Que sait-on de l'intensité de la lumière et de la formule pour la calculer.

Quiconque commence à étudier les caractéristiques des lampes et espèce individuelle lampes, rencontre nécessairement des notions telles que l'éclairage, le flux lumineux et l'intensité lumineuse. Que signifient-ils et en quoi diffèrent-ils les uns des autres ?

Essayons de comprendre ces quantités avec des mots simples et compréhensibles. Comment ils sont liés les uns aux autres, leurs unités de mesure et comment le tout peut être mesuré sans instruments spéciaux.

Qu'est-ce que le flux lumineux

Au bon vieux temps, le paramètre principal par lequel une ampoule était choisie pour le couloir, la cuisine ou le salon était sa puissance. Personne n'a jamais pensé à demander des lumens ou des candelas dans un magasin.

Aujourd'hui, avec le développement rapide des LED et autres types de lampes, aller au magasin pour de nouveaux exemplaires s'accompagne de nombreuses questions non seulement sur le prix, mais aussi sur leurs caractéristiques. L'un des paramètres les plus importants est le flux lumineux.

Parlant en mots simples, le flux lumineux est la quantité de lumière émise par une lampe.

Il ne faut cependant pas confondre le flux lumineux des LED individuelles avec le flux lumineux des luminaires assemblés. Ils peuvent différer considérablement.

Il faut comprendre que le flux lumineux n’est qu’une des nombreuses caractéristiques d’une source lumineuse. De plus, sa valeur dépend :

• de la source d'alimentation

Voici un tableau de cette dépendance pour les lampes LED :

Et voici les tableaux de leur comparaison avec d'autres types de lampes à incandescence, fluorescentes, DRL, HPS :

Ampoule à incandescenceLampe fluorescente ADN halogène DRL

Cependant, il y a aussi des nuances ici. Les technologies LED sont encore en développement et il est fort possible que des ampoules LED de même puissance, mais de fabricants différents, aient des flux lumineux complètement différents.

C’est juste que certains d’entre eux sont allés plus loin et ont appris à extraire plus de lumens d’un watt que d’autres.

Quelqu'un demandera à quoi servent toutes ces tables ? Pour que vous ne soyez pas bêtement trompé par les vendeurs et les fabricants.

Magnifiquement écrit sur la boîte :

• puissance 9W

• rendement lumineux 1000lm

• analogue d'une lampe à incandescence 100W

Qu'allez-vous regarder en premier ? C'est vrai, ce qui est plus familier et plus compréhensible - les indicateurs d'un analogue d'une lampe à incandescence.

Mais avec cette puissance, vous ne pourrez plus vous rapprocher de la lumière que vous aviez auparavant. Vous commencerez à jurer contre les LED et leur technologie imparfaite. Mais le problème vient d’un fabricant sans scrupules et de son produit.

• sur l'efficacité

Autrement dit, avec quelle efficacité une source particulière transforme-t-elle énergie électrique dans la lumière. Par exemple, une lampe à incandescence ordinaire a une puissance de 15 Lm/W et une lampe au sodium haute pression déjà 150 Lm/W.

Il s’avère qu’il s’agit d’une source 10 fois plus efficace qu’une simple ampoule. Avec la même puissance, vous avez 10 fois plus de lumière !

Le flux lumineux se mesure en Lumens - Lm.

Qu'est-ce que 1 Lumen ? Pendant la journée, sous une lumière normale, nos yeux sont plus sensibles à la couleur verte. Par exemple, si vous prenez deux lampes avec la même puissance de bleu et de vert, alors pour nous tous, la verte semblera plus lumineuse.

La longueur d'onde verte est de 555 Nm. Un tel rayonnement est appelé monochromatique car il contient une plage très étroite.

Bien sûr, en réalité, le vert est complété par d’autres couleurs pour qu’au final vous puissiez obtenir du blanc.

Mais comme la sensibilité de l’œil humain est maximale au vert, les lumières y étaient liées.

Ainsi, un flux lumineux d'un lumen correspond exactement à une source qui émet de la lumière d'une longueur d'onde de 555 Nm. Dans ce cas, la puissance d’une telle source est de 1/683 W.

