмен, сколько и десяти ваттные светодиоды. С единственной оговоркой – в качестве диодной лампочки используются изделия радиальной конструкции. Как на рисунке.

Освещение рабочей поверхности

Для освещения рабочих поверхностей используют плоские LED модули, поскольку освещать внутреннюю поверхность плафона нет резона.

В такой системе эффективная яркость накаливания не превышает 60% от номинального показателя. Чистый световой поток от 60Вт будет около 350 люмен (630 * 0,6). А вот КПД светодиодов в такой системе практически 100%.

Соответственно расчётная мощность светодиодов не превысит 5Вт.

Освещённость и световой поток

Для рядового потребителя не столь важно, сколько люксов выдаёт источник света. Важнее что бы при этом уровне освещенности было комфортно зрению при чтении либо письме.

Все санитарные правила нормируют освещение рабочей поверхности в люксах. Будь то страничка книги либо лист бумаги, для комфортной работы на их поверхности должно быть 300 люкс, что соответствует 30Лм/м.кв.

Сколько люмен в лампе накаливания 100Вт важно, например, для организации рабочего места ребёнка, где он будет делать уроки либо заниматься другими делами.

Рассчитать освещенность поверхности, даже зная, сколько люмен в лампочке 100Вт, крайне сложно, поскольку большая часть этого потока доходит в виде отражённого света. Для диодов же достаточно элементарной формулы из школьного курса геометрии.

H – расстояние от светодиодов до поверхности;

D – диаметр светового пятна;

D = 2 * Tg60 0 * h = 1.16 * h;

Площадь круга = 3,14 * D 2 / 4 = 0,785 * D * D;

Освещённость = световой поток / площадь круга.

Итого: светодиодный источник света мощностью 15Вт и световым потоком 800Лм, размещённый на потолке над столом, обеспечит около 300 люкс.

ДЛЯ ВАС ПО ТЕМЕЕЩЕ ОТ АВТОРА

Как правильно подключить RGB светодиодную ленту к контроллеру. Правильные схемы с описанием

SMD 3528, 5050, 5630, 5730 параметры и технические характеристики

Правильный расчет резистора для светодиода, подбор резистора по цветовой маркировке + онлайн калькулятор

3 способа замены галогеновых ламп на светодиодные в люстре

КПД светодиодного светильника (светодиод + питание + форм-фактор)

Регулировка яркости LED. Все о диммерах для светодиодных ламп

2 КОММЕНТАРИИ

Реальный КПД светодиодных ламп близок к КПД люминесцентных ламп или незначительно его превышает. Для светодиодных ламп производители массово завышают КПД и потребляемую мощность, об этом много писали. Для люминесцентных ламп характеристики обычно сообщаются более честно. Реальную эквивалентную мощность лампы накаливания надо умножать на 5 как для люминесцентных, так и для светодиодных, ламп. Для светодиодных максимум на 6. А пишут бред — светодиодная лампа 10 Вт, эквивалентна лампе накаливания 100 Вт. В реальности это обычно означает что-то типа 8 и 50 Вт. При близких характеристиках по экономичности и сроку службы светодиодные лампы стоят дороже, чем люминесцентные. Большинство продаваемых светодиодных ламп — тусклые лампы малой мощности. Особых преимуществ светодиодных ламп перед люминесцентными нет. И те, и другие обычно нет смысла брать менее, чем на 15-20 Вт.

Есть одно неоспоримое преимущество у светодиодных ламп — моментальный старт при любых температурах , чего не скажешь о люминесцентных, которым необходимо время для разогрева, особенно в холодных помещениях. А если эти помещения окажутся слишком холодны, то люмены будут светиться в пол накала, или и того хуже. Так что ртутным лампам скажем досвидос.

Световой поток: в чем измеряется и как правильно вычислить

Постепенно уходят в прошлое времена, когда в квартирах и других помещениях все освещение состояло из ламп накаливания. На смену им пришли сначала энергосберегающие лампы, а после и более высокотехнологичные светильники на светодиодах. И если раньше основным критерием яркости свечения лампы была ее мощность, которая измеряется в ваттах, то в чем измеряется она сейчас, если этот показатель востребован при монтаже освещения на кристаллах лишь для правильного подбора стабилизирующего напряжение оборудования – драйвера.

Световой поток светодиодных ламп, которые более высокотехнологичны, гораздо сильнее, нежели у ламп накаливания, потребляющих большую мощность, основная часть которой уходит на вырабатывание тепла. И для простого обывателя встает вопрос, так как же выбрать по яркости светодиод, на какие параметры обратить внимание? Световой поток измеряется в люменах на 1 W. Эта единица измерения полностью отражает его силу, в отличие от мощности.

Определение

У каждого источника света имеется свой показатель того, что подразумевается под понятием световой поток в люменах, и эти данные должны быть зафиксированы на коробке с осветительным прибором. При выборе лампы нужно не только обращать внимание на мощность потребителя, но и учитывать светоотдачу – эти два параметра важны в смысле энергопотребления. Преобразование электрической энергии в световую рождает потери, препятствующие более высоким показателям яркости.

Читать еще:  Электрические варочные поверхности: основные моменты, которые нужно знать

К примеру, сравнивая лампы накаливания с энергосберегающими, мы увидим, что при одинаковых уровнях мощности световой поток у обычных элементов будет равен 12 люмен/ватт, а у КЛЛ – уже 60 люмен/ватт. Ну а самый высокий показатель по этому параметру у светодиодных ламп – он равен 70–90 lm.

Сравниваем лампу накаливания и светодиод по силе светового потока

Для более точного определения того, сколько люмен содержит световой поток различных типов осветительных приборов, можно воспользоваться списком, где Н – лампа накаливания, Э – энергосберегающая и С – светодиод:

  1. Н 20Вт = Э 5–7Вт = С 2–3ВТ = 250 Лм/Вт;
  2. Н 40Вт = Э 10–13Вт = С 4–5Вт = 400 Лм/Вт;
  3. Н 60Вт = Э 15–16Вт = С 8–10Вт = 700 Лм/Вт;
  4. Н 75Вт = Э 18–20Вт = С 10–12Вт = 900 Лм/Вт;
  5. Н 100Вт = Э 25–30Вт = С 12–15Вт = 1200 Лм/Вт;
  6. Н 150Вт = Э 40–50Вт = С 18–20Вт = 1800 Лм/Вт;
  7. Н 200Вт = Э 60–80Вт = С 25–30Вт = 2500 Лм/Вт.

Но при расчетах нужно помнить о том, что при длительной работе светового прибора его показатель светопотока падает. Есть и другие причины ухудшения этого параметра. Одним из них является отражатель светильника. Потери, которые будут в результате этого фактора, могут составить 20–80% светового потока.

Световой поток диодов

Световой поток у ламп накаливания слабее еще и потому, что кажущейся со стороны вроде бы яркой лампочке не хватает концентрации света в одном месте, она просто рассеивает его по сторонам. А вот у светодиодных светильников светодиоды сами по себе светят более «кучно», к тому же диодные лампы имеют свой встроенный отражатель и не зависят от светильника, в который они установлены. Ведь в любой комнате, независимо от ее назначения, никакого смысла в освещении потолка нет.

Основной свет должен поступать вниз от потолочных осветительных приборов. Как раз таким решением будет замена люминесцентных ламп на светодиодные трубки Т5 или Т8. При работе, к примеру, светильников типа «Армстронг» половина лампы светит вверх. Конечно, есть отражатель, но расположен он близко, и отражение затеняет сама лампа. А в результате – светопотери в 20–40%.

Если же заменить лампы на светодиодные трубки – эта проблема решается, т. к. они светят точно вниз, вверху элементы, выделяющие свет, отсутствуют. Как измерить световой поток? Сделать это можно одним из специальных измеряющих приборов – люксметром.

Вычисление светопотока

Световой поток, хотя и примерно, можно вычислить, используя среднее значение отдачи света:

  • светодиоды – необходимо умножение мощности на 80–90 люмен;
  • светодиодные филаментные – умножение на 100 люмен;
  • КЛЛ – на 60 люмен, хотя если лампы дорогие и качественные, их показатель может быть выше;
  • ДНАТ (дуговая натриевая трубчатая) – на 66 люмен при 70 Вт; на 74 люмен при 100, 150, 250 Вт; и на 88 люмен при 400 Вт;
  • ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная) – на 58 люмен, при сроке службы 12–18 тыс. часов.

Конечно, китайский вариант лампы, скорее всего, будет иметь меньшие показатели.

Помещение с «теплым» и «холодным» световым потоком

Цветовая температура светового потока

Многие привыкли к желтоватому, «теплому» свету, но нравится он не поэтому. Просто такой цвет более близок к солнечному по ощущениям, создается впечатление, что в помещении действительно теплее. А вот согласно многочисленным исследованиям в этой области, при переходе на белые, «холодные» тона, человек чувствует дискомфорт только в первые пару дней, а после, привыкнув, уже не хочет переходить к теплому свету. Все дело в том, что холодные оттенки имеют более сильный световой поток, такое освещение более яркое.

Равномерное освещение

В электротехнике существует такое понятие, как коэффициент распределения светового потока. Применяется этот параметр для расчета расположения и типа световых приборов с целью того, чтобы равномерно распределить освещение внутри комнаты. Основываются при этом на возможность светоотражения различных отделочных материалов. В основном светопоток отражается от стен, потолка и пола, но также нужно не забывать и о мебели.

Для правильного расчета этого коэффициента используют специальную таблицу с указанием в процентах возможности материалов к отражению светового потока. Необходимо помнить, что более темная поверхность имеет меньше способности к отражению, а значит и показатели данного коэффициента будут ниже.

Таблица коэффициентов отражения материалами светового потока

В любом случае, если задаться целью освещения помещений в полном соответствии с правилами такой работы и своими предпочтениями, необходимо потратить много времени и сил. Процесс этот очень трудоемок, но все же когда все необходимые расчеты будут выполнены, а работа сделана в полном с ними соответствии, можно будет увидеть, как преобразилась комната, квартира или любое другое помещение.

К тому же при правильном освещении, направленности и силе светового потока глаза не будут подвергаться разрушительному воздействию неправильно подобранных ламп. В конечном итоге здоровье важнее, чем время и усилия, которые будут потрачены.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector