Hur man beräknar belysning

När du installerar glödlampor eller kontrollerar ljusstyrkan på din datorskärm kan en förståelse för ljusets ljusstyrka hjälpa dig att avgöra hur effektiva de är.

Debelysningsstyrkaav en yta, en funktion som skiljer sig frånluminans, mäter hur mycket ljus som faller på det medanluminansär mängden ljus som reflekteras eller släpps ut från den. Att vara tydlig med terminologi när det gäller ljusstyrka och elektricitet kan hjälpa dig att fatta bättre beslut.

Du mäter belysningsstyrkan som mängden ljus som faller på en yta i enheter avfotljusellerlux. 1 lux, SI-enheten, är lika med cirka 0,0929030 fotljus. 1 lux är också lika med 1 lumen / m² där lumen är ett mått påljusflöde, mängden synligt ljus som en källa avger per tidsenhet, och 1 lux är också lika med .0001 phot (ph). Med dessa enheter kan du använda ett brett spektrum av skalor för att bestämma ljusstyrka för olika ändamål.

Du kan beräkna ljusstyrkanErelaterat till ljusflöde "phi"Φanvänder sig av

över ett visst områdeA. Denna ekvation betecknar ljusflöde medΦ, samma symbol för magnetiskt flöde, och det visar likhet med ekvationen för magnetiskt flöde

för en ytarea parallell med en magnetAoch magnetfältstyrkaB. Detta betyder att ljusstyrka är parallellt med magnetfältet i det sätt som forskare och ingenjörer beräknar det, och du kan konvertera belysningsenheterna (flöde / m²) direkt till watt med hjälp av intensiteten (i enheter av ljuskronor).

Du kan använda ekvationen

för flödeΦ, intensitetJagoch vinkelomfång "ohm"Ωför vinkelomfånget isteradian (sr), eller kvadratisk radian, och en hel sfär har ett vinkelområde på4π. Ljuset som beräknas i ljusstyrka faller på ytan och sprider sig och orsakar att objektet blir ljust, så ljusstyrkan kan användas som ett mått på ljusstyrka.

Till exempel:Ljusstyrkan på en yta är 6 lux och ytan är 4 meter från ljuskällan. Vad är källans intensitet?​

Eftersom ljus färdas i ett strålningsmönster kan du föreställa dig att ljuskällan är centrum för en sfär med en radie som är lika med avståndet mellan ljuskällan och objektet. Detta betyder att motsvarande ytarea som ska användas är den yta på sfären som motsvarar detta arrangemang.

Multiplicera sfärens ytarea med radie 4 som4π4²m² med ljusstyrka 6 lumen / m² ger dig 1206,37 lumenflödeΦ. Ljuset rör sig direkt till ytan, så vinkelomfångΩär4πljuskronor och, medΦ = I x Ω,intensitetenJagär 15159,69 lumen / m².

Candela som används i vinkelomfånget används som ett mått på mängden ljus som en ljuskälla avger inom ett område i ett tredimensionellt intervall. Såsom visas genom exemplet mäts vinkelomfånget genom steradian över den yta som ljuset appliceras. En hel sfär är steradian4πljuskronor. Se till att inte blanda ihop lux och candela.

Medancandelaär ett mått på vinkelns spännvidd,luxär belysningen av själva ytan. Vid punkter längre bort från en ljuskälla är lux mindre eftersom mindre ljus kan nå den punkten. Detta är viktigt i verkliga applikationer och exakta beräkningar som måste ta hänsyn till den exakta källan av ett ljus som skulle vara i exempelvis volframtråden i en glödlampa, inte fallet med glödlampan sig. För mindre glödlampor som vissa LED-ljuskällor kan avståndet vara mer försumbart beroende på beräkningsskalan.

En steradian av en sfär med en meters radie skulle omfatta en yta på 1 m². Du kan få detta genom att veta att en hel sfär täcker4πljuskronor så, för en yta på4π(från4πr²med en radie av 1) steradianer är ytan som denna sfär täcker 1 m². Du kan använda dessa omvandlingar genom att beräkna verkliga exempel på glödlampor och ljus som avger ljus med en yta på en sfär för att ta hänsyn till ljusets geometri. De kan då relateras till luminans.

Medan belysningsstyrkan mäter ljus som infaller på en yta, är ljusstyrkan det ljus som avges eller reflekteras av den ytan i candela / m² eller "nits". Värdena för luminansLoch luxEär relaterade genom en ideal yta som avger allt ljus med ekvationenE = L x π​.

Om det kan verka skrämmande att ha så många olika sätt att mäta samma kvantiteter, gör online-räknare och diagram beräkningar för att konvertera mellan olika enheter för att göra uppgiften enklare. RapidTables erbjuder en lumen till watt-kalkylator som beräknar effekt för olika ljusstandarder. Tabellen på webbplatsen visar dessa värden så att du kan se hur de jämför med varandra. Observera enheterna lumen och watt när du utför dessa omvandlingar som också använder ljuseffekten av "eta"η.​

De EngineeringToolBox erbjuder också metoder för att beräkna ljusstyrka och belysning för standarder för glödlampor och lampor tillsammans med ett lux-mätdiagram. Belysning är en annan metod för att beräkna belysningsstyrka som använder elektriska standarder för lampan eller ljuskällan istället för de experimentella mätningarna av ljus som avges. Det ges av ekvationen för belysningJagsom

för ljusstyrka hos lampan L_l (i lumen), användningskoefficientC_u, ljusförlustfaktorL_LFoch området på lampanA_l(i m²).

Såsom beräknats av RapidTables webbplats är strålningens ljuseffekt ett vanligt sätt att beskriva hur en glödlampa eller annan ljuskälla använder sina energiresurser väl, men den officiella metoden för att bestämma ljuskällornas effektivitet är en källas ljuseffekt, inte strålning.

Forskare och ingenjörer uttrycker typiskt ljuseffektivitet som ett procentvärde med det maximala teoretiska värdet av ljuseffektivitet 683,002 lm / W, vilket avger en våglängd på 555 nm. Som ett exempel kan en typisk modern vitvit watt "upplyst" nå verkningsgrad på över 100 lm / W med en verkningsgrad på 15%, vilket faktiskt är mer än många andra typer av ljuskällor.

Att mäta luminans och ljusstyrka inom vetenskap och teknik tar hänsyn till hur ögonen själva uppfattar ljusets ljusstyrka för att få mer raffinerade, objektiva mätningar. Att undersöka fördelningen av ljusets ljusstyrka med hjälp av experiment försöker förstå om svaret på ljusstyrkan beror på kon- eller stavfotoreceptorsignaler i det mänskliga ögat.

Annan forskning, såsom fotometriforskning, syftar till att upptäcka specifika former av strålning baserat på deras linjära respons. Om två flöden av ljusΘ₁ochΘ₂skulle producera två olika signaler, mäter fotometri-detektorer signalen som genereras som ett resultat av båda flussmedlen som tillsätts linjärt. Svarslinjäriteten är måttet på detta förhållande.