Pourquoi exactement 1/683, et pas 1 W pour faire bonne mesure ? La valeur 1/683 W est apparue historiquement. Initialement, la principale source de lumière était une bougie ordinaire et le rayonnement de toutes les nouvelles lampes et lampes était comparé à la lumière d'une bougie.

Actuellement, cette valeur de 1/683 est légalisée par de nombreux accords internationaux et acceptée partout.

Pourquoi avons-nous besoin d'une quantité telle que le flux lumineux ? Avec son aide, vous pouvez facilement calculer l'éclairage d'une pièce.

Cela affecte directement la vision d'une personne.

La différence entre l'éclairage et le flux lumineux

Dans le même temps, beaucoup de gens confondent les unités de mesure Lumens avec Luxes. N'oubliez pas que l'éclairage se mesure en lux.

Comment expliquer clairement leur différence ? Imaginez la pression et la force. Avec juste une petite aiguille et un peu de force, une pression spécifique élevée peut être créée en un seul point.

De plus, à l'aide d'un faible flux lumineux, il est possible de créer un éclairage élevé dans une seule zone de la surface.

1 Lux, c'est quand 1 Lumen tombe sur 1 m2 de surface éclairée.

Disons que vous possédez une certaine lampe avec un flux lumineux de 1000 lm. Au-dessous de cette lampe se trouve une table.

Il doit y avoir un certain niveau d'éclairage sur la surface de cette table pour que vous puissiez travailler confortablement. La principale source de normes d'éclairage est constituée par les exigences des codes de bonnes pratiques SP 52.13330.

Pour un lieu de travail typique, cela représente 350 Lux. Pour un endroit où sont effectués des petits travaux précis - 500 Lux.

Cet éclairage dépendra de nombreux paramètres. Par exemple, de la distance à la source lumineuse.

Des objets étrangers à proximité. Si la table est située près d'un mur blanc, il y aura plus de suites que sur un mur sombre. La réflexion affectera certainement le résultat global.

N’importe quel éclairage peut être mesuré. Si vous ne disposez pas de luxmètres spéciaux, utilisez les programmes des smartphones modernes.

Cependant, préparez-vous à l’avance aux erreurs. Mais pour effectuer une première analyse spontanée, un téléphone fera très bien l’affaire.

Calcul du flux lumineux

Comment pouvez-vous connaître le flux lumineux approximatif en lumens, sans aucun instrument de mesure ? Ici, vous pouvez utiliser les valeurs de rendement lumineux et leur dépendance proportionnelle au flux.

La lumière est une forme d'énergie qui voyage à travers l'espace comme ondes électromagnétiques avec des fréquences perçues par les yeux humains. Photométrie – Il s'agit de méthodes permettant de mesurer l'énergie lumineuse dans le domaine optique. Flux lumineux appeler l'énergie lumineuse circulant à travers une certaine unité de surface de temps, estimée par la sensation visuelle, c'est-à-dire flux lumineux est la puissance du rayonnement lumineux. Sensation visuelle change visuellement et qualitativement. La source lumineuse s'appelle Point si ses dimensions sont négligeables par rapport à la distance à laquelle son action est évaluée. Pour décrire le flux lumineux émis par une source lumineuse dans différentes directions, le concept est utilisé angle solide, c'est à dire. une région de l’espace en forme de cône. Ω=S/R 2 – angle solide. Ω=4П – angle solide de la sphère. Par le pouvoir de la lumière est le flux lumineux créé par une source lumineuse dans un angle solide unitaire. I c =Ф s /Ω – Intensité lumineuse (cd(candelah)) I c =Ф s /4П – intensité lumineuse autour d'une source ponctuelle (sphère) Ф s =I c * Ω – flux lumineux. La source lumineuse éclaire presque toujours la surface lumineuse de manière inégale. Éclairage est le rapport du courant lumineux incident sur une certaine zone d'une surface à la surface de cette surface. E = Ф s / S = I c / R 2 – Éclairage (LK (lux)). Première loi de l'éclairage: L'éclairage est directement proportionnel à l'intensité lumineuse de la source et inversement proportionnel au carré de la distance à la source. E 0 = I c / h 2 – éclairage sous la source lumineuse. Deuxième loi de l'éclairage: Éclairage de surface créé rayons parallèles est proportionnel au cosinus de l’angle d’incidence du faisceau. E=E 0* cosα=I c /R 2 * cosα

53. lentilles. Puissance optique. Formule de lentilles fines.

Lentille est un corps transparent délimité par deux surfaces sphériques. Si le milieu de Lisa est plus fin que ses bords, on parle alors de diffusion et il est lui-même concave. Si le milieu de la lentille est plus fin que les bords, on parle alors de convergence. |O1O2 | - axe optique principal. Toute ligne droite passant par le centre de la lentille est appelée axe secondaire. Le point auquel tous les rayons se croisent après réfraction dans une lentille collectrice incidente parallèlement à l'axe optique principal est appelé point principal. mise au point de l'objectif. L'objectif a 2 foyers principaux. La ligne sur laquelle reposent les tours de Lisa s'appelle plan focal. Une lentille convergente produit une image réelle, tandis qu’une lentille divergente produit une image virtuelle. Une valeur égale à l'inverse distance focale appelé puissance de la lentille optique. D=1/F – puissance optique de la lentille (dioptrie). F – Concentrez-vous. 1/F=1/f+1/d – formule d'une lentille fine (pour la collecte) 1/f=1/F+1/d – formule d'une lentille fine (pour diverger). Г=H/h=f/d – grossissement de l’objectif.

L’un des phénomènes les plus intéressants et controversés de notre monde est la lumière. Pour la physique, c’est l’un des paramètres fondamentaux de nombreux calculs. Avec l’aide de la lumière, les scientifiques espèrent trouver un indice sur l’existence de notre univers et ouvrir de nouvelles opportunités pour l’humanité. DANS Vie courante la lumière a aussi grande importance, en particulier lors de la création d'un éclairage de haute qualité dans diverses pièces.

L’un des paramètres importants de la lumière est son intensité, qui caractérise la puissance d’un phénomène donné. Cet article sera consacré à l'intensité de la lumière et au calcul de ce paramètre.

Informations générales sur le concept

En physique, l'intensité lumineuse (Iv) fait référence à la puissance du flux lumineux, déterminée dans un angle solide spécifique. De ce concept, il s'ensuit que ce paramètre ne désigne pas toute la lumière disponible dans l'espace, mais seulement la partie de celle-ci qui est émise dans une certaine direction.

En fonction de la source de rayonnement disponible, ce paramètre augmentera ou diminuera. Ses modifications seront directement affectées par les valeurs d'angle solide.

Note! Dans certaines situations, l’intensité lumineuse sera la même quel que soit l’angle. Ceci est possible dans les situations où la source lumineuse crée un éclairage uniforme de l'espace.

Ce paramètre reflète propriété physique la lumière, ce qui la différencie des mesures telles que la luminosité, qui reflètent des sensations subjectives. De plus, l’intensité de la lumière en physique est considérée comme une puissance. Pour être plus précis, elle est mesurée comme une unité de puissance. En même temps, le pouvoir diffère ici de son concept habituel. Ici, la puissance dépend non seulement de l'énergie émise par l'installation d'éclairage, mais aussi d'un concept tel que la longueur d'onde.
Il convient de noter que la sensibilité des personnes au rayonnement lumineux dépend directement de la longueur d'onde. Cette dépendance se reflète dans la fonction de l’efficacité lumineuse spectrale relative. De plus, l’intensité lumineuse elle-même est une grandeur dépendante de l’efficacité lumineuse. A une longueur d'onde de 550 nanomètres (vert), ce paramètre prendra son valeur maximum. En conséquence, les yeux humains seront plus ou moins sensibles au flux lumineux à différents paramètres de longueur d’onde.
L'unité de mesure de cet indicateur est le candelas (cd).

Note! La force du rayonnement provenant d’une bougie sera approximativement égale à une candela. La bougie internationale précédemment utilisée pour la formule de calcul était de 1,005 cd.

Lueur d'une bougie

Dans de rares cas, une unité de mesure obsolète est utilisée - le chandelier international. Mais en monde moderne L'unité de mesure de cette quantité est déjà utilisée presque partout : la candela.

Diagramme des paramètres photométriques

Iv est le paramètre photométrique le plus important. Outre cette valeur, les paramètres photométriques les plus importants incluent la luminosité et l’éclairage. Ces quatre quantités sont activement utilisées lors de la création de systèmes d'éclairage dans une grande variété de pièces. Sans eux, il est impossible d'évaluer le niveau d'éclairage requis pour chaque situation individuelle.

Quatre caractéristiques lumineuses les plus importantes

Pour que cela soit plus facile à comprendre phénomène physique il est nécessaire de considérer un schéma qui représente un plan reflétant la propagation de la lumière.

Diagramme d'intensité lumineuse

Grâce au diagramme, on peut voir que Iv dépend de la direction vers la source de rayonnement. Cela signifie que pour une ampoule LED, pour laquelle la direction du rayonnement maximum sera prise comme 0°, alors lorsque nous mesurons la valeur dont nous avons besoin dans la direction 180°, le résultat sera une valeur plus petite que pour la direction 0°. .
Comme le montre le diagramme, le rayonnement propagé par deux sources (jaune et rouge) couvrira superficie égale. Dans ce cas, le rayonnement jaune sera diffusé, semblable à la lumière d’une bougie. Sa puissance sera d'environ 100 cd. De plus, la valeur de cette quantité sera la même dans toutes les directions. En même temps, le rouge sera directionnel. En position 0°, il aura une valeur maximale de 225 cd. Dans ce cas, cette valeur diminuera en cas d'écart par rapport à 0°.

Désignation des paramètres en SI

Puisque Iv est quantité physique, alors il peut être calculé. Une formule spéciale est utilisée pour cela. Mais avant d'aborder la formule, vous devez comprendre comment la quantité souhaitée est écrite dans le système SI. Dans ce système, notre quantité sera affichée sous la forme J (parfois écrite sous la forme I), dont l'unité sera la candela (cd). L'unité de mesure reflète celle Iv émise par un émetteur complet sur une surface transversale de 1/600 000 m2. sera dirigé dans une direction perpendiculaire à cette section. Dans ce cas, la température de l'émetteur sera proche du niveau auquel, à une pression de 101325 Pa, on observera un durcissement du platine.

Note! La candela peut être utilisée pour définir d'autres unités photométriques.

Étant donné que le flux lumineux dans l'espace est inégalement réparti, il est nécessaire d'introduire un concept tel qu'un angle solide. Il est généralement désigné par le symbole .
L'intensité lumineuse est utilisée pour les calculs lorsque la formule dimensionnelle est appliquée. De plus, cette valeur est liée par des formules au flux lumineux. Dans une telle situation, le flux lumineux sera le produit de Iv et de l'angle solide auquel le rayonnement se propagera.
Le flux lumineux (Фv) est le produit de l'intensité lumineuse et de l'angle solide par lequel le flux se propage. Ф=I .

Formule de flux lumineux

De cette formule, il résulte que Fv représente le flux interne propagé dans un angle solide spécifique (un stéradian) en présence de Iv d'une candela.

Note! Le stéradian est compris comme un angle solide qui découpe à la surface d'une sphère une section égale au carré du rayon de la sphère donnée.

Dans ce cas, Iv et la puissance peuvent être liés via le rayonnement lumineux. Après tout, Fv est également compris comme une grandeur qui caractérise la puissance d'émission du rayonnement lumineux lorsqu'il est perçu par l'œil humain moyen, qui est sensible au rayonnement d'une certaine fréquence. En conséquence, l’équation suivante peut être dérivée de la formule ci-dessus :

Formule pour l'intensité lumineuse

Cela se voit clairement dans l’exemple des LED. Dans de telles sources de rayonnement lumineux, sa force est généralement égale à la puissance consommée. En conséquence, plus la consommation électrique est élevée, plus le niveau de rayonnement sera élevé.
Comme vous pouvez le constater, la formule pour calculer la valeur dont nous avons besoin n'est pas si compliquée.

Options de calcul supplémentaires

La répartition du rayonnement provenant d'une source réelle dans l'espace étant inégale, Fv ne peut plus servir de caractéristique exhaustive de la source. Mais seulement à l'exception d'une situation dans laquelle la répartition du rayonnement émis dans différentes directions ne sera pas déterminée.
Pour caractériser la distribution de Фv en physique, ils utilisent un concept tel que la densité de rayonnement spatial du flux lumineux pour différentes directions de l'espace. Dans ce cas, pour Iv, il faut utiliser la formule déjà familière, mais sous une forme légèrement développée :

Deuxième formule de calcul

Cette formule vous permettra d'estimer la valeur souhaitée dans différentes directions.

Conclusion

L'intensité lumineuse prend place importante non seulement en physique, mais aussi dans des moments plus banals du quotidien. Ce paramètre est particulièrement important pour l’éclairage, sans lequel le monde tel que nous le connaissons serait impossible à exister. De plus, cette valeur est utilisée non seulement dans le développement de nouveaux dispositifs d'éclairage plus rentables caractéristiques techniques, mais aussi avec certains calculs liés à l'organisation du système d'éclairage.

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Le flux lumineux total caractérise le rayonnement qui se propage depuis la source dans toutes les directions. Pour des raisons pratiques, il est souvent plus important de connaître non pas le flux lumineux total, mais le flux qui va dans une certaine direction ou tombe sur une certaine zone. Par exemple, il est important pour un automobiliste d'obtenir un flux lumineux suffisamment important dans un angle solide relativement étroit, à l'intérieur duquel se trouve une petite section de l'autoroute. Pour quelqu'un qui travaille à un bureau, ce qui est important est le flux qui éclaire la table ou même une partie de la table, un cahier ou un livre, c'est-à-dire le flux qui tombe sur une certaine zone. Conformément à cela, deux concepts auxiliaires ont été établis : l'intensité lumineuse et l'éclairage.

L'intensité lumineuse est le flux lumineux calculé par angle solide égal à un stéradian, c'est-à-dire le rapport du flux lumineux enfermé dans l'angle solide à cet angle :

L'éclairement est le flux lumineux calculé par unité de surface, c'est-à-dire le rapport du flux lumineux incident sur la surface à cette surface :

Il est clair que les formules (70.1) et (70.2) déterminent force moyenne lumière et éclairage moyen. Ils seront d'autant plus proches des vrais, plus le flux sera uniforme ou plus petit et.

Il est évident qu'à l'aide d'une source envoyant un certain flux lumineux, on peut obtenir des intensités lumineuses et des éclairements très variés. En effet, si vous dirigez la totalité ou la majeure partie du flux à l'intérieur d'un petit angle solide, alors dans la direction mise en évidence par cet angle vous pouvez obtenir très grande force Sveta. Par exemple, dans les projecteurs, il est possible de se concentrer la plupart flux envoyé par l'arc électrique dans un angle solide très petit et reçoivent une énorme intensité lumineuse dans la direction correspondante. Dans une moindre mesure, le même objectif est atteint grâce aux phares des voitures. Si vous concentrez le flux lumineux de n'importe quelle source sur une petite zone à l'aide de réflecteurs ou de lentilles, vous pouvez obtenir un éclairage élevé. Cela se produit, par exemple, lorsque l'on tente d'éclairer fortement un spécimen observé au microscope ; Un réflecteur de lampe remplit un objectif similaire, en fournissant un bon éclairage du lieu de travail.

D'après la formule (70.1), le flux lumineux est égal au produit de l'intensité lumineuse et de l'angle solide dans lequel il se propage :

Si l'angle solide est , c'est-à-dire que les rayons sont strictement parallèles, alors le flux lumineux est également nul. Cela signifie qu'un faisceau de rayons lumineux strictement parallèles ne transporte aucune énergie, c'est-à-dire qu'il n'a pas signification physique, - dans aucune expérience réelle, un faisceau strictement parallèle ne peut être réalisé. Il s'agit d'un concept purement géométrique. Néanmoins, les faisceaux de rayons parallèles sont très largement utilisés en optique. Le fait est que de petits écarts par rapport au parallélisme des rayons lumineux, qui sont d'une importance fondamentale du point de vue énergétique, en matière de passage des rayons lumineux à travers systèmes optiques, ne jouent pratiquement aucun rôle. Par exemple, les angles sous lesquels les rayons d’une étoile lointaine frappent notre œil ou notre télescope sont si petits qu’ils ne peuvent même pas être mesurés. méthodes existantes; pratiquement ces rayons ne diffèrent pas des rayons parallèles. Cependant, ces angles ne sont toujours pas égaux à zéro, et c’est grâce à cela que l’on voit l’étoile. DANS Dernièrement des faisceaux lumineux à directivité très nette, c'est-à-dire avec une très faible divergence des rayons lumineux, sont obtenus à l'aide de lasers (voir § 205). Cependant, dans ce cas, les angles entre les rayons ont une valeur finie.

