Опубликовано

Яркость света

Параметры светового излучения

Свет как физическое явление характеризуется многими параметрами. Основные используемые в физике таковы:

  • Сила света;
  • Светимость;
  • Яркость;
  • Освещенность;
  • Световая температура.

Сила света определяет количество световой энергии, излучаемой источником света за промежуток времени. Другими словами, это то, насколько мощный световой поток способен излучить источник света.

Светимость — это световой поток на единицу светящейся поверхности. Чем больше светимость, тем более светлой кажется излучающая поверхность. Единица светимости — люмен на квадратный метр.

Яркость — это световой поток в определённом, узком направлении. Обычно говорится об этой величине в контексте точечного источника излучения. При большой светящейся площади определяется ее средняя яркость.

Термин освещенность применяется по отношению к освещаемой поверхности. Это отношение светового потока к площади поверхности, то есть насколько хорошо она освещена.

Световая температура показывает воспринимаемый цвет источника излучения. Она измеряется в единицах температуры — Кельвинах — и соответствует температуре излучающего, нагретого до этих градусов тела. Субъективно она воспринимается теплой или холодной. Чем более высокой является цветовая температура, тем более холодным будет цвет. Теплый — это желтый и красноватый, холодный — голубой и фиолетовый.

Измерение яркости

Поскольку свет имеет измеримые параметры, то яркость как параметр света имеет свои единицы измерения. Сейчас, по интернациональной системе СИ, яркость измеряется в канделах на квадратный метр, значение этой единицы соответствует принятой в старину единице нит, величина которой выражалась отношением одной канделы к одному метру в квадрате. Кроме нитов, единицами яркости также были:

  • Стильб;
  • Апостильб;
  • Ламберт.

Апостильб в настоящее время является устаревшей величиной, которая вышла из употребления она в 1978 году. Она обозначала яркость поверхности площадью 1 квадратный метр и излучающей световой поток в 1 люмен.

Величина стильб используется системе измерений СГС. В этой системе основными мерами являются меры длины, веса и времени, что в расшифровке аббревиатуры СГС соответствует величинам сантиметр, грамм, секунда. В более поздних версиях системы появились электрические и магнитные расширения СГСЭ и СГСМ. Здесь и находится и стильб, как единица измерения электромагнитного излучения.

Ламберт — это внесистемная единица. Появилась и используется преимущественно в Америке. Ее название происходит от имени немецкого физика Иоганна Ламберта, проводившего исследования в теории систем, иррациональных чисел, фотометрии и тригонометрии. Один ламберт — это единица яркости светящейся поверхности площадью в один квадратный сантиметр и обладающей световым потоком в один люмен.

Применение в астрономии

В астрономии также используются единицы измерения яркости для небесных тел. Они характеризуют небесные тела по излучательной или отражательной способности. Отраженный свет небесных тел может быть весьма ярким, достаточно вспомнить свет Луны или затмевающую свет многих звезд утреннюю Венеру. Оба этих небесных тела светят отраженным светом Солнца.

Единица яркости небесных тел выражается звездной величиной участка неба размером одна квадратная секунда. Простыми словами звездную величину можно определить как светимость точечного объекта звездного неба. Квадратной секундой считается 1/648000 от объемного угла, именуемого стерадиан.

Астрономическую яркость можно сравнить с обычной. Одна звездная величина с квадратной секунды равна 8,96 микрокандел на квадратный метр.

Яркость неба в безлунную ночь выражается величиной 0,0002 кд/м2. Измерять светлоту темных объектов важно для фотометрии: таким образом можно понять, какой объект звездного неба и насколько перекрывает светимостью другие объекты. По уменьшению интенсивности света звезд судят о возможном закрытии их светящегося диска планетами, и даже о размере и составе атмосферы этих планет! Эта величина играет важную роль в астрономии, фотографии и видеографии, а также у художников и специалистов по освещенности рабочих мест.

Для экранов телевизоров

Современный плазменные и жидкокристаллические экраны телевизоров могут достигать яркости в 400−500 кд/м2. Однако это сомнительное преимущество, так как увеличение этой величины приводит к повышению усталости глаз и требует увеличения частоты и длительности отдыха. Особенно это влияет на глаз при просмотре телевизора или работе с компьютером в темноте или при слабом освещении. Для человеческого глаза комфортное значение устанавливается в пределах 150−200 кандел на квадратный метр. Санитарными правилами и нормами установлено ограничение яркости экрана при работе в 200 кд/м2.

Повышенное значение интенсивности излучения приветствуется только при просмотре фильмов с 3D эффектом, так как используемые при этом 3D очки сильно поглощают излучение экрана, делая его более темным. При выборе устройств с жидкокристаллическими и плазменными экранами стоит обращать внимание на равномерность подсветки. Некачественные экраны отображают центр более ярким, при этом оказывается сильно заметным спадание мощности подсветки к краям дисплея.

Яркость

У этого термина существуют и другие значения, см. Яркость (значения).

Я́ркость источника света — световой поток, посылаемый в данном направлении, делённый на малый (элементарный) телесный угол вблизи этого направления и на проекцию площади источника на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения. Иначе говоря — это отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади её проекции на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения.

B ( α ) = d I ( α ) d σ cos ⁡ α {\displaystyle B(\alpha )={\frac {dI(\alpha )}{d\sigma \cos \alpha }}}

В определении, данном выше, подразумевается, если рассматривать его как общее, что источник имеет малый размер, точнее малый угловой размер. В случае, когда речь идёт о существенно протяжённой светящейся поверхности, каждый её элемент рассматривается как отдельный источник. В общем случае, таким образом, яркость разных точек поверхности может быть разной. И тогда, если говорят о яркости источника в целом, подразумевается вообще говоря усреднённая величина. Источник может не иметь определённой излучающей поверхности (светящийся газ, область рассеивающей свет среды, источник сложной структуры — например туманность в астрономии, когда нас интересует его яркость в целом), тогда под поверхностью источника можно иметь в виду условно выбранную ограничивающую его поверхность или просто убрать слово «поверхность» из определения.

В Международной системе единиц (СИ) измеряется в канделах на м². Ранее эта единица измерения называлась нит (1нт=1кд/1м²), но в настоящее время стандартами на единицы СИ применение этого наименования не предусмотрено.

Существуют также другие единицы измерения яркости — стильб (сб), апостильб (асб), ламберт (Лб):

1 асб = 1/π × 10−4 сб = 0,3199 нт = 10−4 Лб.

  • Вообще говоря, яркость источника зависит от направления наблюдения, хотя во многих случаях излучающие или диффузно рассеивающие свет поверхности более или менее точно подчиняются закону Ламберта, и в этом случае яркость от направления не зависит.
  • Последний случай (при отсутствии поглощения или рассеяния средой — см. ниже) позволяет в определении рассматривать и конечные телесные углы и конечные поверхности (вместо бесконечно малых в общем определении), что делает определение более элементарным, однако надо понимать, что в общем случае (к которому при требовании большей точности относятся и большинство практических случаев) определение должно основываться на бесконечно малых или хотя бы физически малых (элементарных) телесных углах и площадках.
  • В случае поглощающей или рассеивающей свет среды видимая яркость, конечно, зависит и от расстояния от источника до наблюдателя. Но само введение такой величины, как яркость источника, мотивировано не в последнюю очередь именно тем фактом, что в важном частном случае непоглощающей среды (в том числе вакуума) видимая яркость от расстояния не зависит, в том числе в том важном практическом случае, когда телесный угол определяется размером объектива (или зрачка) и уменьшается с расстоянием (падение с расстоянием от источника силы света точно компенсирует уменьшение этого телесного угла).
  • Существует теорема, утверждающая, что яркость изображения никогда не превосходит яркости источника.

Яркость L — световая величина, равная отношению светового потока d 2 Φ {\displaystyle d^{2}\Phi } к геометрическому фактору d Ω d A cos ⁡ α {\displaystyle d\Omega dA\cos \alpha } :

L = d 2 Φ d Ω d A cos ⁡ α {\displaystyle L={\frac {d^{2}\Phi }{d\Omega dA\cos \alpha }}} .

Здесь d Ω {\displaystyle d\Omega } — заполненный излучением телесный угол, d A {\displaystyle dA} — площадь участка, испускающего или принимающего излучение, α {\displaystyle \alpha } — угол между перпендикуляром к этому участку и направлением излучения. Из общего определения яркости следуют два практически наиболее интересных частных определения:

Яркость, излучаемая поверхностью d S {\displaystyle dS} под углом α {\displaystyle \alpha } к нормали этой поверхности, равняется отношению силы света I {\displaystyle I} , излучаемого в данном направлении, к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:

L = d I d S cos ⁡ α {\displaystyle L={\frac {dI}{dS\cos \alpha }}} Яркость

Яркость — отношение освещённости E {\displaystyle E} в точке плоскости, перпендикулярной направлению на источник, к элементарному телесному углу, в котором заключён поток, создающий эту освещённость:

L = d E d Ω cos ⁡ α {\displaystyle L={\frac {dE}{d\Omega \cos \alpha }}}

Яркость измеряется в кд/м2. Из всех световых величин яркость наиболее непосредственно связана со зрительными ощущениями, так как освещённости изображений предметов на сетчатке глаза пропорциональны яркостям этих предметов. В системе энергетических фотометрических величин аналогичная яркости величина называется энергетической яркостью и измеряется в Вт/(ср·м2).

В астрономии

В астрономии яркость — характеристика излучательной или отражательной способности поверхности небесных тел. Яркость слабых небесных источников выражают звёздной величиной площадки размером в 1 квадратную секунду, 1 квадратную минуту или 1 квадратный градус, то есть сравнивают освещённость от этой площадки с освещённостью, даваемой звездой с известной звёздной величиной.

См. также: Поверхностная яркость

Так, яркость ночного безлунного неба в ясную погоду, равная 2⋅10−4 кд/м², характеризуется звёздной величиной 22,4 с 1 квадратной секунды или звёздной величиной 4,61 с 1 квадратного градуса. Яркость средней туманности равна 19—20 звёздной величины с 1 квадратной секунды. Яркость Венеры — около 3 звёздных величин с 1 квадратной секунды. Яркость площадки в 1 квадратную секунду, по которой распределён свет звезды нулевой звёздной величины, равна 92 500 кд/м². Поверхность, у которой яркость не зависит от угла наклона площадки к лучу зрения, называется ортотропной; испускаемый такой поверхностью поток с единицы площади подчиняется закону Ламберта и называется светлостью; её единицей является ламберт, соответствующий полному потоку в 1 лм (люмен) с 1 м².

Примечания

  1. Под источником света может пониматься как излучающая, так и отражающая или рассеивающая свет поверхность. Также это может быть трёхмерный объект.
  2. В случае, когда источник не представляет собой светящуюся поверхность, речь идёт о проекции трёхмерного тела или области пространства, которая считается источником.
  3. Апостильб в Большой советской энциклопедии
  4. В случае усиливающей среды эта теорема прямо не выполняется или по крайней мере нуждается в аккуратном уточнении понимания её формулировки, формулировка же несколько затруднена тем, что в физическом смысле источником является не только первичный источник, но и среда. Так или иначе, если понимать под яркостью источника лишь яркость первичного источника, она совершенно очевидно может быть превзойдена при распространении света в активной среде.
  5. Петровський М. В. Електроосвітлення : конспект лекцій для студентів спеціальності 7.050701 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання. — Суми : СумДУ, 2012. — 227 с.
  6. 1 2 3 4 Таблицы физических величин / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат, 1975. — С. 647.
  7. Руководство по определению дальности видимости на ВПП
  8. 1 2 Енохович А. С. Справочник по физике.—2-е изд. / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Просвещение, 1990. — С. 213. — 384 с.
  9. Труды всесоюзной конференции по изучению стратосферы. Л.-М., 1935. — С. 174, 255.
  10. 1 2 Ишанин Г. Г., Панков Э. Д., Андреев А. Л. Источники и приемники излучения. — СПб.: Политехника, 1991. — 240 с. — ISBN 5-7325-0164-9.
  11. Tousey R., Koomen M.J. The Visibility of Stars and Planets During Twilight // Journal of the Optical Society of America, Vol. 43, N 3, 1953, pp 177—183
  12. Andrew Crumey Human Contrast Threshold and Astronomical Visibility

Общие сведения

Яркость Освещенность

Яркость — это фотометрическая величина, равная отношению силы света, излучаемого поверхностью, к площади ее проекции на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения. Количество света здесь измеряется как энергия, выделяемая световым источником или отражаемая освещенной поверхностью. Яркость — количество выделяемого или отраженного света, что отличается от общего количества света в помещении, от количества света, направляющегося к поверхности (освещенность), или от общего количество света, испускаемого в определенном телесном угле (сила света).

В основном разница между освещенностью и яркостью понятна, но чтобы не путать эти два понятия, можно запомнить их как:

  1. Яркость = свет, отраженный от поверхности
  2. Освещенность = свет, направляющийся к поверхности

Под яркостью могут подразумеваться два понятия: физическое свойство света, описанное выше, и субъективное понятие о том, насколько ярким кажется освещенный объект или источник света. Каждый человек воспринимает яркость по-разному, в зависимости от ряда факторов, таких как индивидуальные особенности зрения. Яркость окружающих предметов и среды также влияет на то, насколько ярким кажется источник света или предмет, отражающий свет. Поэтому в описании источников света используют понятие о яркости обозначающее не субъективную а физическую величину. Эта величина используется в оценке яркости дисплеев, например экранов телевизоров или цифровых часов. Яркость также важна для нашего восприятия произведений искусства и окружающего нас мира.

Физиология восприятия яркости

Фоторецепторы глаза, палочки и колбочки, наиболее чувствительны к свету с длиной волны в 550 нанометров (зеленый свет). Чувствительность понижается с увеличением или уменьшением длины волны. Благодаря этой чувствительности зеленый, и цвета, находящиеся рядом с ним в спектре (желтый и оранжевый), кажутся нам наиболее яркими. То есть, яркость — это свойство света выглядеть ярким или тусклым, в зависимости от того, как мозг обрабатывает информацию о длине волны.

Люди, как и другие животные, приспосабливаются к окружающим условиям, и если в окружающей среде не происходит изменений, то люди привыкают к ней и перестают ее замечать, так как она не представляет опасности. Так происходит и с восприятием яркости. Люди привыкают к яркости в окружающей среде и судят о яркости предметов в зависимости от яркости среды. Например, экран сотового телефона с неизменной яркостью кажется ярким ночью и тусклым днем. Это из-за того, что ночью наши глаза привыкают к темноте, и поэтому бо́льшая разница между экраном и средой значит для нас бо́льшую яркость. Меньшая разница между дневным светом и экраном значит маленькую яркость, хотя на самом деле яркость экрана не изменяется.

Проверка контрастной чувствительности

Контрастная чувствительность

Контрастная чувствительность — это способность глаза видеть разницу между яркостью предметов. Эта чувствительность особенно важна в случаях, когда этот контраст понижен из-за освещения, например в тумане, в темноте, или когда яркость и цвет находящихся рядом предметов близки. Людям с низкой чувствительностью обычно трудно управлять автомобилем вечером или в тумане, передвигаться в темноте, или видеть, если мешает слепящий свет. Низкая контрастная чувствительность особенно проблематична для людей, которые к тому же страдают цветовой слепотой.

Контрастная чувствительность ухудшается с возрастом, а также вследствие ряда заболеваний, например из-за глаукомы, катаракты, инфаркта миокарда, или диабетической ретинопатии, то есть повреждения сетчатки глаза вследствие диабета. Проблема с контрастной чувствительностью независима от ухудшения зрения, и часто возникает у людей с прекрасным зрением, хотя иногда зрение и контрастная чувствительность ухудшаются одновременно. Проверка контрастной чувствительности отличается от проверки зрения тем, что ее можно проходить в очках или контактных линзах, если человек носит их в повседневной жизни. Вместо таблицы с буквами разного размера пациенту предлагается таблица с буквами, у которых понижается контрастность. В более усложненном варианте на таблице изображены не буквы, а линии на разном фоне, и задача усложняется тем, что в глаз также может быть направлен свет, чтобы ухудшить видимость.

Специальные очки, подобранные для пациента на основе результатов проверки зрения, часто помогают повысить контрастную чувствительность. Такая проверка похожа на тесты, которые проводят перед лазерной хирургией. Кстати, лазерная хирургия для коррекции других дефектов зрения иногда помогает повысить контрастную чувствительность, хотя в некоторых случаях, наоборот, ухудшает ее, как побочный эффект. Нередко также можно улучшить чувствительность с помощью очков с желтыми линзами.

«Впечатление. Восходящее солнце» Клода Моне. Музей Мармоттан-Моне, Париж.

Яркость в искусстве и дизайне

Оптические иллюзии и эффекты

Художники часто манипулируют яркостью, чтобы достичь того или иного эффекта или иллюзии. Например, если яркость цвета двух находящихся рядом предметов одинакова, то их линия соприкосновения кажется размытой. Художники используют это свойство, чтобы изобразить иллюзию движения. Один из самых известных примеров — картина Моне «Впечатление. Восходящее солнце» на иллюстрации. Здесь иллюзия мерцающего солнца и солнечной дорожки вызвана именно этим свойством — яркость солнца и окружающего его неба, а также яркость солнечной дорожки и моря — очень близки. Цвет и яркость обрабатываются разными отделами мозга. Отдел, ответственный за яркость, также отвечает за местоположение в пространстве, перспективу и движение. Благодаря разному цвету мозг понимает, что предмет другого цвета существует, но из-за одинаковой яркости не может определить, где он находится, поэтому создается иллюзия дрожания или движения. Эту технику можно использовать, например, чтобы создать иллюзию блестящих звезд на вечернем небосводе.

Фестиваль тюльпанов в Оттаве, Канада

В фотографии этот эффект тоже нередко используется. Снимая закат, фотограф ждет момента, когда солнце или облака станут одинаковой яркости, но разного цвета с небом. Если удастся снять этот момент, то иногда кажется, что солнце или облака мерцают на фотографии.

Такие краски встречаются в природе не только на закате и рассвете. Аналогичное сочетание цветов может встретиться и на лугу, и на клумбе. Например, тюльпаны на фотографии как бы слегка покачиваются, благодаря тому, что их яркость сливается с яркостью травы. Это хорошо видно на черно-белой фотографии.

Отель «Шато-Лорье», Оттава, Канада

В некоторых случаях такое сочетание цветов может быть жутковатым. Оранжевые огни в замке на фотографии кажутся мерцающими, так как одинаковы по яркости со стенами замка. Если же их цвет изменить до красного и затемнить окружающее небо, то крепость продолжает мерцать, но выглядит уже не гостеприимным дворцом, а зловещим замком с привидениями.

С другой стороны, использование цветов с контрастной яркостью, например сочетание ярких и темных цветов, передает изображению объем, как на написанной маслом розовой камелии. Цветок выглядит настолько объемным, что хочется провести по нему рукой, чтобы в этом убедиться — хотя на самом деле рисунок сделан на плоскости. С темными цветами труднее передать контраст, чем со светлыми — это хорошо видно на рисунке с камелией и особенно заметно на черно-белом изображении. Светлый цветок переходит от почти белого к темно-красному, и выглядит объемно. У темных листьев гораздо меньше разницы в контрасте, чем у цветка, и они выглядят более плоскими. Удобство в работе со светлыми цветами для передачи контраста заметил еще Леонардо да Винчи, и многие художники работают в такой технике.

Камелия

Дизайн

Цель большинства художников — заставить зрителя задуматься, вызвать в нем разные чувства. Для этого и используются различные эффекты, как те, что описаны выше. В дизайне, наоборот, важнее не специальные эффекты, а ясность. Это особенно важно на знаках, например дорожных, или на предупреждениях об опасности. Чтобы те, для кого предназначено это сообщение, как можно лучше его поняли, дизайнеры используют контрастные цвета, с большой разницей в яркости между сообщением и фоном. Это делает текст или изображение более заметным.

Яркость текста почти совпадает с яркостью фона Яркость текста почти совпадает с яркостью фона
Поэтому текст трудно читается Поэтому текст трудно читается

Разница в контрасте делает текст читаемым, а маленькие детали — заметными. Если, наоборот, между текстом или изображениями и фоном маленькая разница в контрасте, то текст или изображения плохо видны, и они начинают танцевать в глазах. На рисунке показан именно такой текст, который плохо читается из-за того, что он хоть и отличается по цвету от фона, но сливается с ним по яркости.

По мере уменьшения насыщенности цвета, читаемость текста ухудшается. В нашем примере с текстом, красный цвет больше похож на фон по яркости, чем зеленый, но более насыщен. Поэтому и читается он немного лучше, несмотря на то, что зеленый сильнее отличается от фона своей яркостью. Для того, чтобы текст как можно лучше читался, разницу в яркости между ним и фоном делают максимальной, а также увеличивают насыщенность.

Если в дизайне используется несколько цветов с разной яркостью, то самый большой контраст между яркостью фона и текста следует сделать для самого важного текста. Остальной текст может быть менее контрастным, и наименее существенный — с самой низкой разницей в яркости.

На более светлом фоне проще увидеть разницу между двумя изображениями с разной яркостью, поэтому, чтобы усилить контраст, желательно осветлить фон. Это не всегда работает, так как это не помогает людям, которые вынуждены находиться в очень светлой среде — например летчикам. Также нужно быть осторожным при выборе цвета текста, если фон часто изменяется, как, например, на картах навигаторов. Не стоит забывать также, что дизайн для дисплеев ограничен диапазоном воспроизводимых дисплеем цветов.

Воздушная перспектива. Озеро Тоба, Северная Суматра, Индонезия. Фотография опубликована с разрешения автора.

Яркость и воздушная перспектива

Если смотреть вдаль, то объекты, находящиеся дальше от наблюдателя, например горы, кажутся более светлыми и размытыми. Уменьшается также контраст и насыщенность красок. Художники используют эту особенность, чтобы передать перспективу. То есть, элементы ландшафта на заднем плане рисуют более светлыми и размытыми. Называется этот эффект «воздушной перспективой» — он вызван рассеянием света водой и иными частицами в атмосфере.

В туманную или сырую погоду число частиц воды в атмосфере резко увеличивается, и эффект воздушной перспективы происходит даже с предметами, находящимися близко от наблюдателя. Мозг воспринимает это явление как обычную перспективу, и человеку кажется, что эти объекты находятся дальше, чем они есть на самом деле. Это очень опасно как для пешеходов, переходящих дорогу, так и для водителей, и надо помнить об этом и быть особенно осторожным в тумане.

Литература

Преобразовать кд·ср в люкс·м²:

Прямая ссылка на этот калькулятор:
https://www.preobrazovaniye-yedinits.info/preobrazovat+cd+sr+v+Lux+m2.php

  1. Выберите нужную категорию из списка, в данном случае ‘Световой поток’.
  2. Введите величину для перевода. Основные арифметические операции, такие как сложение (+), вычитание (-), умножение (*, x), деление (/, :, ÷), экспоненту (^), скобки и π (число пи), уже поддерживаются на настоящий момент.
  3. Из списка выберите единицу измерения переводимой величины, в данном случае ‘кд·ср’.
  4. И, наконец, выберите единицу измерения, в которую вы хотите перевести величину, в данном случае ‘люкс·м²’.
  5. После отображения результата операции и всякий раз, когда это уместно, появляется опция округления результата до определенного количества знаков после запятой.

С помощью этого калькулятора можно ввести значение для конвертации вместе с исходной единицей измерения, например, ‘224 кд·ср’. При этом можно использовать либо полное название единицы измерения, либо ее аббревиатуру. После ввода единицы измерения, которую требуется преобразовать, калькулятор определяет ее категорию, в данном случае ‘Световой поток’. После этого он преобразует введенное значение во все соответствующие единицы измерения, которые ему известны. В списке результатов вы, несомненно, найдете нужное вам преобразованное значение. Как вариант, преобразуемое значение можно ввести следующим образом: ’95 кд·ср в люкс·м²’, ’55 кд·ср -> люкс·м²’ или ’23 кд·ср = люкс·м²’. В этом случае калькулятор также сразу поймет, в какую единицу измерения нужно преобразовать исходное значение. Независимо от того, какой из этих вариантов используется, исключается необходимость сложного поиска нужного значения в длинных списках выбора с бесчисленными категориями и бесчисленным количеством поддерживаемых единиц измерения. Все это за нас делает калькулятор, который справляется со своей задачей за доли секунды.

Кроме того, калькулятор позволяет использовать математические формулы. В результате, во внимание принимаются не только числа, такие как ‘(54 * 48) кд·ср’. Можно даже использовать несколько единиц измерения непосредственно в поле конверсии. Например, такое сочетание может выглядеть следующим образом: ‘224 кд·ср + 672 люкс·м²’ или ‘9mm x 31cm x 7dm = ? cm^3’. Объединенные таким образом единицы измерения, естественно, должны соответствовать друг другу и иметь смысл в заданной комбинации.

Если поставить флажок рядом с опцией ‘Числа в научной записи’, то ответ будет представлен в виде экспоненциальной функции. Например, 8,099 999 926 29×1022. В этой форме представление числа разделяется на экспоненту, здесь 22, и фактическое число, здесь 8,099 999 926 29. В устройствах, которые обладают ограниченными возможностями отображения чисел (например, карманные калькуляторы), также используется способ записи чисел 8,099 999 926 29E+22. В частности, он упрощает просмотр очень больших и очень маленьких чисел. Если в этой ячейке не установлен флажок, то результат отображается с использованием обычного способа записи чисел. В приведенном выше примере он будет выглядеть следующим образом: 80 999 999 262 900 000 000 000. Независимо от представления результата, максимальная точность этого калькулятора равна 14 знакам после запятой. Такой точности должно хватить для большинства целей.

Калькулятор измерений, который, среди прочего, может использоваться для преобразования кд·ср в люкс·м²: 1 кд·ср = 1 люкс·м²

Chevrolet Lacetti SW NF35B 58U ›
Бортжурнал ›
Люкс, Люмен, Кандел и другие…

Люкс, Люмен и Кандел единицы измерения яркости светодиодов.
Чуствительность человеческого глаза неодинакова по спектру, она максимальна в зеленой области и резко спадает к фиолетовому и красному краям. Ориентируясь на глаз, как на приемник света вводят систему измерений, в которой равными принимаются такие воздействия, которые вызывают одинаковое зрительное ощущение, хотя физические приборы оценивают эти воздействия как разные.

Единицей светового потока является люмен (лм), физиологическое действие в 1лм одинаково во всем спектре, но его энергетическая «цена» для зеленой области составляет 1/683 Вт, для фиолетовой — 1/62 Вт, а для малино-красной — 1/6 Вт. Поэтому глазу комфортнее в зеленой области, здесь физической воздействие («давление») на него наименьшее.
Эффективность преобразования электрической мощности в световой поток характеризуют светоотдачей, измеряемой в люменах на ватт (лм/Вт). Ее иногда называют КПД, хотя ничего общего с действительным КПД эта величина не имеет.

Шестидесятиваттная лампочка накаливания «выдает на гора» 500 лм (8,33 лм/Вт), полутораметровая люминесцентная трубка — 5000 лм, уличная натриевая лампа -10 000-20 000 лм, а S-лампа с СВЧ возбуждением (одна из последних разработок западной осетительной моды) — 100 000лм. Так что светодиодам есть кого догонять.
Световой поток в 1 лм, приходящийся на площадку в 1кв.м., обеспечивает освещенность в 1 люкс (лк); для чтения книги достаточно несколько сот люксов.

Для источников направленного излучения определяющей становится пространственная плотность светового потока в заданном направлении, называемая силой света и измеряется в канделах (1кд=1лм/стерадиан*). При этом стремятся «сжать» все излучение источника до требуемого угла. Так, для уличных светофоров надо обеспечить силу света 200-300 кд в пределах угла 20°, а для железнодорожного — 2 000-4 000кд при расходимости 3°, что бы машинист мог увидеть его издалека. Яркость источника определяется отношением силы света к площади излучателя и измеряется в кд/кв.м., к примеру, упомянутые уличные и железнодорожные светофоры имеют яркость около 10 и 100 тыс. кд/кв.м., тогда как комнатному ТВ-экрану достаточно всего 500кд/кв.м.
Некоторые термины и понятия:
Освещенность
Освещенность показывает, как сильно освещена поверхность источником света. Она определяется отношением падающего светового потока к площади освещаемой поверхности. Единицей измерения является люкс (лк).
Равномерность освещения
Равномерное освещение очень важно для поддержания зрительного комфорта и физического состояния глаз. Неравномерная яркость и освещенность приводят к уменьшению контраста между предметами и окружением. Необходимость часто приспосабливаться к новым условиям освещенности вызывает ускоренное переутомление глаз
Распределение света
Сила излучаемого в разных направлениях света неодинакова; она отображается с помощью кривых распределения света. Самую гомогенную кривую распределения света — круг получают от плоской, диффузно светящей поверхности (источника, излучающего по закону Ламберта). На распределение света ламп можно влиять с помощью отражателей и оптических систем.
Световая отдача
Световая отдача показывает, с каким КПД полученная электрическая мощность преобразуется в свет. Она измеряется в люменах на Ватт (лм/Вт) и является главным показателем экономичности лампы.
Световая энергия
Под световой энергией понимается продукт, получаемый за единицу времени из отданного светового потока источника света. Единицей измерения является килолюмен в час (клм/ч). Световая энергия принимается во внимание, например, при оценке светогенерирующей способности ламп для фотовспышек.
Световой поток
Световым потоком называется общая мощность видимого излучения лампы. Световой поток показывает общее количество света, излучаемого источником во все направления. Единица измерения: люмен (лм).
Сила света
Сила света характеризует видимую силу излучения источником света в определенном направлении. По форме и симметрии распределения силы света различают светильники глубокого и широкого светораспределения. Единицей измерения силы света является кандела (кд).
Цветовое ощущение
Общее, субъективное ощущение, которое человек испытывает, когда смотрит на источник света. Свет может восприниматься как теплый белый, нейтральный белый или холодный белый. Объективное впечатление от цвета источника света определяется цветовой температурой.
Цветовая температура
Единица измерения: Кельвин . 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 2700 К, а люминесцентная лампа с цветностью дневного света — 6000 К.
Цветность света
Цветность света определяется цветовой температурой К (в Кельвинах). Выделяют три основные группы цветности: — тепло-белая < 3300 K — нейтрально-белая 3300-5000 K — белая дневного света > 5000 K. Разные лампы, даже если они имеют одинаковую цветность света, по причине спектрального состава могут иметь абсолютно различные характеристики цветопередачи.
Цветопередача
Цветопередача отражает воздействие света лампы на цвета освещаемых ею объектов. В зависимости от места установки лампы и выполняемой ею зрительной задачи, ее искусственный свет должен обеспечивать максимально близкое к естественному дневному свету восприятие цветов. При оценке цветопередачи используется индекс цветопередачи Ra. Он определяется сравнением 8 эталонных цветов при освещении эталонным и тестируемым источниками. Чем ниже коэффициент, тем хуже цветопередача тестируемого источника света.

Калькулятор люмены в канделы и канделы в люмены

См. также: Оценка максимума эффективности белого света

Лю́мен (обозначение: лм, lm) — единица измерения светового потока в СИ.

Количество люмен указывает, сколько света испускает лампа во всех направлениях. Чем больше число люмен, тем больше света.

Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света, равной одной канделе, в телесный угол величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд × ср). Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен 4π люменам.

Канде́ла (обозначение: кд, cd) — единица измерения силы света в СИ (от латинского candela, свеча).

Количество кандел указывает, сколько света испускает лампа в одном направлении, в котором она светит наиболее интенсивно.

Одна кандела — сила света в данном направлении от источника монохроматического излучения с частотой 540*1012 Гц, (555 нм, зеленый цвет) имеющего интенсивность излучения в этом направлении равную 1 / 683 Вт в телесном угле равном одному стерадиану.

Калькулятор для перевода люмен в канделы

Пересчет ведется по формуле:
Fv=I*2π(1-cos(α)), где
Fv — световой поток
Iv — сила света
α — угол половинной яркости
Для расчета введите угол и силу света (световой поток). Учтите, результаты расчета зависят от оптических параметров светодиода и дают ориентировочный результат!

Канделы в люмен Люмен в канделы
Сила света,
мкд
Угол половинной
яркости
Cветовой поток,
млм
Угол половинной
яркости
Световой поток, млм: Сила света, мкд:

Световой поток типовых источников света

Приведены сравнительные параметры некоторых источников света, значения приблизительные, только для сравнительной оценки.

Тип источника света Световой поток (люмен) Сила света (кандел) лм/ватт
Лампа накаливания 40 Вт 415 35 10
Лампа накаливания 100 Вт 1550 1300 15
Люминесцентная лампа 40 Вт 2500 2200 60
Газоразрядная лампа 35 Вт (ксенон с учетом оптики фары) 3000 15000 90
Светодиод Cree XLamp XP-L 6 Вт 1226 550 200

Мощность излучения, взаимосвязь энергии света (Ватты) и светового потока (люмен)

Важным параметром для оценки энергоэффективности светодиодного излучателя считается соотношение между излучаемой мощностью и мощностью, выделяемой в виде тепла.

Излучаемый светодиодом свет, как известно, обладает определенной энергией и энергия света зависит от длины волны. Однако сила света не пропорциональна энергии светового излучения, а зависит от чувствительности человеческого глаза. Иначе говоря, сила света — это мощность светового излучения, которое доступно для восприятия человеческим глазом. Чтобы пересчитать излучаемую энергию (Ватты) в световой поток (люмены), нужно знать длину волны излучения и кривую чувствительности человеческого глаза. Нетрудно догадаться, что для монохромного излучения эта задача решается легко, а для светодиода белого цвета, необходимо еще знать спектр его излучения и выполнить довольно сложное интегрирование.

Цвет излучения Формула пересчета светового
потока в энергию излучения
Опт. мощность при
Fv = 100 люмен, Вт
Сила света при
P = 1 Вт, лм
зеленый 555 нм Р = Fv/683 Вт/лм 0.15 683
красный 650 нм Р= Fv/68,3 Вт/лм 1.46 68.3
красный 625 нм Р= Fv/222 Вт/лм 0.45 222
синий 465 нм Р= Fv/68,3 Вт/лм 1.46 68.3
белый Р= Fv/243 Вт/лм 0.41 243

Можно оценить, что белый светодиод мощностью 1 Вт с эффективностью 100 лм/Вт излучает в виде света 0,4 Вт и 0,6 Вт рассеивает в виде тепла, а лампа накаливания из потребляемых 100 Вт излучает в видимой области спектра только 6 Вт (0,06 Вт на 1 Вт).

Энергия, потребляемая источником света от сети питания, не полностью преобразуется в излучение. Особенно это актуально для светодиодных ламп. Кроме потерь энергии в самом светодиоде, мощность теряется в преобразователе питания, часть света задерживается оптикой — отражателями, рассеивателями, линзами. При использовании светодиода с эффективностью 100 lm/Вт, эффективность лампы редко достигает 80 lm/Вт, а для наиболее распространённых изделий бывает 60-70 lm/Вт. В итоге, современные лампы массового производства примерно в 10 раз эффективнее лампы накаливания.

Что такое освещенность

Понятие освещенности тесно связано с величиной светового потока, измеряемого в лабораториях при помощи специального оборудования. Сама освещенность может быть определена самостоятельно, и ее величина учитывается соответствующими СНиПами. Для вычисления этого параметра пользуются световым потоком, измеряемым в люменах, находящийся в соотношении с площадью освещаемой поверхности. Он должен падать на поверхность под углом 90 градусов. Освещенность измеряется в специальных единицах – люксах (лк).

Величина светового потока оказывает непосредственное влияние на физическое и психологическое состояние человека. Слишком слабое освещение угнетает головной мозг, а слишком яркое, наоборот, действует возбуждающе на мозговые процессы. Подобное негативное влияние вызывает преждевременный износ организма, пагубно влияет на органы зрения.

Поэтому при составлении проекта освещения и размещения приборов освещения обязательно используется коэффициент запаса, учитывающий вероятное падение освещенности в процессе эксплуатации. Постепенно оптические компоненты изнашиваются, загрязняются, что приводит к снижению яркости искусственного света. Кроме того, происходит снижение коэффициента естественной освещенности, поскольку отражающие свойства окружающих предметов постепенно изменяются.

Освещенность в первую очередь измеряется на рабочем месте. Одновременно определяются звуковые колебания, учитывается степень загрязненности, электромагнитное и даже гамма излучение. Результаты замеров позволяют создать наиболее оптимальные условия труда, в соответствии с санитарными нормами и правилами.

В каких единицах измеряется освещенность

На единице измерения освещенности следует остановиться более подробно. Общепринятой единицей считается люкс, представляющий собой такую освещенность, когда на поверхность площадью 1 м2 происходит падение светового потока в 1 люмен.

Сколько же освещенности фактически включает в себя единица измерения 1 люкс? С этой целью нужно сравнить между собой несколько стандартных параметров, основанных на человеческой физиологии, закрепленных строгими медицинскими правилами и государственными стандартами. Без их соблюдения невозможно утверждение любого строительного проекта.

Степень освещенности в 1 лк создается обычной свечой, расположенной на расстоянии 1 м от освещаемой поверхности. С помощью этого нехитрого приспособления вполне возможно с достаточно высокой точностью откалибровать самодельный измерительный прибор – люксметр.

В качестве примеров для сравнения можно взять несколько известных видов освещенности.

  • Яркий солнечный свет в полдень составит 100-140 тыс. лк
  • Небо без туч днем – 6200 лк
  • Настольная лампа, освещающая стол – 500 лк
  • Освещенность в тени в солнечный день – 430 лк
  • Наступление сумерек в вечернее время – 70 лк
  • Начало ночи с лунным освещением – 1,5 лк.

Источники освещения и поверхности, отражающие свет, не всегда выглядят в виде отдельно взятых точек. Если органы зрения способны различить их форму, то речь пойдет об еще одной фотометрической величине, известной как яркость. Ее физические свойства похожи на силу света, однако в данном случае это отношение не будет абсолютным. Оно соразмеряется с площадью, которую имеет отражающая или излучающая поверхность.

Яркость, как физическое понятие, является единственной фотометрической величиной, которую может нормально воспринимать человеческий глаз. Она наглядно проявляется в свойствах крупных источников света, состоящих из большого количества точечных излучателей. При условии их одинаковой яркости, общий свет большого прибора освещения будет восприниматься единым целым.

Перечень основных единиц измерения

Существует несколько основных единиц измерения, тем или иным образом характеризующих параметры света. Среди них наиболее известными и распространенными являются следующие:

  • Световой поток. Представляет собой мощность излучения света. Это видимый спектр излучения, связанный со световым ощущением, воспринимаемым человеческим глазом. Данная величина измеряется в люменах (лм). Например, световой поток, излучаемый 100-ваттной лампой накаливания, составляет 1350 лм, а люминесцентной лампой ЛБ40 – 3200 лм.
  • Сила света. Плотность светового потока относительно окружающего пространства. По своей сути является пропорцией, где световой поток соотносится с телесным углом, в пределах которого происходит равномерное распределение излучения. Единица измерения – кандела (кд).
  • Освещенность. Световой поток, падающий на поверхность, обладает поверхностной плотностью. Он равномерно распределяется и соотносится с площадью освещаемой поверхности. Единицей измерения служит – люкс (лк), равный 1 лм/1 м2.
  • Яркость. Представляет собой силу света с поверхностной плотностью в установленном направлении. Единица измерения – кд/м2.
  • Светимость. Световой поток, испускаемый поверхностью с плотностью, представляющей собой отношение светового потока и площади светящейся поверхности. Единица измерения – 1 лм/м2.

Приборы для измерения уровня освещенности

Уровень освещенности измеряется прибором – люксметром. Это небольшое переносное устройство работает примерно так же, как и фотометр. Поток светового излучения попадает на полупроводниковый фоточувствительный элемент и начинает отрывать от него электроны, приходящие в упорядоченное движение. В результате, происходит замыкание электрической цепи. При этом, величина силы тока находится в пропорциональной зависимости с интенсивностью освещения фотоэлемента и отображается на шкале аналоговых устройств.

В настоящее время практически не осталось приборов со стрелками, им на смену пришла цифровая измерительная аппаратура. Каждый люксметр оборудован жидкокристаллическим дисплеем и фоточувствительным датчиком, расположенным в отдельном корпусе. Для соединения между собой этих двух деталей применяется гибкий провод.

Перед началом замеров освещенности люксметр устанавливается в горизонтальное положение. Современные ГОСТы требуют, чтобы для измерений использовались разные точки помещения в соответствии с установленной схемой. Естественное и искусственное освещение замеряется отдельно. При выполнении процедуры не допускается попадания на прибор даже малейшей тени. Не должно быть поблизости и любых источников электромагнитных волн. Все эти факторы могут создать помехи и повлиять на результаты измерений.

Полученную величину освещённости необходимо сравнить с параметром, установленным ГОСТом. На основании этих данных делаются выводы о достаточной или недостаточной освещенности какого-либо помещения или территории. После проведения испытаний составляется оценочный протокол.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *