Световой поток — единица измерения в фотометрии¶
Световой поток — физическая величина, характеризующая мощность излучения, приведённую к зрительному ощущению света. Измеряется в люменах (лм) в Международной системе единиц (СИ). В отличие от ватта, измеряющего физическую мощность излучения, люмен учитывает, насколько эффективно человеческий глаз воспринимает излучение различной длины волны: одинаковая физическая мощность излучения в разных спектральных областях даёт разный световой поток.
¶Определение и физический смысл
Световой поток Φ (фи) определяется как производная световой энергии по времени: Φ = dQ/dt, где Q — световая энергия. Единица измерения — люмен (лм). Один люмен равен световому потоку, излучаемому точечным источником изотропного (равномерного во всех направлениях) излучения силой 1 кандела на стерадиан:
1 лм = 1 кд · ср
Кандела, в свою очередь, — основная единица СИ, определяемая через яркость непрерывного излучения. Таким образом, люмен связан с системой СИ через единицы силы света и стерадиан.
Световой поток связан с силой света I соотношением:
Φ = ∫ I dω
где интегрирование ведётся по всему телесному углу ω, на который распространяется излучение. Для изотропного источника Φ = 4πI.
¶Спектральная световая чувствительность
Ключевое свойство люмена — учёт спектральной световой чувствительности человеческого глаза. Глаз не одинаково воспринимает излучение разной длины волны: пик чувствительности приходится на зелёную область спектра (около 555 нм) при дневном зрении (фотопическом) и около 507 нм при ночном (скотопическом). Для учёта этого вводится функция спектральной световой эффективности V(λ).
Световой поток монохроматического излучения вычисляется как:
Φ = K · P · V(λ)
где P — излучаемая мощность (Вт), K = 683 лм/Вт — максимальная световая эффективность излучения с длиной волны 555 нм.
Это означает, что источник мощностью 1 Вт в зелёной области спектра даёт световой поток до 683 лм, тогда как источник такой же мощности в красной или синей области даёт существенно меньшее значение. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, невидимое глазом, имеют световой поток, равный нулю, хотя и несут физическую энергию.
¶Отношение к другим фотометрическим величинам
Световой поток — базовая фотометрическая величина, из которой выводятся остальные:
| Величина | Единица | Определение |
|---|---|---|
| Световой поток | люмен (лм) | Φ = dQ/dt |
| Сила света | кандела (кд) | I = dΦ/dω |
| Световая экспозиция | люкс · секунда | H = dE/dt |
| Яркость | кд/м² | L = d²Φ/(dω · dA · cosθ) |
| Светимость (потокосила) | лм/Вт | Φ/P |
Светимость (световая отдача) — отношение светового потока к потребляемой электрической мощности, измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Это ключевой показатель эффективности источников света.
¶Световой поток ламп
Световой поток — основная характеристика источников света, указываемая на упаковке и в технической документации. Сравнительные значения для типовых ламп:
| Тип лампы | Мощность | Световой поток |
|---|---|---|
| Лампа накаливания | 60 Вт | ~700–750 лм |
| Лампа накаливания | 100 Вт | ~1300–1350 лм |
| Компактная люминесцентная | 15 Вт | ~800–900 лм |
| Светодиодная | 10 Вт | ~900–1100 лм |
| Натриевая ДНаТ | 70 Вт | ~6000 лм |
Световая эффективность ламп накаливания составляет около 12–15 лм/Вт, люминесцентных — 50–80 лм/Вт, светодиодных — 80–150 лм/Вт, натриевых ламп высокого давления — до 100 лм/Вт. Стремление к повышению световой эффективности является одним из основных направлений развития осветительной техники.
¶Измерение и расчёт
Световой поток измеряется с помощью люксметров (косвенно, через освещённость на известном расстоянии) и сфера-люксметров (интегрирующих сфер). Интегрирующая сфера позволяет измерить полный световой поток источника независимо от диаграммы направленности.
При расчёте освещённости рабочей поверхности используется формула:
E = Φ · n · η · U · M / A
где n — число ламп, η — коэффициент использования светового потока, U — коэффициент запаса, M — коэффициент эксплуатации, A — площадь помещения.
¶Применение
Световой поток применяется в осветительной технике для характеристики источников света, в светотехнических расчётах при проектировании освещения зданий и улиц, в стандартизации — нормы освещённости в строительных нормах (СНиП, СанПиН) задаются в люксах, что связано со световым потоком через освещённость.
В России световой поток подлежит метрологической поверке; эталон светового потока хранится в ВНИИ метрологии имени Д. И. Менделеева.
¶История
Единица люмен была принята на Международной электротехнической комиссии (МЭК) в 1948 году на 11-й Генеральной конференции по мерам и весам. До этого использовались другие единицы — международный люмен и фут-кандела, имевшие приблизительное соответствие современному определению.
