Яркость

Источники освещения: естественные и искусственные

Взяв паспортные данные на классическую лампу накаливания и светодиод, можно выяснить световую отдачу каждого изделия. Для этого указанный в люменах поток делят на потребляемую мощность (Вт).

Сравнение разных источников света

Эти данные наглядно демонстрируют преимущества новых технологических решений.

Следует подчеркнуть! Современные светодиодные лампы в несколько раз экономичнее, по сравнению с газоразрядными аналогами. В отличие от последних, они не содержат вредные вещества. Потенциальных потребителей привлекают их долговечность и устойчивость к механическим воздействиям.

Солнечный и лунный свет – естественные источники. Физиологические особенности человека сформировались с учетом соответствующего спектрального распределения.

В чем измеряется сила света

Так как в продаже можно увидеть продукцию разных производителей, не исключены ошибки в процессе изучения сопроводительной документации. Чтобы исключить проблемы, рекомендуется ознакомиться с применяемой терминологией.

Что такое «кандела»

Единичный параметр (1 кандела) соответствует освещенности поверхности световым потоком малой мощности (1/689 Вт/ст). Частота электромагнитного излучения фиксирована – 540 * 1012 Гц.

Люмены и люксы

В люксах (лк) измеряют яркость на площадке. Один лк создает световой поток силой 1 люмен (лм), который падает перпендикулярно на поверхность. Для измерения берут базовую площадь 1 м кв.

Люмен и ватт

Выше рассмотрены комплексный показатель, светоотдача. Однако можно проводить сравнение по люменам, которые создают определенный источник, и количеству потребляемой энергии в Ваттах.

Кратные единицы люмена

Для удобства измерений и записи полученных данных при высокой силе света применяют кратные приставки:

• кило – 103;
• мега – 106;
• гига – 109.

Чем измеряют степень освещенности

Как мы уже выяснили, единица измерения освещенности — Люкс. Несложно догадаться, как называется прибор, которым измеряют уровень света. «Люкс» плюс «метр» (с древнегреческого переводится как «мера», «измеритель») равно люксметр. Принцип работы этого портативного устройства схож с работой фотометра.

Попадающий на элемент световой поток выпускает электроны в теле полупроводника, из-за чего электроток начинает проводиться фотоэлементом. Величина электрического тока прямо пропорциональна степени освещения фотоэлемента, который и отображается на шкале или на электронном дисплее, если это современная модель люксметра. Аналоговые аппараты снабжены специальной шкалой с градусами. По движению стрелки определяются окончательные результаты замеров.

Цифровые устройства.

На смену аналоговым люксметрам пришли цифровые — маленькие компьютеры. Параметры можно увидеть на небольшом жидкокристаллическом экране. Часть, с помощью которой измеряют свет, часто содержится во внешнем корпусе и соединяется с основным устройством гибким проводом. Из-за такой конструкции можно измерять освещение в любых местах, даже труднодоступных. Согласно ГОСТ, погрешность аппарата не должна превышать 10 процентов.

Важные моменты.

При расчете сравнительной световой интенсивности можете сделать замер интенсивности освещения аналоговым или цифровым устройством. Современные измерители отображают параметры в люксах, а устаревшие аналоговые — те, которые со стрелочкой, — в фут-канделах. 1 фут-кандела равняется 10.76 люкс.

Фотометрическая светимость

В фотометрии светимость — световая величина, представляющая собой световой поток излучения, испускаемого с малого участка светящейся поверхности единичной площади. Она равна отношению светового потока, исходящего от рассматриваемого малого участка поверхности, к площади этого участка:

Mv=dΦvdS{\displaystyle M_{v}={\frac {\mathrm {d} \Phi _{v}}{\mathrm {d} S}}},

где dΦ_v — световой поток, испускаемый участком поверхности площадью dS.
Светимость в Международной системе единиц (СИ) измеряется в лм/м². 1 лм/м² — это светимость поверхности площадью 1 м2, излучающей световой поток, равный 1 лм.

Аналогом светимости в системе энергетических фотометрических величин является энергетическая светимость (излучательность). Её определение аналогично определению светимости, но вместо светового потока Φ_v используется поток излучения Ф_e. Единица энергетической светимости в СИ — Вт/м².

2.2. Световые величины

Энергетические величины являются исчерпывающими с энергетической
точки зрения, но они не позволяют количественно оценить визуальное восприятие
излучения. Восприятие глазом определяется не только мощностью воспринимаемого
излучения, но также зависит от его спектрального состава (так как глаз
– селективный приемник излучения). Световые характеристики описывают,
как энергию излучения воспринимает зрительная система глаза с учетом спектрального
состава света.

2.2.1. Световые величины

Световые величины обозначаются аналогично энергетическим
величинам, но без индекса.

У световых величин нет никакой спектральной плотности,
так как глаз не может провести спектральный анализ.

Сила света:

Если в энергетических величинах исходная единица – это
, то в световых величинах
исходная единица – это сила света (так сложилось исторически). Сила света
определяется аналогично :

– сила излучения эталона (эталонный излучатель или черное тело) при температуре
затвердевания платины ()
площадью .

Абсолютно черное тело

Рис.2.2.1. Абсолютно черное тело.

Поток излучения:

,
      (2.2.2)

– это поток, который излучается источником с силой света
в телесном угле :.

Освещенность:

,
      (2.2.3)

– освещенность такой поверхности, на каждый квадратный метр которой равномерно
падает поток в .

Светимость:

За единицу светимости принимают светимость такой поверхности,
которая излучает с
световой поток, равный .

Яркость:

За единицу яркости принята яркость такой плоской поверхности,
которая в перпендикулярном направлении излучает силу света с
.

2.2.2. Связь световых и энергетических
величин

Связь световых и энергетических величин связь устанавливается
через зрительное восприятие, которое хорошо изучено экспериментально.
Функция видности
– это относительная спектральная кривая эффективности . Она показывает, как глаз воспринимает излучение различного
спектрального состава.
– величина, обратно пропорциональная монохроматическим мощностям, дающим
одинаковое зрительное ощущение, причем воздействие потока излучения с
длиной волны
условно принимается за единицу. Функция видности глаза максимальна в области
желто-зеленого цвета (550–570 нм) и спадает до нуля для красных и фиолетовых
лучей (рис.2.2.2).

2.2.2. Функция видности глаза.

Определить некую световую величину
(поток, сила света, яркость, и т.д.), по спектральной плотности соответствующей
ей энергетической величины
можно по общей формуле:

где
– функция видности глаза, 680 – экспериментально установленный коэффициент
(поток излучения мощностью
с длиной волны
соответствует
светового потока).

Например, сила света:      (2.2.5)яркость:      (2.2.6)

Другие единицы измерения световых величин:

Сопоставление энергетических и световых единиц:

2.2.3. Практические световые величины
и их примеры

Световая экспозиция

Световая экспозиция –
это величина энергии, приходящейся на единицу площади за некоторое время
(, накопленная
за время от
до ):

Если освещенность постоянна, то экспозиция определяется
выражением:

      (2.2.8)

Блеск

Для протяженного источника характеристика, воспринимаемая
глазом – . Для характеристика, воспринимаемая глазом – блеск (чем больше
блеск, тем больше кажется яркость). Блеск – это величина, применяемая
при визуальном наблюдении точечного источника света.

Блеск
– это освещенность, создаваемая точечным источником в плоскости зрачка наблюдателя,
.

Видимый блеск небесных тел оценивается в звездных
величинах .
Шкала звездных величин устанавливается следующим экспериментальным соотношением:

      (2.2.9)

Чем меньше звездная величина, тем больше блеск. Например: – блеск,
создаваемый звездой первой величины, – блеск,
создаваемый звездой второй величины.

Яркость некоторых источников, : – поверхность
солнца, – поверхность
луны, – ясное
небо, – нить лампы
накаливания, – ясное
безлунное ночное небо, – наименьшая
различимая глазом яркость.

Освещенность, : – освещенность,
создаваемая солнцем на поверхности Земли (летом, днем, при безоблачном
небе),– освещенность
рабочего места, – освещенность
от полной луны, – порог
блеска (примерно 8-ая звездная величина).

Решение задач на определение световых величин рассматривается
в практическом занятии «Энергетика
световых волн», пункт «1.2.
Расчет световых величин».

Примечания

1. Под источником света может пониматься как излучающая, так и отражающая или рассеивающая свет поверхность. Также это может быть трёхмерный объект.
2. В случае, когда источник не представляет собой светящуюся поверхность, речь идёт о проекции трёхмерного тела или области пространства, которая считается источником.
3. В случае усиливающей среды эта теорема прямо не выполняется или по крайней мере нуждается в аккуратном уточнении понимания её 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.
4. Таблицы физических величин / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат, 1975. — С. 647.
5. Таблицы физических величин / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат, 1975. — С. 647.
6. Енохович А. С. Справочник по физике.—2-е изд. / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Просвещение, 1990. — С. 213. — 384 с.
7. Таблицы физических величин / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат, 1975. — С. 647.
8. Труды всесоюзной конференции по изучению стратосферы. Л.-М., 1935. — С. 174, 255.
9. Ишанин Г. Г., Панков Э. Д., Андреев А. Л. Источники и приемники излучения. — СПб.: Политехника, 1991. — 240 с. — ISBN 5-7325-0164-9.
10. Ишанин Г. Г., Панков Э. Д., Андреев А. Л. Источники и приемники излучения. — СПб.: Политехника, 1991. — 240 с. — ISBN 5-7325-0164-9.
11. Tousey R., Koomen M.J. The Visibility of Stars and Planets During Twilight // Journal of the Optical Society of America, Vol. 43, N 3, 1953, pp 177—183
12. Таблицы физических величин / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат, 1975. — С. 647.
13. Енохович А. С. Справочник по физике.—2-е изд. / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Просвещение, 1990. — С. 213. — 384 с.

Оттенок (tint), тональность (tone), и тень (shade)

Эти термины часто используются неправильно, но они описывают довольно простое понятие в цвете. Главное помнить, насколько цвет отличается от своего начального тона (hue). Если к цвету добавляется белый, эта более светлая разновидность цвета называется «оттенок» (tint). Если цвет делается темнее путём добавления чёрного, полученный цвет называется «тень» (shade). Если же добавляется серый цвет, каждая градация дает вам различную тональность (tone).

Оттенки (добавляем белый к чистому цвету).

Тени (добавляем чёрный к чистому цвету).

Тональности (добавляем серый к чистому цвету).

Хроматичность (Chromaticity, Chorma)

О хроматичности мы говорим, когда рассуждаем о «чистоте» цвета. Это свойство цвета говорит нам, насколько он чист. Это означает, если в цвете отсутствуют примеси белого, чёрного или серого, цвет имеет высокую чистоту. Эти цвета выглядят живыми и чистыми.

Понятие «хроматичность» связано с насыщенностью. И его часто путают с насыщенностью. Однако мы будем продолжать использовать эти термины раздельно, потому что на наш взгляд они относятся к различным ситуациям, о чём будет сказано несколько ниже.

Высокая хроматичность — очень сияющие, живые цвета.

Низкая хроматичность — ахроматичные, бесцветные цвета.

Хроматичность одинакова — средний уровень. Та же живость цветов несмотря на различный тон; чистота меньше, чем у образцов выше.

Высокохроматические цвета содержат максимум собственно цвета с минимальными или нулевыми примесями белого, чёрного или серого. Иными словами, степень отсутствия примесей других цветов в конкретном цвете характеризует его хроматичность.

Хроматичность, которую часто называют «сочностью», является количеством цвета (hue) в цвете. Цвет без цвета (hue) является ахроматичным или монохроматичным, и видим как серый. Для большинства цветов, по мере увеличения яркости увеличивается и хроматичность, за исключением очень светлых цветов.

Интенсивность света

Единица измерения света  интенсивность измеряется при обустройстве освещения в комнате либо при подготовке фотоаппарата к съемке. Опытные фотографы и светотехники-профессионалы, пользуются цифровыми экспонометрами, однако можно изготовить и простой прибор с похожим принципом работы своими руками.

Многие аппараты предназначены для отдельного типа освещения. Например, измеряя свечение натриевых ламп, вы добьетесь более точного результата, чем проводя расчеты над лампой накаливания.

Можете установить приложение на смартфон, которое определит интенсивность света. Какими бы хорошими ни были ваш телефон и выбранное приложение, результаты будут искаженными и неточными, поэтому лучше воспользоваться специализированным прибором.

Большинство устройств измеряют показатели освещенности в люксах, так как это общепринятая единица, однако некоторые настроены на отображение фут-кандел.

Если вам неудобен один из этих способов измерения, можете перевести люксы в канделы и наоборот на этом ресурсе:

Основные выводы

Знать точные определения понятий, используемых при расчетах систем освещения, рядовому потребителю не обязательно. Если необходимо просто заменить выгоревшую лампочку, достаточно помнить, что ватт – это совсем не люмен. Первый определяет мощность, второй – освещенность. При переходе на другой вид источников света вполне можно обойтись без расчетов, если найти таблицу в интернете.

Сейчас при покупке ламп необходимо ориентироваться не на ватты, а на люмены, и помнить, что этот показатель во многом зависит от конструкции источника. Например, люминесцентная лампа вполне способна обеспечивать 2500-2500 лм, причем показатель зависит от особенностей колбы. Чаще всего проблемы создают светодиодные источники, если покупаются некачественные изделия.

При выборе необходимо учитывать так же снижение яркости свечения в процессе эксплуатации. Показатели у разных источников отличаются. Лампа накаливания может терять до 15% потока, люминесцентная – до 30%, светодиодная – до 5-10%. При покупке обязательно учитывается необходимый запас.

Если проводится самостоятельный ремонт с изменением системы освещения, лучше заказать светорасчет. Любая ошибка может обернуться дополнительными затратами. Самостоятельно учесть все нюансы без специального программного обеспечения невозможно. При верном выборе специалиста он поможет выбрать вид ламп, позволяющий сэкономить на электроэнергии. После установки не будет неприятного сюрприза в виде недостаточного уровня освещенности.

Предыдущая
Освещение в квартиреКак правильно рассчитать освещение по площади помещения
Следующая
Освещение в квартиреКак правильно измерить уровень освещенности в помещении и каким он должен быть