Questions de l'examen d'État dans la discipline « Éclairage électrique »

L'énergie et le flux de rayonnement ne peuvent à eux seuls indiquer une perception plus ou moins grande de ce rayonnement par une personne. En effet, si le rayonnement se situe dans la région infrarouge ou ultraviolette, quelle que soit sa puissance, il restera invisible à l'œil humain. Si un rayonnement de même puissance appartient à la région visible du spectre, une personne les percevra différemment : plus aux longueurs d'onde autour de 555 nm (rayonnement jaune et vert) et beaucoup plus faible aux limites du domaine visible (rayonnement rouge et vert). violet). Par conséquent, pour évaluer la perception du rayonnement par une personne, il est nécessaire de prendre en compte non seulement l’énergie du rayonnement, mais également la sensibilité spectrale relative de l’œil, qui est fonction de la longueur d’onde du rayonnement.

Flux lumineux F– la puissance du flux de rayonnement, estimée par la sensation lumineuse qu'il provoque dans un récepteur sélectif – observateur photométrique standard, la courbe de sensibilité spectrale relative de l'œil est normalisée par la CIE. Autrement dit, le flux lumineux est le flux de rayonnement effectivement transformé par l’œil.

Derrière unité de flux lumineux adopté conformément à un accord international lumens (lm).

Il n’existe pas de facteur de conversion constant des Watts (flux radiant) aux Lumens (flux lumineux). Plus précisément, un tel coefficient existe, mais il est différent pour différentes longueurs d'onde.

Intensité lumineuse I est la densité spatiale du flux lumineux dans une direction donnée :

je a = dФ/dw,

Où F- flux lumineux, ml ;

w ‑ angle solide (spatial) avec le sommet à l'endroit de la source lumineuse, au sein de laquelle ce flux lumineux est uniformément réparti, cf.

L'unité d'angle solide - le stéradian (sr) - est considérée comme un angle qui, ayant son sommet au centre de la sphère, découpe sur sa surface une section sphérique, d'aire égale au carré du rayon.

L'angle solide de la sphère est 4π.

L'unité d'intensité lumineuse, conformément à la décision adoptée par la 13e Conférence générale des poids et mesures en 1967, est la candela [cd]. Candéla – unité de base dans le système C au même titre que le mètre, le kilogramme, la seconde, l'ampère, etc.

Éclairage E est la densité surfacique du flux lumineux incident. Éclairage d'un élément de surface dans point donné déterminé par le rapport du flux lumineux dФ incident sur l'élément de surface considéré, à la zone dS2(l'indice 2 désigne généralement la surface éclairée) de cet élément de surface : E = dФ/dS 2.

L'unité d'éclairage est le lux (lx). Lux est égal à l'éclairement d'une surface d'une superficie de 1 m2, sur laquelle un flux lumineux de 1 lm est uniformément réparti :

L'éclairement d'un élément de surface créé par une source ponctuelle est proportionnel à l'intensité lumineuse et au cosinus de l'angle d'incidence de la lumière sur la surface éclairée, et inversement proportionnel au carré de la distance de la source lumineuse à cette surface.

Luminosité La est la densité surfacique de l'intensité lumineuse dans une direction donnée, c'est-à-dire le rapport de l'intensité lumineuse dans une direction donnée à la surface de projection de la surface lumineuse sur un plan perpendiculaire à cette direction.

L'unité de luminosité est la candela. mètre carré(cd/m 2).

Le niveau de perception de la lumière par une personne dépend de la luminosité de l'objet lumineux.