Профессиональные светотехники и специалисты, работающие в области освещения, постоянно употребляют разные термины и определения, которые мало о чем говорят простому обывателю.
Чтобы было проще понимать, о чем идет речь, и что обозначают эти слова, мы подготовили список, объясняющий основные светотехнические термины и характеристики. Его не нужно учить наизусть, можно просто заходить на нужную страницу и освежать в памяти забытый параметр. Говорить «на одном языке» всегда проще.
Светотехнические параметры и понятия.
1 — Видимое и оптическое излучение
Весь окружающий нас мир образуется видимым излучением, сосредоточенным в полосе электромагнитных волн от 380 до 760 нм. К ней с одной стороны добавляется ультрафиолетовое излучение (УФ), а с другой инфракрасное (ИК).
УФ-лучи оказывают биологическое воздействия и применяются для уничтожения бактерий. Дозировано они используются для лечебного и оздоровительного эффектов.
ИК-лучи используются для нагрева и сушки в установках, так как в основном производят тепловое воздействие.
2 — Световой поток (Ф)
Световой поток характеризует мощность видимого излучения по воздействию на человеческое зрение. Измеряется в люменах (лм). Величина не зависит от направления. Световой поток — это самая важная характеристика источников света.
Например, лампа накаливания Е27 75 Вт имеет световой поток 935 лм, галогенная G9 на 75 Вт — 1100 лм, люминесцентная Т5 на 35 Вт — 3300 лм, металлогалогенная G12 на 70 Вт (теплая) — 5300 лм, светодиодная Е27 9,5 Вт (теплая) — 800 лм.
3 — Люмен
Люмен (лм) — это световой поток от источника света (лампы) при окружающей температуре 25°, измеренной при эталонных условиях.
4 — Освещенность (Е)
Освещенность — это отношение светового потока, подающего на элемент поверхности, к площади этого элемента. Е=Ф/А, где, А -площадь. Единица освещенности — люкс (лк).
Чаще всего нормируется горизонтальная освещенность (на горизонтальной плоскости).
Средние диапазоны освещенности: на улице при искусственном освещении от 0 до 20 лк, в помещении от 20 до 5000 лк, 0,2 лк в полнолуние в природных условиях, 5000 -10000 лк днем при облачности и до 100 000 лк в ясный день.
На картинке представлены: а — средняя освещенность на площади А, б — общая формула для расчета освещенности.
5 — Сила света (I)
Сила света — это пространственная плотность светового потока, ограниченного телесным углом. Т. е. отношение светового потока, исходящего от источника света и распространяющегося внутри малого телесного угла, содержащего рассматриваемое направление.
I=Ф/ω Единица измерения силы света — кандела (кд).
Средняя сила света лампы накаливания в 100 Вт составляет около 100 кд.
КСС (кривая силы света) — распределение силы света в пространстве, это одна из важнейших характеристик светотехнических приборов, необходимая для расчета освещения.
6 — Яркость (L)
Яркость (плотность света) — это отношение светового потока, переносимого в элементарном пучке лучей и распространяющемся в телесном угле, к площади сечения данного пучка.
L=I/A (L=I/Cosα) Единица измерения яркости — кд/м2.
Яркость связана с уровнем зрительного ощущения; распространение яркости в поле зрения (в помещении/интерьере) характеризует качество (зрительный комфорт) освещения.
В полной темноте человек реагирует на яркость в одну миллионную долю кд/м2.
Полностью светящийся потолок яркостью боле 500 кд/м2 вызывает у человека дискомфорт.
Яркость солнца примерно миллиард кд/м2, а люминесцентной лампы 5000–11000 кд/м2.
7 — Световая отдача (H)
Световая отдача источника света — это отношение светового потока лампы к ее мощности.
Η=Ф/Р Единица измерения светоотдачи — лм/Вт.
Это характеристика энергоэкономичности источника света. Лампы с высокой световой отдачей обеспечивают экономию электроэнергии. Заменяя лампу накаливания со светоотдачей 7–22 лм/Вт на люминесцентные (50–90 лм/Вт), расход электроэнергии уменьшится в 5–6 раз, а уровень освещенности останется тот же.
8 — Цветовая температура (Тц)
Цветовая температура определяет цветность источников света и цветовую тональность освещаемого пространства. Цветовая температура равна температуре нагретого тела (излучатель Планка, черное тело), одинакового по цвету с заданным источником света.
Единица измерения Кельвин (К) по шкале Кельвина: Т — (градусы Цельсия + 273) К.
Пламя свечи — 1900 К
Лампа накаливания — 2500–3000 К
Люминесцентные лампы — 2700 — 6500 К
Солнце — 5000–6000 К
Облачное небо — 6000–7000 К
Ясный день — 10 000 — 20 000 К.
9 — Индекс цветопередачи (Ra или CRI)
Индекс цветопередачи характеризует степень воспроизведения цветов различных материалов при их освещении источником света (лампой) при сравнении с эталонным источником.
Максимальное значение индекса цветопередачи Ra =100.
Ra = 90 и более — очень хорошая (степень цветопередачи 1А)
Ra = 80–89 — очень хорошая (степень цветопередачи 1В)
Ra = 70–79 — хорошая (степень цветопередачи 2А)
Ra = 60–69 — удовлетворительная (степень цветопередачи 2В)
Ra = 40–59 — достаточная (степень цветопередачи 3)
Ra = менее 39 — низкая (степень цветопередачи 3)
Ra он же CRI — color rendering index был разработан для сравнения источников света непрерывного спектра, индекс цветопередачи которых был выше 90, поскольку ниже 90 можно иметь два источника света с одинаковым индексом цветопередачи, но с сильно различающейся передачей цвета.
Комфортное для глаза человека значение CRI = 80–100 Ra
Люкс, Люмен и Кандел единицы измерения яркости светодиодов.
Чуствительность человеческого глаза неодинакова по спектру, она максимальна в зеленой области и резко спадает к фиолетовому и красному краям. Ориентируясь на глаз, как на приемник света вводят систему измерений, в которой равными принимаются такие воздействия, которые вызывают одинаковое зрительное ощущение, хотя физические приборы оценивают эти воздействия как разные.
Единицей светового потока является люмен (лм), физиологическое действие в 1лм 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.
Эффективность преобразования электрической мощности в световой поток характеризуют светоотдачей, измеряемой в люменах на ватт (лм/Вт). Ее иногда называют КПД, хотя ничего общего с действительным КПД эта величина не имеет.
Шестидесятиваттная лампочка накаливания "выдает на гора" 500 лм (8,33 лм/Вт), полутораметровая люминесцентная трубка — 5000 лм, уличная натриевая лампа -10 000-20 000 лм, а S-лампа с СВЧ возбуждением (одна из последних разработок западной осетительной моды) — 100 000лм. Так что светодиодам есть кого догонять.
Световой поток в 1 лм, приходящийся на площадку в 1кв.м., обеспечивает освещенность в 1 люкс (лк); для чтения книги достаточно несколько сот люксов.
Для источников направленного излучения определяющей становится пространственная плотность светового потока в заданном направлении, называемая силой света и измеряется в канделах (1кд=1лм/стерадиан*). При этом стремятся "сжать" все излучение источника до требуемого угла. Так, для уличных светофоров надо обеспечить силу света 200-300 кд в пределах угла 20°, а для железнодорожного — 2 000-4 000кд при расходимости 3°, что бы машинист мог увидеть его издалека. Яркость источника определяется отношением силы света к площади излучателя и измеряется в кд/кв.м., к примеру, упомянутые уличные и железнодорожные светофоры имеют яркость около 10 и 100 тыс. кд/кв.м., тогда как комнатному ТВ-экрану достаточно всего 500кд/кв.м.
Некоторые термины и понятия:
Освещенность
Освещенность показывает, как сильно освещена поверхность источником света. Она определяется отношением падающего светового потока к площади освещаемой поверхности. Единицей измерения является люкс (лк).
Равномерность освещения
Равномерное освещение очень важно для поддержания зрительного комфорта и физического состояния глаз. Неравномерная яркость и освещенность приводят к уменьшению контраста между предметами и окружением. Необходимость часто приспосабливаться к новым условиям освещенности вызывает ускоренное переутомление глаз
Распределение света
Сила излучаемого в разных направлениях света неодинакова; она отображается с помощью кривых распределения света. Самую гомогенную кривую распределения света — круг получают от плоской, диффузно светящей поверхности (источника, излучающего по закону Ламберта). На распределение света ламп можно влиять с помощью отражателей и оптических систем.
Световая отдача
Световая отдача показывает, с каким КПД полученная электрическая мощность преобразуется в свет. Она измеряется в люменах на Ватт (лм/Вт) и является главным показателем экономичности лампы.
Световая энергия
Под световой энергией понимается продукт, получаемый за единицу времени из отданного светового потока источника света. Единицей измерения является килолюмен в час (клм/ч). Световая энергия принимается во внимание, например, при оценке светогенерирующей способности ламп для фотовспышек.
Световой поток
Световым потоком называется общая мощность видимого излучения лампы. Световой поток показывает общее количество света, излучаемого источником во все направления. Единица измерения: люмен (лм).
Сила света
Сила света характеризует видимую силу излучения источником света в определенном направлении. По форме и симметрии распределения силы света различают светильники глубокого и широкого светораспределения. Единицей измерения силы света является кандела (кд).
Цветовое ощущение
Общее, субъективное ощущение, которое человек испытывает, когда смотрит на источник света. Свет может восприниматься как теплый белый, нейтральный белый или холодный белый. Объективное впечатление от цвета источника света определяется цветовой температурой.
Цветовая температура
Единица измерения: Кельвин [К]. Цветовая температура источника света определяется путем сравнения с так называемым "черным телом" и отображается "линией черного тела". Если температура "черного тела" повышается, то синяя составляющая в спектре возрастает, а красная составляющая убывает. Лампа накаливания с тепло-белым светом имеет, например, цветовую температуру 2700 К, а люминесцентная лампа с цветностью дневного света — 6000 К.
Цветность света
Цветность света определяется цветовой температурой К (в Кельвинах). Выделяют три основные группы цветности: — тепло-белая 5000 K. Разные лампы, даже если они имеют одинаковую цветность света, по причине спектрального состава могут иметь абсолютно различные характеристики цветопередачи.
Цветопередача
Цветопередача отражает воздействие света лампы на цвета освещаемых ею объектов. В зависимости от места установки лампы и выполняемой ею зрительной задачи, ее искусственный свет должен обеспечивать максимально близкое к естественному дневному свету восприятие цветов. При оценке цветопередачи используется индекс цветопередачи Ra. Он определяется сравнением 8 эталонных цветов при освещении эталонным и тестируемым источниками. Чем ниже коэффициент, тем хуже цветопередача тестируемого источника света.
p, blockquote 1,0,0,0,0 —>
Единица измерения света — Люмен.
Единицей измерения света является — Люмен. Это единица измерения потока света в системе единиц физических величин — СИ. 1 люмен = световой поток, который испускается от точечного изотропного источника. Сила света при этом должна равняться 1 Кандела. Полное свечение, исходящее от изотропного светильника, с силой света 1 Кандела равно 4 люменам.
1300 люменов содержится в стандартной лампе накаливания 100 Ватт .
1600 lm — в потоке света люминесцентного осветителя 26 Вт.
В солнце — 3.63х10 в 28 степени Люменов.
Люмен является полным потоком света от светильника. Несмотря на это, такая единица измерения не сильно распространена, потому что она не учитывает сосредотачивающую эффективность отражательного предмета или линзы. Люмен — не прямой параметр оценивания яркости или производительности фонарного свечения. Широкий световой луч может принимать те же значения, что и узконаправленный. Люмены не в состоянии определить интенсивность освещения, так как оценка в люменах предполагает учет всего рассеянного свечения, бесполезного в этом случае.
p, blockquote 2,0,0,0,0 —>
Единица измерения силы света — Кандела
Единица измерения силы света — Кандела. Обозначается как Кд или cd. Кандела равняется силе свечения, которое испускается в определенном векторе, заданном источником монохроматического излучателя частотой 540х10 в 12 степени Герц.
p, blockquote 6,0,0,0,0 —>
В системе СИ есть 7 главных единиц измерения, одной из которых является кандела. Кандела равняется силе свечения, которое испускается в определенном векторе, заданном источником монохроматического излучателя частотой 540х10 в 12 степени Герц. Его энергетическая сила света составляет 1/683 (Вт/ср). Ср — стерадиан, этим показателем измеряют телесные углы. В славянских странах его обозначают как Ср, однако международное обозначение sr.
p, blockquote 7,0,0,0,0 —>
Упомянутая частота соответствует зеленому спектру. Глаз человека более чувствителен к зеленому, чем к другим цветам. Для достижения того же значения силы света при излучении с другой частотой необходимы большие показатели энергетической интенсивности.
p, blockquote 8,0,0,0,0 —>
Ученые прошлых веков определяли Кандела как силу света, которая излучается черным предметом перпендикулярно плоскости площадью 1/60 квадратных сантиметров при температуре 2042.5К. При такой температуре расплавляется платина. Современная наука определила значение 1/683 так, чтобы нынешнее обозначение соответствовало предыдущему.
p, blockquote 9,0,0,0,0 —>
Пламя свечи излучает примерно одну канделу силы света. Из-за того, что в латинском языке свеча называется candela, а в английском — candle, раньше эту единицу измерения так и называли: свеча. Сейчас такое название не используется и считается архаизмом.
p, blockquote 10,0,1,0,0 —>
p, blockquote 11,0,0,0,0 —>
p, blockquote 12,0,0,0,0 —>
Единица измерения освещенности.
Единица измерения освещенности — отношение свечения к поверхности, которое оно освещает, принято называть освещенностью. Учитывается именно перпендикулярное падение света на определенную плоскость.
p, blockquote 13,0,0,0,0 —>
Единица измерения освещенности — Люкс (lux.)
p, blockquote 14,0,0,0,0 —>
1 люкс = отношение 1 люмена к 1 метру поверхности в квадрате.
p, blockquote 15,0,0,0,0 —>
Световой поток измеряется в люменах. Оба показателя занесены в международную систему единиц. В Великобритании и Соединенных Штатах уровень освещенности узнают в люменах на квадратный фут, также называемые футом-кандела. Яркость свечения — освещенность от источника силой в 1 канделу на расстоянии одного фута от освещаемой плоскости.
p, blockquote 16,0,0,0,0 —>
В европейских странах есть стандарт качества освещения в рабочих помещениях. Ниже представлены некоторые рекомендации из этого документа.
p, blockquote 17,0,0,0,0 —>
- 300 люкс;
Офис или другие помещения, где не нужно пристально рассматривать мелкие детали. - 500 люкс;
Такой уровень свечения должен быть в комнатах, где люди длительное время работают за компьютером или читают. Это применимо и к учебным заведениям, и к переговорным пунктам, и к другим учреждениям. - 750 люкс.
Если люди занимаются технической работой: изготавливают продукцию, создают точные чертежи и так далее, должен быть такой уровень освещенности.
Нужно ли, на самом деле, измерять степень освещенности и что такое единица измерения света?
Ученые доказали, что тусклый или, наоборот, слишком яркий свет разрушают сетчатку человеческого глаза, из-за чего ухудшается острота зрения. Из-за разрушения сетчатки скорость и качество функционирования мозга снижаются. Недостаточное количество яркости увеличивает в людях сонливость, понижает работоспособность и ухудшает настроение. Следует учесть, что мы не берем во внимание ситуации, в которых тусклое свечение украшает обстановку: романтическое свидание, просмотр фильма и так далее. Насыщенный световой поток прибавляет сил, энергии, желания работать, тем самым быстрее утомляя человека.
p, blockquote 18,0,0,0,0 —>
Единица измерения света установлена СанПиНом называют санитарные правила и нормы — данные, на которые нужно равняться при измерении освещенности. Замеры делаются для определения не только степени освещенности, но и уровня шума, пыли, загрязненности, вибрации. По мнению докторов, постоянный недостаток света на рабочем месте приводит к переутомлению сотрудников, ухудшению зрения и концентрации внимания. Рабочие становятся менее трудоспособными, что может вылиться в несчастный случай по невнимательности или другим причинам.
p, blockquote 19,0,0,0,0 —>
Помимо людей, от недостаточной освещенности страдают и другие живые организмы: растения, животные. Для быстрого развития и плодородного цветения растениям обязательно нужен мощный поток света. У животных из-за некачественного освещения могут появиться нарушения в росте и развитии, репродуктивной функции, наборе массы тела и может снизиться активность существа.
p, blockquote 20,0,0,0,0 —>
p, blockquote 21,1,0,0,0 —>
Каким бывает освещение
Освещение, как правило, бывает естественным и искусственным.
p, blockquote 22,0,0,0,0 —>
Естественные источники свечения:
p, blockquote 23,0,0,0,0 —>
- солнце;
- луна;
На самом деле, луна не излучает свет, она просто отражает солнечные лучи. - рассеянный свет небосвода;
Несмотря на такое красивое название, этот термин можно увидеть в официальных документах. - кометы;
- полярные сияния;
- электрические разряды в атмосфере;
- звезды и другие небесные объекты.
p, blockquote 24,0,0,0,0 —>
- разные осветительные формы и конструкции;
- лампы;
- светильники;
- фонарики;
- мониторы;
- телевизоры;
- мобильные телефоны и другие.
p, blockquote 25,0,0,0,0 —>
Интенсивность света
Единица измерения света интенсивность измеряется при обустройстве освещения в комнате либо при подготовке фотоаппарата к съемке. Опытные фотографы и светотехники-профессионалы, пользуются цифровыми экспонометрами, однако можно изготовить и простой прибор с похожим принципом работы своими руками.
p, blockquote 26,0,0,0,0 —>
Многие аппараты предназначены для отдельного типа освещения. Например, измеряя свечение натриевых ламп, вы добьетесь более точного результата, чем проводя расчеты над лампой накаливания.
p, blockquote 27,0,0,0,0 —>
Можете установить приложение на смартфон, которое определит интенсивность света. Какими бы хорошими ни были ваш телефон и выбранное приложение, результаты будут искаженными и неточными, поэтому лучше воспользоваться специализированным прибором.
p, blockquote 28,0,0,0,0 —>
Большинство устройств измеряют показатели освещенности в люксах, так как это общепринятая единица, однако некоторые настроены на отображение фут-кандел.
p, blockquote 29,0,0,0,0 —>
Если вам неудобен один из этих способов измерения, можете перевести люксы в канделы и наоборот на этом ресурсе:
p, blockquote 30,0,0,0,0 —>
p, blockquote 31,0,0,1,0 —>
Чем измеряют степень освещенности
Как мы уже выяснили, единица измерения освещенности — Люкс. Несложно догадаться, как называется прибор, которым измеряют уровень света. «Люкс» плюс «метр» (с древнегреческого переводится как «мера», «измеритель») равно люксметр. Принцип работы этого портативного устройства схож с работой фотометра.
p, blockquote 32,0,0,0,0 —>
p, blockquote 34,0,0,0,0 —>
Попадающий на элемент световой поток выпускает электроны в теле полупроводника, из-за чего электроток начинает проводиться фотоэлементом. Величина электрического тока прямо пропорциональна степени освещения фотоэлемента, который и отображается на шкале или на электронном дисплее, если это современная модель люксметра. Аналоговые аппараты снабжены специальной шкалой с градусами. По движению стрелки определяются окончательные результаты замеров.
p, blockquote 35,0,0,0,0 —>
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.
p, blockquote 36,0,0,0,0 —>
Важные моменты.
При расчете сравнительной световой интенсивности можете сделать замер интенсивности освещения аналоговым или цифровым устройством. Современные измерители отображают параметры в люксах, а устаревшие аналоговые — те, которые со стрелочкой, — в фут-канделах. 1 фут-кандела равняется 10.76 люкс.
p, blockquote 37,0,0,0,0 —>
Заключение.
Таким образом, мы разобрались, что значит освещенность, сила света, его интенсивность. Вы узнали какими бывают единицы измерения светового потока, измерительные приборы, ознакомились с нормами и рекомендациями СанПин и многим другим. Теперь вы имеете базовый багаж знаний об освещении и не растеряетесь, если услышите в разговоре слово «кандела» или «люксметр». Если интересно, можете приобрести измерительный аппарат и сделать несколько замеров освещенности своего рабочего места. После этого вы поймете, соответствует ли ваше освещение нормам или нет.
