Полезно знать

Основные понятия, применяемые в светотехнике

В светотехнике, как и в любой отрасли науки и техники, существует ряд понятий, характеризующих свойства ламп и светильников в стандартизированных единицах измерения. Важнейшие из них приводятся ниже в кратком изложении.

Свет и излучение.

Под светом понимают электромагнитное излучение, вызывающее в глазу человека зрительное ощущение. При этом речь идет об излучении в диапазоне от 360 до 830 нм, занимающем мизерную часть всего известного нам спектра электромагнитного излучения.

Световой поток Ф.

Eдиница измерения: люмен [лм]. Световым потоком Ф называется вся мощность излучения источника света, оцениваемая по световому ощущению глаза человека.

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

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 рассеяный 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. Можно также использовать простой фотоэлемент, если сравнивать измеренный поток с потоком от эталонного источника.

Сила света I

Единица измерения: кандела [кд]. Источник света излучает световой поток Ф в разных направлениях с различной интенсивность. Сила света харакетризует излучаемый в определенном направлении световой поток. Телесный угол нужно выбирать таким образом, чтобы поток в нём можно было считать равномерным, тогда сила света источника по определённому направлению численно равна световому потоку, заключённому в единичном телесном угле

Освещенность Е

свещенность Е отражает соотношение падающего светового потока к освещаемой площади. Единицей измерения освещённости в системе СИ служит люкс (1 люкс = 1 люмену на квадратный метр), в СГС — фот (один фот равен 10 000 люксов). В отличие от освещённости, выражение количества света, отражённого поверхностью, называется яркостью.

Освещённость прямо пропорциональна силе света источника света. При удалении его от освещаемой поверхности её освещённость уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния (Закон обратных квадратов).

Когда лучи света падают наклонно к освещаемой поверхности, освещённость уменьшается пропорционально косинусу угла падения лучей.

Освещённость в фототехнике определяют с помощью экспонометров и экспозиметров, в фотометрии — с помощью люксметров.

Яркость L

Единица измерения: кандела на квадратный метр [кд/м2]. Яркость — это поток, посылаемый в данном направлении единицей видимой поверхности в единичном телесном угле. Отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади её проекции на плоскости, перпендикулярной оси наблюдения.

Основные светотехнические формулы

Световая отдача η

Единица измерения: люмен на Ватт [лм/Вт]. Световая отдача η показывает, с какой экономичностью потребляемая электрическая мощность преобразуется в свет. Световая отдача источника света — отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности. Измеряется в люменах на ватт (лм/вт). Служит характеристикой источников как таковых и их экономичности, показывая какое количество затраченной энергии переходит в тепло или какие-либо другие виды энергии кроме электромагнитной.

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 2.700 К, а люминесцентная лампа с цветностью дневного света-6.000 К.

Цветность света

Цветность света очень хорошо описывается цветовой температурой. Существуют следующие три главные цветности света:

тепло-белая < 3.300 К
холодно-белая 3.300 - 5.000 К
дневного света > 5.000 К.

Лампы с одинаковой цветностью света могут иметь весьма различные характеристики цветопередачи, что объясняется спектральным составом излучаемого ими света.

Цветопередача

В зависимости от места установки лампы и выполняемой ими задачи искусственный свет должен обеспечивать возможность как можно более лучшего восприятия цвета (как при естественном дневном свете).

Данная возможность определяется характеристиками цветопередачи источника света, которые выражаются с помощью различных степеней "общего коэффициента цветопередачи" Ra.

Коэффициент цветопередачи отражает уровень соответствия естественного цвета тела с видимым цветом этого тела при освещении его эталонным источником света. Для определения значения Ra фиксируется сдвиг цвета с помощью 8 указанных в DIN 6169 стандартных эталонных цветов, который наблюдается при направлении света тестируемого или эталонного источника света на эти эталонные цвета. Чем меньше отклонение цвета излучаемого тестируемой лампой света от эталонных цветов, тем лучше характеристики цветопередачи этой лампы.

Источник света с показателем цветопередачи Ra = 100 излучает свет, оптимально отражающий все цвета, как свет эталонного источника света. Чем ниже значение Ra, тем хуже передаются цвета освещаемого объекта.

КПД светильника

КПД является важным критерием оценки энергоэкономичности светильника. КПД светильника отражает отношение светового потока светильника к световому потоку установленной в нем лампы.

Более подробную информацию об источниках искусственного света для внутреннего освещения см. в стандарте DIN 5035.

Средний срок службы ламп

Под средним сроком службы ламп понимается средняя продолжительность эксплуатации отдельных ламп в стандартных рабочих условиях (50% отказов = "средний срок службы")

Эксплуатационный ресурс

Эксплуатационным ресурсом упрощенно называется практический экономичный срок службы. Под этим сроком понимается время работы, после которого световой поток системы {т.е. произведение относительного светового потока и относительной доли еще работающих ламп) составляет ок. 80% от первоначального светового потока системы (100 ч).