В чем измеряется освещенность

Единица измерения освещенности

Осветительные приборы различаются между собой конструкцией, физическими свойствами и техническими характеристиками. Параметры световых приборов вызывают множество вопросов и споров, особенно единица измерения освещенности. Нередко ее путают с другими понятиями, например, с силой света или яркостью. Кроме того, многие потребители покупают осветительные приборы, ориентируясь на величину суммарного светового потока, без учета тепловых и световых потерь.

Что такое освещенность

Понятие освещенности тесно связано с величиной светового потока, измеряемого в лабораториях при помощи специального оборудования. Сама освещенность может быть определена самостоятельно, и ее величина учитывается соответствующими СНиПами. Для вычисления этого параметра пользуются световым потоком, измеряемым в люменах, находящийся в соотношении с площадью освещаемой поверхности. Он должен падать на поверхность под углом 90 градусов. Освещенность измеряется в специальных единицах – люксах (лк).

Величина светового потока оказывает непосредственное влияние на физическое и психологическое состояние человека. Слишком слабое освещение угнетает головной мозг, а слишком яркое, наоборот, действует возбуждающе на мозговые процессы. Подобное негативное влияние вызывает преждевременный износ организма, пагубно влияет на органы зрения.

Поэтому при составлении проекта освещения и размещения приборов освещения обязательно используется коэффициент запаса, учитывающий вероятное падение освещенности в процессе эксплуатации. Постепенно оптические компоненты изнашиваются, загрязняются, что приводит к снижению яркости искусственного света. Кроме того, происходит снижение коэффициента естественной освещенности, поскольку отражающие свойства окружающих предметов постепенно изменяются.

Освещенность в первую очередь измеряется на рабочем месте. Одновременно определяются звуковые колебания, учитывается степень загрязненности, электромагнитное и даже гамма излучение. Результаты замеров позволяют создать наиболее оптимальные условия труда, в соответствии с санитарными нормами и правилами.

В каких единицах измеряется освещенность

На единице измерения освещенности следует остановиться более подробно. Общепринятой единицей считается люкс, представляющий собой такую освещенность, когда на поверхность площадью 1 м 2 происходит падение светового потока в 1 люмен.

Сколько же освещенности фактически включает в себя единица измерения 1 люкс? С этой целью нужно сравнить между собой несколько стандартных параметров, основанных на человеческой физиологии, закрепленных строгими медицинскими правилами и государственными стандартами. Без их соблюдения невозможно утверждение любого строительного проекта.

Степень освещенности в 1 лк создается обычной свечой, расположенной на расстоянии 1 м от освещаемой поверхности. С помощью этого нехитрого приспособления вполне возможно с достаточно высокой точностью откалибровать самодельный измерительный прибор – люксметр.

В качестве примеров для сравнения можно взять несколько известных видов освещенности.

• Яркий солнечный свет в полдень составит 100-140 тыс. лк
• Небо без туч днем – 6200 лк
• Настольная лампа, освещающая стол – 500 лк
• Освещенность в тени в солнечный день – 430 лк
• Наступление сумерек в вечернее время – 70 лк
• Начало ночи с лунным освещением – 1,5 лк.

Источники освещения и поверхности, отражающие свет, не всегда выглядят в виде отдельно взятых точек. Если органы зрения способны различить их форму, то речь пойдет об еще одной фотометрической величине, известной как яркость. Ее физические свойства похожи на силу света, однако в данном случае это отношение не будет абсолютным. Оно соразмеряется с площадью, которую имеет отражающая или излучающая поверхность.

Яркость, как физическое понятие, является единственной фотометрической величиной, которую может нормально воспринимать человеческий глаз. Она наглядно проявляется в свойствах крупных источников света, состоящих из большого количества точечных излучателей. При условии их одинаковой яркости, общий свет большого прибора освещения будет восприниматься единым целым.

Перечень основных единиц измерения

Существует несколько основных единиц измерения, тем или иным образом характеризующих параметры света. Среди них наиболее известными и распространенными являются следующие:

• Световой поток. Представляет собой мощность излучения света. Это видимый спектр излучения, связанный со световым ощущением, воспринимаемым человеческим глазом. Данная величина измеряется в люменах (лм). Например, световой поток, излучаемый 100-ваттной лампой накаливания, составляет 1350 лм, а люминесцентной лампой ЛБ40 – 3200 лм.
• Сила света. Плотность светового потока относительно окружающего пространства. По своей сути является пропорцией, где световой поток соотносится с телесным углом, в пределах которого происходит равномерное распределение излучения. Единица измерения – кандела (кд).
• Освещенность. Световой поток, падающий на поверхность, обладает поверхностной плотностью. Он равномерно распределяется и соотносится с площадью освещаемой поверхности. Единицей измерения служит – люкс (лк), равный 1 лм/1 м 2 .
• Яркость. Представляет собой силу света с поверхностной плотностью в установленном направлении. Единица измерения – кд/м 2 .
• Светимость. Световой поток, испускаемый поверхностью с плотностью, представляющей собой отношение светового потока и площади светящейся поверхности. Единица измерения – 1 лм/м 2 .

Приборы для измерения уровня освещенности

Уровень освещенности измеряется прибором – люксметром. Это небольшое переносное устройство работает примерно так же, как и фотометр. Поток светового излучения попадает на полупроводниковый фоточувствительный элемент и начинает отрывать от него электроны, приходящие в упорядоченное движение. В результате, происходит замыкание электрической цепи. При этом, величина силы тока находится в пропорциональной зависимости с интенсивностью освещения фотоэлемента и отображается на шкале аналоговых устройств.

В настоящее время практически не осталось приборов со стрелками, им на смену пришла цифровая измерительная аппаратура. Каждый люксметр оборудован жидкокристаллическим дисплеем и фоточувствительным датчиком, расположенным в отдельном корпусе. Для соединения между собой этих двух деталей применяется гибкий провод.

Перед началом замеров освещенности люксметр устанавливается в горизонтальное положение. Современные ГОСТы требуют, чтобы для измерений использовались разные точки помещения в соответствии с установленной схемой. Естественное и искусственное освещение замеряется отдельно. При выполнении процедуры не допускается попадания на прибор даже малейшей тени. Не должно быть поблизости и любых источников электромагнитных волн. Все эти факторы могут создать помехи и повлиять на результаты измерений.

Полученную величину освещённости необходимо сравнить с параметром, установленным ГОСТом. На основании этих данных делаются выводы о достаточной или недостаточной освещенности какого-либо помещения или территории. После проведения испытаний составляется оценочный протокол.

Освещенность и светодиодные приборы

В процессе освещения светодиодами выделяется большое количество тепла. Для его рассеивания применяются теплопроводящие конструкции из алюминия, охлаждающие ребра и другие элементы, которые являются нейтрализаторами действия тепла. Создавая новые светильники, специалисты обязательно учитывают взаимную связь между освещенностью и потерями тепла.

Эксплуатационные сложности появляются, когда температура повышается свыше 50 градусов. В связи с этим замеры следует проводить примерно через два часа после начала работы светодиодных ламп. Чтобы исключить погрешность, измерение освещенности выполняются периодически, на протяжении всего рабочего дня. Подобные исследования рекомендуется проводить не реже 1 раза в течение года.

Освещенность помещений. Нормы и расчеты. Приборы и особенности

Плохая освещенность помещений, рабочего места или комнаты в квартире отрицательно влияет на здоровье человека, снижает концентрацию внимания, работоспособность, появляется раздражительность и сбои в психике. Очень яркий свет также является раздражителем, и не дает ничего положительного для человека.

Поэтому необходимо обеспечить нормальную освещенность помещений, которая регламентируется определенным стандартом СНиП. Для этого требуется простая установка соответствующих ламп освещения для каждого помещения.

Освещенность помещений

В номинальном выражении является потоком света, который излучается на поверхность под прямым углом в расчете на единицу площади. При падении света под острым углом освещенность снижается в зависимости от угла наклона.

Освещенность измеряется в люксах, который равен 1 люмену (единица светового потока) на м 2 .

Освещенность помещений прямо зависит от силы света, который исходит от источника. Чем больше расстояние от светового источника до поверхности, тем меньше параметр освещенности.

Нормы

Каждый тип помещения имеет свои нормативы освещенности. Например, для помещения магазина по продаже продуктов наибольшее значение пульсации установлено 15%, освещенность 300 люксов, однако для отдела спортивных товаров или строительных материалов нормы совсем другие. Также правила устанавливают определенную допустимую освещенность для поликлиник, детских садов, автосервисов и других объектов.

Пример расчета освещенности

Определим необходимую освещенность для спальной комнаты. Площадь спальни составляет 25 м 2 . Значение нормы по правилам для комнат такого типа умножаем на площадь: 150 х 22 = 3300 люкс. Общий световой поток приборов освещения при такой величине освещенности должен быть равен не менее 3300 люмен.

Теперь остается подобрать подходящие лампы освещения для спальни. При выборе светодиодных ламп, можно, например, приобрести три таких лампы по 12 ватт. Это обеспечит создание светового потока 3600 люмен, что видно по значениям таблицы.

Такой расчет является приблизительным, так как светодиодные лампы имеют различные параметры света в зависимости от производителя. Таким образом, можно легко самостоятельно рассчитать требуемую мощность и тип ламп для создания нормированной освещенности любого помещения согласно правилам СНиП.

Приборы для измерения освещенности

Для замера освещенности помещений применяют различные приборы, которые имеют свои особенности конструкции и методы измерений. Основные приборы рассмотрим более подробно.

Люксметр

Люксметры делятся на электронные и аналоговые, которые уже не производятся, и остались только старые образцы таких моделей.

Такой люксметр используется:

• Проверка соответствия освещенности помещений нормативным данным.
• Измерение параметров освещения при проведении работ по оценке условий труда.
• При электромонтажных работах для сравнения показателей освещенности с расчетами для приборов освещения.

Принцип действия люксметра заключается на работе встроенного фотоэлемента, на который направляется поток света. При этом в фотоэлементе возникает значительный поток заряженных частиц. В результате появляется течение электрического тока, сила которого зависит от силы светового потока, направленного на фотоэлемент. Обычно этот параметр и выводится на шкалу прибора.

Виды люксметров

В зависимости от расположения датчика, измеряющего освещенность помещений, люксметры делятся на виды:

• Моноблок (цельное устройство). Датчик фиксируется в самом корпусе прибора.

• Прибор с выносным датчиком, подключаемым гибким проводом.

Чтобы произвести простые измерения подойдет обычный люксметр-моноблок, без вспомогательных различных функций. Для определения нескольких параметров освещенности при производстве профессионального расчета, необходимо использовать устройства, имеющие дополнительный набор функций. Такие приборы имеют встроенную память и могут определять средние значения параметров.

Значительным преимуществом для люксметра является наличие особых светофильтров, которые помогают точнее определить значение силы света, которая исходит от приборов освещения с разными оттенками цветов.

Наличие выносного датчика в люксметре дает возможность определить освещенность с большей точностью, так как при этом влияние внешних факторов снижается. На современных моделях имеется жидкокристаллический дисплей. С помощью него намного проще снимать показания прибора.

Приборы для фототехники

В фототехнике используются такие приборы, как экспонометры (экспозиметры) . Они предназначены для определения параметров яркости и освещенности экспозиции. Определив значения этих показателей, профессиональный фотограф может получить качественные фотоснимки.

Экспонометры разделяют на виды:

• Внутренние.
• Внешние.

Флешметры

Такие приборы предназначены для измерения освещенности при фотографировании. При этом дополнительным элементом используют устройства освещения импульсного типа (фотовспышки). В современных моделях фотоаппаратов флешметр расположен в корпусе. Он изменяет мощность фотовспышки при разных уровнях света.

Профессионалы применяют флешметры с выносным датчиком, они точнее определяют освещенность.

Фотометр

Такой прибор называют мультиметром. Он является более современным вариантом флешметра. Его достоинством является сочетание опций экспонометра и флешметра.

Пульсация освещенности

Равномерность светового потока приборов освещения оставляет желать лучшего. Эффект, выражающийся в наличии колебаний в световом потоке, не виден глазу, однако его воздействие на здоровье человека имеет большое значение.

Опасность такого света заключается в том, что визуально невозможно определить наличие импульсов света. А в результате их действия может нарушиться сон, возникает дискомфорт, депрессия, слабость, сердечные сбои и другие симптомы.

Параметром пульсации является ее коэффициент, который выражает силу изменения потока света, направленного на единицу площади поверхности за промежуток времени. Формула расчета этого коэффициента довольно простая. Коэффициент пульсации освещенности определяется разностью между наибольшей и наименьшей освещенностью за определенное время, разделенной на двойную среднюю освещенность, и результат умножается на 100%.

Санитарные правила определяют верхний предел коэффициента пульсации. На рабочем месте он должен быть не более 20%, и зависит от степени ответственности работы сотрудника. Чем ответственнее работа, тем меньше должен быть коэффициент пульсации освещения.

Для помещений администраций и офисов с напряженной зрительной работой такой коэффициент не должен подниматься выше 5% отметки. При этом учитывается поток света частотой пульсаций до 300 герц, так как более высокую частоту нет смысла учитывать, из-за того, что она не воспринимается глазом человека и не оказывает отрицательного влияния.

Определение пульсации освещения

Для определения пульсации света применяют эффективный простой прибор, который измеряет яркость, пульсацию и освещенность помещений, и называется люксметр-пульсометр-яркомер.

Функции прибора

• Измерение пульсации световых волн, возникающих при мерцании различных приборов освещения.
• Измерение пульсации освещения мониторов компьютеров и других экранов.
• Определение освещенности помещения.
• Определение яркости приборов освещения и мониторов.

Принцип работы устройства заключается в проверке уровня освещения с помощью фотодатчика с дальнейшим преобразованием сигнала и вывода результата на жидкокристаллический дисплей.

Коэффициент пульсации света можно определить с помощью программы на компьютере, либо самостоятельно проанализировать измерения. Для анализа измерений на компьютере применяют специальную программу «Эколайт-АП», которая работает с прибором «Эколайт-02».

Отличительными признаками измерительных приборов, определяющих пульсации, являются уровни чувствительности, тип питания и качество фотодатчиков.

Наибольший коэффициент пульсации выдают светодиодные лампы, при использовании которых этот параметр иногда достигает 100%. Люминесцентные лампы и лампы накаливания обладают незначительным коэффициентом пульсации. Лампы накаливания имеют коэффициент пульсации не выше 25%. При этом стоимость и качество ламп не играют роли. Даже дорогие лампы могут выдавать значительные показатели пульсации света.

Методы снижения пульсации освещения

• Применение приборов освещения, функционирующих на переменном токе с частотой более 400 герц.
• Монтаж осветительной арматуры на разные фазы при трехфазной сети.
• Установка в прибор освещения устройства компенсации ПРА (пускорегулирующей аппаратуры) и особое подключение ламп со сдвигом. Первая лампа работает на отстающем токе, а 2-я на опережающем.
• Монтаж светильников с ЭПРА. Они оснащены электронным пускорегулирующим аппаратом, который сглаживает пульсации и стабилизирует напряжение.

Если в помещении приборы освещения подключены к одной фазе, то подключить их к разным фазам будет проблематично. Поэтому удобнее будет приобрести светильники с ЭПРА. Их достоинством является соответствие всем нормам правил.

Контроль уровня пульсации освещения необходим для здоровья человека, так как отклонение от норм приводит к нарушению работоспособности и самочувствия сотрудников.

Для жилых зданий освещенность помещений также важна. Пульсация света не видна, но со временем проявляется ее негативное влияние.

В чем измеряется освещенность помещения?

В настоящее время при огромном разнообразии светотехнических приборов у населения нет единого понятия касательного того, в чем измеряется освещенность. Нередко возникает недоразумение с такими техническими характеристиками, как сила света и яркость, люмены и канделы. Приобретая осветительные приборы, часто обращают внимание на суммарный световой поток, не учитывая потери света и тепла.

Понятие освещенности

Световой поток измеряется в специальных лабораторных условиях и самопроизвольно его определить невозможно. Поэтому СНиП учитывает величину освещенности, которую, в отличие от светового потока, каждый может измерить самостоятельно. Она представляет собой показатель отношения светового потока, измеряемого в люменах, к площади поверхности, на которую попадают фотоны. Угол падения при этом должен равняться 90°. Единица измерения освещенности — люкс (lux).

Давно уже установлена зависимость психологического и физического состояний человека от света. Если при слабом освещении происходит угнетение мозговых процессов, то при ярком свете они возбуждаются. Но в любом случае сетчатка глаза и ресурсы организма изнашиваются. При проектировании осветительных приборов определяют коэффициент запаса (КЗ), который должен учитывать вероятный спад освещенности установки. Для искусственного света в показателе предусматривается уменьшение яркости по причине износа оптических компонентов устройства и их естественного загрязнения. Коэффициент естественной освещенности снижается вследствие изменения отражающих свойств окружающих предметов.

Измерение освещенности проводится на рабочих местах вместе с определением уровня загрязненности, звуковых колебаний, электромагнитного излучения, а на некоторых производствах и гамма излучения. Важность знания этих параметров трудно переоценить при создании оптимальных условий труда, и все они соответствуют санитарным правилам и нормам. Например, освещенность должна быть:

• в рабочем кабинете — 300 лк;
• в офисе для постоянной работы с компьютером — 500 лк;
• для технических и конструкторских бюро — 750 лк.

При наличии в помещении естественной подсветки уровень искусственного фона можно снижать.

Приборы для определения уровня освещенности и методика его определения

Наименование прибора похоже на название величины, которую он устанавливает, — люксметр. Принцип работы малогабаритного переносного устройства напоминает работу фотометра. Поток излучения, падая на фоточувствительный элемент полупроводника, отрывает электроны, которые начинают упорядоченно двигаться. Таким образом, замыкается электрическая цепь. Причем величина тока прямо пропорциональна интенсивности освещения фотоэлемента, что имеет свое отражение на шкале аналогового люксметра. Сегодня приборы со стрелками практически исчезли, их заменили цифровые. Они оснащены жидкокристаллическими дисплеями, у которых сам фоточувствительный датчик расположен в отдельном корпусе, а с дисплеем он соединяется с помощью гибкого провода.

В ходе проведения эксперимента по измерению освещенности прибор устанавливается в горизонтальном положении. Причем в соответствии с требованиями ГОСТа их размещают в разных точках помещения, согласно определенной схеме. В 2012 г. Россия приняла новый стандарт измерения характеристики количества светового потока. В старом понятийном аппарате при измерениях использовались такие термины данной величины, как:

• минимальная, средняя, максимальная, цилиндрическая;
• естественная;
• градиент запаса;
• относительная эффективность когерентного лучевого потока.

В настоящее время к ним добавлены следующие типы освещения:

• аварийное;
• рабочее;
• охранное;
• эвакуационное;
• резервное.

Стандарт подробно описывает все тонкости проведения измерительных исследований.

Замеры осуществляются отдельно по естественной и искусственной иллюминации. В ходе проведения эксперимента нельзя допустить, чтобы хоть малейшая тень падала на прибор, а вблизи был хотя бы 1 источник электромагнитных волн. Все они вносят помехи в работу устройства.

После выполнения необходимых замеров освещенности определяется искомая величина. Она сравнивается с нормативным значением. Затем подводятся итоги о достаточности освещенности территории или помещения. Каждый вид измерительных испытаний оформляется специальным оценочным протоколом, чего требует ГОСТ.

Измерение количества света для светодиодных устройств и примеры в природе

Светодиодные светильники стали очень востребованными благодаря уникальной энергоэффективности. Но светодиоды и их источники питания при освещении выделяют тепло, которое рассеивается с помощью теплопроводящих материалов (алюминий) и конструктивных особенностей (ребер, большой радиаторной площади). Несмотря на кажущееся отсутствие связи между потерями тепла и освещенностью, специалисты всегда учитывают ее при создании новых устройств.

Трудности с работой светодиодных светильников начинаются при эксплуатации в условии повышения температуры более +50°С. Почему измерение освещенности светодиодов и рекомендуют проводить после 2 часов их работы, т. е. после выхода на оптимальный режим. Для исключения появления погрешности проводятся неоднократные замеры в течение рабочей смены. Желательно эти исследования проводить как минимум 1 раз в год. Чтобы при проектировании исключить любые ошибки, закладывают коэффициент снижения освещенности, зависящий от физических характеристик объекта.

Обычно производители LED-устройств дают гарантию по их безупречной работе на 3 года. Все параметры функционирования таких светильников, в том числе, и освещенность, должны соответствовать заявленным значениям. Если условия работы устройств происходят при температуре наружного воздуха свыше 45°С, то измерения освещенности необходимо делать гораздо чаще. Иначе неправильное проектирование и полученные результаты приведут к быстрому падению показателей освещения.

Что касается примеров иллюминации в природе, то на орбите Земли и экваторе в полдень данная величина равняется 135 тыс. люкс. В солнечный день она составляет до 100 тыс. лк, в пасмурный — только 1 тыс. люкс, а вот от Луны всего лишь 0,2 лк. Измерение света на улице на широте Москвы в зимний период показало от 4 до 5 тыс. люкс. В безлунную ночь освещенность в тысячу раз меньше, чем в полнолуние, а при 10-бальной облачности — в 10 тыс. раз меньше. То, в чем измеряется освещенность в помещении и естественных условиях, относится к физическим величинам, входящим в Международную систему единиц.

Сила света: что это, в чем измеряется, мощность, формула, световой поток

Соотношение мощности лампы со светоотдачей

Под потоком света понимается мощность излучения, которое может увидеть человек или световая энергия, поступающая от поверхности (свечение или отражение луча). Полный поток без учета сосредоточенной эффективности приборов, но с учетом бесполезного света, замеряется в люмен-секундах.

Световая величина не является аналогом энергетической, характеризующей свет без зрительных ощущений. Световая, или лучистая энергия может измеряться в джоулях. Единица измерения светового потока – люмен, что значит свечение от одного источника с силой 1 кандела. Телесный угол в данном случае составляет 1 стерадиан.

Количество люменов излучения зависит от яркости источника.

Как освещенность связана со световым потоком

Освещенность и световой поток – разные, хотя и сходные понятия. Измерение освещенности производится в люксах, а не люменах. 1 люкс означает попадание 1 люмена на 1 м2 участка.

Для наглядности можно сравнить силу и давление. Используя небольшую иголку и прилагая минимум силы, создается высокий коэффициент удельного давления для конкретной точки. Аналогичным образом световой слабый поток может освещать отдельную зону.

Взаимодействие потока света и освещенности легко понять на примере настольной лампы со световым потоком 1000 Лм. Чтобы освещение было полноценным, ориентируются на нормативы СНиП 52.13330. Для рабочего места применяется значение 350 Люкс, для произведения манипуляций с мелкими деталями – 500 Люкс. На освещенность также влияет отдаления источника света, расцветка посторонних предметов, наличие зеркала или окна. То есть, стол рядом с белой стеной получит больше люксов, чем стол, стоящий у темной.

Отличие освещенности от светового потока

Спектральная эффективность светового потока

Освещенность – это поверхностная плотность при попадании светового потока на участок. В условиях горизонтальной плоскости поверхность освещается при горизонтали. Для обозначения величины используется литера Е. Рассчитать параметры освещенности (Люксы) можно по формуле Е = Ф/S, где:

• Ф – светопоток в Люменах;
• S – площадь поверхности в мм2.

Разница между физическими величинами – 1 люкс равняется 1 люмену на м2 площади освещения.

Для определения освещенности понадобится соотнести световую силу с расстоянием до конкретного участка. Когда свет падает под прямым углом на поверхность, площадь светового потока меньше. При увеличении угла процент освещенности уменьшается.

Меньше света попадет на объект, расположенный вдали от источников излучения.

