Como calcular a iluminância

Ao instalar lâmpadas ou controlar o brilho da tela do computador, uma compreensão do brilho da luz pode ajudá-lo a determinar sua eficácia.

Oiluminânciade uma superfície, uma característica diferente deluminância, mede a quantidade de luz que incide sobre ele enquantoluminânciaé a quantidade de luz refletida ou emitida por ele. Ficar claro com a terminologia quando se trata de brilho e eletricidade pode ajudá-lo a tomar melhores decisões.

Você mede a iluminância como a quantidade de luz que incide sobre uma superfície em unidades develas de péouLuxo. 1 lux, a unidade SI, é igual a cerca de 0,0929030 foot-candles. 1 lux também é igual a 1 lúmen / m² em que o lúmen é uma medida defluxo luminoso, a quantidade de luz visível que uma fonte emite por unidade de tempo e 1 lux também é igual a 0,0001 phot (ph). Essas unidades permitem que você use uma ampla gama de escalas para determinar a iluminância para diferentes fins.

Você pode calcular a iluminânciaErelacionado ao fluxo luminoso "phi"Φusando

sobre uma determinada áreaUMA. Esta equação denota fluxo luminoso comΦ, o mesmo símbolo para fluxo magnético, e mostra similaridade com a equação para fluxo magnético

para uma área de superfície paralela a um ímãUMAe força do campo magnéticoB. Isso significa que a iluminância é paralela ao campo magnético na forma como os cientistas e engenheiros o calculam e você pode converter as unidades de iluminância (fluxo / m²) diretamente em watts usando a intensidade (em unidades de candelas).

Você pode usar a equação

para fluxoΦintensidadeeue amplitude angular "ohm"Ωpara o vão angular emesteradiano (sr), ou radiano quadrado, e uma esfera completa tem uma extensão angular de4π. A luz calculada na iluminância cai na superfície e se espalha, fazendo com que o objeto fique brilhante, então a iluminância pode ser usada como uma medida de brilho.

Por exemplo:A iluminância em uma superfície é de 6 lux e a superfície está a 4 metros da fonte de luz. Qual é a intensidade da fonte?​

Como a luz viaja em um padrão de radiação, você pode imaginar que a fonte de luz é o centro de uma esfera com um raio igual à distância entre a fonte de luz e o objeto. Isso significa que a área de superfície correspondente a ser usada é a área de superfície da esfera que corresponde a esse arranjo.

Multiplicando a área da superfície da esfera com raio 4 como4π4²m² por iluminância 6 lúmen / m² dá a você 1206,37 lumens de fluxoΦ. A luz viaja diretamente para a superfície, portanto, amplitude angularΩé4πcandelas, e, usandoΦ = I x Ω,a intensidadeeué 15159,69 lumens / m².

A candela usada no intervalo angular é usada como uma medida da quantidade de luz que uma fonte de luz emite em um intervalo em um intervalo tridimensional. Conforme mostrado no exemplo, a amplitude angular é medida por meio de steradian sobre a área da superfície na qual a luz é aplicada. O steradian de uma esfera completa é4πcandelas. Certifique-se de não misturar lux e candela.

Enquantocandelaé uma medida do vão angular, oLuxoé a iluminação da própria superfície. Em pontos mais distantes de uma fonte de luz, o lux é menor, pois menos luz é capaz de chegar a esse ponto. Isso é importante em aplicativos do mundo real e cálculos precisos que precisam levar em conta a fonte exata de uma luz que estaria, por exemplo, no fio de tungstênio de uma lâmpada, não no caso da lâmpada em si. Para lâmpadas menores, como certas fontes de luz LED, a distância pode ser mais insignificante dependendo da escala de seus cálculos.

Um steradian de uma esfera com um raio de um metro abrangeria uma superfície de 1 m². Você pode obter isso sabendo que uma esfera completa cobre4πcandelas então, para uma área de superfície de4π(de4πr²com um raio de 1) steradians, a superfície que esta esfera cobriria é de 1 m². Você pode usar essas conversões calculando exemplos do mundo real de lâmpadas e velas emitindo luz usando a área da superfície de uma esfera para contabilizar a geometria da luz. Eles podem então ser relacionados à luminância.

Enquanto a iluminância mede a luz incidente em uma superfície, a luminância é a luz emitida ou refletida por essa superfície em candela / m² ou "nits". Os valores de luminânciaeue luxEestão relacionados através de uma superfície ideal que emite toda a luz com a equaçãoE = L x π​.

Se pode parecer assustador ter tantas maneiras diferentes de medir as mesmas quantidades, calculadoras e gráficos online realizam cálculos para converter entre unidades diferentes para tornar a tarefa mais fácil. RapidTables oferece uma calculadora de lúmens para watt que calcula a potência para diferentes padrões de luz. A tabela no site mostra esses valores para que você possa ver como eles se comparam. Observe as unidades de lumens e watts ao realizar essas conversões que também usam a eficácia luminosa por "eta"η.​

O EngineeringToolBox também oferece métodos de cálculo de iluminância e iluminação para padrões de lâmpadas e lâmpadas ao lado de um gráfico de medição de lux. A iluminação é outro método de cálculo da iluminância que usa os padrões elétricos da lâmpada ou fonte de luz em vez das medições experimentais da luz emitida por si mesma. É dado pela equação da iluminaçãoeucomo

para luminância da lâmpada L_eu (em lumens), coeficiente de utilizaçãoC_você, fator de perda de luzeu_LFe área da lâmpadaUMA_eu(em m²).

Conforme calculado pelo site RapidTables, a eficácia luminosa da radiação é uma maneira comum de descrever como uma lâmpada ou outra fonte de luz usa bem seus recursos de energia, mas o método oficial para determinar a eficiência das fontes de luz é a eficácia luminosa de uma fonte, não radiação.

Cientistas e engenheiros normalmente expressam a eficiência de iluminação como um valor percentual com o valor teórico máximo de eficiência de iluminação 683,002 lm / W, que emite um comprimento de onda de luz de 555 nm. Como um exemplo, um típico watt branco moderno "lumiled" pode atingir eficiências de mais de 100 lm / W com uma eficiência de 15%, que é na verdade mais do que muitos outros tipos de fontes de luz.

A medição de luminância e iluminância na ciência e na engenharia leva em consideração as maneiras como os próprios olhos percebem o brilho da luz para obter medições objetivas e mais refinadas. Examinando a distribuição do brilho da luz usando experimentos, tente entender se a resposta ao brilho se deve a sinais de fotorreceptores de cone ou bastonete dentro do olho humano.

Outras pesquisas, como a pesquisa de fotometria, buscam detectar formas específicas de radiação com base em sua linearidade de resposta. Se dois fluxos de luzΘ₁eΘ₂deviam produzir dois sinais diferentes, os detectores de fotometria medem o sinal gerado como resultado de ambos os fluxos adicionados linearmente. A linearidade da resposta é a medida dessa relação.