Определение светового потока. Что известно о силе света и формула ее расчета

Одним из самых интересных и неоднозначным явлением нашего мира является свет. Для физики это один из основополагающих параметров многочисленных расчетов. С помощью света ученые надеются отыскать разгадку существования нашей вселенной, а также открыть для человечества новые возможности. В повседневной жизни свет также имеет большое значение, особенно при создании качественного освещения в различных помещениях.

Одним из важных параметров света является его сила, которая характеризует мощность данного явления. Именно силе света и расчету этого параметра будет посвящена данная статья.

Общие сведения о понятии

В физике под силой света (Iv) подразумевается мощность светового потока, определяемая внутри конкретного телесного угла. Из этого понятия следует, что под данным параметром подразумевается не весь имеющийся в пространстве свет, а лишь та его часть, которая излучается в определенном направлении.

В зависимости от имеющегося источника излучения, данный параметр будет увеличиваться или уменьшаться. На его изменения будет оказывать прямое воздействие значения телесного угла.

Обратите внимание! В некоторых ситуациях сила света будет одинаковой для угла любого значения. Это возможно в тех ситуациях, когда источник светового излучения создает равномерное освещение пространства.

Этот параметр отражает физическое свойство света, благодаря чему он отличается от таких измерений, как яркость, которая отражает субъективные ощущения. Помимо этого сила света в физике рассматривается как мощность. Если быть точнее, она оценивается как единица мощности. При этом мощность здесь отличается от своего привычного понятия. Здесь мощность зависит не только от энергии, которую излучает осветительная установка, но и от такого понятия, как длина волны.
Стоит отметить, что чувствительность людей к световому излучению напрямую зависит от длины волны. Эта зависимость нашла отражение в функции относительно спектральной световой эффективности. При этом сама сила света является зависимой от световой эффективности величиной. При длине волны в 550 нанометров (зеленый цвет) данный параметр примет свое максимальное значение. В результате этого глаза человека будут более или менее чувствительны к световому потоку при различных параметрах длины волны.
Единица измерения для данного показателя является кандел (кд).

Обратите внимание! Сила излучения, которое исходит от одной свечки, будет примерно равна одной канделе. Ранее применявшаяся для формулы расчета международная свеча равнялась 1,005 кд.

Свечение одной свечи

В редких случаях применяется устаревшая единица измерения – международная свеча. Но в современном мире уже практически везде используется единица измерения для этой величины – кандела.

Диаграмма фотометрического параметра

Iv представляет собой наиболее важный фотометрический параметр. Кроме этой величины к важнейшим фотометрическим параметрам относится яркость, а также освещенность. Все эти четыре величины активно используются при создании системы освещения в самых разнообразных помещениях. Без них невозможно оценить требуемый уровень освещённости для каждой отдельной ситуации.

Четыре важнейших световых характеристики

Для простоты понимания данного физического явления необходимо рассмотреть диаграмму, которая изображает плоскость, отражающую распространение света.

Диаграмма для силы света

Благодаря диаграмме видно, что Iv зависит от направления к источнику излучения. Это означает, что для светодиодной лампочки, для которой направление максимального излучения будет принято за 0°, тогда при измерении нужной нам величины в направлении 180° получится меньшее значение, чем для направления 0°.
Как видно, на диаграмме излучение, которое распространяется двумя источниками (желтый и красный), будет охватывать равную площадь. При этом желтое излучение будет рассеянным, по аналогии со светом свечи. Его мощность примерно будет равняться 100 кд. Причем значение этой величины будет одинаковой во всех направлениях. В тоже время красный будет направленным. В положении 0° он будет иметь максимальное значение в 225 кд. При этом данное значение будет уменьшаться в случае отклонения от 0°.

Обозначение параметра в СИ

Поскольку Iv является физической величиной, то ее можно рассчитать. Для этого используется специальная формула. Но прежде, чем дойти до формулы, необходимо разобраться в том, как искомая величина записывается в системе СИ. В этой системе наша величина будет отображаться как J (иногда она обозначается как I), единица измерения которой буде кандела (кд). Единица измерения отражает, что Iv, испускаемая полным излучателем на площади сечения 1/600000 м2. будет направляться в перпендикулярном данному сечению направлении. При этом температура излучателя будет раной уровню, при котором при давлении 101325 Па будет наблюдаться затвердение платины.

Обратите внимание! Через канделу можно определить остальные фотометрические единицы.

Поскольку световой поток в пространстве распространяется неравномерно, то необходимо ввести такое понятие, как телесный угол. Он обычно обозначается символом .
Сила света используется для расчетов, когда применяется формула размерности. При этом данная величина через формулы связана со световым потоком. В такой ситуации световой поток будет произведением Iv на телесный угол, к которому и будет распространяться излучение.
Световой поток (Фv) есть произведение силы света на телесный угол, в котором распространяется поток. Ф=I .

Формула светового потока

Из этой формулы следует, что Фv представляет собой внутренний поток, распространяемый в пределах конкретного телесного угла (один стерадиан) при наличии Iv в одну канделу.

Обратите внимание! Под стерадианом понимают телесный угол, вырезающий на поверхности сферы участок, который равен квадрату радиуса данной сферы.

При этом через световое излучение можно связать Iv и мощность. Ведь под Фv понимается еще и величина, которая характеризует мощность излучения светового излучения при восприятии его усредненным человеческим глазом, имеющего чувствительностью к излучению определенной частоты. В результате из вышеприведенной формулы можно вывести следующее уравнение:

Формула для силы света

Это отлично видно на примере светодиодов. В таких источниках светового излучения его сила обычно оказывается равной потребляемой мощности. В результате, чем выше будет потребление электроэнергии, тем выше будет уровень излучения.
Как видим, формула для расчета нужной нам величины не так и сложна.

Дополнительные варианты расчета

Поскольку распределение излучения, идущего от реального источника в пространство, будет неравномерно, то Фv уже не сможет выступать в роли исчерпывающей характеристикой источника. Но только за исключением ситуации, когда одновременно с этим не будет определяться распределение испускаемого излучения по разнообразным направлениям.
Чтобы охарактеризовать распределение Фv в физике используют такое понятие, как пространственной плотности излучения светового потока для различных направлений пространства. В данном случае для Iv необходимо использовать уже знакомую формулу, но в несколько дополненном виде:

Вторая формула для расчета

Эта формула позволит оценить нужную величину в различных направлениях.

Заключение

Сила света занимает важное место не только в физике, но и в более приземленных, бытовых моментах. Это параметр особенно важен для освещения, без которого невозможно существование привычного нам мира. При этом данное значение используется не только в разработке новых осветительных приборов с более выгодными техническими характеристиками, но и при определенных расчетах, связанных с организацией системы подсветки.

Подсветка зданий грунтовыми светильниками- обзор самых популярных, монтаж

Детские люстры для комнаты девочки:критерии выбора

Световой поток определяется по формуле:

S - площадь помещения;

N - число светильников;

n - число ламп в светильнике;

h - коэффициент использования светового потока (в процентах), т.е. отношение потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп. Коэффициент использования светового потока определяется в зависимости от величины индекса помещения i, коэффициентов отражения потолка и стен rП и rС, а также типа светильника. Величина i вычисляется по формуле:

(5)

h = H – (c + d),

где Н – высота помещения, Н=2,8 м;

с – высота рабочего стола, c = 0,8 м;

d – высота светильника, d = 0,17 м.

h = 2,8 – (0,8 + 0,17) = 1,83 м.

Площадь потолка: S = 3 * 5,5 = 16,5 м ²

Количество светильников: N = S/4 = 16,5/4 = 4 шт.

Количество ламп в светильнике – n = 2.

Таким образом, расчетное количество светильников равно 4, а в лаборантской установлены лишь 3 светильника по 2 лампы в каждом. Причем три лампы находятся в нерабочем состоянии. Схема размещения светильников в лаборантской представлена на рисунке 8.

3) Коэффициент запаса К = 1,5

4) В помещении установлены люминесцентные лампы. Поэтому принимаем коэффициент Z равным 1,1.

i = (5,5* 3)/(1,83*8,5) = 1,06

F = (300*16,5*1,5*1,1)/(4*2*0,47) = 2172 лм

Т.е. лампа должна обеспечивать световой поток 2172 лм.

Выберем лампу, обеспечивающую потребный световой поток.

Лампы типа ЛД40 обеспечивают световой поток 2340 лм. Тогда определим величину отклонения рассчитанного светового потока от действительного.

((2340-2172)/2340)*100 % = 7 %

Данное отклонение допускается.

Характеристики лампы приведены в таблице 9.

Таблица 9. Характеристики лампы ЛД40

Подберем светильники для данного помещения.

Для освещения низких помещений (до 4,5 м) с нормальными условиями среды подходят светильники типа ЛД – 2х40, с размерами 1240х270х170 мм.

С учетом размеров светильников спроектируем освещение для данного помещения (рис.9).

Таким образом, для обеспечения нормируемой освещенности в помещении необходимо установить 4 светильника по 2 лампы типа ЛД40 в каждом.

Проблему недостаточной освещенности рабочего места в рассматриваемом помещении также можно решить путем добавления местного освещения.

Расчет искусственного освещения и разработка мероприятий по улучшению условий труда в учебном классе

Так как система искусственного освещения рабочего места обеспечивает горизонтальную освещенность 300 лк, а нормируемая горизонтальная освещенность составляет 500 лк, имеющаяся система искусственного освещения не обеспечивает нормируемой освещенности. Следовательно, необходимо спроектировать систему искусственного освещения для обеспечения нормативных требований.

Поскольку в помещении используется только общее равномерное освещение, для расчета освещения воспользуемся методом коэффициента использования светового потока.

Световой поток определяется по формуле (4):

где F - световой поток лампы, лм;

EН - минимальная нормируемая освещенность;

К - коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности вследствие старения ламп, запыления и загрязнения светильников;

S - площадь помещения;

Z - отношение средней освещенности к минимальной;

N - число светильников;

n - число ламп в светильнике;

где h - расчетная высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м;

a и b - основные размеры (длина и ширина) помещения, м.

Произведем расчет необходимого светового потока:

1)Определим высоту подвеса светильников:

h = (0,2…0,25) * Нпр;

Нпр = 2,8 – 0,8 = 2 м

h = 0,2 * 2 = 0,4 м

Нср = 2 - 0,4 = 1,6 м

2) Определим число светильников, необходимых для освещения помещения из расчета 1 светильник на 4 квадратных метра.

Площадь потолка: S = 11 * 5,5 = 60,5 м ²

Количество светильников: N = S/4 = 60,5/4 = 15 шт.

Количество ламп в светильнике – n = 1.

Таким образом, расчетное количество светильников равно 15.

3) Коэффициент запаса К = 1,5

4) В помещении установлены светильники с лампами накаливания. Поэтому принимаем коэффициент Z равным 0,8.

5) Определим коэффициент использования светового потока h. Для этого рассчитаем величину индекса помещения по формуле 5:

i = (5,5* 11)/(1,6*16,5) = 2,29

Т.к. стены в помещении и потолок имеют светлый тон - принимаем коэффициент отражения стен rС и коэффициент отражения потолка rП равными 50 и 70 % соответственно.

В зависимости от коэффициента отражения стен rС и коэффициента отражения потолка rП по таблице определяем h:

Тогда световой поток лампы составляет:

F = (500*60,5*1,5*0,8)/(15*1*0,68) = 3558 лм

Т.е. лампа должна обеспечивать световой поток 3558 лм. Среди ламп накаливания нет такой, которая могла бы обеспечить требуемый световой поток. поэтому выбираем люминесцентную лампу типа ЛД65.

Что такое световой поток светодиодных ламп? В чем измеряется, от чего зависит и на что влияет. Читайте подробнее в нашей новой статье.

В последних наших статьях мы уже рассматривали важные технические особенности, от которых зависит энергоэффективность устанавливаемого освещения. Но эти характеристики больше описывают потребление электричества электроприбором, а для параметров силы света применяется такой термин, как «световой поток».

Что такое световой поток? Физический смысл силы светопотока кроется в качественном выражении производимого света. С его помощью можно вычислить параметр излучения силы света на единицу площади.

Этот параметр используют при , которая нормируется согласно стандарту в зависимости от сферы применения. Интерпретируя простыми словами, световой поток означает, что каждый тип светотехники выдает свет различного качества и свойств.

В чем измеряют световой поток? Данный параметр измеряют в люменах, который ответственные наносят непосредственно на упаковку товара. Непосвященному в физике человеку вряд ли эти термины и цифры скажут, что они обозначают и от чего зависит световой поток на самом деле. Зная значение светопотока, можно произвести любого помещения в зависимости от физиологических особенностей человека воспринимать палитру цветов. Параметр светопотока, например, для промышленных цехов и ученических классов будет отличаться. Все параметры регламентируются соответствующим отечественным стандартом.

Знаете ли вы? Кроме величины потока света, немаловажной величиной для качества света является освещенность местности, которая показывает количество светопотока, приходящееся на единицу площади помещения.

Освещенность измеряется в люксах: 1 люкс=1люмен/1 м²

Из учебников физики известно, что энергия света переносится электромагнитными волнами. Поэтому значение светового потока осветительного прибора зависит в первую очередь от скорости производимого света. Мерцание света воспринимается человеческим глазом по-разному в зависимости от длины излучения с учетом чувствительности человеческих глаз. Из этого можно сделать вывод, что световой поток влияет в первую очередь на зрение человека, поэтому параметры света также нормируются санитарными нормами.

Что такое световой поток светодиодных ламп?

Светопоток определяет качество излучаемого и видимого для зрения света, который выдает светильник. Он зависит от таких физических характеристик

светоотдачи;
мощности прибора;
химического состава;
особенностей линзы.

Отвечая на вопрос, что такое световой поток в люменах и какая взаимосвязь с мощностью светильника, можно наблюдать такую картину:

Мощность светильника, Ватт	Значение светового потока, Лм

Из представленных в табличных данных делаем вывод о том, что световой поток напрямую зависит от мощности осветительной техники. Соответственно, чем выше параметр мощности лампы, тем выше ее светопоток, но при этом также, увеличивается и потребление электричества.

Как рассчитать световой поток, зная величину освещенности?

Если вы захотите выполнить расчет данного параметра на практике и подтвердить или опровергнуть информацию производителя о технических параметрах лампы, для этого необходимо иметь под рукой люксометр – электроизмерительный прибор, использующийся для выполнения замеров освещенности. С помощью люксометра замеряем величину освещенности в помещении, где будет осуществляться установка светодиодных светильников, в каждой контрольной точке. Далее, используя формулу для расчета мощности светопотока, определяем искомый параметр мощности излучения источника света:

Где, X — значение светопотока, Лм;

Y – величина освещенности, Лк;

Z – площадь исследуемого помещения, где планируется монтаж светодиодных ламп, м².

Например, если площадь освещаемой территории составляет 20 м², освещенность составляет 60 Лм, параметр светопотока будет составлять 1200 Лм, что соизмеримо со светодиодной лампой мощностью 12-14 Вт.

Пересчет параметров светопотока наиболее популярных осветительных ламп на светодиодное освещение.

Тип лампы	Мощность, Вт	Светопоток, Лм	Мощность светодиода при том же значении светопотока
Лампа накаливания






Люминесцентная лампа






Галогенные





Натриевые лампы, ДНАТ




Ртутные лампы, ДРЛ

Экономический эффект от использования светодиодных ламп в отличие, например, от обычных ламп накаливания очевиден. Для того чтобы выдать световой поток 900 Лм, нужна обычная лампа накаливания мощностью 75 Ватт или светодиодная лампа с мощностью 10 Вт, то есть, при установке светодиода вместо лампы накаливания с одинаковым качеством света даст нам экономию электроэнергии в 7,5 раз.

Что касается ламп ДРЛ и ДНаТ, то они имеют достаточно мощный светопоток, но за счет длительного срока эксплуатации, старения и безопасности, светодиодные светильники являются лучшим решением для освещения.

Светодиодов зависит от мощности прибора и производителя. При покупке светодиодов, нужно обращать внимание на технических параметрах светильника, чтобы не попасть впросак. Если вы установите лампы с недостаточным световым потоком, это может вызвать проблемы со зрением. Поэтому, выбирать нужно проверенных , которые не спекулируют на технических параметрах и предлагают качественную продукцию. Всем известно, что китайские лампы зачастую не соответствуют заявленным параметрам, которые в среднем завышены на 30-40 %.