Световой поток: формула, мощность, сила света и освещенность

Одной из важнейших характеристик осветительного прибора является создаваемый им световой поток. Именно от этого показателя будет зависеть эффективность любого осветителя – от настольной лампы до корабельного прожектора. Но для того, чтобы суметь воспользоваться абсолютно бессмысленными  на первый взгляд цифрами, необходимо четко представлять, что такое световой поток, в чем он измеряется  и как связан с освещенностью.

Что это такое

Согласно научному определению световой поток (СП) – световая величина, которая характеризует количество энергии, переносимой световым излучением за определенный промежуток времени. Иными словами, эта величина показывает, насколько много света производит тот или иной источник. В повседневной жизни термин «световой поток» нередко подменяется понятием яркость или сила света. Хотя такую замену нельзя считать корректной, но  суть определения, пусть и не всегда,  она отражает – чем выше световой поток от источника, тем чаще всего он кажется ярче.

Почему световой поток и яркость – не одно и то же

Предположим, перед человеком размещены обычная  лампочка накаливания и прожектор с малым углом рассеивания, в котором в качестве источника света использована точно такая же лампочка. Какой источник света будет казаться ярче?  Конечно, прожектор. И дело тут не в СП (он одинаков для обеих лампочек), а в том, какая его часть попадает в глаза наблюдателя или на объект, яркость которого оценивается.

Таким образом, понятие светового потока определяет всю световую энергию, излучаемую источником, а сила света (в быту просто яркость, что тоже не сосем точно) – лишь ту часть, которая воздействует непосредственно на объект и глаз. Именно поэтому понятия “СП” и “яркость” совсем не одно и то же.

Как и в чем измеряется

СП – световая величина, которая измеряется в  люменах (кириллическое обозначение единицы – лм, международное – lm). Одному люмену соответствует величина СП изотропного (излучающего во все стороны) источника с силой света в 1 канделу (кд), излучаемую в телесный угол в 1 стерадиан (ср). Таким образом, полный световой поток изотропного источника с силой света в 1 кд будет равняться 4π.

Поскольку для измерения полного СП необходимо учитывать световую энергию, распространяющуюся во всех направлениях, сделать это в бытовых условиях без специального оборудования достаточно сложно (да и не нужно).

На производстве для этих целей используются сферические фотометры и гониометры. Камера фотометра представляет собой сферу, внутренняя поверхность которой имеет коэффициент отражения, близкий к 1. Источник помещается в эту сферу, а измерения проводятся в переотраженном от стенок камеры свете при помощи  фотодатчика, оснащенного заслонками от прямой засветки и специальными светофильтрами.

Гонеометр действует по принципу последовательного сканирования. При этом люксометр (измеритель освещенности) передвигается вокруг исследуемого объекта и измеряет освещенность всех точек воображаемой сферы. Затем полученные данные обрабатываются и на их основании вычисляется величина полного светового потока источника в люменах.

Типовое значение светового потока для различных источников света

Покупая тот или иной прибор освещения, необходимо знать, какой СП он создает. Но, к сожалению, далеко не на всех лампочках этот параметр указан. Весьма распространенные лампы накаливания, к примеру, вообще продаются без паспорта и единственными доступными характеристиками для них являются напряжение питания и потребляемая мощность.

Тем не менее, для приборов, работающих на одном принципе (накаливания, люминесцентные, светодиодные и пр.), существует прямая связь между потребляемой мощностью и создаваемым лампой световым потоком:

 Таблица соответствия потребляемой мощности и СП для ламп разных типов

Лампы накаливания Люминесцентные лампы
Мощность потребления, вт Создаваемый сп, лм Мощность потребления, вт Создаваемый сп, лм
20 250 5-7 250
40 400 10-12 400
60 700 15-16 700
75 900 18-20 900
100 1200 25-30 1200
150 1800 40-50 1800
Лампы на светодиодах
Мощность потребления, вт Создаваемый сп, лм
3-4 250-300
4-6 300-450
6-8 450-600
8-10 600-900
10-12 900-1100
12-14 1100-1250
14-16 1250-1400

Что такое освещенность и как ее связать со световым потоком

Согласно теории освещенность, которая измеряется в люксах (лк), – физическая световая величина, показывающая, какой силы равномерно распределенный световой поток падает на объект определенной площади.

Из вышесказанного очевидно, что от силы светового потока зависит освещенность объекта. Но освещенность – именно то, ради чего и создаются системы освещения. Как связать эти две величины? Ведь для практического применения той или иной лампы даже с известной величиной СП  нужно знать, насколько хорошо она сможет осветить конкретный объект. Если курс начальной школы забыт не окончательно, связать освещенность с СП несложно, поскольку освещенность объекта равна отношению светового потока к площади этого объекта:

Е= Ф/S,

где:

  • Е – освещенность в люксах;
  • Ф – световой поток в люменах, падающий на объект заданной площади;
  • S – площадь объекта в метрах квадратных.

Планируя освещение, к примеру, в офисе  или квартире, обычно задаются нужной освещенностью на объекте известной площади и уже ее пересчитывают в требуемый для этого полный световой поток. Поэтому удобнее предыдущую формулу привести к виду:

Ф=Е*S.

Осталось решить два вопроса:

  1. Какую освещенность можно считать оптимальной.
  2. Как рассчитать площадь объекта.

Первая задача решается элементарно. Для этого достаточно заглянуть в нижеприведенную таблицу:

Таблица нормативов освещенности помещений различного назначения

Производственные и общественные помещения
Бытовые помещения
Тип
Рекомендуемая освещенности, лк
Тип
Рекомендуемая освещенности, лк
Офис 300 Гостиная, кухня 150
Помещения для письменных и чертежных работ 500 Детская 200
Зал для конференций и заседаний 200 Санузел, квартирный коридор 50
Служебная лестница 50-100 Гардеробная 75
Коридор 50-75 Библиотека, рабочий кабинет 300
Архивное помещение 75 Бытовая лестница 20
Подсобное помещение, кладовая, склад 50 Бассейн, сауна 100

Теперь по площади. Если светильник ненаправленный, а освещать нужно закрытое помещение, то достаточно в вышеприведенной формуле использовать дополнительную величину – поправочный коэффициент К, учитывающий высоту потолков:

Ф=Е*S*К,

где:

  • К=1 при высоте потолка до 2.7 м;
  • К=1.2 при высоте потолка 2.7-3 м;
  • К=1.5 при высоте потолка 3-3.5 м;
  • К=2 при высоте потолка выше 3.5 м.

Важно! Использование этой методики позволяет получить весьма приблизительный результат (которого, впрочем, в большинстве случаев достаточно), поскольку не учитывается коэффициент отражения поверхностей объекта, на который влияют цвет обоев, пола, мебели, зеркал и т.п.

В случае же с направленным светильником кроме СП придется учитывать и другие параметры, определяющие величину освещенности: телесный угол, в котором излучает лампа и расстояние от осветителя до объекта:

определение площади покрытия

Для определения площади покрытия необходимо рассчитать площадь основания конуса
Ссылка на основную публикацию