В каких единицах измеряется освещенность и яркость света – что такое люксы

Как и в чем измеряется

С появлением ламп, у которых используемая мощность в ваттах стала отличаться от яркости, возник вопрос, как измерить потоки света.

Методика расчёта освещения в бытовых и производственных помещениях

Единицы измерений светового потока 1 люмен – это свет, отдаваемый излучателем с силой в 1 кд в рамках телесного угла в 1 стерадиан. Обозначается буквой Ф.

Для информации. Лампа с нитью накаливания в 100 Вт выдаст поток света, равный 1000 лм. Чем ярче светильник, тем он больше люмен выдаст.

Небольшой перечень приборов, которые применяются для измерения:

• портативный люксметр;
• сферический фотометр;
• люксметр-пульсметр.

Самостоятельно проверить соответствие параметров приобретённого осветительного прибора можно люксметром CEM DT-1300. При помощи этого прибора определяют уровень освещения поверхности или помещения. В комплекте – выносной сенсор, который регистрирует интенсивность потока. Дисплей отображает показания в единицах – Lux или FC. На выполнение измерения необходимо 1,5 секунды.

Что касается точности измерения световых параметров, то сложность заключается в том, что световое излучение – это поток, движущийся во всех направлениях. В лабораторных условиях используют сферические фотометры. Источник помещают в сферу, имеющую высокое оптическое использование измерения.

Интересно. Любая лампочка при излучении имеет пульсацию. Завышенный коэффициент пульсации при тусклом освещении вызывает усталость глаз и со временем снижает зрение. Измерить пульсацию осветительных приборов можно с помощью люксметра – пульсметра.

2.2. Световые величины

Энергетические величины являются исчерпывающими с энергетической
точки зрения, но они не позволяют количественно оценить визуальное восприятие
излучения. Восприятие глазом определяется не только мощностью воспринимаемого
излучения, но также зависит от его спектрального состава (так как глаз
– селективный приемник излучения). Световые характеристики описывают,
как энергию излучения воспринимает зрительная система глаза с учетом спектрального
состава света.

2.2.1. Световые величины

Световые величины обозначаются аналогично энергетическим
величинам, но без индекса.

– световой поток – сила света – освещенность – светимость – яркость

У световых величин нет никакой спектральной плотности,
так как глаз не может провести спектральный анализ.

Сила света:

Если в энергетических величинах исходная единица – это
, то в световых величинах
исходная единица – это сила света (так сложилось исторически). Сила света
определяется аналогично :

,

(2.2.1)

– сила излучения эталона (эталонный излучатель или черное тело) при температуре
затвердевания платины ()
площадью .

Абсолютно черное тело

Рис.2.2.1. Абсолютно черное тело.

Поток излучения:

,
      (2.2.2)

– это поток, который излучается источником с силой света
в телесном угле :.

Освещенность:

,
      (2.2.3)

– освещенность такой поверхности, на каждый квадратный метр которой равномерно
падает поток в .

Светимость:

За единицу светимости принимают светимость такой поверхности,
которая излучает с
световой поток, равный .

Яркость:

За единицу яркости принята яркость такой плоской поверхности,
которая в перпендикулярном направлении излучает силу света с
.

2.2.2. Связь световых и энергетических
величин

Связь световых и энергетических величин связь устанавливается
через зрительное восприятие, которое хорошо изучено экспериментально.
Функция видности
– это относительная спектральная кривая эффективности . Она показывает, как глаз воспринимает излучение различного
спектрального состава.
– величина, обратно пропорциональная монохроматическим мощностям, дающим
одинаковое зрительное ощущение, причем воздействие потока излучения с
длиной волны
условно принимается за единицу. Функция видности глаза максимальна в области
желто-зеленого цвета (550–570 нм) и спадает до нуля для красных и фиолетовых
лучей (рис.2.2.2).

2.2.2. Функция видности глаза.

Определить некую световую величину
(поток, сила света, яркость, и т.д.), по спектральной плотности соответствующей
ей энергетической величины
можно по общей формуле:

(2.2.4)

где
– функция видности глаза, 680 – экспериментально установленный коэффициент
(поток излучения мощностью
с длиной волны
соответствует
светового потока).

Например, сила света:      (2.2.5)яркость:      (2.2.6)

Другие единицы измерения световых величин:

сила света
яркость
освещенность

Сопоставление энергетических и световых единиц:

Энергетические	Световые
Наименование и обозначение	Единицы измерения	Наименование и обозначение	Единицы измерения
поток излучения		световой поток
энергетическая сила света		сила света
энергетическая освещенность		освещенность
энергетическая светимость		светимость
энергетическая яркость		яркость

2.2.3. Практические световые величины
и их примеры

Световая экспозиция

Световая экспозиция –
это величина энергии, приходящейся на единицу площади за некоторое время
(, накопленная
за время от
до ):

,

(2.2.7)

Если освещенность постоянна, то экспозиция определяется
выражением:

      (2.2.8)

Блеск

Для протяженного источника характеристика, воспринимаемая
глазом – . Для характеристика, воспринимаемая глазом – блеск (чем больше
блеск, тем больше кажется яркость). Блеск – это величина, применяемая
при визуальном наблюдении точечного источника света.

Блеск
– это освещенность, создаваемая точечным источником в плоскости зрачка наблюдателя,
.

Видимый блеск небесных тел оценивается в звездных
величинах .
Шкала звездных величин устанавливается следующим экспериментальным соотношением:

      (2.2.9)

Чем меньше звездная величина, тем больше блеск. Например: – блеск,
создаваемый звездой первой величины, – блеск,
создаваемый звездой второй величины.

Яркость некоторых источников, : – поверхность
солнца, – поверхность
луны, – ясное
небо, – нить лампы
накаливания, – ясное
безлунное ночное небо, – наименьшая
различимая глазом яркость.

Освещенность, : – освещенность,
создаваемая солнцем на поверхности Земли (летом, днем, при безоблачном
небе),– освещенность
рабочего места, – освещенность
от полной луны, – порог
блеска (примерно 8-ая звездная величина).

Решение задач на определение световых величин рассматривается
в практическом занятии “Энергетика
световых волн”, пункт “1.2.
Расчет световых величин”.

Единица измерения освещенности.

Единица измерения освещенности – отношение свечения к поверхности, которое оно освещает, принято называть освещенностью. Учитывается именно перпендикулярное падение света на определенную плоскость.

1 люкс = отношение 1 люмена к 1 метру поверхности в квадрате.

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.

В европейских странах есть стандарт качества освещения в рабочих помещениях. Ниже представлены некоторые рекомендации из этого документа.

• 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.

А.4.1 Характеристики поля излучения

Электростанции, аккумулирующие солнечную энергию, существуют давно, но японские ученые хотят охватить ими большую часть Сахары. Экономический эффект от такого мероприятия был бы колоссальным, но напрашивается вопрос, каким образом такие сооружения могут быт экономически обоснованы.

Мнение эксперта
It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике
Задавайте вопросы “Специалисту по модернизации систем энергогенерации”

ОАО Энергия Опытные фотографы и светотехники-профессионалы, пользуются цифровыми экспонометрами, однако можно изготовить и простой прибор с похожим принципом работы своими руками. Спрашивайте, я на связи!

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.

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=О*Пл, где:

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 потрeбляемой 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 прострaнcтвенной плотностью.

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

Производная формула:

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:

Клм = Клк * Км²

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 потрeбляет 100 Вт, а светодиод способен излучать 1000 лм, если потрeбляет 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.

При желании сэкономить лампу накаливания на 100 Вт можно заменить люминесцентным источником на 25-30 Вт или светодиодом на 12-15 Вт

Важно помнить, что энергосберегающей лампочке для создания определенного светового луча требуется в 3-4 раза меньше ватт, светодиодной – в 8-10 раз. Этого вполне достаточно, чтобы выбрать лампы в магазине при условии, что они качественные

Рекомендуемые значения освещённости жилых помещений

При строительстве и дальнейшей эксплуатации помещений, предназначенных для жилья, производится расчёт освещения жилых комнат. Недостаток света, как естественного в дневное время, так и искусственного в вечерние и ночные часы, пагубно сказывается на здоровье людей. Поэтому при расчёте количества осветительных приборов и производстве необходимых измерений освещённости на местах придерживаются норм, которые можно найти в СНиП.

Нормы освещения жилых помещений

Единица освещённости – люкс, как параметр осветительных установок не указывается среди характеристик, но очень важна. От того, какую величину освещённости необходимо получить на поверхности или объекте, зависят высота подвеса источника и угол расположения светового потока.

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 –>

Перечень основных единиц измерения света

При изобилии на рынке продукции разнообразных источников светового излучения возникает путаница в терминах. Потребитель слабо ориентируется в маркировке, нанесённой на световые приборы. Часто возникает вопрос: 1 люмен сколько люкс? Между этими понятиями есть существенное отличие.

К основным световым характеристикам относятся:

• люкс – количество светового излучения на единицу площади;
• люмен – полная величина света, излучаемая источником вокруг себя;
• кандела (свеча) – сила монохроматического излучения источником в определённом направлении.

Важно! Если говорить о мощности (Вт), как о характеристике осветительного прибора, то это будет не совсем корректно. Есть некоторая разница

Мощность светового потока измеряется в люменах. Это количество световой энергии, которое излучение переносит через какую-либо поверхность за единицу времени.

Обозначения на источниках света

При выборе любого источника света, будь то лампочка, светильник или прожектор, необходимо тщательно изучать маркировку, нанесённую на осветительный прибор. Даже если помнить о том, что величина освещения измеряется в люксах, этих данных среди информации можно не обнаружить. Маркировка, наносимая на видимую часть колбы или на корпус светильника:

• товарный знак производителя;
• величина используемого напряжения, В;
• количество ламп в светильнике и мощность;
• название светильника и тип;
• класс защиты;
• способ установки;
• дата изготовления.

В некоторых случаях наносится допустимое расстояние до освещаемой поверхности, если светильник может вызвать изменение температурного режима освещаемого объекта.

Расшифровка маркировки осветительного прибора

Примечания и ссылки

1. Ричард Тайлле , Лоик Злодей и Паскаль Февр , Физический словарь , Брюссель, Де Бок ,2013, стр.  235 “Элементарно 2. ”
2. ↑ и , p.  25.
3. Радиометрия. Photometry , Ed. Techniques Ingénieur
4. Тамер Бехеррави , Геометрическая оптика , De Boeck Supérieur,19 декабря 2005 г., 404  с.
5. Андре Мусса и Поль Понсонне , Курс физики: оптика , Лион, Дезвинь,1988 г.
6. Бернар Балланд , Геометрическая оптика: визуализация и инструменты , Лозанна, политехнические прессы PPUR,1 – го января 2007, 860  с.  ; Оптическое программное обеспечение , Ed. Techniques Ingénieur
7. Пьер-Франсуа Тома , Точность физики и химии: уроки и упражнения , Росни, Editions Bréal,1 – го января 2006, 224  с.
8. (in) Э. Фред Шуберт , Светоизлучающие диоды , Cambridge University Press ,8 июня 2006 г.
9. Международная система единиц (СИ) , Севр, Международное бюро мер и весов ,2019 г., 9- е  изд. , 216  с. , стр.  24.
10. .
11. .
12. ↑ и , p.  33.
13. Закон от 2 апреля 1919 г. об единицах измерения
14. ↑ и Мишель Дюбессе , Руководство Международной системы единиц: лексика и преобразования , Париж, TECHNIP,2000 г., 169  с. , стр.  41 год.
15. на сайте www.bipm.org (по состоянию на 23 октября 2019 г. ) .

Фотометрические и радиометрические величины и единицы
Радиометрия и фотометрия охватывают два типа оптической метрологии, предназначенные для измерения электромагнитного излучения .
Размеры	Фотометрический Количество света Световой поток Интенсивность света Световая яркость Освещенность Световой выход Освещение Радиометрический Электромагнитная энергия Поток энергии Энергоемкость Энергия яркости Энергетическое освещение Энергетический выход Энергетическое воздействие
Единицы СИ	Количество света Электромагнитная энергия люмен-секунда (лм⋅с) джоуль (Дж) Световой поток Поток энергии люмен (лм) ватт (Вт) Интенсивность света Интенсивность энергии кандела (кд) ватт на стерадиан (Вт⋅ср −1 ) Световая яркость Энергетическая яркость кандела на квадратный метр (кд⋅м −2 ) ватт на квадратный метр и на стерадиан (Вт⋅м −2 ⋅sr −1 ) Освещенность Энергетическая освещенность люкс (лк) ватт на квадратный метр (Вт⋅м −2 ) Световой выход Энергетический выход люмен на квадратный метр (лм⋅м −2 ) ватт на квадратный метр (Вт⋅м −2 ) Световое воздействие Энергетическое воздействие люкс-секунда (лкс) джоуль на квадратный метр (Дж⋅м −2 )
Единицы, не входящие в систему СИ, включая англосаксонские	Интенсивность света свеча Carcel Рэйли (R) Световая яркость гнида (нт) стильб (сб) блондель или апостиль (асб) кандела на квадратный дюйм (cd⋅in −2 ) кандела на квадратный фут (cd⋅ft −2 ) Ламберт (L) футламберт ( фЛ ) skot  (en) (sk) Освещенность фот (ph) фут-свеча (fc) NOX (NX)
Другой	Изотропный источник света Ортотропный источник света Закон Ламберта Закон Бугера Закон Стефана-Больцмана Закон планка Закон Вина Закон Рэлея-Джинса Закон смещения Вина Черное тело Радиация Закон излучения Кирхгофа Глоссарий фотометрии и радиометрии
Для каждой единицы СИ первая строка относится к фотометрической концепции, а вторая строка – к радиометрической концепции.

Основные физические величины и связанные с ними обычные единицы измерения
Длина (L)	Единицы длины метр (м) , сантиметр (см) и миллиметр (мм)  · километр (км)  · ярд или ярд , фут и дюйм  · миля (мили)  · морская  · тысяча или милли  · микрометры (. мкм) ( анк. микрон (μ)) · нанометр (нм)  · ангстрем (Å)  · пикометр (пм)  · фемтометр (фм)  · световой год (ы)  · парсек (пк)  · астрономическая единица (а.е.)
Масса (M)	Единицы измерения массы килограмм (кг) и грамм (г)  · фунт (фунт) и унции (унции)  · тонна (т)
Время (T)	Единица времени секунда (ы)
Электрическая интенсивность (I)	Электрический блок ампер (А)
Температура ( Θ )	Единицы измерения температуры кельвин (K)  · градус Цельсия (° C)  · градус Фаренгейта (° F)
Кол-во материала (N)	Единица количества материала моль (моль)
Сила света (Дж)	Фотометрические единицы кандела (cd)  · свеча  · карсель
Международная система единиц (СИ)  · Основные единицы СИ  · Анализ измерений  · Величина Примечания: жирным шрифтом  : 7 юридических основных единиц СИ; количества и фотометрические единицы являются единственными субъективными ссылками СИ –

• Портал оптики
• Физический портал

Что такое люмен и люкс

Любой источник света можно охарактеризовать силой излучаемого света. В международной метрической системе она измеряется в канделах (кд). Производной от канделы является величина, характеризующая непосредственно световой поток, — люмен, сокращенно — лм.

Важно: на современных лампах и изделиях со светодиодами указывается величина испускаемого ими светового потока в люменах либо значение светоотдачи в люменах на Ватт (лм/Вт). Световая отдача в конкретных цифрах описывает эффективность преобразования электрической энергии в световую и характеризует экономичность лампы

Чтобы получить только люмены, необходимо значение в лм/Вт умножить на значение мощности изделия в ваттах. Например, светоотдача 100-ваттной лампы накаливания составляет 15 лм/Вт. Значит теоретически она испускает свет в 1500 лм. В реальности всегда происходят потери в светосиле. В первую очередь, это обусловлено материалом самой лампы

Световая отдача в конкретных цифрах описывает эффективность преобразования электрической энергии в световую и характеризует экономичность лампы. Чтобы получить только люмены, необходимо значение в лм/Вт умножить на значение мощности изделия в ваттах. Например, светоотдача 100-ваттной лампы накаливания составляет 15 лм/Вт. Значит теоретически она испускает свет в 1500 лм. В реальности всегда происходят потери в светосиле. В первую очередь, это обусловлено материалом самой лампы.

Рассмотрение движения световых волн в пространстве неизбежно приводит к возникновению понятия освещенности, потому что свет не светит сам в себя, он всегда направлен наружу от источника и делает другие предметы видимыми для человеческого глаза. Очевидно, что при этом он падает на поверхность определенной площади, отчего она становится освещенной.

Люкс — это единица измерения освещённости. Если световой поток в 1 люмен перпендикулярно и равномерно падает на участок поверхности единичной площади (1 м²), ее освещенность составит 1 люкс.

Абсолютное значение освещенности в люксах будет всегда кратно меньше значения светового потока в люменах для каждого конкретного источника света, так как связь между этими величинами обратно пропорциональна. Чем больше освещаемая площадь, тем характеристики освещенности хуже. Так, например, лампа накаливания в 1500 лм, помещенная в непрозрачный куб с площадью грани в 1 м², строго в его центре, то есть равноудаленно от всех его сторон, будет освещать всего 6 м² (4 боковые стороны по 1 м², 1 нижняя + 1 верхняя). Значит освещенность внутри такого куба составит:

1500 лм /6 м² = 250 лк.

Теперь пусть та же самая лампочка в люстре освещает квадратную — для удобства подсчета — комнату с длиной стены в 4 м. Это будет тот же куб с площадью каждой грани в 16 м², а общая площадь составит 96 м². При этом для чистоты подсчета лампочку следует подвесить в центре комнаты на отметке в 2 м от пола и потолка. Тогда освещенность в каждой точке комнаты составила бы:

1500 лм/96 м² = 15,625 лк.

На практике так никто не делает, максимальная длина подвеса люстры составляет всего 0,5 м. Ориентируясь на визуальные ощущения, человек почувствует, что непосредственно под лампочкой света больше, чем в углах комнаты, а лучше всего освещена небольшая площадь на потолке в месте крепления светильника при условии, что его конструкция открыта сверху.

В быту, кроме светосилы, на освещенность поверхности влияют следующие факторы:

• расстояние до источника света;
• расположение источника света;
• его форма;
• угол падения света (поворот и наклон цоколей);
• кривизна самой поверхности;
• изменение пространственных характеристик;
• отражающие свойства поверхности (например, черную бархатную поверхность и зеркала следует освещать по-разному).

Поэтому на практике теоретические подсчеты бесполезны, и для измерения освещенности пользуются люксметром.