Lichtmengen und Einheiten. Beleuchtungsformel. Die Kraft des Lichts. Lichtfluss. Lichtquellen

Für Freiflächen und Innenräume geben wir auch die Werte an Lichtstrom unter verschiedenen Umständen.

Kerze und Spinnrad

Vor der weit verbreiteten Elektrifizierung gehörten Sonne, Mond, Feuer und Kerze zu den Lichtquellen. Bereits im 15. Jahrhundert gelang es Wissenschaftlern, ein Linsensystem zur Verbesserung der Beleuchtung zu entwickeln, doch die meisten Menschen arbeiteten und lebten bei Kerzenlicht.

Manchen war es leid, Geld für Wachslichtquellen auszugeben, oder diese Möglichkeit, den Tag zu verlängern, war einfach nicht verfügbar. Dann nutzten sie alternative Brennstoffe – Öl, tierische Fette, Holz. Beispielsweise haben russische Bäuerinnen aus der Mittelzone ihr ganzes Leben lang Flachs im Licht einer Fackel gewebt. Der Leser fragt sich vielleicht: „Warum musste das nachts gemacht werden?“ Schließlich ist der natürliche Lichtkoeffizient tagsüber viel höher. Tatsache ist, dass die Bäuerinnen tagsüber viele andere Sorgen hatten. Zudem ist der Webvorgang sehr mühsam und erfordert Ruhe. Für Frauen war es wichtig, dass niemand auf die Leinwand tritt, dass Kinder sich nicht in den Fäden verheddern und dass Männer nicht abgelenkt werden.

Bei einem solchen Leben besteht jedoch eine Gefahr: Der Lichtstrom (wir geben die Formel unten an) des Splitters ist sehr gering. Die Augen wurden überanstrengt und die Frauen verloren schnell ihre Sehkraft.

Beleuchtung und Schulung

Wenn Erstklässler am ersten September zur Schule gehen, erwarten sie voller Vorfreude Wunder. Sie werden vom Herrscher gefangen genommen, Blumen, schöne Form. Sie interessieren sich dafür, wie ihr Lehrer sein wird, mit dem sie am selben Schreibtisch sitzen. Und ein Mensch erinnert sich für den Rest seines Lebens an diese Empfindungen.

Aber Erwachsene sollten, wenn sie ihre Kinder zur Schule schicken, an prosaischere Dinge denken als an Freude oder Enttäuschung. Eltern und Lehrer sind besorgt über den Komfort des Schreibtisches, die Größe des Klassenzimmers, die Qualität der Kreide und die Formel für die Beleuchtung des Raums. Diese Indikatoren gelten für Kinder jeden Alters. Deshalb sollten Schüler dankbar sein, dass nicht nur der Lehrplan, sondern auch die materielle Seite des Themas im Vorfeld durchdacht wurde.

Beleuchtung und Arbeit

Nicht umsonst führen Schulen Inspektionen durch, bei denen die Beleuchtung von Klassenräumen anhand einer Formel berechnet wird. Kinder im Alter von zehn oder elf Jahren tun nichts anderes als lesen und schreiben. Dann machen sie es abends Hausaufgaben, wieder ohne sich von Stiften, Notizbüchern und Lehrbüchern zu trennen. Danach stecken auch moderne Teenager in verschiedenen Bildschirmen fest. Infolgedessen ist ein Schüler sein ganzes Leben lang mit visuellem Stress verbunden. Aber die Schule ist nur der Anfang Lebensweg. Als nächstes stehen für all diese Menschen das Studium und die Arbeit an.

Jede Art von Arbeit erfordert einen eigenen Lichtstrom. Die Berechnungsformel berücksichtigt immer, was eine Person 8 Stunden am Tag leistet. Beispielsweise muss ein Uhrmacher oder Juwelier auf kleinste Details und Farbnuancen achten. Deshalb Arbeitsplatz Menschen in diesem Beruf benötigen große und helle Lampen. Ein Botaniker, der Pflanzen studiert Tropenwald Im Gegenteil, es ist notwendig, ständig in der Dämmerung zu bleiben. Orchideen und Bromelien sind daran gewöhnt, dass die obere Baumreihe fast das gesamte Sonnenlicht wegnimmt.

Formel

Wir kommen direkt zur Beleuchtungsformel. Sein mathematischer Ausdruck sieht so aus:

E υ = dΦ υ / dσ.

Schauen wir uns den Ausdruck genauer an. Offensichtlich ist E υ die Beleuchtungsstärke, Φ υ der Lichtstrom und σ eine kleine Flächeneinheit, über die der Lichtstrom fällt. Es ist ersichtlich, dass E eine ganzzahlige Größe ist. Das bedeutet, dass sehr kleine Segmente und Stücke berücksichtigt werden. Das heißt, Wissenschaftler addieren die Beleuchtung all dieser kleinen Bereiche, um das Endergebnis zu erhalten. Die Beleuchtungseinheit ist Lux. Physikalische Bedeutung Ein Lux ist ein Lichtstrom, der einem Lumen pro Quadratmeter entspricht. Lumen wiederum ist ein ganz bestimmter Wert. Es bezeichnet den Lichtstrom, der von einer punktförmigen isotropen Quelle emittiert wird (daher entspricht die Lichtintensität dieser Quelle einem Candela pro Raumwinkel eines Steradiant). Die Beleuchtungseinheit ist eine komplexe Größe, die das Konzept „Candela“ beinhaltet. Die physikalische Bedeutung der letzten Definition ist wie folgt: die Lichtintensität in einer bekannten Richtung von einer Quelle, die monochromatische Strahlung mit einer Frequenz von 540·10 12 Hz aussendet (Wellenlänge liegt im sichtbaren Bereich des Spektrums), und die Energie Die Intensität des Lichts beträgt 1/683 W/sr.

Konzepte im Zusammenhang mit Beleuchtung

Natürlich sehen alle diese Konzepte auf den ersten Blick wie ein kugelförmiges Pferd im luftleeren Raum aus. Solche Quellen gibt es in der Natur nicht. Und der aufmerksame Leser wird sich sicherlich die Frage stellen: „Warum ist das notwendig?“ Aber Physiker müssen vergleichen. Folglich müssen sie bestimmte Normen einführen, an denen sie sich orientieren müssen. Die Beleuchtungsformel ist einfach, aber viele Dinge sind möglicherweise nicht klar. Lassen Sie uns dies genauer untersuchen.

Index „υ“

Der Index υ bedeutet, dass die Größe nicht vollständig photometrisch ist. Und das liegt daran, dass die menschlichen Fähigkeiten begrenzt sind. Beispielsweise nimmt das Auge nur das sichtbare Spektrum wahr elektromagnetische Strahlung. Darüber hinaus Hauptteil Auf dieser Skala (bezogen auf die Farbe Grün) sieht der Mensch deutlich besser als in den Randbereichen (Rot und Lila). Das heißt, eine Person nimmt tatsächlich nicht 100 % der Photonen von Gelb oder Gelb wahr blaue Farbe. Es gibt jedoch Geräte, bei denen ein solcher Fehler nicht auftritt. Die in der Beleuchtungsformel verwendeten reduzierten Größen (z. B. Lichtstrom) und mit dem griechischen Buchstaben „υ“ bezeichnet werden für das menschliche Sehvermögen korrigiert.

Monochromatischer Strahlungsgenerator

Die eigentliche Grundlage ist, wie oben erwähnt, die Anzahl der Photonen mit einer bestimmten Wellenlänge, die pro Zeiteinheit in eine bestimmte Richtung emittiert werden. Selbst der monochromatischste Laser weist eine gewisse Wellenlängenverteilung auf. Und er muss sich auf jeden Fall an etwas festhalten. Das bedeutet, dass Photonen nicht in alle Richtungen emittiert werden. Die Formel beinhaltet jedoch ein Konzept wie eine „Punktlichtquelle“. Dies ist ein weiteres Modell, das einen bestimmten Wert vereinheitlichen soll. Und kein einziges Objekt im Universum kann so genannt werden. Eine Punktlichtquelle ist also ein Photonengenerator, der eine gleiche Anzahl Quanten emittiert elektromagnetisches Feld In alle Richtungen entspricht seine Größe einem mathematischen Punkt. Es gibt jedoch einen Trick, der aus einem realen Objekt eine Punktquelle machen kann: Wenn die Distanz, über die die Photonen fliegen, im Vergleich zur Größe des Generators sehr groß ist. Somit ist unser Zentralstern, die Sonne, eine Scheibe, aber die entfernten Sterne sind Punkte.

Pavillon, na ja, Park

Sicherlich ist dem aufmerksamen Leser Folgendes aufgefallen: an einem strahlend sonnigen Tag offene Fläche es scheint viel stärker beleuchtet zu sein als eine einseitig geschlossene Lichtung oder Rasenfläche. Deshalb ist die Küste so einladend: Dort ist es immer sonnig und warm. Aber auch eine große Lichtung im Wald ist dunkler und kälter. Und der flache Brunnen ist am hellsten Tag schlecht beleuchtet. Denn wenn ein Mensch nur einen Teil des Himmels sieht, erreichen weniger Photonen sein Auge. Der natürliche Beleuchtungskoeffizient wird als Verhältnis des Lichtstroms vom gesamten Himmel zur sichtbaren Fläche berechnet.

Kreis, Oval, Winkel

Alle diese Konzepte beziehen sich auf die Geometrie. Aber jetzt werden wir über ein Phänomen sprechen, das direkt mit der Beleuchtungsformel und damit mit der Physik zusammenhängt. Bisher ging man davon aus, dass Licht senkrecht, also direkt nach unten, auf die Oberfläche fällt. Auch hier handelt es sich natürlich um eine Annäherung. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, führt eine Entfernung von der Lichtquelle zu einem Abfall der Beleuchtungsstärke proportional zum Quadrat der Entfernung. So befinden sich die Sterne, die ein Mensch mit bloßem Auge am Himmel sieht, entweder nicht weit von uns entfernt (sie gehören alle zur Milchstraße) oder sind sehr hell. Trifft das Licht jedoch schräg auf die Oberfläche, ist alles anders.

Stellen Sie sich eine Taschenlampe vor. Es erzeugt einen kreisförmigen Lichtfleck, wenn es streng senkrecht zur Wand ausgerichtet wird. Wenn Sie ihn neigen, verändert sich die Form des Spots in ein Oval. Wie wir aus der Geometrie wissen, hat ein Oval eine größere Fläche. Und da die Taschenlampe immer noch dieselbe ist, bedeutet das, dass die Lichtintensität gleich ist, aber etwas „verschmiert“ ist großes Gebiet. Die Intensität des Lichts hängt vom Kosinusgesetz ab.

Frühling, Winter, Herbst

Der Titel klingt wie der Titel eines schönen Films. Das Vorhandensein von Jahreszeiten hängt jedoch direkt vom Winkel ab, in dem das Licht in sie einfällt höchster Punkt zur Oberfläche des Planeten. Und in dieser Moment Es geht nicht nur um die Erde. Jahreszeiten existieren auf jedem Objekt Sonnensystem, dessen Rotationsachse relativ zur Ekliptik geneigt ist (zum Beispiel auf dem Mars). Der Leser hat es wahrscheinlich schon erraten: Je größer der Neigungswinkel, desto weniger Photonen pro Quadratkilometer Oberfläche pro Sekunde. Das heißt, je kälter die Jahreszeit wird. Im Moment der größten Abweichung des Planeten herrscht auf der Hemisphäre der Winter, im Moment der geringsten Abweichung der Sommer.

Zahlen und Fakten

Um nicht unbegründet zu sein, präsentieren wir einige Daten. Wir warnen Sie: Es handelt sich allesamt um Durchschnittswerte und sind nicht zur Lösung spezifischer Probleme geeignet. Darüber hinaus gibt es Verzeichnisse zur Flächenbeleuchtung verschiedene Typen Quellen. Bei Berechnungen ist es besser, sie zu kontaktieren.

1. In einer Entfernung von der Sonne zu einem beliebigen Punkt im Weltraum, die ungefähr der Entfernung zur Erde entspricht, beträgt die Beleuchtungsstärke einhundertfünfunddreißigtausend Lux.
2. Unser Planet hat eine Atmosphäre, die einen Teil der Strahlung absorbiert. Daher wird die Erdoberfläche mit maximal einhunderttausend Lux ​​beleuchtet.
3. Im Sommer werden die mittleren Breiten mittags bei klarem Wetter mit siebzehntausend Lux ​​und bei bewölktem Wetter mit fünfzehntausend Lux ​​beleuchtet.
4. Nachts bei Vollmond beträgt die Beleuchtungsstärke zwei Zehntel Lux. Das Licht der Sterne in einer mondlosen Nacht erzeugt nur ein oder zwei Tausendstel Lux.
5. Um ein Buch zu lesen, benötigen Sie eine Beleuchtungsstärke von mindestens dreißig bis fünfzig Lux.
6. Wenn eine Person im Kino einen Film anschaut, beträgt der Lichtstrom etwa einhundert Lux. Die dunkelsten Szenen werden bei 80 Lux sein, während die hellsten Szenen bei 80 Lux liegen sonniger Tag„wird ziehen“ einhundertzwanzig.
7. Der Sonnenuntergang oder Sonnenaufgang über dem Meer sorgt für eine Beleuchtung von etwa tausend Lux. Gleichzeitig beträgt die Beleuchtungsstärke in einer Tiefe von fünfzig Metern etwa 20 Lux. Wasser absorbiert Sonnenlicht sehr gut.

Staatsexamensfragen im Fach „Elektrische Beleuchtung“

Die Energie und der Strahlungsfluss allein können keinen Hinweis darauf geben, ob eine Person diese Strahlung mehr oder weniger wahrnimmt. Wenn die Strahlung im Infrarot- oder Ultraviolettbereich liegt, bleibt sie für das menschliche Auge unsichtbar, egal wie stark sie ist. Wenn Strahlung gleicher Leistung zum sichtbaren Bereich des Spektrums gehört, nimmt der Mensch sie unterschiedlich wahr: stärker bei Wellenlängen um 555 nm (gelbe und grüne Strahlung) und deutlich schwächer an den Grenzen des sichtbaren Bereichs (rote und grüne Strahlung). violett). Um die Wahrnehmung von Strahlung durch einen Menschen zu beurteilen, muss daher nicht nur die Energie der Strahlung berücksichtigt werden, sondern auch die relative spektrale Empfindlichkeit des Auges, die eine Funktion der Wellenlänge der Strahlung ist.

Lichtstrom F– die Leistung des Strahlungsflusses, geschätzt durch die Lichtempfindung, die er in einem selektiven Empfänger hervorruft – einem standardmäßigen photometrischen Beobachter, die Kurve der relativen spektralen Empfindlichkeit des Auges wird von der CIE standardisiert. Mit anderen Worten ist der Lichtstrom der vom Auge effektiv umgewandelte Strahlungsstrom.

Hinter Einheit des Lichtstroms gemäß internationaler Vereinbarung angenommen Lumen (lm).

Es gibt keinen konstanten Umrechnungsfaktor von Watt (Strahlungsstrom) in Lumen (Lichtstrom). Genauer gesagt existiert ein solcher Koeffizient, er ist jedoch für verschiedene Wellenlängen unterschiedlich.

Lichtintensität I ist die räumliche Dichte des Lichtflusses in einer bestimmten Richtung:

I a = dФ/dw,

Wo F- Lichtstrom, lm;

w ‑ fester (räumlicher) Winkel mit dem Scheitelpunkt am Ort der Lichtquelle, innerhalb dessen dieser Lichtstrom gleichmäßig verteilt ist, vgl.

Als Einheit des Raumwinkels – Steradiant (sr) – wird ein Winkel angenommen, dessen Scheitelpunkt in der Mitte der Kugel liegt und der auf seiner Oberfläche einen Kugelabschnitt ausschneidet, dessen Fläche dem Quadrat des Radius entspricht.

Der Raumwinkel der Kugel beträgt 4π.

Die Einheit der Lichtstärke ist gemäß dem Beschluss der 13. Generalkonferenz für Maß und Gewicht von 1967 die Candela [cd]. Candela – Grundeinheit im C-System auf Augenhöhe mit Meter, Kilogramm, Sekunde, Ampere usw.

Beleuchtung E- Das Oberflächendichte einfallender Lichtstrom. Beleuchtung eines Flächenelements in angegebenen Punkt bestimmt durch das Lichtstromverhältnis dФ der auf das betrachtete Flächenelement einfällt, auf die Fläche dS 2(Index 2 bezeichnet üblicherweise die beleuchtete Fläche) dieses Flächenelements: E = dФ/dS 2.

Die Beleuchtungseinheit ist Lux (lx). Lux entspricht der Beleuchtung einer Fläche mit einer Fläche von 1 m2, über die ein Lichtstrom von 1 lm gleichmäßig verteilt ist:

Die Beleuchtung eines Flächenelements durch eine Punktquelle ist proportional zur Lichtintensität und dem Kosinus des Lichteinfallswinkels auf der beleuchteten Fläche und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands der Lichtquelle zu dieser Fläche.

Helligkeit L a ist die Oberflächendichte der Lichtintensität in einer bestimmten Richtung, d. h. das Verhältnis der Lichtstärke in einer bestimmten Richtung zur Projektionsfläche der leuchtenden Oberfläche auf eine Ebene senkrecht zur gegebenen Richtung.

Die Einheit der Helligkeit ist Candela pro Quadratmeter (cd/m). 2).

Der Grad der Lichtwahrnehmung eines Menschen hängt von der Helligkeit des leuchtenden Objekts ab.

1. Lichtstrom

Der Lichtstrom ist die Stärke der Strahlungsenergie, gemessen an der Lichtempfindung, die sie erzeugt. Die Strahlungsenergie wird durch die Anzahl der Quanten bestimmt, die der Emitter in den Weltraum aussendet. Strahlungsenergie (Strahlungsenergie) wird in Joule gemessen. Die pro Zeiteinheit abgegebene Energiemenge wird Strahlungsfluss oder Strahlungsfluss genannt. Der Strahlungsfluss wird in Watt gemessen. Der Lichtstrom wird mit Fe bezeichnet.

wo: Qе - Strahlungsenergie.

Der Strahlungsfluss wird durch die zeitliche und räumliche Verteilung der Energie charakterisiert.

Wenn man über die zeitliche Verteilung des Strahlungsflusses spricht, berücksichtigt man in den meisten Fällen nicht die Quantennatur des Strahlungsvorkommens, sondern versteht darunter eine Funktion, die eine zeitliche Änderung der Momentanwerte der Strahlung ergibt Fluss Ф(t). Dies ist akzeptabel, da die Anzahl der von der Quelle pro Zeiteinheit emittierten Photonen sehr groß ist.

Entsprechend der spektralen Verteilung des Strahlungsflusses werden Quellen in drei Klassen eingeteilt: Linien-, Streifen- und Kontinuierliche Spektren. Strahlungsfluss der Quelle mit Linienspektrum besteht aus monochromatischen Strömen einzelner Linien:

wobei: Фλ – monochromatischer Strahlungsfluss; Fe - Strahlungsfluss.

Bei Quellen mit einem gestreiften Spektrum tritt Strahlung in ziemlich breiten Bereichen des Spektrums auf – Bänder, die durch dunkle Intervalle voneinander getrennt sind. Zur Charakterisierung der spektralen Verteilung des Strahlungsflusses mit kontinuierlichen und gestreiften Spektren wird eine Größe genannt spektrale Flussdichte

wobei: λ - Wellenlänge.

Die spektrale Strahlungsflussdichte ist ein Merkmal der Verteilung des Strahlungsflusses über das Spektrum und entspricht dem Verhältnis des Elementarflusses ΔФeλ entsprechend einer infinitesimalen Fläche zur Breite dieser Fläche:

Die spektrale Strahlungsflussdichte wird in Watt pro Nanometer gemessen.

In der Lichttechnik, wo der Hauptempfänger der Strahlung das menschliche Auge ist, wird der Begriff des Lichtstroms eingeführt, um die effektive Wirkung des Strahlungsstroms zu beurteilen. Der Lichtstrom ist der Strahlungsfluss, der anhand seiner Wirkung auf das Auge beurteilt wird und dessen relative spektrale Empfindlichkeit durch die von der CIE genehmigte durchschnittliche spektrale Effizienzkurve bestimmt wird.

In der Lichttechnik wird der Lichtstrom wie folgt definiert: Unter Lichtstrom versteht man die Leistung der Lichtenergie. Die Einheit des Lichtstroms ist Lumen (lm). 1 lm entspricht dem Lichtstrom, der in einem Raumwinkel von einer punktförmigen isotropen Quelle mit einer Lichtstärke von 1 Candela abgestrahlt wird.

Tabelle 1. Typische Lichtwerte von Lichtquellen:

Arten von Lampen	Elektrische Energie, W	Lichtstrom, lm	Lichtausbeute lm/w
	100 W	1360 lm	13,6 lm/W
Leuchtstofflampe	58 W	5400 lm	93 lm/W
Hochdruck-Natriumlampe	100 W	10000 lm	100 lm/W
Natriumlampe niedriger Druck	180 W	33000 lm	183 lm/W
Hochdruck-Quecksilberlampe	1000 W	58000 lm	58 lm/W
Metallhalogenidlampe	2000 W	190000 lm	95 lm/W

Der auf einen Körper fallende Lichtstrom Ф wird in drei Komponenten aufgeteilt: vom Körper reflektiert Фρ, absorbiert von Фα und durchgelassen Фτ. Bei Verwendung der folgenden Koeffizienten: Reflexion ρ = Фρ /Ф; Absorption α = Фα/Ф; Transmission τ = Фτ / Ф.

Tabelle 2. Lichteigenschaften einiger Materialien und Oberflächen

Materialien oder Oberflächen	Chancen			Charakter der Reflexion und Übertragung
	Reflexionen ρ	Absorption α	Transmissionsgrad τ
Kreide	0,85	0,15	-	Diffus
Silikat-Email	0,8	0,2	-	Diffus
Aluminiumspiegel	0,85	0,15	-	Regie geführt
Glasspiegel	0,8	0,2	-	Regie geführt
Gefrorenes Glas	0,1	0,5	0,4	Richtungsstreuend
Bio-Milchglas	0,22	0,15	0,63	Richtungsstreuend
Opales Silikatglas	0,3	0,1	0,6	Diffus
Silikatmilchglas	0,45	0,15	0,4	Diffus

2. Lichtleistung

Die Strahlungsverteilung einer realen Quelle im umgebenden Raum ist nicht gleichmäßig. Daher ist der Lichtstrom kein erschöpfendes Merkmal der Quelle, wenn nicht gleichzeitig die Verteilung der Strahlung in verschiedene Richtungen des umgebenden Raums bestimmt wird.

Um die Verteilung des Lichtflusses zu charakterisieren, wird das Konzept der räumlichen Dichte des Lichtflusses in verschiedenen Richtungen des umgebenden Raums verwendet. Die räumliche Dichte des Lichtstroms, bestimmt durch das Verhältnis des Lichtstroms zum Raumwinkel mit dem Scheitelpunkt am Ort der Quelle, innerhalb dessen dieser Strom gleichmäßig verteilt ist, wird als Lichtintensität bezeichnet:

wo: F - Lichtstrom; ω - Raumwinkel.

Die Einheit der Lichtstärke ist Candela. 1 CD.

Dabei handelt es sich um die Lichtstärke, die ein Schwarzkörper-Oberflächenelement mit einer Fläche von 1:600.000 m2 bei der Erstarrungstemperatur von Platin in senkrechter Richtung emittiert.
Die Einheit der Lichtstärke ist Candela, cd ist eine der Grundgrößen im SI-System und entspricht einem Lichtstrom von 1 lm, gleichmäßig verteilt innerhalb eines Raumwinkels von 1 Steradiant (Durchschnitt). Ein Raumwinkel ist ein Teil des Raumes, der in einer konischen Oberfläche eingeschlossen ist. Raumwinkelω wird durch das Verhältnis der Fläche, die es aus einer Kugel mit beliebigem Radius ausschneidet, zum Quadrat der letzteren gemessen.

3. Beleuchtung

Die Beleuchtungsstärke ist die Lichtmenge oder der Lichtstrom, der auf eine Flächeneinheit einfällt. Sie wird mit dem Buchstaben E bezeichnet und in Lux (lx) gemessen.

Die Einheit der Beleuchtungsstärke Lux, Lux hat die Dimension Lumen pro Quadratmeter (lm/m2).

Beleuchtung kann als die Dichte des Lichtstroms auf einer beleuchteten Oberfläche definiert werden:

Die Beleuchtung hängt nicht von der Ausbreitungsrichtung des Lichtstroms auf der Oberfläche ab.

Hier sind einige allgemein anerkannte Beleuchtungsindikatoren:

Sommer, Tag unter wolkenlosem Himmel - 100.000 Lux

Straßenbeleuchtung – 5–30 Lux

Vollmond in einer klaren Nacht – 0,25 Lux

4. Die Beziehung zwischen Lichtstärke (I) und Beleuchtungsstärke (E).

Inverses Quadratgesetz

Die Beleuchtung an einem bestimmten Punkt einer Oberfläche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts ist definiert als das Verhältnis der Lichtstärke zum Quadrat des Abstands von diesem Punkt zur Lichtquelle. Wenn wir diesen Abstand als d annehmen, kann diese Beziehung durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

Beispiel: Wenn eine Lichtquelle Licht mit einer Intensität von 1200 cd in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche in einem Abstand von 3 Metern von dieser Oberfläche aussendet, beträgt die Beleuchtungsstärke (Ep) an dem Punkt, an dem das Licht die Oberfläche erreicht, 1200 /32 = 133 Lux. Wenn die Oberfläche 6 m von der Lichtquelle entfernt ist, beträgt die Beleuchtung 1200/62 = 33 Lux. Diese Beziehung heißt „Umgekehrtes Quadratgesetz“.

Die Beleuchtung an einem bestimmten Punkt auf einer Oberfläche, die nicht senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung steht, ist gleich der Lichtstärke in Richtung des Messpunkts, geteilt durch das Quadrat des Abstands zwischen der Lichtquelle und dem Punkt auf der Ebene, multipliziert mit Kosinus des Winkels γ (γ ist der Winkel zwischen der Einfallsrichtung des Lichts und der Senkrechten zu dieser Ebene).

Somit:

Dies ist das Kosinusgesetz (Abbildung 1).

Reis. 1. Zum Kosinusgesetz

Um die horizontale Beleuchtung zu berechnen, empfiehlt es sich, die letzte Formel zu ändern, indem der Abstand d zwischen der Lichtquelle und dem Messpunkt durch die Höhe h von der Lichtquelle zur Oberfläche ersetzt wird.

In Abbildung 2:

Dann:

Wir bekommen:

Mit dieser Formel wird die horizontale Beleuchtung am Messpunkt berechnet.

Reis. 2. Horizontale Beleuchtung

6. Vertikale Beleuchtung

Die Beleuchtung desselben Punktes P in einer vertikalen Ebene, die auf die Lichtquelle ausgerichtet ist, kann als Funktion der Höhe (h) der Lichtquelle und des Einfallswinkels (γ) der Lichtintensität (I) dargestellt werden (Abbildung 3).

Helligkeit:

Für Flächen endlicher Dimensionen:

Unter Leuchtkraft versteht man die Dichte des von einer leuchtenden Fläche abgegebenen Lichtstroms. Die Einheit der Leuchtkraft ist das Lumen pro Quadratmeter Leuchtfläche, was einer Fläche von 1 m2 entspricht, die gleichmäßig einen Lichtstrom von 1 lm abgibt. Bei der allgemeinen Strahlung wird der Begriff der energetischen Leuchtkraft des strahlenden Körpers (Me) eingeführt.

Die Einheit der energetischen Leuchtkraft ist W/m2.

Leuchtkraft kann in diesem Fall ausgedrückt werden durch spektrale Dichte energetische Leuchtkraft des emittierenden Körpers Meλ(λ)

Für eine vergleichende Beurteilung reduzieren wir die Energieleuchtstärken auf die Leuchtstärken einiger Oberflächen:

Sonnenoberfläche - Me=6 107 W/m2;

Glühlampenfaden – Me=2 105 W/m2;

Die Oberfläche der Sonne im Zenit beträgt M=3,1 · 109 lm/m2;

Leuchtstofflampenbirne - M=22 103 lm/m2.

Dies ist die Intensität des Lichts, das pro Flächeneinheit in eine bestimmte Richtung emittiert wird. Die Einheit der Helligkeit ist Candela pro Quadratmeter (cd/m2).

Die Oberfläche selbst kann Licht ausstrahlen, wie die Oberfläche einer Lampe, oder Licht reflektieren, das von einer anderen Quelle kommt, wie die Oberfläche einer Straße.

Oberflächen mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften weisen bei gleicher Beleuchtung unterschiedliche Helligkeitsgrade auf.

Die von einer Oberfläche dA in einem Winkel Ф zur Projektion dieser Oberfläche emittierte Helligkeit ist gleich dem Verhältnis der Intensität des in einer bestimmten Richtung emittierten Lichts zur Projektion der emittierenden Oberfläche (Abb. 4).

Reis. 4. Helligkeit

Sowohl die Lichtstärke als auch die Projektion der emittierenden Fläche sind nicht von der Entfernung abhängig. Daher ist die Helligkeit auch unabhängig von der Entfernung.

Einige praktische Beispiele:

Helligkeit der Sonnenoberfläche - 2000000000 cd/m2

Helligkeit von Leuchtstofflampen – von 5000 bis 15000 cd/m2

Vollmond-Oberflächenhelligkeit – 2500 cd/m2

Künstliche Straßenbeleuchtung – 30 Lux 2 cd/m2

Inhalt:

Jede Person kauft regelmäßig Beleuchtungsgeräte. Alle Lampen sind mit Aufschriften versehen technische Eigenschaften Produkte, einschließlich Lichtstrom. Das physikalische Größe Wird in der Lichttechnik verwendet, um die von Strahlung in eine bestimmte Richtung übertragene Leistung zu bestimmen. Anhand des Lichtstroms wird die durch staatliche Normen festgelegte Ausleuchtung von Räumlichkeiten berechnet. Die Durchführung dieser Berechnungen zielt darauf ab, das Sehvermögen zu erhalten und zu verhindern negative Konsequenzen unzureichende Beleuchtung. Spezifische Indikatoren für eine bestimmte Einrichtung werden durch Bauvorschriften und Hygienestandards festgelegt.

Die Lichtintensität ist der Hauptindikator

Die Lichtstärke bezieht sich auf eine von Hauptmerkmale Jeder Emitter im etablierten optischen Bereich. Es bestimmt genau, wie viel Kraft in bestimmte Richtungen übertragen wird, begrenzt durch einen herkömmlichen Raumwinkel. Deshalb weiter Grafische Darstellung Die Lichtintensitätskonfiguration wird nicht als gerade Linie angezeigt.

Der Scheitelpunkt des Raumwinkels liegt im Mittelpunkt der Kugel. Die Maßeinheit für diesen Winkel ist das Steradiant. Um ihn zu berechnen, müssen Sie die Fläche einer imaginären Kugel mit dem Quadrat des Radius korrelieren. Daher ist der Steradiant eine dimensionslose Größe, wie der Raumwinkel selbst. Laut Definition entspricht die Fläche einer Kugel 12,56 Steradianten oder 4 Pi.

Ein Raumwinkel ist dreidimensional und sieht aus wie ein Kegel, dessen Spitze im Zentrum einer imaginären Kugel liegt. Allerdings kann seine Basis nicht als Ebene betrachtet werden, sodass ein Vergleich eines Raumwinkels und eines Kegels nicht ganz korrekt ist. Der Teil der Kugel, der von der Seitenfläche abgeschnitten wird, wird als Basis betrachtet. Es ist jedoch zu beachten, dass die Lichtintensität für praktische Berechnungen äußerst selten verwendet wird. Stattdessen begannen sie, einen integralen Parameter wie den Lichtstrom zu verwenden, dessen Wert auf allen Etiketten von Beleuchtungsgeräten angegeben ist.

Physikalische Eigenschaften des Lichtstroms

Die physikalische Größe des Lichtstroms gibt die Menge an Leistung an, die auf eine beliebige Oberfläche einfällt, unabhängig vom Raumwinkel. Beim Vergleich verschiedener Lumineszenzen bei unterschiedlichem Stromverbrauch ist der Lichtstrom gemeint. Beispielsweise leuchtet eine LED, die 9 Watt verbraucht, heller als eine herkömmliche Glühbirne mit einer Leistung von 60 Watt.

Die Maßeinheit für den Lichtstrom ist Lumen, gleich Macht, emittiert von einer isotropen Lichtquelle, innerhalb der Grenzen eines Raumwinkels von einem Steradiant. Bei der Betrachtung verschiedener Arten von Lichtquellen ist zu beachten, dass eine LED-Lampe nicht als isotroper Strahler betrachtet werden kann. Auf diesen Sachverhalt wird indirekt durch die Produktkennzeichnung hingewiesen, auf der der Abstrahlwinkel 240 0 beträgt. Dieser Winkel entspricht einem bedingten Kegel, der einen Teil der Kugel begrenzt.

Abhängig von der Ebene, in der sich das Gerät befindet, kann der Lichtfluss gestreut werden. Es hat eine gewisse Wirkung, indem es den Lichtstrom innerhalb der Grenzen des Lampenschirms unverändert lenkt. In andere Richtungen wird der Rest des Streuwinkels unter Berücksichtigung der Glaswirkung gleichmäßig abgestrahlt. Mithilfe des Lichtstroms werden die Reflexionseigenschaften verschiedener Oberflächen beurteilt. Zum Beispiel sein Wert, wenn er von eingefärbten Objekten reflektiert wird weiße Farbe, deutlich höher als bei dunkel gefärbten Oberflächen.

Lichtstrom und Beleuchtung

Das Konzept des Lichtstroms in reiner Form entspricht der gesamten von der Quelle im optischen Bereich abgegebenen Leistung. In der Praxis ist die Leistungsverteilung über die Raumflächen jedoch ungleichmäßig. In diesem Zusammenhang wurde das Konzept der Beleuchtung eingeführt, das von verschiedenen Standards, Normen und Anforderungen verwendet wird.

Um diesen Wert zu messen, wird Lux ​​verwendet, das ist das Verhältnis des Lichtstroms zur Fläche, über die er verteilt wird. Die theoretische Interpretation der Beleuchtung bereitet im Gegensatz zur Anwendung dieses Konzepts in der Praxis in der Regel keine Probleme. Die Hauptschwierigkeiten hängen mit der Unannehmlichkeit der gemeinsamen Verwendung bei der Berechnung des Lichtstroms und des Streuwinkels zusammen.

Um möglichst genaue Ergebnisse zu erhalten, müssen die Beleuchtungsberechnungen selbst nach bestimmten Regeln durchgeführt werden. Beispielsweise variiert die Raumbeleuchtung je nach bestimmte Zeit Tag. Daher müssen Lichtstrom und Beleuchtung entsprechend ihrer Zeit in Teile aufgeteilt werden. Darüber hinaus ist die Bauform der verbauten Beleuchtungseinrichtung zu berücksichtigen. So trägt beispielsweise ein mattierter Lampenschirm zum Lichtverlust bei, der Reflektor einer Taschenlampe hingegen lenkt einen erhöhten Lichtfluss in die richtige Richtung. Daher hängt die Höhe des Lichtstroms maßgeblich von den im Raum installierten Beleuchtungskörpern ab.

Jeder, der anfängt, die Eigenschaften von Lampen zu studieren und einzelne Arten Lampen stoßen zwangsläufig auf Konzepte wie Beleuchtung, Lichtstrom und Lichtstärke. Was bedeuten sie und wie unterscheiden sie sich voneinander?

Versuchen wir, diese Größen in einfachen, verständlichen Worten zu verstehen. Wie sie zueinander in Beziehung stehen, welche Maßeinheiten es gibt und wie sich das Ganze ohne spezielle Instrumente messen lässt.

Was ist Lichtstrom?

Zu den Alten gute Zeiten Der Hauptparameter, nach dem eine Glühbirne für den Flur, die Küche oder das Wohnzimmer ausgewählt wurde, war ihre Leistung. Niemand ist jemals auf die Idee gekommen, in einem Geschäft nach Lumen oder Candela zu fragen.

Heutzutage, mit der rasanten Entwicklung von LEDs und anderen Arten von Lampen, geht der Gang in den Laden, um neue Exemplare zu kaufen, mit einer Reihe von Fragen einher, nicht nur zum Preis, sondern auch zu ihren Eigenschaften. Einer der wichtigsten Parameter ist der Lichtstrom.

Apropos in einfachen Worten Der Lichtstrom ist die Lichtmenge, die eine Lampe abgibt.

Verwechseln Sie den Lichtstrom einzelner LEDs jedoch nicht mit dem Lichtstrom zusammengesetzter Leuchten. Sie können sich erheblich unterscheiden.

Es muss verstanden werden, dass der Lichtstrom nur eine von vielen Eigenschaften einer Lichtquelle ist. Darüber hinaus hängt sein Wert ab von:

• aus Quellstrom

Hier ist eine Tabelle dieser Abhängigkeit für LED-Lampen:

Und dies sind die Tabellen ihres Vergleichs mit anderen Arten von Glühlampen, Leuchtstofflampen, DRL- und HPS-Lampen:

GlühlampeLeuchtstofflampe Halogen-DNA-DRL

Allerdings gibt es auch hier Nuancen. Die LED-Technologie befindet sich noch in der Entwicklung und es ist durchaus möglich, dass LED-Glühbirnen gleicher Leistung, aber verschiedener Hersteller, völlig unterschiedliche Lichtströme haben.

Es ist nur so, dass einige von ihnen einen Schritt weiter gegangen sind und gelernt haben, aus einem Watt mehr Lumen herauszuholen als andere.

Jemand wird fragen, wozu all diese Tische dienen? Damit Sie von Verkäufern und Herstellern nicht dumm getäuscht werden.

Schön geschrieben auf der Box:

• Leistung 9W

• Lichtleistung 1000lm

• Analogon einer Glühlampe 100W

Was werden Sie zuerst betrachten? Das ist richtig, was bekannter und verständlicher ist – die Indikatoren eines Analogons einer Glühlampe.

Aber mit dieser Leistung kommen Sie nicht annähernd an das Licht heran, das Sie früher hatten. Sie werden anfangen, auf LEDs und ihre unvollkommene Technologie zu schimpfen. Doch das Problem stellt sich als skrupelloser Hersteller und sein Produkt heraus.

• auf Effizienz

Das heißt, wie effektiv eine bestimmte Quelle transformiert elektrische Energie ins Licht. Beispielsweise hat eine normale Glühlampe eine Leistung von 15 Lm/W und eine Natriumdampf-Hochdrucklampe hat eine Leistung von 150 Lm/W.

Es stellt sich heraus, dass dies eine zehnmal effizientere Quelle ist als eine einfache Glühbirne. Bei gleicher Leistung haben Sie 10-mal mehr Licht!

Der Lichtstrom wird in Lumen - Lm gemessen.

Was ist 1 Lumen? Tagsüber und bei normalem Licht reagieren unsere Augen am empfindlichsten auf die Farbe Grün. Wenn Sie beispielsweise zwei Lampen mit der gleichen Leistung von Blau und Grün nehmen, erscheint uns allen die grüne Lampe heller.

Die grüne Wellenlänge beträgt 555 Nm. Eine solche Strahlung wird als monochromatisch bezeichnet, da sie einen sehr schmalen Bereich aufweist.

In Wirklichkeit wird Grün natürlich durch andere Farben ergänzt, sodass am Ende Weiß entsteht.

Da aber die Empfindlichkeit des menschlichen Auges für Grün maximal ist, waren die Lumen daran gebunden.

Ein Lichtstrom von einem Lumen entspricht also genau einer Quelle, die Licht mit einer Wellenlänge von 555 Nm aussendet. In diesem Fall beträgt die Leistung einer solchen Quelle 1/683 W.

Warum genau 1/683 und nicht sicherheitshalber 1 W? Der Wert 1/683 W ist historisch entstanden. Ursprünglich war die Hauptlichtquelle eine gewöhnliche Kerze, und die Strahlung aller neuen Lampen und Lampen wurde mit dem Licht einer Kerze verglichen.

Derzeit ist dieser Wert von 1/683 durch viele internationale Abkommen legalisiert und überall akzeptiert.

Warum brauchen wir eine solche Größe wie den Lichtstrom? Mit seiner Hilfe können Sie ganz einfach die Ausleuchtung eines Raumes berechnen.

Dies wirkt sich direkt auf das Sehvermögen einer Person aus.

Der Unterschied zwischen Beleuchtung und Lichtstrom

Gleichzeitig verwechseln viele Menschen die Maßeinheiten Lumen mit Lux. Denken Sie daran, dass die Beleuchtung in Lux gemessen wird.

Wie können Sie ihren Unterschied klar erklären? Stellen Sie sich den Druck und die Kraft vor. Mit nur einer kleinen Nadel und etwas Kraft kann an einem einzigen Punkt ein hoher spezifischer Druck erzeugt werden.

Außerdem ist es mit Hilfe eines schwachen Lichtstroms möglich, in einem einzelnen Bereich der Oberfläche eine hohe Ausleuchtung zu erzeugen.

1 Lux ist, wenn 1 Lumen auf 1 m2 beleuchtete Fläche fällt.

Nehmen wir an, Sie haben eine bestimmte Lampe mit einem Lichtstrom von 1000 lm. Unter dieser Lampe befindet sich ein Tisch.

Damit Sie bequem arbeiten können, muss die Oberfläche dieses Tisches über eine gewisse Beleuchtungsstärke verfügen. Die primäre Quelle für Beleuchtungsstandards sind die Anforderungen der Verhaltenskodizes SP 52.13330

Für einen typischen Arbeitsplatz sind es 350 Lux. Für einen Ort, an dem präzise kleine Arbeiten ausgeführt werden – 500 Lux.

Diese Beleuchtung hängt von vielen Parametern ab. Zum Beispiel von der Entfernung zur Lichtquelle.

Von Fremdkörpern in der Nähe. Wenn der Tisch in der Nähe einer weißen Wand steht, gibt es mehr Sitzgelegenheiten als an einer dunklen. Die Reflexion wird sich definitiv auf das Gesamtergebnis auswirken.

Jede Beleuchtung kann gemessen werden. Wenn Sie nicht über spezielle Luxmeter verfügen, nutzen Sie die Programme moderner Smartphones.

Seien Sie jedoch im Voraus auf Fehler vorbereitet. Um aber spontan eine erste Analyse durchführen zu können, reicht ein Telefon vollkommen aus.

Berechnung des Lichtstroms

Wie kann man den ungefähren Lichtstrom in Lumen ermitteln, ganz ohne Messgeräte? Hier können Sie die Lichtleistungswerte und deren proportionale Abhängigkeit zum Durchfluss nutzen.