Световой поток - что такое и в чем измеряют: формула и единицы измерения силы света, какой мощности и яркости должна быть лампа

Обновлено: 08.05.2024

Световой поток - это качество излучаемого света, измеряемое в люменах.

Этот показатель используется для определения освещенности на квадратный метр.

Если выражаться простыми словами, то световым потоком можно назвать количество света, излучаемого светильником или отдельной лампочкой.

Он влияет на зрение, поэтому параметры нормированы законодательно.

При отсутствии приборов для измерения значения рассчитываются при помощи формул.

Что такое «световой поток»

Физики световым потоком обозначают мощность видимого глазами светового излучения (его электромагнитную энергию), которая проходит через тело или поверхность за определенное время. Человеку, не имеющему определенного уровня знаний в физике, это понятие ни о чем не говорит. В быту световой луч определяет свойства и качество освещения в зависимости от вида лампы. Для промышленных, общественных и офисных зданий значения регламентированы, в частном доме показатели можно использовать при расчете системы освещения.

Физики знают, что световая энергия - это электромагнитные волны, глаза человека их видят только в определенном диапазоне длины.

Качество светового луча зависит от:

мощности источника;
химического состава лампы;
особенностей колбы (линзы);
уровня светоотдачи.

В быту важно знать, что световой поток прямо пропорционален мощности лампы.

Внимание! Речь идет не о мощности, потребляемой лампочкой из сети, а о мощности излучения, то есть, яркости света.

Еще одно определение понятия «световой поток» - общий объем света, не зависящий от установленной вокруг лампы оптической системы. Например, лампа с нитью накаливания излучает 415 люмен независимо от конструкции и материала абажура.

Единица измерения светового потока

Для измерения светового потока используются люмены, значение для конкретной лампочки наносится на заводскую упаковку.

1 люмен - это световой луч, выдаваемый источником, обладающим мощностью 1 кандела, внутри угла 1 стерадиан (ср). Если использовать цифры, то получается, что 1 лм излучает источник с мощностью 1/683 Вт при длине волны 555 Нм.

Стерадиан - это угол, вырезающий в сфере площадь с определенным радиусом (р). Это значит, что 1 кд излучает 4р лм.

Существуют производные единицы измерения для светотехники:

микролюмен - 10-6 лм;
милилюмен - 10-3 лм;
килолюмен - 103 лм;
мегалюмен - 106 лм и др.

Измерение светового потока

Для измерения светового луча используются 2 вида приборов: сферические фотометры и фотометрические гониометры. Основная проблема заключается в необходимости определить параметры светового луча, движущегося сразу в нескольких направлениях.

Сферический фотометр - это сфера с коэффициентом отражения 1. Лампочкаа помещается в центр, рассеянный световой луч измеряет фотоэлемент, вставленный в стену. Результат сравнивается с показателями эталонного источника.

Фотометрический гониометр оснащен люксметром, который во время светового излучения перемещается по всем позициям сферы. Данные освещенности интегрируются, получается значение в люменах.

Важно! Люксметр должен быть калибрирован в абсолютных значениях, 1 лк = 1 лм/м².

Определяющие формулы

При желании определить световой поток самостоятельно в доме должен быть люксметр. Измерение люксов проводится в нескольких точках одного помещения, потом используется формула:

П - световой луч (лм);

О - освещенность (лк);

Пл - площадь помещения.

Значение П обозначается на упаковке лампы.

Узнать примерное значение светового потока возможно без приборов и формул из таблиц, размещенных в сети интернет.

Что такое кандела

Кандела (кд) - единица измерения силы света, равная световому излучению восковой свечи или 1/683 Вт/ср при частоте 540-1012 герц (соответствует зеленому цвету). При изменении частоты меняется объем потребляемой электроэнергии.

Силой света называется показатель, позволяющий определить часть светового потока, который источник излучает в одном направлении. Если световой луч определить как объем, то силу света можно назвать его пространственной плотностью.

Уравнение 1 кд = 1 лм верное только при условии, что световой луч распространяется под углом 65о в конусе.

1 лм = 1 кд *1 ср.

Люмены и люксы

Случается, что в процессе планирования системы освещения путаются два понятия: люмен и люк. Люмен - полный объем излучаемого светового потока, люкс - показатель уровня освещенности. Люкс - часть люмена, достигшая освещаемой площади и распределенная по ней. Так как до освещаемого объекта весь световой поток не доходит, прямой связи между этими двумя показателями нет. Отношение 1 лк = 1 лм/м2 можно считать верным только при распределении по одному метру квадратному всего люмена.

Если проводится расчет освещенности для конкретного помещения, используется формула:

Клк = Клм/Км2, где:

Клк - цифра, указывающая на количество лк;

Клм - цифра, указывающая на количество лм;

Км2 - площадь (цифра, указывающая количество м2).

Чтобы перевести лк и лм, используется формула:

Люмен и ватт

Совсем недавно лампы выбирались по мощности (количеству ватт). Чем больше ватт, тем выше интенсивность освещения. Сейчас даже отечественные производители на заводских упаковках обозначают люмены. Чем их больше, тем качественнее освещение.

По этой причине можно подумать, что Вт и лм свободно переводятся друг в друга. Это не совсем верно, так как Вт определяет мощность, лм - объем светового луча источника.

Пример: лампа накаливания излучает световой поток 1340 лм, если потребляет 100 Вт, а светодиод способен излучать 1000 лм, если потребляет 13 Вт.

То есть, сила света напрямую не зависит от мощности. Но эти параметры все же связаны между собой. Светоотдача, являющаяся показателем эффективности светового источника - это лм/Вт. Расчет светоотдачи требуется для определения экономичности.

Чтобы перевести люмены в ваты, необходимо учесть дополнительные параметры:

вид лампы;
светоотдачу (соотношение Вт/лм);
эффективность светоотражателя светильника;
потери из-за рассеивателя;
объем светового потока, прошедший мимо.

Облегчить себе жизнь можно, если найти в сети интернет калькулятор и скачать на компьютер. Имеются так же стандартизированные показатели для разных видов лампочек, позволяющие определить, чем заменить, например, лампочку накаливания, не теряя в уровне освещенности.

Известны данные лампочек накаливания с различной мощностью:

200 Вт - 2500 лм;
150 Вт - 1800 лм;
100 Вт - 1100 лм;
75 Вт - 750 лм;
60 Вт - 550 лм;
40 Вт - 400 лм;
20 Вт - 250 лм.

Знать точные определения понятий, используемых при расчетах систем освещения, рядовому потребителю не обязательно. Если необходимо просто заменить выгоревшую лампочку, достаточно помнить, что ватт - это совсем не люмен. Первый определяет мощность, второй - освещенность. При переходе на другой вид источников света вполне можно обойтись без расчетов, если найти таблицу в интернете.

Сейчас при покупке ламп необходимо ориентироваться не на ватты, а на люмены, и помнить, что этот показатель во многом зависит от конструкции источника. Например, люминесцентная лампа вполне способна обеспечивать 2500-2500 лм, причем показатель зависит от особенностей колбы. Чаще всего проблемы создают светодиодные источники, если покупаются некачественные изделия.

При выборе необходимо учитывать так же снижение яркости свечения в процессе эксплуатации. Показатели у разных источников отличаются. Лампа накаливания может терять до 15% потока, люминесцентная - до 30%, светодиодная - до 5-10%. При покупке обязательно учитывается необходимый запас.

Если проводится самостоятельный ремонт с изменением системы освещения, лучше заказать светорасчет. Любая ошибка может обернуться дополнительными затратами. Самостоятельно учесть все нюансы без специального программного обеспечения невозможно. При верном выборе специалиста он поможет выбрать вид ламп, позволяющий сэкономить на электроэнергии. После установки не будет неприятного сюрприза в виде недостаточного уровня освещенности.

Вопрос, в чем измеряется световой поток, стал иметь значение для пользователей осветительных приборов только тогда, когда появились виды ламп, яркость которых не равнялась потребляемой мощности, измеряемой в ваттах.

Разберемся, как связано понятие яркости с понятием освещенности, а также как можно представить распределение потока света по помещению и правильно выбрать подходящий осветительный прибор.

Что такое световой поток?

Поток света - это мощность светового излучения, видимого глазом человека; световая энергия, излучаемая поверхностью (светящейся или отражающей лучи). Энергия светового потока измеряется в люмен-секундах и соответствует потоку 1 люмен, излучаемому или воспринимаемому за 1 секунду. Этот показатель описывает полный поток, не учитывая сосредоточивающую эффективность всего прибора. Такая оценка включает также рассеянный, бесполезный свет, поэтому одно и то же количество люменов может оказаться у разных по конструкции источников.

Следует различать световую величину и энергетическую - последняя характеризует свет независимо от его свойства вызывать зрительные ощущения. Каждая фотометрическая световая величина имеет аналог, который можно выразить количественно в единицах энергии или мощности. Для световой энергии таким аналогом является энергия излучения (лучистая энергия), измеряемая в джоулях.

1 люмен - это свет, излучаемый источником с силой света в 1 канделу в пределах телесного угла в 1 стерадиан. 100-ваттная лампа накаливания создает поток света, примерно равный 1000 люменов. Чем ярче источник света, тем больше люменов он излучает.

Кроме люменов есть другие единицы измерения, позволяющие охарактеризовать свет. Можно измерить пространственную и поверхностную плотность потока - так мы узнаем силу света и освещенность. Сила света измеряется в канделах, освещенность - в люксах. Но для потребителя важнее разобраться, в каких единицах указывают яркость лампочек и прочих осветительных приборов при продаже. Некоторые производители сообщают количество люменов, деленных на ватт. Так измеряется световая эффективность (светоотдача): сколько света лампа выдает, затратив 1 ватт.

Определяющие формулы

Поскольку любой источник света излучает его неравномерно, число люменов не дает полной характеристики осветительного прибора. Вычислить силу света в канделах можно, разделив его поток, выраженный в люменах, на телесный угол, измеряемый в стерадианах. Используя эту формулу, удастся учесть совокупность лучей, идущих от источника, когда они пересекают поверхность воображаемой сферы, образуя на ней круг.

Но возникает вопрос, что дает на практике число кандел, которое мы найдем; найти подходящий светодиод или фонарь только по параметру силы света невозможно, нужно учитывать еще соотношение угла рассеивания, зависящего от конструкции прибора. Выбирая лампы, равномерно светящие во все стороны, важно понять, подходят ли они для целей покупателя.

Если раньше лампочки в разные помещения подбирали, ориентируясь на количество ватт, то перед покупкой светодиодных ламп придется посчитать их суммарную яркость в люменах, а потом разделить эту цифру на площадь комнаты. Так вычисляется освещенность, которая измеряется в люксах: 1 люкс - это 1 люмен на 1 м². Существуют нормы освещенности для помещений разного назначения.

Перед тем как выпустить продукцию на рынок, производитель делает в лабораторных условиях определение и измерение характеристик осветительного прибора. В домашних условиях, не имея специальных приборов, это сделать нереально. Но проверить цифры, указанные производителем, можно с помощью вышеприведенных формул, воспользовавшись компактным люксметром.

Сложность точного измерения параметров света заключается в том, что он исходит во всех возможных направлениях распространения. Поэтому лаборатории используют сферы с внутренней поверхностью, которая имеет высокий коэффициент отражения - сферические фотометры; применяют их и для измерения динамического диапазона фотоаппаратов, т.е. светочувствительности их матриц.

В быту больше смысла имеет измерять такие важные параметры света, как освещенность помещений и коэффициент пульсации. Высокий коэффициент пульсации и тусклое освещение заставляют людей чрезмерно напрягать глаза, что быстрее вызывает усталость.

Коэффициент пульсации потока света - это показатель, характеризующий степень его неравномерности. Допустимые уровни этих коэффициентов регулируются СанПиН.

Не всегда можно заметить невооруженным глазом, что лампочка мерцает. Тем не менее даже незначительное превышение коэффициента пульсации влияет на центральную нервную систему человека негативно, а также уменьшает работоспособность. Свет, который может неравномерно пульсировать, излучают все экраны: мониторы компьютеров и ноутбуков, дисплеи планшетов и мобильных телефонов, экран телевизора. Пульсацию измеряют люксметром-пульсметром.

Что такое кандела?

Еще одной важной характеристикой источника света является кандела, входящая в 7 величин Международной системы единиц (СИ), принятых Генеральной конференцией по мерам и весам. Изначально 1 кандела равнялась излучению 1 свечи, принятой за эталон. Отсюда и возникло название этой единицы измерения. Сейчас ее определяют по специальной формуле.

Кандела - это сила света, измеряемая исключительно в заданном направлении. Распространение лучей на часть сферы, очерченную телесным углом, позволяет вычислить величину, равную отношению светового потока к этому углу. В отличие от люменов эта величина используется для определения интенсивности лучей. При этом не учитывается бесполезный, рассеянный свет.

У карманного фонаря и потолочного светильника световой конус будет разным, так как лучи падают под разным углом. Канделы (точнее, милликанделы) используют для обозначения силы света источников с направленным свечением: индикаторных светодиодов, карманных фонариков.

Люмены и люксы

В люменах измеряется величина потока света, это характеристика его источника. То количество лучей, которое добралось до какой-либо поверхности (отражающей или поглощающей), уже будет зависеть от расстояния между источником и этой поверхностью.

Уровень освещенности измеряется в люксах (лк) специальным прибором - люксметром. Самый простой люксметр состоит из селенового фотоэлемента, преобразующего свет в энергию электрического тока, и стрелочного микроамперметра, измеряющего этот ток.

Спектральная чувствительность селенового фотоэлемента отличается от чувствительности человеческого глаза, поэтому в разных условиях приходится использовать поправочные коэффициенты. Самые простые люксметры предназначены для измерения какого-то одного типа освещенности, например, дневного света. Без использования коэффициентов погрешность может составлять более 10%.

Люксметры высокого класса оснащаются светофильтрами, специальными насадками сферической или цилиндрической формы (для измерения пространственной освещенности), приспособлениями для измерения яркости и контрольной проверки чувствительности прибора. Их уровень погрешности - около 1%.

Плохая освещенность помещений способствует развитию близорукости, плохо сказывается на работоспособности, вызывает усталость, снижение настроения.

Минимальная освещенность поверхности компьютерного стола по СанПиН - 400 люкс. Школьные парты должны иметь освещенность не менее 500 люкс.

Люмен и ватт

Энергосберегающие лампы при той же светоотдаче потребляют в 5-6 раз меньше электрической энергии, чем лампы накаливания. Светодиодные - в 10-12 раз меньше. Мощность светового потока уже не зависит от количества ватт. Но производители всегда указывают ватты, так как использование слишком мощных лампочек в не предназначенных для такой нагрузки патронах приводит к порче электроприборов или короткому замыканию.

Если расположить самые распространенные виды лампочек в порядке возрастания светоотдачи, можно получить такой список:

Лампа накаливания - 10 люмен/ватт.
Галогенная - 20 люмен/ватт.
Ртутная - 60 люмен/ватт.
Энергосберегающая - 65 люмен/ватт.
Компактная люминесцентная лампа - 80 люмен/ватт.
Металлогалогенная - 90 люмен/ватт.
Светодиодная (LED) - 120 люмен/ватт.

Но большинство людей привыкли при покупке лампочек смотреть на количество ватт, указанное производителем. Чтобы подсчитать, сколько нужно ватт на квадратный метр, сначала стоит определиться, насколько ярким должен быть свет в помещении. 20 ватт лампы накаливания на 1 м² - такое освещение подойдет для рабочего места или гостиной; для спальни будет достаточно 10-12 ватт на 1 м². При покупке энергосберегающих ламп эти цифры делят на 5. Важно учесть и высоту потолка: если он выше 3 м, общее количество ватт следует умножить на 1,5.

Как у любого физического явления, есть свои характеристики у света. И фонарик, и большой прожектор создают световой поток. Сила света — это термин, который часто встречается во многих источниках, описывающих освещение.

Что это такое

Интенсивность света — это показатель, который отображает объем световой направленной энергии в единицу времени. От силы света зависит мощность любого осветительного прибора. Но можно объяснить данное понятие и более простым языком.

Данный показатель означает, сколько света излучает источник. Однако большинство населения называет это свойство осветительных приборов яркостью. Ученые сразу скажут, что подобные названия не равноценны. Чтобы понять разницу между этими терминами, достаточно провести небольшой эксперимент.

Если взять 2 одинаковые лампы накаливания и поместить одну из них в прожектор с малым углом рассеивания, а другую включить без прожектора, то для наблюдающего за экспериментом человека более ярким будет казаться свет прожектора, хотя в действительности поток, исходящий от обоих источников будет одинаковым. Чувствительность человеческих глаз к свету зависит от длины волны данного потока.

Как и в чем измеряется

Единица светового потока обозначается 1 люмен (лм или lm), при этом 1 люмен приравнивается к световому потоку с силой в 1 канделу, излучаемую в 1 стерадиан. Яркость освещения исчисляется в кд/м².

Интенсивность никогда не изображается прямой линией на графике. Она распространяется в разных направлениях и имеет телесный угол. Вершина такого угла располагается в центре сферы. Размеры угла интенсивности освещения выражаются в стерадианах.

В отличие от привычного плоского угла из геометрии, этот угол является объемным и графически будет передаваться в виде конуса. Хотя специалисты считают такое сравнение не совсем корректным.

Лампа накаливания в 100 В имеет силу светового потока в 1380 лм, а люминесцентная лампа ЛБ 40 В - 2800 лм.

Яркость люминесцентных ламп находится в промежутке от 5000 до 15000 кд/м².
Яркость поверхности солнца имеет значение 2000000000 кд/м².

Знать, какой поток создает осветительный прибор, необходимо для того, чтобы правильно организовать освещение в помещении. Но часто производители не указывают данный параметр на упаковках даже ламп накаливания. Силу потока можно соотнести с мощностью осветительного прибора. Существуют специальные таблицы, где прослеживается такая зависимость. Данные в ней получены путем измерений.

Наиболее интенсивный поток света создают диодные лампы при относительно небольшой мощности. Так, светильник мощностью в 16 Вт создает поток в 1400 лм. На практике это будет означать, что данные осветители будут светить ярче.

Существует величина, которая тоже описывает освещение, - светимость. Данный показатель характеризует плотность потока, который испускает светящаяся поверхность. Измеряется светимость в Вт/м².

Полезное видео по теме:

Плотность и мощность светового потока

Физической величиной, выражающей поток, является количество мощности, падающей на поверхность. Эта величина не зависит от телесного угла. Данная характеристика учитывается при сравнении разных источников света при заданной величине мощности.

При упоминании мощности света следует учитывать, что это не мощность, которая потребляется лампочкой при работе. В этом случае под мощностью подразумевается излучение света.

Что еще важно знать

Световой поток может изменяться в зависимости от того, в какой плоскости разместить осветительный прибор. Например, расположенная на потолке лампа в люстре будет испускать поток освещения в неизменном виде в границах, определяемых плафоном. В других направлениях свет будет рассеиваться равномерно.

Также при организации освещения в помещениях следует обязательно учитывать цвет стен. Поток, отражаемый от светлых стен, будет более мощным, чем при отражении от темных поверхностей.

При правильном подходе к организации освещения можно уменьшить расходы на электричество. Достаточно лампу в 100 Вт заменить на люминесцентную в 30 Вт. Большая экономия будет наблюдаться, если для освещения использовать светодиодную лампочку в 12 Вт. При этом уровень освещенности в комнате будет примерно одинаковым.

При покупке ламп необходимо учитывать, что на 1 м² площади должно приходиться 15-20 Вт от принятой нормы. Подобный расчет является приблизительным. При определении типа освещения следует учитывать и цветовой спектр ламп.

Например, имеется помещение под гостиную с площадью в 14,5 м². Подсчитаем, какие источники света понадобятся для ее освещения.

Для данного помещения общий световой поток должен рассчитываться по формуле: 15,5 м² x 150 лк = 2325 лм. Потом подбираются светильники и лампы, исходя из этого параметра. Высчитывается необходимое их количество. Если покупаются лампы в 550 лм, потребуется 5 подобных ламп для нормального освещения помещения.

При замене простой лампочки необходимо помнить, что ватты и люмены - это разные величины. Покупая лампочку, в первую очередь необходимо обращать внимание на ее яркость и лишь потом на мощность. Если на лампочке нет необходимой маркировки, надо найти освещенность в специальной таблице (например, в Интернете).

При установке источников света в квартире или доме необходимо учитывать и конструкции светильников. Яркость свечения может изменяться со временем. Чем дольше служит лампа, тем больше яркости она теряет. У лампы накаливания исчезает до 15% потока. У люминесцентной лампы эти потери в 2 раза выше. Меньше всего яркости теряет светодиодная лампа - около 10%.

Рекомендуем посмотреть видео по теме:

При реконструкции освещения соответствующие расчеты заказывают у специалистов. Если не сделать все правильно сразу, то в дальнейшем это будет чревато дополнительными финансовыми потерями.

Для того, чтобы правильно рассчитать расположение источников света и выбрать необходимый тип ламп, используют специальные программы.

Читайте также: