В чем измеряется мощность света лампы

Световой поток — физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения, где под световой мощностью понимается световая энергия, переносимая излучением через некоторую поверхность за единицу времени. Иными словами, «световой поток является величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза» [1] . В свою очередь величина «поток излучения» определяется как мощность, переносимая излучением через какую-либо поверхность [2] .

Более формально световой поток можно определить, как световую величину, оценивающую поток излучения по его действию на селективный приёмник света, спектральная чувствительность которого определяется функцией относительной спектральной световой эффективности излучения [3] .

• Обозначение: Φ v <displaystyle Phi _>
• Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): люмен (русское обозначение: лм; международное: lm).

Содержание

Определяющие формулы [ править | править код ]

Если имеется монохроматическое излучение с длиной волны λ <displaystyle lambda > , поток излучения которого равен Φ e ( λ ) <displaystyle Phi _(lambda )> , то в соответствии с определением световой поток такого излучения Φ v ( λ ) <displaystyle Phi _(lambda )> выражается равенством [1] :

Φ v ( λ ) = K m ⋅ V ( λ ) ⋅ Φ e ( λ ) . <displaystyle Phi _(lambda )=K_cdot V(lambda )cdot Phi _(lambda ).>

где V ( λ ) <displaystyle V(lambda )> — относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения, имеющая смысл нормированной в максимуме на единицу чувствительности среднего человеческого глаза при дневном зрении, а K m <displaystyle K_> — коэффициент, величина которого определяется используемой системой единиц. В системе СИ этот коэффициент равен 683 лм/Вт [Комм 1] .

Световой поток излучения с дискретным (линейчатым) спектром получается суммированием вкладов всех линий, составляющих спектр излучения:

Φ v ( λ ) = K m ∑ i = 1 N V ( λ i ) ⋅ Φ e ( λ i ) , <displaystyle Phi _(lambda )=K_sum _^V(lambda _)cdot Phi _(lambda _),>

где λ i <displaystyle lambda _> — длина волны линии с номером «i», а N — общее количество линий.

В случае немонохроматического излучения с непрерывным (сплошным) спектром малую часть всего излучения, занимающую узкий спектральный диапазон d ( λ ) <displaystyle d(lambda )> , можно рассматривать как монохроматическое с потоком излучения d Φ e ( λ ) <displaystyle dPhi _(lambda )> и световым потоком d Φ v ( λ ) <displaystyle dPhi _(lambda )> . Тогда для связи между ними будет выполняться

d Φ v ( λ ) = K m ⋅ V ( λ ) ⋅ d Φ e ( λ ) . <displaystyle dPhi _(lambda )=K_cdot V(lambda )cdot dPhi _(lambda ).>

Интегрируя данное равенство в пределах видимого диапазона длин волн (то есть от 380 до 780 нм), получаем выражение для светового потока всего рассматриваемого излучения:

nm>V(lambda )cdot dPhi _(lambda ).>

Если использовать спектральную плотность потока излучения Φ e , λ <displaystyle Phi _> , характеризующую распределение энергии излучения по спектру и определяемую как d Φ e ( λ ) d λ <displaystyle <frac (lambda )>>> , то выражение для светового потока приобретает вид [1] :

Φ v = K m ⋅ ∫ 380 n m 780 n m V ( λ ) ⋅ Φ e , λ ⋅ d λ . <displaystyle Phi _=K_cdot int limits _<380

nm>V(lambda )cdot Phi _cdot dlambda .>

Измерение [ править | править код ]

Измерение светового потока от источника света производится при помощи специальных приборов — сферических фотометров, либо фотометрических гониометров [4] . Трудность измерения заключается в том, что необходимо измерить поток, который испускается во всех направлениях — в телесный угол 4 π .

Для этого можно использовать сферический фотометр — прибор, представляющий собой сферу с внутренним покрытием, имеющим коэффициент отражения, близкий к 1. Исследуемый источник света помещается в центр сферы и при помощи фотоэлемента, вмонтированного в стенку сферы и покрытого фильтром с кривой пропускания, равной кривой спектральной чувствительности глаза, измеряется сигнал, пропорциональный освещенности фотоэлемента, которая, в свою очередь, в данном устройстве пропорциональна световому потоку от источника света (фотоэлемент измеряет только рассеянный свет, так как заслонён от прямого излучения источника специальным экраном). Путём сравнения полученного сигнала с сигналом от эталонного источника света можно измерить абсолютный световой поток источника света.

Другая возможность состоит в применении фотометрических гониометров. В этом случае производится измерение освещённости, создаваемой исследуемым источником, на воображаемой сферической поверхности. Для этого люксметр проходит последовательно при помощи гониометра все позиции на сфере. Интегрируя измеренные освещённости (измеряются в люксах: 1 люкс = 1 люмен/м²) по площади сферы (м²), получим абсолютный световой поток источника света (в люменах). Условием получения абсолютных значений является калиброванный в абсолютных величинах люксметр.

Пояснения [ править | править код ]

Значение фотометрического эквивалента излучения K_m однозначно задаётся определением единицы силы света канделы, являющейся одной из семи основных единиц системы СИ. По определению одна кандела — это «сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540⋅10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср» [5] . Частоте 540⋅10 12 Гц соответствует в воздухе длина волны 555 нм [Комм 2] , на которой располагается максимум спектральной чувствительности человеческого глаза для дневного зрения. Поэтому коэффициент K_m находится из равенства

1 кд = K_m·V_λ(555)·1/683 Вт/ср, откуда следует K_m = 683 (кд·ср)/Вт = 683 лм/Вт.

Для случая ночного зрения значение фотометрического эквивалента излучения изменяется.

Человеческий глаз считается светлоадаптированным при яркостях более 100 кд/м². Ночное зрение наступает при яркостях менее 10 −3 кд/м². В промежутке между этими величинами человеческий глаз функционирует в режиме сумеречного зрения.

Любой кто начинает изучать характеристики светильников и отдельных видов ламп, обязательно сталкивается с такими понятиями как освещенность, световой поток и сила света. Что они означают и чем отличаются друг от друга?

Давайте попробуем простыми, понятными для всех словами, разобраться в этих величинах. Как они связаны между собой, их единицы измерения и каким образом все это дело можно замерить без специальных приборов.

В старые добрые времена, основным параметром по которому выбирали лампочку в прихожую, на кухню, в зал, была ее мощность. Никто никогда и не задумывался спрашивать в магазине про какие-то люмены или канделы.

Сегодня с бурным развитием светодиодов и других видов ламп, поход в магазин за новыми экземплярами сопровождается кучей вопросов не только по цене, но и по их характеристикам. Одним из наиболее важных параметров является световой поток.

Говоря простыми словами, световой поток – это количество света, которое дает светильник.

Однако не путайте световой поток светодиодов по отдельности, со световым потоком светильников в сборе. Они могут существенно отличаться.

Надо понимать, что световой поток это всего лишь одна из множества характеристик источника света. Причем его величина зависит:

от мощности источника

Вот таблица этой зависимости для светодиодных светильников:

А это таблицы их сравнения с другими видами ламп накаливания, люминесцентных, ДРЛ, ДНаТ:

Однако есть здесь и нюансы. Светодиодные технологии до сих пор еще развиваются и вполне возможен вариант, когда светодиодные лампочки одинаковой мощности, но разных производителей, будут иметь абсолютно разные световые потоки.

Просто некоторые из них ушли более вперед, и научились снимать с одного ватта больше люмен, чем другие.

Кто-то спросит, для чего нужны все эти таблицы? Для того, чтобы вас тупо не обманывали продавцы и производители.

На коробочке красиво напишут:

мощность 9Вт

светопоток 1000Лм

аналог лампы накаливания 100Вт

Но с такой мощностью вам и близко не будет хватать прежнего света. Начнете ругаться на светодиоды и технологии их несовершенства. А дело то оказывается в недобросовестном производителе и его товаре.

от эффективности

То есть, насколько эффективно тот или иной источник преобразует электрическую энергию в световую. Например, обычная лампа накаливания имеет отдачу 15 Лм/Вт, а натриевая лампа высокого давления уже 150 Лм/Вт.

Получается, что это в 10 раз более эффективный источник, чем простая лампочка. При одной и той же мощности, вы имеете в 10 раз больше света!

Измеряется световой поток в Люменах – Лм.

Что такое 1 Люмен? Днем при нормальном свете, наши глаза больше всего чувствительны к зеленному цвету. К примеру, если взять два светильника с одинаковой мощностью синего и зеленого цвета, то для всех нас более ярким покажется именно зеленый.

Длина волны зеленого цвета равна 555 Нм. Такое излучение называется монохроматическим, потому что содержит в себе очень узкий диапазон.

Конечно, в реалии зеленый дополняется и другими цветами, чтобы в итоге можно было получить белый.

Но так как чувствительность человеческого глаза максимальна именно к зелени, то и люмены привязали к нему.

Так вот, световой поток в один люмен, как раз таки и соответствует источнику, который излучает свет с длиной волны 555 Нм. При этом мощность такого источника равняется 1/683 Вт.

Почему именно 1/683, а не 1 Вт для ровного счета? Величина 1/683 Вт возникла исторически. Изначально, основным источником света была обычная свечка, и излучение всех новых ламп и светильников как раз таки и сравнивались со светом от свечи.

В настоящее время эта величина 1/683 узаконена многими международными соглашениями и принята повсеместно.

Это напрямую влияет на зрение человека.

При этом многие путают единицы измерения Люмены с Люксами. Запомните, в люксах измеряется именно освещенность.

Как наглядно объяснить их разницу? Представьте себе давление и силу. С помощью всего лишь маленькой иголки и небольшой силы, можно создать высокое удельное давление в отдельно взятой точке.

Также и с помощью слабого светового потока, можно создать высокую освещенность в отдельно взятом участке поверхности.

На поверхности этого стола должна быть определенная норма освещенности, чтобы вы могли комфортно работать. Первоисточником для норм освещенности служат требования сводов правил СП 52.13330

Для обычного рабочего места это 350 Люкс. Для места, где производятся точные мелкие работы – 500 Лк.

Данная освещенность будет зависеть от множества параметров. К примеру, от расстояния до источника света.

От посторонних предметов рядом. Если стол находится около белой стены, то и люксов соответственно будет больше, чем от темной. Отражение обязательно скажется на общем итоге.

Любую освещенность можно замерить. Если у вас нет специальных люксометров, воспользуйтесь программами в современных смартфонах.

Правда заранее приготовьтесь к погрешностям. Но для того, чтобы сделать навскидку первоначальный анализ, телефон вполне сгодится.

А как узнать примерный светопоток в люменах, вообще без измерительных приборов? Здесь можно воспользоваться значениями светоотдачи и их пропорциональной зависимости к потоку.

Когда мы покупаем лампочку мы привыкли смотреть на ее потребляемую мощность, Ватт. Мы уже знаем, что для одной комнаты нам будет достаточно 60 Ватт, в другой же это будет слишком темно и нужно брать 100 Ватт. За все время использования ламп накаливания мы привыкли оценивать яркость свечения лампочки по ее потребляемой мощности.

Но это не совсем правильный подход и появление люминесцентных и светодиодных ламп на это доказало. Если для ламп накаливания и люминесцентных ламп еще сохранялась зависимость потребляемой мощности к излучаемому свету, то в светодиодных лампах все зависит от самого светодиода. Для научных целей свет и освещение уже давно измеряется в люменах. Такой же измеритель мы будем применять к светодиодным лампам. В этой статье мы рассмотрим что такое люмены, как подобрать правильную яркость для комнаты, а также рассмотрим соотношение светодиодной лампы и лампы накаливания. После прочтения этой статьи вы сможете очень просто подобрать нужную вам лампу.

В чем измеряется световой поток светодиодной лампы?

Как я уже сказал световой поток светодиодной лампы или любого другого источника света можно измерить в Люменах. На упаковках ламп Люмены сокращенно обозначаются Lm или Лм. Перед тем как перейти к расчетам важно понять, что такое Люмен. Давайте представим что наша лампочка — это мешок с песком, из которого постоянно сыплется песок, представим, что один люмен — это одна песчинка. Количество люмен для нашей лампочки-мешка будет означать сколько песчинок упадет на один квадратный метр поверхности, например, 900 люмен будет означать что на один квадратный метр попадет 900 песчинок.

Но у нас не обычный песок, а свет и он рассеивается равномерно по всей поверхности, поэтому если световой поток лампы 900 люмен, а площадь комнаты 3 квадратных метра, то на один квадратный метр будет припадать по 300 люменов.

И тут мы подошли к еще одному очень важному параметру — это освещенность комнаты. Люмены характеризуют только световой поток лампы, если продолжать нашу аналогию, то количество песка, который может высыпаться из мешка. Но есть еще один параметр — это освещенность помещения и измеряется он в люксах. Люкс показывает сколько люменов будет припадать в определенной комнате на один квадратный метр. Обозначается Лк или Lx. Если мы говорили что наш источник света излучает 900 Люменов, а площадь три квадратных метра, то освещенность нашей комнаты будет составлять 300 люкс. Для тех, кто очень любит формулы 1 люкс = 1 люмен / 1 метр квадратный.

Поняли? Теперь переходим к вопросу как узнать мощность освещения светодиодных ламп.

Как подобрать нужную освещенность для комнаты?

Я мог бы прямо сейчас сравнить мощность светодиодных ламп и ламп накаливания, вы бы посмотрели что вам нужно и все. Но я хочу чтобы вы не просто выбрали лампу, а поняли как это работает. Зная нормы освещенности и площадь комнаты, мы можем выбрать точно такую светодиодную лампу как нам нужно.

Сначала рассмотрим нормы освещенности в люксах на квадратный метр:

Световой поток
Φ v <displaystyle Phi _>
Размерность	J
Единицы измерения
СИ	люмен
СГС	люмен
Примечания

Исходя из того, что вы уже знаете рассчитать необходимое освещение для вас не составит труда. Допустим, у нас есть комната 5 на 6 метров, мы собираемся в ней в ней отдыхать, поэтому освещенность возьмем 54. Площадь комнаты будет 5 х 6 = 30 метров. Умножаем освещенность на площадь и получаем количество Люмен. 54 умножить на 30 будет 1620 люмен или лм. Осталось найти такую светодиодную лампу или купить две по 800 люмен.

Это был самый точный и правильный способ выбрать мощность светодиодной лампы. Но мы по-прежнему можем ориентироваться на потребляемую мощность ламп накаливания или даже светодиодных ламп.

Таблица светодиодных ламп и ламп накаливания

Выбирать световой поток светодиодных ламп по мощности ламп накаливания не настолько точный вариант как первый, но он намного проще, и многие привыкли выбирать лампочки таким способом. Давайте рассмотрим таблицу соответствия светодиодных ламп и ламп накаливания по мощности и люменах:

Не забывайте, что эти значения приблизительны и не очень точны, но все таки по ним можно ориентироваться. В предыдущем примере для нашей комнаты на 30 квадратных метров нужна была лампа 1600 Лм, раньше мы могли бы взять для такой комнаты две лампы накаливания по 60 Ватт. Освещение будет немного меньше, но все сходится.

Еще менее точный способ установить выбрать световой поток светодиодной лампы, это сравнивать ее потребляемую мощность с мощностью лампы накаливания. Менее точный, потому что здесь на излучаемый световой поток влияет больше качество диода, чем потребление энергии, но связь все такие есть поэтому можно сравнивать:

Не забывайте, что все время разрабатываются новые технологии, и со временем светодиодные лампы могут потреблять меньше энергии и выделять больше света.

Выводы

В этой статье мы не только сравнили мощность светодиодных ламп и ламп накаливания, но и разобрались как правильно выбирать светодиодную лампу. Вы поняли что такое люмены и люксы? Будете использовать светодиодное освещение? или уже используете? Напишите в комментариях!

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.