Jak obliczyć natężenie oświetlenia

Podczas instalowania żarówek lub kontrolowania jasności ekranu komputera zrozumienie jasności światła może pomóc w określeniu ich skuteczności.

oświetleniepowierzchni, cecha inna niżluminancja, mierzy, ile światła pada na nią, podczas gdyluminancjato ilość światła odbitego lub emitowanego z niego. Jasne posługiwanie się terminologią dotyczącą jasności i elektryczności może pomóc w podejmowaniu lepszych decyzji.

Mierzysz natężenie oświetlenia jako ilość światła padającego na powierzchnię w jednostkachstóp-świecelubluks. 1 luks, jednostka SI, jest równa około 0,0929030 stopo-świeci. 1 luks to również 1 lumen/m² w którym światło jest miarąStrumień świetlny, ilość światła widzialnego emitowanego przez źródło w jednostce czasu, a 1 luks również równa się 0,0001 phot (ph). Jednostki te umożliwiają korzystanie z szerokiej gamy skal do określania natężenia oświetlenia do różnych celów.

Możesz obliczyć natężenie oświetleniamizwiązane ze strumieniem świetlnym „phi”Φza pomocą

nad danym obszaremZA. To równanie oznacza strumień świetlny zΦ, ten sam symbol strumienia magnetycznego i wykazuje podobieństwo do równania strumienia magnetycznego

dla powierzchni równoległej do magnesuZAi natężenie pola magnetycznegob. Oznacza to, że natężenie oświetlenia jest równoległe do pola magnetycznego w sposób, w jaki obliczają je naukowcy i inżynierowie, i można przeliczać jednostki natężenia oświetlenia (strumień/m²) bezpośrednio na waty przy użyciu intensywności (w jednostkach kandel).

Możesz użyć równania

dla strumieniaΦ, intensywnośćjai rozpiętość kątowa „om”Ωdla rozpiętości kątowej wsteradian (sr), lub radiana kwadratowego, a pełna sfera ma rozpiętość kątową4π. Światło obliczone w natężeniu oświetlenia pada na powierzchnię i rozchodzi się powodując rozjaśnienie obiektu, więc natężenie oświetlenia może być wykorzystane jako miara jasności.

Na przykład:Natężenie oświetlenia na powierzchni wynosi 6 luksów, a powierzchnia znajduje się 4 metry od źródła światła. Jaka jest intensywność źródła?​

Ponieważ światło porusza się promieniście, można sobie wyobrazić, że źródłem światła jest środek kuli o promieniu równym odległości między źródłem światła a obiektem. Oznacza to, że odpowiednia powierzchnia do użycia to powierzchnia kuli, która odpowiada temu układowi.

Mnożenie pola powierzchni kuli o promieniu 4 as4π4²m² przy oświetleniu 6 lumenów/m² daje 1206.37 lumenów strumieniaΦ. Światło dociera bezpośrednio do powierzchni, więc rozpiętość kątowaΩjest4πkandele i, używającΦ = I x Ω,intensywnośćjawynosi 15159,69 lumenów/m²².

Kandela stosowana w rozpiętości kątowej jest używana jako miara ilości światła emitowanego przez źródło światła w zakresie w rozpiętości trójwymiarowej. Jak pokazano na przykładzie, rozpiętość kątowa jest mierzona za pomocą steradianu na powierzchni, na którą przyłożone jest światło. Steradian pełnej sfery to4πkandele. Upewnij się, że nie mieszasz luksów i kandeli.

Podczaskandelajest miarą rozpiętości kątowej,luksjest oświetlenie samej powierzchni. W punktach dalej od źródła światła luks jest mniejszy, ponieważ mniej światła jest w stanie dotrzeć do tego punktu. Jest to ważne w rzeczywistych zastosowaniach i precyzyjnych obliczeniach, które muszą uwzględniać dokładne źródło światła, które byłoby na przykład w drucie wolframowym żarówki, a nie w obudowie żarówki samo. W przypadku mniejszych żarówek, takich jak niektóre źródła światła LED, odległość może być mniejsza w zależności od skali obliczeń.

Jeden steradian kuli o promieniu jednego metra obejmowałby powierzchnię 1 m²². Możesz to uzyskać wiedząc, że pełna sfera obejmuje4πkandele tak, o powierzchni4π(z4πr²przy promieniu 1) steradianów powierzchnia, którą pokryłaby ta kula, wynosi 1 m². Możesz użyć tych konwersji, obliczając rzeczywiste przykłady żarówek i świec emitujących światło, używając powierzchni kuli, aby uwzględnić geometrię światła. Można je następnie powiązać z luminancją.

Podczas gdy natężenie oświetlenia mierzy światło padające na powierzchnię, luminancja to światło emitowane lub odbijane przez tę powierzchnię w kandelach/m² lub „gnidy”. Wartości luminancjiLi luxmisą powiązane przez idealną powierzchnię, która emituje całe światło z równaniemE = L x π​.

Jeśli posiadanie tak wielu różnych sposobów mierzenia tych samych wielkości może wydawać się zniechęcające, kalkulatory i wykresy online wykonują obliczenia, aby przekonwertować różne jednostki, aby ułatwić zadanie. Szybkie tabele oferuje kalkulator lumenów na wat, który oblicza moc dla różnych standardów oświetlenia. Tabela na stronie internetowej pokazuje te wartości, dzięki czemu możesz zobaczyć, jak się ze sobą porównują. Zwróć uwagę na jednostki lumenów i watów podczas wykonywania tych konwersji, które również wykorzystują skuteczność świetlną przez „eta”η.​

EngineeringToolBox oferuje również metody obliczania natężenia oświetlenia i oświetlenia dla wzorców żarówek i lamp wraz z wykresem pomiaru luksów. Iluminacja to kolejna metoda obliczania natężenia oświetlenia, która wykorzystuje standardy elektryczne lampy lub źródła światła zamiast eksperymentalnych pomiarów emitowanego światła. Daje to równanie na oświetleniejatak jak

dla luminancji lampy L_ja (w lumenach), współczynnik wykorzystaniado_ty, współczynnik strat światłaL_LFi obszar lampyZA_ja(w mln²).

Jak obliczono na stronie RapidTables, skuteczność świetlna promieniowania jest powszechnym sposobem opisywania, jak żarówka lub inne źródło światła dobrze wykorzystuje swoje zasoby energetyczne, ale oficjalną metodą określania sprawności źródeł światła jest skuteczność świetlna źródła, a nie promieniowanie.

Naukowcy i inżynierowie zazwyczaj wyrażają wydajność oświetlenia jako wartość procentową przy maksymalnej teoretycznej wartości wydajności świetlnej 683.002 lm/W, która emituje światło o długości fali 555 nm. Jako jeden z przykładów, typowy współczesny biały wat „podświetlony” może osiągnąć wydajność ponad 100 lm/W ze sprawnością 15%, co w rzeczywistości jest więcej niż w przypadku wielu innych rodzajów źródeł światła.

Pomiary luminancji i natężenia oświetlenia w nauce i technice uwzględniają sposób, w jaki oczy same postrzegają jasność światła, aby uzyskać bardziej wyrafinowane, obiektywne pomiary. Badając rozkład jasności światła za pomocą eksperymentów, spróbuj zrozumieć, czy reakcja na jasność jest spowodowana sygnałami fotoreceptorów stożkowych czy pręcikowych w ludzkim oku.

Inne badania, takie jak badania fotometryczne, mają na celu wykrycie określonych form promieniowania na podstawie ich liniowości odpowiedzi. Jeśli dwa strumienie światłaΘ₁iΘ₂miały wytworzyć dwa różne sygnały, detektory fotometryczne mierzą sygnał generowany w wyniku dodawania obu strumieni liniowo. Miarą tej zależności jest liniowość odpowiedzi.