Как найти яркость источника - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

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

${displaystyle B(theta )={frac {dI(theta )}{dsigma cos theta }}}$

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. НИТ(от лат. niteo — блещу, сверкаю); СТИЛЬБ — (от греч. stílbō сверкаю, сияю), единица яркости в СГС системе единиц.
Существуют также другие единицы измерения яркости — апостильб (асб), ламберт (Лб):

1 асб = 1/π × 10⁻⁴ сб = 0,3199 нт = 10⁻⁴ Лб.^[2]

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.^[3]

I Я́ркость
L, световая величина, равная отношению светового потока ${displaystyle d^{2}Phi }$ к фактору геометрическому
:

${displaystyle L={frac {d^{2}Phi }{dOmega dAcos theta }}}$

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 ^[4]

${displaystyle L={frac {dI}{dScos theta }}}$

Яркость

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

${displaystyle L={frac {dE}{dOmega cos theta }}}$

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.

Рис. 1. Яркость светимости небесных тел

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

Светлота (цвет)
Сила света
Освещённость
Локальная яркость

Цветовые пространства. Авторская научная библиотека УГТУ

Примечания

↑ Под источником света может пониматься как излучающая, так и отражающая или рассеивающая свет поверхность. Также это может быть любой объект.
↑ Апостильб в Большой советской энциклопедии
↑ 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.
↑ 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.

«Единицы СИ»
Основные	метр \|килограмм \| секунда \| ампер \| кельвин \| кандела \| моль
Производные	радиан \| стерадиан \| герц \| градус Цельсия \| катал \| ньютон \| джоуль \| ватт \| паскаль \| кулон \| вольт \| ом \| сименс \| фарад \| вебер \| тесла \| генри \| люмен \| люкс \| беккерель \| грэй \| зиверт

Источник

Яркость
источников. До
сих пор мы рассматривали только точечные
источники света. В действительности
источники обычно являются протяженными,
т. е. рассматривая их с заданного
расстояния, мы различаем их форму и
размеры. Для характеристики протяженных
источников, даре в том простейшем
случае, когда они представляют собой
равномерно светящиеся шарики, недостаточно
одной только величины— силы света.
Действительно, представим себе два
светящихся шарика, испускающих свет
равномерно во все стороны и имеющих
одинаковую силу света, но разный диаметр.
Освещенность, создаваемая каждым из
этих шариков на одинаковом расстоянии
от их центра, будет одинакова. Однако
по своему виду эти шарики будут
представлять сильно различающиеся
источники света: маленький шарик
оказывается более ярким, чем большой.
Это происходит вследствие того, что при
одинаковой силе света излучающая
поверхность одного шарика больше, чем
второго, и, следовательно, сила света,
испускаемого с единицы площади источника,
в том и другом случаях различна. Отметим,
что когда мы рассматриваем какой-либо
источник света, для нас имеет значение
не площадь самой излучающей поверхности,
а размеры видимой поверхности, т. е.
проекции излучающей поверхности на
плоскость, перпендикулярную к направлению
наблюдения (рис. 159).

Итак,
мы приходим к выводу, что для характеристики
‘свойств протяженного источника света
нужно знать силу

Рис.
159. Соотношение между действительной
излучающей поверхностью (АВ) и
поверхностью, видимой по данному
направлению (ВС)

*)
Приставка тера образована от греческого
слова «терас» — чудовище.

света,
рассчитанную на единицу площади видимой
поверхности источника. Эта
световая величина называется яркостью
источника;
мы будем ее обозначать буквой L.
Если
источник имеет силу света I
и площадь видимой светящейся поверхности
его есть ,
то
яркость этого источника равна

(73.1)

Пользуясь
формулой (70.1), имеем также

(73.2)

т.
е. можно сказать, что яркость
источника равна световому потоку,
испускаемому с единицы площади видимой
поверхности источника внутри единичного
телесного угла.

Яркость
одних участков поверхности источника
может отличаться от яркости других
участков. Например, различные участки
пламени свечи, лампы и т, п. имеют сильно
различающиеся яркости. Кроме того,
яркость зависит от направления, в котором
происходит излучение источника.
Это связано с тем, что сила света
многих источников зависит от направления.
Например, электрическая дуга по
некоторым направлениям совсем не
посылает света (рис. 160).

Итак,
яркость может служить для характеристики
излучения какого-либо участка
поверхности источника в заданном
направлении. Вместе с тем яркость имеет
большое значение в силу того, что, как
мы увидим ниже, это — та световая
величина, на которую непосредственно
реагирует глаз.

Единицей
яркости является кандела
на квадратный метр. Такой
яркостью обладает светящаяся площадка,
дающая с каждого квадратного метра силу
света, равную 1 кд в направлении,
перпендикулярном к площадке.

Характеристики
яркости различных светящихся тел
приведены в табл. 2.

Рис.
160. Яркость электрической дуги,
пропорциональная длине стрелок на
рисунке, зависит от направления излучения

Таблица
2. Яркость
некоторых источников света (в кд/м²)

Источники
света с большой яркостью (свыше 1 ,6•10⁵
кд/м²)
вызывают болезненное ощущение в глазу.
Для того чтобы глаз не подвергался
действию яркого света источников,
применяют различные приспособления.
Так, например, рассматривание раскаленной
спирали лампы накаливания вредно и
даже болезненно для глаза. Если же колба
лампочки сделана из матового или
молочного стекла или прикрыта арматурой
в виде матового шара, то излучаемый
ею световой поток исходит с большей
поверхности. Благодаря этому яркость
падает, тогда как световой поток
практически не изменяется и,
следовательно, освещенность, создаваемая
лампой, также остается неизменной.

Яркость
освещенных поверхностей. Экраны
кинотеатров и аудиторий, окрашенные
потолки, стены, декорации и т. д.
представляют собой диффузно отражающие
поверхности.

Такого
рода поверхности при освещении играют
роль протяженных источников с большими
поверхностями и обычно с умеренной
яркостью. В этом смысле они удачно
дополняют мало протяженные самосветящиеся
источники (лампы накаливания, газосветные
лампы, свечи и т. п.), которые обычно
обладают небольшими поверхностями и
большими яркостями.

Яркость
такой освещенной поверхности будет,
очевидно, пропорциональна
ее освещенности. Действительно,
чем больше освещенность, т. е. чем бо’льший
световой поток падает на единицу
поверхности, тем больше будет и поток,
отраженный этой поверхностью, а
следовательно, и яркость освещенной
поверхности.

Яркость
освещенной поверхности будет, кроме
того, тем больше, чем больше ее альбедо,
т. е. чем большая часть падающего на
поверхность потока рассеивается ею.
Таким образом, яркость освещенной
поверхности L
должна
быть пропорциональна произведению
освещенности Е
на
альбедо ,
т. е. L~•E.
В
зависимости от диаграммы рассеяния
яркость по разным направлениям может
быть различна, и вычисление ее представляет
очень сложную задачу. Задача эта
упрощается, если поверхность рассеивает
свет равномерно по всем направлениям.
В таком случае и яркость по всем
направлениям будет одинаковой и равной

(77.1)

Если
освещенность Е
выражается
в люксах, то яркость получится в канделах
на квадратный метр.

Найдем,
например, яркость киноэкрана, если его
коэффициент отражения =0,75,
а освещенность равна 50 лк. Пользуясь
формулой (77.1), имеем

Приведем
значения яркости освещенных поверхностей
(табл. 3), с которыми часто приходится
встречаться в жизни

Таблица
3. Яркость
некоторых освещенных поверхностей (в
кд/м²)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

До сих пор мы рассматривали только точечные источники света. В действительности источники обычно являются протяженными, т. е. рассматривая их с заданного расстояния, мы различаем их форму и размеры. Для характеристики протяженных источников, даже в том простейшем случае, когда они представляют собой равномерно светящиеся шарики, недостаточно одной только величины – силы света. Действительно, представим себе два светящихся шарика, испускающих свет равномерно во все стороны и имеющих одинаковую силу света, но разный диаметр. Освещенность, создаваемая каждым из этих шариков на одинаковом расстоянии от их центра, будет одинакова. Однако по своему виду эти шарики будут представлять сильно различающиеся источники света: маленький шарик оказывается более ярким, чем большой. Это происходит вследствие того, что при одинаковой силе света излучающая поверхность одного шарика больше, чем второго, и, следовательно, сила света, испускаемого с единицы площади источника, в том и другом случаях различна. Отметим, что когда мы рассматриваем какой-либо источник света, для нас имеет значение не площадь самой излучающей поверхности, а размеры видимой поверхности, т. е. проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную к направлению наблюдения (рис.159).

Рис. 159. Соотношение между действительной излучающей поверхностью
и поверхностью, видимой по данному направлению

Итак, мы приходим к выводу, что для характеристики свойств протяженного источника света нужно знать силу света, рассчитанную на единицу площади видимой поверхности источника. Эта световая величина называется яркостью источника; мы будем ее обозначать буквой

. Если источник имеет силу света

и площадь видимой светящейся поверхности его есть

, то яркость этого источника равна

. (73.1)

Пользуясь формулой (70,1), имеем также

, (73.2)

т. е. можно сказать, что яркость источника равна световому потоку, испускаемому с единицы площади видимой поверхности источника внутри единичного телесного угла.

Яркость одних участков поверхности источника может отличаться от яркости других участков. Например, различные участки пламени свечи, лампы и т. п. имеют сильно различающиеся яркости. Кроме того, яркость зависит от направления, в котором происходит излучение источника. Это связано с тем, что сила света многих источников зависит от направления. Например, электрическая дуга по некоторым направлениям совсем не посылает света (рис. 160).

Рис. 160. Яркость электрической дуги, пропорциональная длине стрелок на рисунке, зависит от направления излучения

Итак, яркость может служить для характеристики излучения какого-либо участка поверхности источника в заданном направлении, Вместе с тем яркость имеет большое значение в силу того, что, как мы увидим ниже, это — та световая величина, на которую непосредственно реагирует глаз.

Единицей яркости является кандела на квадратный метр. Такой яркостью обладает светящаяся площадка, дающая с каждого квадратного метра силу света, равную

в направлении, перпендикулярном к площадке.

Характеристики яркости различных светящихся тел приведены в табл. 2.

Таблица 2. Яркость некоторых источников света

Яркость солнца
» капилляра ртутной дуги сверхвысокого давления
» кратера угольной дуги
» металлического волоска лампы накаливания
» пламени керосиновой лампы
» пламени стеариновой свечи
» ночного безлунного неба
Наименьшая различимая глазом яркость

Источники света с большой яркостью (свыше

) вызывают болезненное ощущение в глазу. Для того чтобы глаз не подвергался действию яркого света источников, применяют различные приспособления. Так, например, рассматривание раскаленной спирали лампы накаливания вредно и даже болезненно для глаза. Если же колба лампочки сделана из матового или молочного стекла или прикрыта арматурой в виде матового шара, то излучаемый ею световой поток исходит с большей поверхности. Благодаря этому яркость падает, тогда как световой поток практически не изменяется и, следовательно, освещенность, создаваемая лампой, также остается неизменной.

Источник

2023-05-18 16:34

Технологии

В этой статье мы детально разберем ключевые аспекты понятий «яркость источника света» и «яркость отражающей поверхности» и рассмотрим факторы, которые на них влияют.

Понятие яркости источника света

Яркость источника света — это характеристика, определяющая интенсивность светового излучения конкретного источника. Она измеряется в канделах на квадратный метр (cd/m²). Чем больше яркость источника света, тем сильнее он светит. Например, яркость солнца составляет около 1,6 * 10^9 кандел на квадратный метр.

Факторы, влияющие на яркость источника света

Мощность источника света — один из главных факторов, выражаемый в ваттах. Чем больше мощность, тем выше его яркость. Например, светодиоды с мощностью 10 Вт имеют яркость около 1000 кандел на квадратный метр.
Эффективность источника света указывает на то, какая доля энергии, потраченной источником, превращается в световое излучение. Чем выше эффективность, тем более яркий свет получается при одинаковой мощности. Например, энергосберегающие лампы обладают высокой эффективностью, что позволяет им обеспечивать высокую яркость при низком энергопотреблении.
Направленность светового потока — это угол раскрытия светового потока, который то же влияет на яркость. Узконаправленные источники, такие как прожекторы, имеют высокую яркость, но в одном определенном направлении. Например, прожектор с углом раскрытия 10 градусов будет создавать яркий луч света, сфокусированный на узкой области. В то время как рассеянные источники света, такие как люминесцентные лампы, имеют больший угол раскрытия и обеспечивают равномерное распределение света по помещению.

Понятие яркости отражающей поверхности

А это характеристика, указывающая, насколько интенсивно поверхность отражает свет. Яркость отражающей поверхности может быть измерена в процентах от яркости источника света. Например, если поверхность отражает 80% света, то ее яркость составляет 80% от яркости источника.
Факторы, влияющие на яркость отражающей поверхности

Поверхностные свойства: различные материалы имеют разную способность отражать свет. Например, зеркальная поверхность отражает свет практически полностью, а матовая поверхность может рассеивать свет и иметь более низкую яркость.
Цвет поверхности: светлые поверхности обычно отражают больше света и имеют более высокую яркость, в то время как темные поглощают свет и имеют более низкую яркость.
Угол падения света: при падении света под прямым углом поверхность отражает максимальное количество света и имеет наивысшую яркость. При падении света под наклонным углом поверхность отражает меньше света и имеет более низкую яркость.

Компания YES Group занимается электромонтажными работами уже 7 лет и отправит к вам специалиста для консультации на первый выезд бесплатно! Работаем в Москве и до 100 км от МКАД!

Оставь заявку на нашем сайте и получи скидку 20% на проект и работы!

Больше полезного об электромонтажных работах в разделе «Блог».

Источник

Как измерить свет, основные величины

В радиометрии лучистый поток источника света — это его излучаемая оптическая энергия в единицу времени. Однако эта величина не учитывает чувствительность человеческого глаза. Для этого имеется фотометрическая величина величина светового потока, указанная в единицах яркости (lm = cd sr), которая учитывает фотопическую реакцию человеческого глаза. Это спектральный отклик для достаточно высоких интенсивностей освещения, при которых цветовое зрение работает хорошо. Световой поток источника света показывает, насколько он способствует освещению помещения.

Полезные статьи:

Индекс цветопередачи CRI

Световая энергия

Все статьи

Световой поток часто встречается как спецификация источников света, которые используются для целей освещения – например, ламп накаливания, люминесцентных ламп и ламп на основе светодиодов. Это полезная мера того, насколько источник света может способствовать освещению помещения.

Например, лампочка «Ильича» мощностью 60 Вт может генерировать световой поток 900 лм, что соответствует светоотдаче 15 лм / Вт. Светодиоды могут создавать тот же световой поток при потреблении электроэнергии значительно ниже 10 Вт, поскольку они имеют гораздо более высокую светоотдачу.) Для большой гостиной требуется несколько тысяч люмен, что соответствует нескольким из этих ламп.

Хотя лампа накаливания превращает большую часть потребляемой электроэнергии в тепловое излучение, большая часть этого излучения находится в инфракрасной области спектра, где функция яркости равна нулю, т. е. этот свет бесполезен для освещения и не влияет на световой поток.

Измерение светового потока

Если выходной сигнал источника света хорошо направлен, например, в форме лазерного луча, можно просто измерить световой поток с помощью оптического измерителя мощности. Однако этот метод не будет работать с источником света, который излучает в широком диапазоне направлений, например, со светодиодом. В таких случаях может потребоваться использовать интегрирующую сферу, которая равномерно распределяет свет и обеспечивает освещенность фотоприемника, пропорциональную входящему световому потоку и в значительной степени независимую от его пространственных свойств.

Яркость

Яркость — это фотометрическая величина, которая может применяться к источникам света, а также к свету, который отражается или проходит через определенную область. Яркость — это световой поток на единицу телесного угла и единицу площади источника. Его также можно определить как интернсивность света на единицу площади излучения.

Единицами СИ яркости являются кандела на квадратный метр (кд / ^м2 = лм sr−1^м2).

Для наблюдающего глаза яркость источника света более или менее определяет его визуальную яркость. Если бы источник света мог уменьшаться при сохранении своего светового потока, он мог бы посылать такое же количество света через зрачок глаза, но этот свет был бы сконцентрирован на меньшей площади сетчатки и, следовательно, казался бы ярче, что соответствовало бы его повышенной яркости.

Аналогично, яркость на поверхности, вызванная некоторым освещением, определяет, насколько яркой будет выглядеть поверхность. Если наблюдатель удаляется от источника света, в зрачок будет попадать меньше света, но изображение источника на сетчатке станет меньше, пока угловое разрешение глаза остается достаточным, чтобы сохранялась видимая яркость. Таким образом, можно понять, почему яркость не зависит от расстояния наблюдения.

Однако для больших расстояний наблюдения, когда угловое разрешение глаза становится недостаточным, видимая яркость уменьшается, несмотря на постоянную яркость.

Некоторые типичные примеры значений яркости:

Луна: 2,5 · 103 кд / ^м2 (видна через прозрачную атмосферу)
Солнце: 1,6 · 10 ⁹ кд / ^м2
нить накаливания вольфрамовой лампы накаливания: 10 ⁷ кд / ^м2

Сила света

Сила света — это величина в фотометрии, характеризующая источник света. Она определяется как световой поток на единицу телесного угла. Интенсивность света учитывает спектральный отклик человеческого глаза – обычно для фотопического зрения. Этот термин в основном применяется при приближении точечного источника, т.е. на расстояниях, которые велики по сравнению с протяженностью источника.

Аналогичной величиной в радиометрии (не учитывающей спектральный отклик человеческого глаза) является интенсивность излучения. Единицами измерения силы света в системе СИ являются кандела = люмен на стерадиан (cd = лм / sr). Одна кандела приблизительно соответствует силе света обычной свечи.

Если излучение света ограничено меньшим телесным углом, например, корпусом лампы, содержащим отражатель, интенсивность света может стать соответственно выше при том же световом потоке. С другой стороны, размер излучающего объема не имеет значения.

Для равномерного всенаправленного излучения интенсивность света не зависит от расстояния до источника света – в отличие от освещенности, которая масштабируется с обратным квадратом расстояния от источника света.

Освещенность

Интенсивность излучения (или плотность потока) является термином радиометрии и определяется как поток излучения, получаемый некоторой поверхностью на единицу площади. В системе СИ она указывается в единицах Вт/^м2 (ватт на квадратный метр). Излучение может быть применено к свету или другим видам излучения.

В контексте лазерной технологии общий термин «оптическая интенсивность» имеет те же единицы измерения, что и освещенность. Однако это не одно и то же количество. Важно понимать, что интенсивность определяется как количество энергии, проходящей через область, перпендикулярную лучу, в то время как освещенность относится к тому, какое количество энергии поступает на определенную поверхность с заданной ориентацией.

Интенсивность излучения, вызванная, например, лазерным лучом, который попадает на заготовку под некоторым углом θ против нормального направления, равна интенсивности луча, умноженной на cos θ. Таким образом, численное значение освещенности обычно меньше, чем значение интенсивности луча. Излучение может быть вызвано сочетанием нескольких источников света.

Фотометрия

Фотометрия — это наука и технология количественного определения и измерения свойств света, связанных с его воспринимаемой яркостью для человеческих глаз. Таким образом, он имеет дело только с видимым светом, а не с инфракрасным и ультрафиолетовым светом, и учитывает спектральную чувствительность человеческого глаза.

Обратите внимание, что термин яркость следует использовать только как качественный показатель воспринимаемой яркости, а не как измеримую величину (хотя его часто используют вместо сияния или яркости.

Светоотдача и эффективность

Светоотдача источника света — это генерируемый им световой поток, деленный либо на его световой поток, либо на потребляемую электроэнергию. В обоих случаях получают единицы люмена на ватт (лм/Вт), но смысл, конечно, разный:

Если разделить на поток излучения, результат зависит только от формы оптического спектра источника света в сочетании с примененной функцией яркости, которая количественно определяет чувствительность обычного человеческого глаза, зависящую от длины волны.
Более распространенным определением является световой поток, деленный на потребляемую источником света электрическую мощность.

Обратите внимание, что светоотдача осветительного устройства – например, потолочного светильника для гостиной или уличного фонаря – может быть существенно ниже, чем у используемого источника света, если большая часть генерируемого света теряется, например, из-за поглощения в каком-либо корпусе (приспособлении). Очевидно, имеет смысл оптимизировать не только источник света, но и светильник. В то время как некоторые приборы практически не требуют потерь, другие полностью снижают эффективность.

Пространственно направленное излучение светодиодов часто позволяет избежать значительных потерь света в светильниках. Этот фактор (в дополнение к высокой эффективности генерации света) может существенно способствовать эффективной эффективности осветительного устройства и, следовательно, достигнутой энергоэффективности.

Еще один важный аспект не содержится в светоотдаче: некоторые уличные фонари, например, посылают много света в ночное небо, где он бесполезен и даже вреден, вызывая световое загрязнение.

Другим важным аспектом является то, что светоотдача может быть значительно снижена при использовании источника питания лампы с низкой эффективностью преобразования. В то время как лампы накаливания обычно могут работать непосредственно от сетевого напряжения, многие газоразрядные лампы требуют специального источника питания.

Если это сделано по старой технологии, это может привести к потере значительного количества электроэнергии. Однако современные высокочастотные импульсные источники питания могут быть высокоэффективными, вызывая потери энергии всего на несколько процентов. Конечно, желательно, чтобы указывалась эффективная светоотдача лампы, включая ее источник питания.

Очевидно, что светоотдача осветительных приборов важна с точки зрения энергоэффективности и потребления электроэнергии, поскольку лампам с низкой эффективностью потребуется больше электроэнергии для получения светового потока, необходимого для освещения.

Хотя потерянная энергия преобразуется в тепло, и это тепло может способствовать требуемому обогреву помещения, этот аспект существенно не изменяет энергоэффективность, потому что (а) нагревательные эффекты нежелательны при любых условиях (например, летом) и (б) электрическое отопление сравнительно неэффективно из-за значительного расхода энергиипотери при выработке электроэнергии. Например, при использовании в тепловом насосе то же количество электроэнергии может внести гораздо больший вклад в нагрев, и это только тогда, когда это требуется.

Зависимость от температуры, затемнения и старения

Светоотдача некоторых источников света зависит от температуры. Для люминесцентных ламп она ориентировочно повышается с повышением температуры, в то время как для светодиодов все наоборот.

Лампы накаливания совершенно нечувствительны к температуре окружающей среды, в то время как существует сильная зависимость от рабочего напряжения (мощности): при уменьшении яркости такой лампы ее эффективность может быть существенно снижена, в то время как затемнение люминесцентных ламп и светодиодов может быть выполнено при сохранении эффективности.

Эффективность также может ухудшаться во время эксплуатации из-за процессов старения.

Светоотдача лампы

Светоотдача источника света обычно определяется как его светоотдача, деленная на максимально возможное значение эффективности. В связи с этим возникает вопрос, что именно подразумевается под “максимально возможным”.:

Можно принять идеальное значение 683 лм / Вт, достигнутое для идеально эффективного источника света при длине волны 555 нм. В этом случае лампочка с мощностью 15 лм/Вт будет иметь светоотдачу 15/683 = 2,2%. Тогда даже идеально энергоэффективный источник белого света никогда не сможет достичь 100% светоотдачи, поскольку эффективность обязательно снижается, например, для красной и синей спектральных составляющих.
Альтернативно, можно взять светоотдачу идеально эффективного источника света, имеющего ту же форму оптического спектра, что и рассматриваемый источник света. Например, для источника белого света это значение будет существенно ниже, так что результирующая светоотдача выйдет соответственно большей. В качестве количественного примера, белая светодиодная лампа может иметь светоотдачу 180 лм / Вт, а ее спектр может привести к теоретически возможной светоотдаче 300 лм / Вт; светоотдача тогда составит 180/300 = 60%. Это число показывает, насколько технология близка к теоретически возможному максимуму для данного светового спектра.

Похоже, что первое определение более распространено в литературе; многие авторы, похоже, на самом деле не осознают вопроса, какое именно определение выбрать.

Эффективность освещения

Эффективность системы освещения во многом зависит от световой эффективности источников света, но следует иметь в виду некоторые дополнительные аспекты, как описано ниже.

Стоимость эксплуатации системы освещения по существу определяется требуемым световым потоком, умноженным на продолжительность работы, и делится на светоотдачу осветительных приборов (а не только на выработку света). Этот расчет обеспечивает необходимую электрическую энергию, например, в течение 24 часов. Однако этот подход, применяемый, например, к конкретной комнате, является довольно грубым, поскольку он игнорирует подробные потребности в освещении.

Более точный подход заключается в рассмотрении того, в каких зонах помещения требуется какой уровень освещенности. Например, часто бывает достаточно высокой освещенности в нескольких местах, где люди должны иметь возможность читать документы; остальную часть помещения можно поддерживать при значительно более низком уровне освещенности.

Для максимальной эффективности затем обеспечивается определенный базовый уровень освещения (часто с помощью рассеянных источников) и некоторые дополнительные более направленные источники света для дальнейшего освещения ограниченных областей. Важность высокой светоотдачи, как правило, наиболее высока для основного освещения, на которое приходится наибольшая часть общего светового потока.

Другими важными аспектами эффективности являются то, сколько дневного света может быть использовано и сколько генерируемого света поглощается, например, на темных стенах. Обратите внимание, что белые строительные материалы отражают или рассеивают большую часть падающего света, что значительно снижает требуемый световой поток от искусственных источников света по сравнению с помещением, содержащим много темных материалов.

Каталог светильников ФОКУС

Источник