В чем измеряется свет?

Измерение световых характеристик

Исторически складывалось так, что только глаз в течение 200 лет был тем самым эталонным приемником света, на основе которого и проводились все оценки и измерения силы света, яркости и освещенности. Из всей огромной оптической области излучения (10 нм – 1 мм) лишь узкая полоса спектра от 380 до 780 нм (световое излучение) может восприниматься человеческим глазом. При этом чувствительность человеческого глаза даже в рамках этого спектра неодинакова, она максимальна в зеленой области и резко спадает к фиолетовому и красному краям.

Ориентируясь на глаз, как на приемник света была введена система измерений на светодиодные лампы, в которой равными принимаются такие воздействия, которые вызывают одинаковое зрительное ощущение.

При значении 550 нм (длина волны зеленого цвета) энергоэффективность самая высокая. Физиологическое действие в 1 лм одинаково во всем спектре, но его энергетическая “цена” для зеленой области составляет 1/683 Вт, для фиолетовой — 1/62 Вт, а для малино-красной — 1/6 Вт. Поэтому глазу комфортнее в зеленой области, здесь физической воздействие (“давление”) на него наименьшее.

Различные эксперименты давали результаты, которые показали, что на длине волны λ= 555 нм излучение в 1 Вт соответствует световому потоку в 676 – 688 лм. Экспериментальным путем ученые пришли к соотношению, дававшему возможность пересчитывать люмены в ватты и обратно.

Световой поток

Световой поток выступает основной величиной восприятия глазом световой энергии и выражается в люменах (лм). Определение светового потока связано с появлением первых ламп накаливания, когда потребовалась величина сравнения их излучения с силой света свечи.

Люмен составляет 1/683 часть ватта с длиной волны монохромного излучения 555 нм. Такая величина связана с пиком восприятия глаза именно этой видимой части спектра.

Сила света

Дальнейшее развитие светотехники потребовало конкретизации светового потока в освещаемом пространстве и появилась такая характеристика как сила света. Эта величина выражает плотность светового потока через освещаемые углы и выражается в канделах (кд). Кандела в переводе на наш язык звучит как свеча, что отразилось в использовании в Советском Союзе этого термина до начала шестидесятых годов прошлого века.

Физический смысл 1 канделы состоит в показателе светового потока 1 люмен, излучаемый в пространственный угол 1 стерадиан. Силу света такой величины излучает восковая свеча, световой поток которой составляет примерно 12 люмен.

Освещенность

Появление понятия освещенность связано с необходимостью измерить освещение конкретных предметов или площадей. Измеряемая в люксах (лк), освещенность показывает световой поток, попадающий на единицу площади освещения. Один люкс обозначает 1 люмен светового потока на 1 м² освещаемого пространства.

Наглядным представлением величины в 1 люкс служит освещении одной восковой свечой плоскости, перпендикулярной распространению света, и расположенной на расстоянии 1 метр от нее.

Яркость

Способность глаза по разному воспринимать равноосвещенные объекты привела к появлению такой величины как яркость. Она определяет плотность светового потока в пространстве и показывает взаимосвязь силы света наблюдаемого объекта и площади проекции данного предмета. Общепринятой величиной измерения яркости выступает 1 кд/м².

Яркость освещаемого предмета определяется не только световой силой источника, но и отражающими свойствами этого предмета. Чем выше отражающий коэффициент одинаково освещаемых предметов, тем светлее они воспринимаются глазом.

Объяснение кельвинов

Кельвин (обозначение К) – единица термодинамической температуры. В отношении освещения в ней измеряется цветовая температура. По этому показателю определяется «теплое» и «холодное» освещение.

Историческая справка. Изменять в кельвинах термодинамическую температуру предложил Ульям Томпсон в 1848 году. До 1968 года единица измерения называлась «Градус Кельвина». В системе измерения ноль К соответствует абсолютному нулю.

От цветовой температуры освещения зависит оттенок видимого света и общее настроение, которое создается в помещении. К примеру, холодные тона легко увидеть в офисах, образовательных и медицинских учреждениях, а теплые оттенки хорошо создают уют спальных, детских, кафетериев и баров. Диапазон работы разнообразных ламп от 1000 до 10000 К.

Для наглядности и понимания, что такое кельвины, в таблице приведена градация разных оттенков света:

При выборе светодиодных ламп теплого спектра подходят модели с показателем температуры около 2700 кельвинов. При поиске холодного светодиодного освещения подходят лампочки от 4000 К.

Объяснение люменов

Люмен – единица измерения потока света в системе исчислений. Один Лм равен световому потоку от точечного изотропного источника с силой света, которая равна одной канделе, в телесный угол размером 1 см².

Что такое люмен без точных определений – показатель яркости освещения. Интенсивность света зависит от типа осветительного прибора и его мощности. К примеру, стандартная лампа накаливания в 100 Вт создает поток света в 1300 Лм. Люминесцентная лампочка дневного освещения в 26 Вт создает поток в 1600 Лм.

Для наглядности в таблице собраны разные типы ламп с одинаковой яркостью, но разной мощностью, влияющей на энергопотребление:

Показатель люменов и кельвинов указывается производителем на упаковке лампочек. При выборе люстр или других больших осветительных приборов учитывается суммарный показатель яркости всех ламп.

Световой поток в Люменах различных источников света

В таблице ниже приведены сравнительные параметры в Канделах и люменах некоторых источников света, но в зависимости от конкретного экземпляра ( производитель, материалы) значения могут отличаться.

Канделы

В 1979 году 16-й Генеральной Конференции по Мерам и Весам было принято определение Канделы Канде́ла (от лат. candela — свеча) — одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ). Кандела – сила света в данном направлении от источника монохроматического излучения с частотой 540*10 Гц, имеющего интенсивность излучения в этом направлении равную 1 / 683 Вт в телесном угле равном одному стерадиану. Частота излучения 540*1012 Гц соответствует длине волны λ = 555,016 нм в воздухе при стандартных условиях, которая почти для всех целей может быть взята равной 555 нм без влияния на точность реальных измерений.

( Оно отменяло предыдущее сложное измерение, зависящее ранее от черного тела, температуры затвердевания платины (2042 К) и давления 101 325 Н/м2)

История Канделы

Измерение в «свечах» началось в 1893 году в Германии.

Наименование «свеча Хефнера», было предложено в 1884 Ф. Хефнер-Альтенеком. Эталоном при этом служила фитильная лампа специальной конструкции. В качестве горючего в ней использовался амилацетат.

Три года спустя, в 1896 году на Международным электротехническом конгрессе была принята «десятичная свеча», равная 1,12 свечи Хефнера.

В 1909 г. «десятичная свеча» была откорректирована на одну десятую – заменена «международной свечой», равной 1,11 свечи Хефнера. Международная свеча воспроизводилась не с помощью фитильной лампы, а при помощи специальных ламп накаливания

В 1948г. состоялось решение о принятии новой единицы— Канделы. Канделу привязали к световому эталону, обладающему свойствами, близкими к свойствам абсолютно чёрного тела (Планковский излучатель). В расчетах были задействованы, как писалось ранее, окись тория, платина, находящаяся при температуре отвердевания (2046,6 К), ;нормаль с 1/60 см излучающей поверхности указанного эталона. Введённая таким образом Кандела была в 1,005 раз меньше, чем международная свеча, т.е. примерно 1,104 свечи Хефнера.

Привязка Канделы к видимому человеческим глазом спектру – наиболее логичный на тот момент времени вариант. Хотя на данный момент ведутся работы над новой версией формулировки.

Использование Кандел в тех. характеристиках источников света

В Канделах, зачастую, измеряется сила света направленных источников света, например, таких как светодиод в 5мм корпусе имеющий как правило линзу от 10 до 160 градусов, если быть точнее то измерение ведется в милиКанделах 1Кд=1000мКд. Количество Кандел указывает, сколько света испускает точечный источник света в одном направлении, в котором она светит наиболее интенсивно.

Например, светодиод ARL-4008UWC , при токе 20 мА имеет диапазон яркости 1,2 – 1,6 кд;

светодиод ARL-10080PGC4-15 диаметром 10 мм имеет яркость 30-40 кд;

модель красного светодиода ARL-10603URD-150mcd имеет яркость 0,15 кд.

Сила света в Канделах типовых источников света:

Что важно при покупке лампы – Кельвин или Люмен

Для идеального освещения в любом помещении важно понимать, что такое люмены и кельвины, и учитывать оба параметра при выборе осветительных приборов. Ведь даже простая невнимательность и покупка одинаковых по яркости, но разных по цветовой палитре лампочек испортит всю красоту комнаты, офиса, ресторана.

На стадии проектирования освещения в первую очередь учитывают люмены или яркость. Она должна соответствовать нормам, особенно, если обустраиваются кабинеты, кухня, муниципальные здания, школы.

Тепловая палитра света в кельвинах выбирается на стадии разработки дизайна и корпоративного или личного стиля помещения. Причем мы не советуем без должного опыта работы со световой техникой комбинировать в одной комнате холодные и теплые тона. Такой резонанс может вызвать зрительное раздражение и испортить весь желаемый эффект.

Если Вы не уверены, что правильно выбрали осветительные приборы с нужным показателем, или Вам не хочется разбираться, что такое люмен и кельвин – можете обратиться за консультацией в нашу компанию и заказать проект освещения и его реализацию