Законы освещенности

Как было сказано, освещенность поверхности прямо пропорциональна силе света. Однако освещенность зависит не только от силы света, но и от расстояния до источника и освещаемой площади. Пусть источник света расположен в центре сферы (рис. 4.31).

Площадь поверхности сферы равна

Тогда полный поток света будет равен Согласно этому:

Освещенность поверхности прямо пропорциональна силе света источника, обратно пропорциональна квадрату расстояния.

В большинстве случаев световой поток падает на поверхность под углом. Пусть световой поток падает на поверхность под углом ср.

Площадь связана с площадью следующим образом: Тогда телесный угол определяется какосвещенность данной поверхности определяется

Освещенность поверхности прямо пропорциональна силе света источника и косинусу угла между перпендикуляром, проведенным на поверхности, куда падает луч света, и световым потоком, и обратно пропорциональна квадрату расстояния.

Если поверхность освещена несколькими источниками, общая освещенность равна сумме освещенности от каждого источника.

Яркость — еще одна из фотометрических величин.

Яркостью называется сила света, приходящаяся на единичную площадь, которая испускает свет:

Единица яркости —
Отсюда видно, что источник света излучает свет по всем направлениям одинаково.

Приведем некоторые сведения о яркости. В полдень яркость Солнца когда Солнце дойдет до горизонта —диск полной Луны —безоблачное дневное небо — 1500 — 4000

Пример решения задачи:

Сила света точечного источника равна 100 кд. Найдите полный световой поток, выходящий из источника.

Дано: Найти:

Формула:

Решение:

• Гипотеза Максвелла :Любые изменения электрического поля создают в пространстве вокруг него вихревое магнитное поле.
• Вибратор Герца: Состоит из двух шариков или цилиндра диаметром 10-30 см, разделенных тонким слоем воздуха, используют для получения электромагнитной волны.
• Открытый колебательный контур: Колебательный контур, в котором электромагнитные колебания полностью ‘: распространяются в пространстве.
• Отражение электромагнитных волн: Электромагнитные волны отражаются от металлических поверхностей. При этом выполняется закон отражения.
• Преломление электромагнитных волн: Электромагнитные волны при переходе границы двух сред преломляются. При этом выполняются законы преломления, -диэлектрическая проницаемость первой и второй среды соответственно.
• Длина электромагнитной волны: Расстояние между двумя близко лежащими точками с с одинаковой фазой колебания.
• Плотность потока излучения электромагнитной волны или интенсивность волны : Отношение электромагнитной энергии Щ проходящей через поверхность площадью S, расположенную перпендикулярно к направлению распространения W волны, за время
• Радиосвязь: Обмен информацией с помощью электромагнитных волн.
• Радиопередатчик: Передача информации с помощью электромагнитных волн.
• Радиоприемник: Устройство для приема информации, поступающей с помощью электромагнитных волн.
• Микрофон: Прибор для превращения звуковых колебаний в электрические колебания.
• Модуляция: Передача с наложением на высокочастотные электрические колебания низкочастотных электрических колебаний.
• Входной контур: Колебательный контур, с помощью которого нужный сигнал выделяется среди множества радиостанций.
• Детектирование: Выделение из модулированных колебаний низкочастотных сигналов.
• Видеокамера: Устройство для превращения световых сигналов (изображения) в электрические сигналы.
• Когерентные волны: Волны с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз.
• Интерференция волн: Явление увеличения или уменьшения амплитуды Я результирующего колебания. При условие шах, при условие min.
• Дифракция волн: Огибание волнами препятствий. При этом размеры препятствий должны быть меньше длины падающей волны. Дифракционная решетка Набор многочисленных преград и щелей, где наблюдается дифракция света.
• Явление дифракции в дифракционной решетке : -постоянная решетки;-угол дифрагированной волны; — порядок спектра; — длина волны.
• Дисперсия света : Разложение белого цвета на семь цветов при прохождении через призму: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Зависимость показателя преломления света от длины волны света (частоты света).
• Спектр: Набор цветных полос, который появляется при прохождении света через преломляющую среду.
• Спектры испускания: Спектр, который излучает нагретые тела. Бывают непрерывные, полосатые и линейные спектры.
• Спектр поглощения: Спектр, получаемый только при поглощении света, соответствующего свойству вещества.
• Спектральный анализ: Определение состава вещества по спектрам поглощения или излучения.
• Поляризация света: Упорядочение векторов напряженности электрических и магнитных полей при прохождении света через турмалиновую пластину.
• Закон Малиуса :. Интенсивность поляризованного света при прохождении анализатора.
• Анализатор: Прибор для определения поляризованности света.
• Поляризатор: Прибор для поляризации естественного света.
• Инфракрасные лучи: Электромагнитные волны с длиной волны в вакууме в промежутке 700 нм — 1 мм.
• Ультрафиолетовые лучи: Электромагнитные волны с длиной волны в вакууме в промежутке 122 нм — 400 нм.
• Рентгеновские лучи: Электромагнитные волны с длиной волны в вакууме в промежутке 0,005 нм — 100 нм.
• Световой поток (Поток излучения) : Количество энергии, падающей за единицу времени на определенную поверхность: Интенсивность излучения: Отношение светового потока на площадь, на которую падает светЕдиница измерения-
• Сила света: Отношение светового потока Ф на телесный угол откуда происходит это излучение. Единица измерения силы света — кандела (кд). Является основной единицей системы СИ. 1 кд — эта сила света, испускаемого с площади 1/600000 сечения полного излучателя в перпендикулярном к этому сечению направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины, и давлении 101 325 Па.
• Освещенность: Световой поток, падающий на единицу площади. / Единица — люкс— закон освещенности.
• Яркость: Сила света, приходящаяся на единичную площадь, которая излучает светЕдиница

Приборы для замеров освещенности

Для проведения измерения уровня освещенности применяют люксметры. Конструкция самых простых приборов включает фотоэлемент, предназначенный для преобразования световой энергии в электрическую. Потом измеренный сигнал пересчитывается и отображается на стрелочной шкале или на цифровом жидкокристаллическом дисплее в люксах.

Показания прибора зависят от светового спектра. Поэтому при замерах уровня освещенности в помещениях или на открытом воздухе они могут быть неточными. Погрешность приборов простой конструкции — более 10%. При замерах в разных условиях применяются поправочные коэффициенты.

У приборов для измерения освещенности высокого класса более сложная конструкция. В них применяются специальные светофильтры, приближающие чувствительность устройства к чувствительности человеческого глаза. Также используются насадки для точности измерения освещенности, создаваемой источником света, расположенным под углом, или контрольные насадки для проверки самого прибора.

Существуют приборы для измерения яркости света — яркомеры. Могут выпускаться комбинированные устройства, совмещающие возможности люксметра и яркомера.

Профессиональные фотографы используют специализированные приборы:

• для определения освещенности сцены и выбора экспопары для съемки применяются экспонометры;
• для измерения мощности вспышки и длительности ее импульса используются флэшметры.

При измерении освещенности нужно учитывать, что освещение может быть естественным, искусственным и комбинированным, включая естественное, которое дополнено искусственным.

При расчете количества источников света для создания искусственного освещения принимается во внимание коэффициент пульсации. Для человеческого глаза пульсация, создаваемая источником света, незаметна, но длительное нахождение в условиях повышенной пульсации может негативно сказываться на здоровье, вызывать быструю утомляемость и головные боли.

Для замеров коэффициента пульсации применяются комбинированные приборы, совмещающие в одном корпусе люксметр, пульсметр и яркомер. Пример — radex lupin.

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.

Световой поток и яркость – не одно и то же

Обращаясь к определению яркости L, измеряемой в канделах на квадратный метр (Кн/м²), видно, что это количество отражённого поверхностью света.

Яркость источника – это соотношение силы его свечения и величины этой силы, приходящейся на единицу площади поверхности источника, которую видит глаз. Сила света измеряется в канделах, потому яркость обозначается буквой L и измеряется в Кн/м².

Если наблюдать издалека два источника света, имеющих разную площадь поверхности, но с одинаковой силой света, то меньшая поверхность будет выглядеть ярче. Увеличение угла, под которым смотрят на световой источник, уменьшает воспринимаемую глазом яркость. Яркость максимальна, когда плоскость, в которой лежит излучатель, перпендикулярна глазу.

Величина яркости изменяется от вида поверхности:

• светоотражающая поверхность увеличивает яркость;
• светопоглощающая или рассеивающая поверхность уменьшают значение L.

Важно! Световые потоки – это вся энергия излучения источника, яркость – только та доля, которая поступает в глаз или на предмет. В частности, оптический проектор в своих технических характеристиках имеет обозначение не яркости, а величины СП.

Цветовая температура светового потока

Комфортность нахождения в помещении определяется не только уровнем его освещенности, но и оттенком света, который излучают источники света. Эта характеристика лампочек называется цветовой температурой.

Человеческий глаз более адаптирован к восприятию длинноволнового светового излучения, в котором расположены красные и оранжевые цвета. Гораздо хуже он воспринимает коротковолновое излучение, располагающееся в синем и фиолетовом участках спектра. Свет с голубоватым оттенком воспринимается глазом как резкий, надоедливый. Вызывает быстрое утомление.

Учитывая эти особенности, производители маркируют все источники света понятными потребителю наименованиями:

• теплый;
• дневной;
• холодный.

По существу, речь идет о коммерческом обозначении температуры цветового потока. Чем цветовая температура ниже – тем более «теплый», приятный для зрения свет излучает лампочка.

Наглядно представлено восприятие человеком одного и того же интерьера (пейзажа) при различной цветовой температуре на рисунке:

Различие восприятия картинки в зависимости от цветовой температуры

Плотность и мощность светового потока

Физической величиной, выражающей поток, является количество мощности, падающей на поверхность. Эта величина не зависит от телесного угла. Данная характеристика учитывается при сравнении разных источников света при заданной величине мощности.

При упоминании мощности света следует учитывать, что это не мощность, которая потребляется лампочкой при работе. В этом случае под мощностью подразумевается излучение света.

Изучения энергетических характеристик света

Действие света может быть разным: от теплового, которое проявляется в нагревании тел, поглощающих свет, до электрического, химического и механического. Такое действие света становится возможным благодаря наличию у света энергии, поэтому очень важно знать об энергетических характеристиках света.

Различное действие света лежит в основе работы технических устройств. Например, системы охраны разнообразных объектов работают на чувствительных приемниках света — фотоэлементах. Тонкие пучки света, которые буквально пронизывают пространство вокруг охраняемого объекта, направлены на фотоэлементы (рис. 3.7), и если перекрыть один из таких лучей, то фотоэлемент перестанет получать световую энергию и немедленно «сообщит* об этом — прозвучит сигнал тревоги.

Другие технические устройства способны реагировать не только на факт наличия световой энергии, но и на ее количество. Так, освещение улиц больших городов (рис. 3.8) включается автоматически в момент, когда количество получаемой световой энергии Солнца уменьшается до определенного значения. Работа подобных устройств сориентирована на восприятие света человеческим глазом. Поэтому очевидной является важность рассмотрения энергетических характеристик света, основанных на непосредственном восприятии света глазом — на зрительном ощущении.

В чем измеряется световой поток

Поток света измеряется в люменах, сокращённо Лм. Он сокращён до базовых единиц в системе единиц (сокращённо СИ). 1 люмен эквивалентен 1 канделе стерадиан (кд ср). Это то же самое, что 1,46 милливатт (мВт) потока излучения на длине волны 555 нм, которая находится в середине видимого спектра.

Для более основательного понимания значение светового потока важно отметить его физические характеристики. 1 Лм эквивалентен потоку света, который излучается точечным изотропным источником, вместе с силой света (единица измерения – кандела (кд)), в телесный угол величиной в один стерадиан. Самой же силой света называют величину светового потока, которая переносится в направлении за определённое время.

Формула силы света имеет следующий вид: L = Ф/Ω, где L – поток света, Ф – отношение светового потока, а Ω – световой поток внутри телесного угла. Сила света является мерой яркости луча в определенном направлении. Если у лампы 1 люмен, а её колба и оптика настроены таким образом, чтобы равномерно фокусировать свет в луч 1 стерадиан. В этом случае интенсивность света будет равна 1 канделе. Если оптика изменяется с целью концентрации луча в 1/2 стерадиана, тогда источник будет иметь силу света в 2 канделы.

Полученный луч станет более узконаправленным и ярким, однако поток света не будет претерпевать изменений. Световая отдача является несколько иной характеристикой. Это отношение светового потока к мощности, которую потребляет источник света. Измеритель светового потока – величина СИ Лм/вт.

Сила света

Под силой света понимают величину светового потока, разделенную на телесный угол, в пределах которого он находится. Если световой луч установить в качестве объема, сила будет пространственной плотностью. Показатель измеряется в канделах (Кд).

Канделой называется единица измерения силы света, которую имеет пульсация восковой свечи. Она равна 1/683 Вт при частоте от 540 до 1012 Гц, что соответствует зеленому оттенку. 1 кандела совпадает с 1 люменом только при условии распространения светового луча под конусным углом 65 градусов. Милликанделы применяют для обозначения прибора направленного действия – индикаторных светодиодов, небольших фонариков.

Перечень основных единиц измерения

На отечественном рынке представлена продукция производителей из разных стран, что объясняет определенную путаницу в терминах. Ниже приведены популярные единицы измерения освещенности совместно с формулами пересчета значений. Эти сведения пригодятся для корректного сравнительного анализа технических характеристик различных светильников.

Кандела

В системе измерений одна из семи основных единиц, являющихся фундаментальными. Это сила света, которую излучает источник монохроматического излучения с частотой 540х1012 Гц. Причем, световой поток должен распространяться в заданном направлении с соблюдением ряда дополнительных условий.

Частота, которая используется в качестве эталонной, соответствует зеленой части спектра, так как она лучше всего воспринимается зрением человека. При использовании источника света с другой частотой потребуется большая интенсивность для достижения нужного показателя.

1 кандела – это свет, исходящий от свечи.

Не так давно канделу определяли иначе. Она соответствовала силе света, исходящей от черного источника, нагретого до температуры 2042,5 К (плавление платины), который располагался перпендикулярно плоскости и распространялся на площадь в 1/60 квадратного сантиметра. Эта величина применяется в астрономии и многих других науках.

Кстати! Коэффициент 1/683, используемый современными учеными подобран так, чтобы новое и старое определения соответствовали друг другу.

В переводе с латыни «кандела» обозначает свечу. Считается, что свет, который излучает одна свеча равен 1 канделе.

Люмены и люксы

В люменах измеряют световой поток. Один лм создает точечный источник, который генерирует силу света в 1 канделу. Луч формирует раскрытие на 1 стерадиан. Объединяющая формула:

1лм = 1 кд * 1 ср.

Люкс, в свою очередь, равен яркости, которую создает на одном кв. метре ровной поверхности световой поток 1 люмен.

Этот рисунок наглядно демонстрирует, что измеряется в лк и лм. Рядом показано изменение освещенности и размеров рабочей площади при разных положениях источника. Увеличение расстояния расширяет зону с одновременным уменьшением яркости светового пятна, которую определяют в люксах. Люмены нужны для оценки параметров светильника.

В реальных условиях проверяют пути прохождения лучей. Так, в пустом выставочном зале препятствия отсутствуют. Однако условия существенно изменяются после установки торговых стеллажей. Чтобы обеспечить видимость продукции на полках, приходится увеличивать мощность светильников либо выбирать оптимальные места крепления.

Чтобы упростить расчеты, современные пользователи применяют специализированное программное обеспечение. С его помощью моделируют различные варианты размещения осветительных приборов с учетом расположения мебели, размеров оконных проемов, других важных факторов.

Ватты и люмены

До недавнего времени при выборе лампочек ориентировались на мощность, или количество ватт. Чем оно больше, тем выше лучше было освещение. Сейчас обозначение качества освещения производится в люменах.

Но Ватт нельзя просто перевести в Люмен, поскольку первое обозначение – мощность, а второй – объем световых лучей источников. Для трансформации требуется знать светоотдачу (лм/Вт), а также тип лампы, эффективность светоотражателя, потери при наличии рассеивателя, процент утечки светового потока.

Вместо длительных расчетов стоит ориентироваться на сводную таблицу.

Мощность, Вт	Световой поток, Лм
Лампы накаливания
20	250
40	400
60	700
75	900
100	1200
150	1800
Люминесцентные светильники
5-7	250
10-12	400
15-16	700
18-20	900
25-30	1200
40-50	1800
Светодиодные источники
3-4	250-300
4-6	300-450
6-8	450-600
8-10	600-900
10-12	900-1100
12-14	1100-1250
14-16	1250-1400

Если хотите сэкономить, замените лампочку накаливания 1000 Вт на люминесцентный (25-30 Вт) или светодиодный (12-15 Вт) прибор.

Кратные единицы люмена

Для удобства, кроме целых, применяют кратные значения измеряемых величин по стандарту СИ. К базовому наименованию добавляют приставки, которые обозначают соответствующую степень:

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

Дольные единицы люмена

Аналогичный подход применяют для обозначения малых величин:

• милли – 10-3;
• микро – 10-6;
• нано – 10-9.

Расчет светового потока

Лампа LED D60х108мм Матовая колба 320º 1600Лм A60 23229, Gauss

Для вычисления светового потока можно применить специальный измерительный прибор или ориентироваться на показатель светоотдачи в зависимости от потока:

• светодиодная лампочка в матовой колбе – мощность прибора, умноженная на 80 лм/Вт, будет величиной светового потока;
• филаментные источники – мощность лампы умножается на 100 лм/Вт;
• энергосберегающие устройства КЛЛ – умножается на 60 лм/Вт;
• ДРЛ – мощность требуется умножить на 58 лм/Вт.

Эффективность метода зависит от интенсивности светового потока в лампе, норм освещенности, коэффициентов запаса (чистота объекта и тип источника), использования светопотока, поправочного, количества светильников, площади комнаты. При расчетах также ориентируются на конструкцию устройства, наличие защитного покрытия.

Погрешность теоретических вычислений составляет около 30%.

Особенности вычисления

Действующие отечественные правила приведены в строительных стандартах СНиП. Оценивают совместно уровень освещенности и пульсации.

Таблица с нормативами

Помещения Допустимые параметры

Освещенность, люкс	Коэффициент пульсаций, %
Торговый зал в универсальном магазине	400	10
Аудитория в учебном заведении	400	10
Кухня в жилом объекте недвижимости	150	25
Операционная комната в больнице	500	10

Для расчета освещенности горизонтальных площадок применяют метод «коэффициента использования». Требуемый световой поток источника (F) вычисляют умножением норматива (Е) на площадь (S) и поправочные коэффициенты, которые учитывают:

• загрязненность атмосферы и тип светильников (Кз);
• поправку на реальную освещенность (Кп).

Полученное значение делят на количество осветительных приборов (n), умноженное на комплексный коэффициент (К=Fп/Fл), где:

• Fп – световой поток, попадающий на рабочую поверхность;
• Fл – суммарный поток, который образуют все включенные приборы.

F = (Е * S * Кз *Кп)/(n * К).

Измерение количества света для светодиодных устройств

Для наглядности удобно представить значение освещенности в типовых ситуациях. Эти значения можно сравнить с параметрами, которые приводят в сопроводительной документации производители светодиодных приборов.

0,001-0,003	Ночью при сильной облачности
0,2-0,25	Полная луна, ясное небо
15-25	В океане на глубине 45-50 метров при малой замутненности
90-250	Изображение на экране, созданное с применением проекционной техники
90-120	Центр помещения с большими окнами в ясный солнечный день
40-60	Место для чтения
400-550	Рабочее пространство для выполнения сложных операций с миниатюрными объектами
1200-2500	Облачный день
10000-12000	Искусственное освещение съемочной площадки в теле,- или киностудии

В рекламных проспектах для улучшения продаж лампочку могут назвать яркой и энергосберегающей. Чтобы сделать правильный вывод о потребительских параметрах изделия, можно пользоваться представленной выше информацией.

Мера освещения

Согласно существующей нормативной документации, мера освещения в каждом помещении своя. Отличается величина на производстве и складе, в общественном, жилом и вспомогательном здании. Свои нормативы имеются для наружного, витринного, рекламного и аварийного светопотока.

Если привести некоторые примеры, то необходимая величина светопотока автомагистрали — 30 люкс, пешеходной зоны — 6, пешеходных подземных переходов — 50, архивов — 75, конференцзалов — 200, аналитических лабораторий — 500, учебных аудиторий — 400, спортивных залов — 200, обеденных ресторанных залов — 200, парикмахерских — 500. Весь представленный список дан в актуальных стандартах и снипах. Стоит отметить, что есть не только минимальные, но и предельно допустимые нормы. Особенно это правило действует на витрины и рекламные стенды.

Обратите внимание! Узнать показатель освещенности конкретного помещения можно при помощи люксметра или любого другого измерительного агрегата, выводящего результаты в ваттах, канделах и прочих величинах.

Мера освещения

В целом, освещенность — понятие, обозначающее суммарное количество солнечного света. Измеряется в люменах и люксах при помощи специального измерительного прибора, переводится при необходимости в ватты. Пользоваться измерительным прибором очень просто, согласно инструкции. Сфер применения его очень много: начиная бытовым электрооборудованием, заканчивая промышленным.

Важные факторы

Одним из важных факторов, который учитывается как при строительстве здания, так и при его эксплуатации является уровень освещенности.

Данный показатель очень важен, поскольку влияет на здоровье глаз человека, его трудоспособность, физическое и психоэмоциональное состояние.

Поэтому освещенность помещения входит в положения по охране труда.

Освещение здания делится на две составные – естественное освещение и искусственное.

Естественным является дневное солнечное освещение, которое попадает в здание через технологические проемы, сделанные в нем при строительстве – окна.

Искусственное освещение

В темное же время суток освещенность производится искусственно – всевозможными электрическими лампами.

Искусственное освещение может применяться и в дневное время при слабом дневном свете, а также у зданий, где технологически невозможно проделать соответствующее количество окон, к примеру, цокольные этажи зданий или подвалы.

Также учитываются состояние атмосферы, географическое положение.

Сравнение лампы накаливания и светодиодной

Светодиодная лампа, входящая в состав осветительных приборов, сложнее и дороже лампы накаливания. Она состоит из следующих компонентов:

• модуль с планарными светодиодами;
• радиатор;
• матовая колба;
• инвертор.

У такой лампы светопоток Ф, что измеряется в люменах, при одинаковой мощности, в 10-12 раз выше, чем у лампочки накаливания.

Светоотдача лампы со спиралью лежит в пределах 8-10 Лм/Вт, тогда как led-лампа держит этот параметр в интервале 90-110 Лм/Вт.

Традиционные формы и эстетичный вид позволяют использовать led-лампу, как в составе любого светильника, так и отдельно. Зная нужные значения E и рассчитав или измерив желательное значение Ф, можно получить значительную экономию по затратам на электроэнергию. При одинаковом Ф светодиодная лампочка потребляет меньше энергии.

Правильно пользуясь единицами измерения, такими как люмен, люкс, Лм/Вт, кандела, при определении параметров светового спектра, можно самостоятельно подбирать приборы для освещения. Применение современных led-технологий не только помогает сэкономить бюджетные средства, но и создаёт комфортные условия для проживания и работы.

Рекомендации по замерам освещенности

Уровень естественной и искусственной освещенности измеряется отдельно. Обязательно расположение люксметра в горизонтальном положении. Точки, в которых показатель измеряется, определены госстандартами. На практике используются те, которые не расположены вблизи источников электромагнитного излучения. Важно так же, чтобы на люксметр не падала тень.

По окончании измерений полученные данные сверяются с нормативными, чтобы оценить условия в конкретном помещении.

Важно! Если коэффициент измеряется в помещениях с существующей системой освещения, необходимо подождать примерно 1-2 часа, чтобы осветительные приборы проработали. Более точные данные можно получить, если измерять показатель несколько раз в течение одного дня.