Канделы, люмены, люксы, в чем разница?

Взаимосвязь силы света, светового потока и освещенности - необходимые понятия для сравнения светильников (Обновлено 3 июля 2023)


Единицы физических величин в освещении  (ГОСТ 8.417-81):

• сила света - в Канделах или кд;


• яркость – количество света, излучаемого единицей площади тела, измеряют в кд/м² или Канделах на квадратный метр;


• световой поток – в люменах или Лм;


• мощность света, как потока электромагнитного излучения – в ваттах (Вт);


• освещенность – количество света, попавшего на единицу площади – в люксах (или Лк);


• светимость – количество света, излучаемого с единицы площади – в люменах на кв. м или Лм/м².

Измерение световых характеристик

Исторически складывалось так, что только глаз в течение 200 лет был тем самым эталонным приемником света, на основе которого и проводились все оценки и измерения силы света, яркости и освещенности. Из всей огромной оптической области излучения (10 нм - 1 мм) лишь узкая полоса спектра от 380 до 780 нм (световое излучение) может восприниматься человеческим глазом. При этом чувствительность человеческого глаза даже в рамках этого спектра неодинакова, она максимальна в зеленой области и резко спадает к фиолетовому и красному краям.

Ориентируясь на глаз, как на приемник света была введена система измерений, в которой равными принимаются такие воздействия, которые вызывают одинаковое зрительное ощущение.

Была построена функция V(λ), которая называется "спектральная световая эффективность". Ее графический вид представлен на рисунке 1, табличный - в таблице 2.

Рисунок 1

Из таблицы видно, что при значении 550 нм (длина волны зеленого цвета) энергоэффективность самая высокая. Физиологическое действие в 1 лм одинаково во всем спектре, но его энергетическая "цена" для зеленой области составляет 1/683 Вт, для фиолетовой — 1/62 Вт, а для малино-красной — 1/6 Вт. Поэтому глазу комфортнее в зеленой области, здесь физической воздействие ("давление") на него наименьшее.

Различные эксперименты давали результаты, которые показали, что на длине волны λ= 555 нм излучение в 1 Вт соответствует световому потоку в 676 - 688 лм. Экспериментальным путем ученые пришли к соотношению, дававшему возможность пересчитывать люмены в ватты и обратно.

Канделы

В 1979 году 16-й Генеральной Конференции по Мерам и Весам было принято определение Канделы Канде́ла (от лат. candela — свеча) — одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ). Кандела - сила света в данном направлении от источника монохроматического излучения с частотой 540*10 Гц, имеющего интенсивность излучения в этом направлении равную 1 / 683 Вт в телесном угле равном одному стерадиану. Частота излучения 540*10¹² Гц соответствует длине волны λ = 555,016 нм в воздухе при стандартных условиях, которая почти для всех целей может быть взята равной 555 нм без влияния на точность реальных измерений.

( Оно отменяло предыдущее сложное измерение, зависящее ранее от черного тела, температуры затвердевания платины (2042 К) и давления 101 325 Н/м2)

История Канделы

Измерение в «свечах» началось в 1893 году в Германии.

Наименование «свеча Хефнера», было предложено в 1884 Ф. Хефнер-Альтенеком. Эталоном при этом служила фитильная лампа специальной конструкции. В качестве горючего в ней использовался амилацетат.

Три года спустя, в 1896 году на Международным электротехническом конгрессе была принята «десятичная свеча», равная 1,12 свечи Хефнера.

В 1909 г. «десятичная свеча» была откорректирована на одну десятую - заменена «международной свечой», равной 1,11 свечи Хефнера. Международная свеча воспроизводилась не с помощью фитильной лампы, а при помощи специальных ламп накаливания

В 1948г. состоялось решение о принятии новой единицы— Канделы. Канделу привязали к световому эталону, обладающему свойствами, близкими к свойствам абсолютно чёрного тела (Планковский излучатель). В расчетах были задействованы, как писалось ранее, окись тория, платина, находящаяся при температуре отвердевания (2046,6 К), ;нормаль с 1/60 см излучающей поверхности указанного эталона.Введённая таким образом Кандела была в 1,005 раз меньше, чем международная свеча, т.е. примерно 1,104 свечи Хефнера.

Привязка Канделы к видимому человеческим глазом спектру - наиболее логичный на тот момент времени вариант. Хотя на данный момент ведутся работы над новой версией формулировки.

Использование Кандел в тех. характеристиках источников света

В Канделах, зачастую, измеряется сила света направленных источников света, например, таких как светодиод в 5мм корпусе имеющий как правило линзу от 10 до 160 градусов, если быть точнее то измерение ведется в милиКанделах 1Кд=1000мКд. Количество Кандел указывает, сколько света испускает точечный источник света в одном направлении, в котором она светит наиболее интенсивно.

Например, светодиод ARL-4008UWC , при токе 20 мА имеет диапазон яркости 1,2 – 1,6 кд;

светодиод ARL-10080PGC4-15 диаметром 10 мм имеет яркость 30-40 кд;

модель красного светодиода ARL-10603URD-150mcd имеет яркость 0,15 кд.

Сила света в Канделах типовых источников света:

Производные единицы от Канделы

Международная система единиц (СИ) определила набор из семи основных единиц, из которых в дальнейшем формируются все другие единицы измерения. Эти другие единицы называются производными единицами СИ, они также считаются частью стандарта.

Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций — умножения и деления.

Через Канделы выражаются такие фотометрические единицы измерения, как Люмены и Люксы.

Люмены

Световым потоком ( Ф ) называют проходящую через данную поверхность в единицу времени световую энергию, оцениваемую по зрительному ощущению:

Ф = W / t (световой поток, испускаемого с единицы площади источника)

За единицу светового потока принят Люмен (лм). Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света, равной одной Канделе, в телесный угол величиной в один стерадиан.

1 лм = 1 кд • 1 ср

Количество люмен указывает, сколько света испускает точечный источник света во всех направлениях. Чем больше число люмен, тем больше света.

Телесный угол, охватывающий все пространство вокруг источника, равен 4π • ср, ибо площадь полной поверхности сферы единичного радиуса есть 4π .Соответственно, полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна Кандела, равен 4π люменам.

Для пересчета люмен в Канделы, и наоборот, можно использовать формулу:

F_v=I·2π(1-cos(α)) ,

где : F_v - световой поток; I_v - сила света; α - угол половинной яркости

Возьмём источник света и наложим на него систему координат X Y. Точка (a) – начало координат. Угол < f a h - это видимый угол свечения. Максимальная яркость света будет в точке (e) – эта точка находится прямо перпендикулярно источнику. Перемещаясь по окружности от точки (e) влево и вправо яркость будет уменьшаться. И в какой то точке (c) и точке (b) яркость будет в два раза меньше яркости точки (e). Угол < b a c - и будет называться углом половинной яркости. И чем он ближе по величине к видимому углу свечения-тем лучше. За пределами этого угла тоже есть свет, но характеристикой угла половинной яркости будет только угол < b a c.

Световой поток в Люменах различных источников света

В таблице ниже приведены сравнительные параметры в Канделах и люменах некоторых источников света, но в зависимости от конкретного экземпляра ( производитель, материалы) значения могут отличаться.

Люксы

Люкс (от лат. lux — свет) — единица измерения освещённости в системе СИ.

Люкс равен освещённости поверхности площадью 1 кв м при световом потоке падающего на неё излучения, равном 1 люмен.

Освещённость прямо пропорциональна силе света источника света. При удалении его от освещаемой поверхности её освещённость уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Другими словами, если 100 люменов собрать и спроецировать на 1-метровую квадратную область,освещенность области составит 100 люкс. Те же самые 100 люменов, направленные на 10 квадратных метров, дадут освещенность 10 люкс. Или, если мы возьмём источник света, подвесим его в центре комнаты и померим освещённость люксметром на расстоянии от него 1м, люксметр покажет, например, 100Лк, а на расстоянии 2м от лампочки люксметр покажет 25Лк.

Когда лучи света падают наклонно к освещаемой поверхности, освещённость уменьшается пропорционально косинусу угла падения лучей.

Для измерения уровня светового излучения и фактической освещенности окружающего пространства используют люксметр – специализированный электронный прибор. Он имеет спектральную характеристику, совпадающую со спектральной характеристикой глаза обычного человека.

Хотелось бы отметить, что в компании Новолампа есть спектрометр UPRTEK MK350N-PREMIUM-HANDHELD, с помощью которого можно проверить верность данных по расчетной освещенности. Спектрометр учитывает, в том числе, косинусную коррекцию.

А ниже можно бросить взгляд на часть нашего огромного каталога освещения. Все позиции в наличии, если не указано иное, и доступны к заказу: