Свет - это то, без чего на Земле ничто не способно было бы существовать. Как и все физические величины, его можно исчислить, а значит, существует единица измерения светового потока. Как же она называется и чему равна? Давайте найдем ответы на эти вопросы.

Что называется «световой поток»

Прежде всего, стоит разобраться, что в физике именуется этим термином.

Световой поток - мощность излучения света, оцениваемого по производимому им световому ощущению с точки зрения человеческого глаза. Это количественная характеристика излучения источника света.

Численно рассматриваемая величина равна энергии светового потока, проходящего через определенную поверхность за единицу времени.

Единица измерения светового потока

В чем же измеряется рассматриваемая физическая величина?

Согласно действующим нормам СИ (Международной системы единиц), для этого используется специализированная единица под названием люмен.

Данное слово было образовано от латинского существительного, означающего "свет" - lūmen. Кстати, от этого слова также возникло и название тайной организации «Иллюминаты», которая стала предметом всеобщего интереса несколько лет назад.

В 1960 г. люмен официально начал использоваться во всем мире, как единица измерения светового потока, и остается таковым и до сегодня.

В сокращенном виде в российском языке эта единица записывается как «лм», а в английском - lm.

Стоит отметить, что во многих странах мощность света лампочек измеряется не в ваттах (как на просторах бывшего СССР), а именно в люменах. Иными словами, заморские потребители считают не количество потребляемой энергии, а силу излучаемого света.

Кстати, из-за этого на упаковках большинства современных энергосберегающих лампочек есть информация об их характеристиках и в ваттах, и в люменах.

Формула

Рассматриваемая единица измерения светового потока численно равна свету от точечного изотропного источника (с силой в канделу), излучаемому в телесный угол, равный одному стерадиану.

В виде формулы это выглядит таким образом: 1 лм = 1кд x 1 ср.

Если учесть, что полная сфера образует телесный угол 4П ср, получается, что полный световой поток указанного выше источника с мощностью в одну канделу равен 4П лм.

Что такое «кандела»

Узнав о том, люмен - это что, стоит обратить внимание на единицу связанную с ним. Речь идет о кд - то есть канделе.

Данное название было образовано от латинского слова «свеча» (candela). С 1979 г. и по сей день она является согласно СИ (Международной системе единиц).

Фактически одна кандела - это сила света, излучаемая одной свечой (отсюда и название). Стоит отметить, что в русском языке долгое время вместо термина «кандела» употреблялось слово «свеча». Однако такое название устарело.

Из предыдущего пункта ясно, что люмен и кандела связаны между собою (1 лм = 1 кд x 1 ср).

Люмены и люксы

Рассматривая особенности такой световой величины как люмен, стоит обратить внимание на такое близкое к ней понятие как «люкс» (лк).

Как и канделы с люменами, люксы тоже относятся к светотехническим единицам. Лк - это единица измерения освещенности, используемая в системе СИ.

Взаимосвязь люкса и люмена выглядит следующим образом: 1 лк равен 1 лм светового потока, равномерно распределенного на поверхности в 1 квадратный метр. Таким образом, помимо приведенной выше формулы люмена (1 лм = 1кд х 1 ср), у этой единицы есть еще одна: 1 лм = 1 лк/ м 2 .

Говоря более простым языком, люмен - это показатель количества излученного света определенным источником, например, той же самой лампочкой. А вот люкс показывает, насколько реально светло в помещении, так как далеко не все световые лучи достигают освещаемой поверхности. Иными словами, люмен - свет, вышедший из источника, люкс - то количество его, которое действительно дошло до освещаемой поверхности.

Как уже было сказано, не всегда весь излученный свет достигает освещаемой поверхности, ведь часто на пути таких лучей встречаются преграды, создающие тени. И чем больше их на пути, тем меньшая освещенность.

К примеру, при постройке библиотечного зала в нем повесили множество лампочек. Общая освещенность этого пустого помещения была равна 250 лк. Но когда ремонтные работы были завершены и в зал внесли мебель, уровень света упал до 200 лк. Это притом, что лампочки, как и прежде, выдавали столько же люменов световой энергии. Однако на пути каждого ее луча теперь появились преграды в виде стеллажей с книгами и другой библиотечной мебели, а также посетителей и работников. Таким образом, они поглощали часть излученного света, уменьшая общее количество освещенности к зале.

Приведенная в качестве примера ситуация не является исключением в своем роде. Поэтому при постройке любых новых зданий или оформлении интерьера уже имеющихся всегда важно учитывать его освещенность. Для большинства учреждений даже есть система норм освещенности, естественно, она измеряется в люксах.

В современном мире есть несколько программ, в которых можно не только смоделировать дизайн комнаты своей самостоятельно, но и просчитать, насколько она будет светла. Ведь от этого зависит зрение ее обитателей.

Люмен и ватт

В прошлом в нашей стране при выборе лампочки ориентировались на количество ватт, которые она потребляет. Чем из больше - тем лучше светил данный прибор.
Сегодня, даже на отечественных просторах, все чаще мощность излучения ее измеряют в люменах. В связи с этим некоторые полагают, что лм и Вт - это величины одного рода, а значит, люмены в ватты и наоборот можно свободно переводить, как и некоторые другие единицы системы СИ.

Такое мнение не совсем верно. Дело в том, что обе рассматриваемые единицы измерения используются для разных величин. Так, ватт - это не световая, а энергетическая единица, показывающая мощность источника освещения. В то время как люмен показывает, сколько света излучаем конкретный прибор.

К примеру, обычная лампа накаливания, потребляющая 100 ватт, выдает свет в 1340 люменов. При этом более совершенная (на сегодняшний день) светодиодная ее «сестра» при потреблении всего 13 Вт выдает 1000 лм. Таким образом, получается, что светосила лампочки не всегда находится в прямой зависимости от количества и мощности поглощенной ею энергии. Важную роль в этом вопросе играет и используемое для освещения вещество в приборе. А значит, прямой зависимости между люменами и ваттами нет.

При этом данные величины действительно связаны между собою. Светоотдача любого источника света (взаимозависимость потребляемой энергии к выдаваемому количеству света) измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Именно эта единица является свидетельством эффективности того или иного осветительного прибора, а также его экономичности.

Стоит отметить, что при большой необходимости все же можно осуществить перевод люменов в ватты и наоборот. Но для этого нужно учитывать несколько дополнительных нюансов.

• Характер источника света. Какая лампа используется в расчетах: накаливания, светодиодная, ртутная, галогенная, флуоресцентная и т.д.
• Светоотдачу прибора (сколько потребляет ватт и какое количество люменов выдает при этом).

Однако чтобы не осложнять себе жизнь, для проведения подобных расчетов можно просто применять онлайн-калькулятор или скачать себе подобную программу на компьютер или другой прибор.

Кратные единицы люмена

Люмен, как и все его "сородичи" в системе СИ, имеет ряд стандартных кратных и дольных единиц. Одни используются для простоты расчетов, когда приходиться иметь дело либо со слишком малыми, либо со слишком большими величинами.

Если речь идет о последних, то они записываются в виде позитивной степени, если о первых - в виде отрицательной. Так, самая большая кратная единица люмена - иотталюмен - равен 10 24 лм. Его чаще всего применяют, при характеристике космических тел. Например, световой поток Солнца равен 36300 Илм.

Чаще всего применяются четыре кратные единицы: килолюмен (10 3), мегалюмен (10 6), гигалюмен (10 9) и тералюмен (10 12).

Дольные единицы люмена

Самой малой дольной единицей люмена является иоктолюмен - илм (10 -24), однако, как и иотталюмен, он практически не используется в реальных расчетах.

Наиболее часто используются такие единицы - миллилюмен (10 -3), микролюмен (10 -6) и нанолюмен (10 -9).

Чтобы быстро и качественно выполнялась любая производственная задача, обязательно должно быть правильно организовано освещение рабочего места специалиста. Для этого подбираются светильники с определёнными фотометрическими показателями.

Освещение на рабочем месте определяется разными физическими величинами, основной из которых является освещённость. Её показатели рассчитаны для рабочего места любого специалиста и регламентируются соответствующими СНиПами.

Освещённость – это характеристика, которая определяется как световой поток, приходящийся на единицу площади.

Световой поток (Ф)

Данный физический параметр определяется как мощность видимого излучения источника или световая энергия, которая излучается светильником за единицу времени.

В то же время, световая энергия представляет собой энергию, распространяющуюся по всем направлениям и вызывающую зрительные ощущения. У каждого человека на одни и те же источники излучения разные зрительные ощущения, поэтому для расчётов берутся усреднённые показатели.

В физике для расчёта используется формула:

Ф = W/t, где:

• W – энергия, излучаемая источником, измеряется в ваттах,
• t – время работы прибора в секундах.

Также это величина, которая характеризует количество света, излучаемое осветительным прибором во всех направлениях.

Таким образом, вторая формула расчёта имеет вид:

Ф = I · w, где:

• I – сила света, измеряется в канделах,
• w – телесный угол, рассчитывается в стерадианах.

Люмен

Единицей измерения светового потока является люмен.

Для того чтобы определить, какой источник выгоднее приобрести, рассмотрим сначала, что такое люмен.

Слово lumen в переводе с латинского обозначает свет.

Люмен определяется как световой поток, который излучается точечным источником, имеющим силу света 1 кандела в телесный угол, равный 1 стерадиану:

1лм = 1Вт / 1с.

С другой стороны, единица измерения люмен (лм) может быть найдена как:

1 лм = 1 кд · 1 ср.

Если телесный угол равен 4π радиан, а сила света – 1 кд, то в этом случае говорят о полном световом потоке, который равен 4π лм или 4 · 3,14 лм.

Рассчитали, что этот показатель для солнечного излучения соответствует 8 лм, а звёздного неба – всего 0,000000001 лм.

Для любого искусственного источника освещения имеются таблицы расчёта этого фотометрического параметра.

В светотехнике используются производные величины, которые образуются с помощью стандартных приставок международной системы СИ, например:

• 1 клм = 103 лм или 1клм = 103 лм;
• 1 Млм = 106 лм;
• 1 слм = 10-3 лм;
• 1 мклм = 10-6 лм.

Измерительные приборы

Для измерения фотометрических величин в промышленности используются специальные устройства, которые называются сферическими фотометрами и гониофотометрами. Они позволяют определять, как световой поток, так и силу света от различных светильников.

Фотометры бывают визуальными и объективными.

Принцип действия визуальных приборов основан на способности глаза определять одинаковость яркости освещения двух сравниваемых поверхностей, освещённых одинаковым цветом.

В настоящее время популярными являются объективные электрические фотометры, которые позволяют выполнять измерение световых параметров не только в видимой зоне, но и за её пределами.

Гониофотометры позволяют получать данные о величине светового потока, силе света, а также показатели других фотометрических величин, например, яркости, распределения освещённости и др.

Рекомендации по организации правильного освещения рабочего места

При освещении рабочих мест используют два вида источников: искусственные и естественные.

Искусственные представляют собой приборы с лампами различного типа: люминисцентные, накаливания, светодиодные и т.д.

Для каждого типа ламп существуют таблицы с указанием количества люменов, излучаемых данным светильником.

Эта величина указывается на упаковке товара, поэтому при покупке обязательно нужно подбирать лампочку, руководствуясь информацией, размещённой производителем на коробке. На упаковке светильника указывается полный световой поток, в который входит и рассеянный свет.

Внимание! При приобретении светильника важно помнить, что этот показатель не отражает полностью его яркость, так как она может повышаться за счёт использования системы отражателей, линз и зеркал, размещённых в приборе.

Подбор электроламп

Перед приобретением электролампочек нужно сначала выбрать, какие приборы вам нужны для создания правильного освещения рабочего места. Если комната прямоугольная, то расчёт нужного количества люменов выполняется следующим образом: нужно перемножить показатели нормы освещённости объекта (определяется согласно СНиП), площади помещения и коэффициента, зависящего от высоты потолка помещения.

Споры на тему сравнения светового потока диодных и других типов ламп, постоянно возникают на необъятных просторах интернета. Виной тому уникальность технических параметров светодиодов как источника света, а именно специфика точечных источников.

Все источники света, будь то лампочка накаливания либо люминесцентная, имеют круговую диаграмму рассеивания света, когда у светодиода это луч с углом рассеивания около 120 0 . Поэтому и характеристики освещения диода зависят от того под каким ракурсом их оценивать.

Сравнение света разных источников

Например, часто на упаковке светодиодов мощностью 4Вт со световым потоком 400 лм изображают в качестве эквивалента лампу накаливания на 50Вт. На самом деле общий световой поток второй почти на четверть выше.

А вот если сравнить эффективную освещенность поверхности стола от настольного светильника с обыкновенной лампой и на диодах, выигрыш на стороне LED, поскольку у них меньший диаметр светового пятна и значительно меньшее рассеивание света.

Таблица светового потока люминесцентных ламп
Мощность, Вт	Мощность, Лм
5	260
8	420
12	630
15	900
20	1200
24	1500
Средний показатель люминесцентных лампочек 50-60 Лм/Вт

Таблица светового потока светодиодных ламп
Мощность, Вт	Мощность, Лм
5	380-500
9	700-1000
12	1100-1200
15	1300-1400
Средний показатель светодиодов 80-120 Лм/Вт

Разброс параметров светового потока обусловлен его зависимостью от цветовой температуры. У диодов холодного белого света (цветовая температура 5000-7000 К) световой поток выше светодиодов тёплого света (2800-3500 К).

Давайте рассмотрим эту информацию с практической точки зрения.

При выборе обыкновенной лампочки накаливания мы интуитивно понимаем, что в ванную комнату надо 75 ватт, в коридоре можно обойтись 60 ваттами, а в гостиную придется вкручивать три по сто. И никто не задаётся вопросом, сколько там в них люмен.

Что такое люмены в светодиодных лампах

С переходом на LED понятие яркости и освещенности приходится рассматривать совершенно в другом ракурсе. Как видно из таблиц, мощность светодиодов при замене лампы накаливания должна быть примерно в десять раз меньше. Но тут необходимо учитывать целевое назначение освещения.

Если говорить об освещении помещений, сто ватт накаливания дают столько люмен, сколько и десяти ваттные светодиоды. С единственной оговоркой – в качестве диодной лампочки используются изделия радиальной конструкции . Как на рисунке.

Освещение рабочей поверхности

Для освещения рабочих поверхностей используют плоские LED модули, поскольку освещать внутреннюю поверхность плафона нет резона.

В такой системе эффективная яркость накаливания не превышает 60% от номинального показателя. Чистый световой поток от 60Вт будет около 350 люмен (630 * 0,6). А вот КПД светодиодов в такой системе практически 100%.

Соответственно расчётная мощность светодиодов не превысит 5Вт.

Освещённость и световой поток

Для рядового потребителя не столь важно, сколько люксов выдаёт источник света. Важнее что бы при этом уровне освещенности было комфортно зрению при чтении либо письме.

Все санитарные правила нормируют освещение рабочей поверхности в люксах. Будь то страничка книги либо лист бумаги, для комфортной работы на их поверхности должно быть 300 люкс, что соответствует 30Лм/м.кв.

Сколько люмен в лампе накаливания 100Вт важно, например, для организации рабочего места ребёнка, где он будет делать уроки либо заниматься другими делами.

Рассчитать освещенность поверхности, даже зная, сколько люмен в лампочке 100Вт, крайне сложно, поскольку большая часть этого потока доходит в виде отражённого света. Для диодов же достаточно элементарной формулы из школьного курса геометрии.

H – расстояние от светодиодов до поверхности;

D – диаметр светового пятна;

D = 2 * Tg60 0 * h = 1.16 * h;

Площадь круга = 3,14 * D 2 / 4 = 0,785 * D * D;

Освещённость = световой поток / площадь круга .

Итого: светодиодный источник света мощностью 15Вт и световым потоком 800Лм, размещённый на потолке над столом, обеспечит около 300 люкс.

При выборе светодиодной лампы обратите внимание на люмены, чтобы убедиться, в нужном Вам количестве света.

Обычно мы покупаем вещи исходя из того количества, которое нам необходимо, не так ли? Когда мы покупаем молоко, мы покупаем его в литрах. Тогда почему же со светом должно быть иначе? Десятилетиями мы покупали лампочки, руководствуясь тем, сколько энергии они потребляют (ватты) – и, не обращая внимания на то, сколько света они нам дают (люмены).

Люмен показывает, сколько света вы получаете от лампочки. Чем больше люменов, тем ярче свет. Меньшее количество люменов дает меньше света.

Но яркость и количество люменов может сильно разниться, поэтому есть определенный способ расчета подходящих характеристик.

Практический способ расчета:

• чтобы заменить 100-ваттную лампу накаливания, ищите светодиодную лампочку, которая даст 1100 люменов;
• 75-ваттную лампу ‒ около 750 люменов;
• 60-ваттную лампу ‒ около 550 люменов;
• 40-ваттную лампу ‒ около 200 люменов.

Если нужно что-либо менее яркое, приобретайте светодиодные лампы с меньшим количеством люменов.

Эффективность освещения:

Но нельзя забывать, что Люмен - это полный световой поток от источника. Однако, это измерение обычно не принимает во внимание сосредотачивающую эффективность отражателя или линзы и поэтому не является прямым параметром оценки яркости или полезной производительности луча светильника. У широкого светового луча может быть тот же самый показатель люмен, как и у узкосфокусированного. Люмены не могут использоваться, чтобы определить интенсивность луча, потому что оценка в люменах включает в себя весь рассеянный и бесполезный свет.

Люкс — единица измерения освещённости.

Так например 1 Люкс равен освещённости поверхности площадью 1 м² при световом потоке падающего на неё излучения, равном 1 люмен. Если собрать 100 люменов и спроецировать их на область в 1 м², то освещенность этой области составит 100 люкс. Если те же самые 100 люменов направить на 10 м², то освещенность составит 10 люкс.

Этикетка для светодиодных ламп:

Что должно быть на упаковке когда вы покупаете светодиодные приборы освещения?

Чтобы помочь потребителям лучше понять переход от ватт до люмен, Федеральная торговая комиссия предложила новую этикетку для светодиодных ламп. Такая этикетка поможет людям покупать лампочки, которые подходят именно для них.

Так же, как и этикетки для продуктов питания, этикетка для осветительных приборов поможет понять потребителям, что они действительно покупают. На этикетке четко указываются: световой поток, вид колбы, цена, оценочная стоимость эксплуатации за год и цвет свечения от теплого белого (с желтоватым оттенком) до холодного белого до холодного (с синим оттенком).

Световой поток – это световая энергия, излучаемая точечным источником. Так как зависит от расстояния, то выражается в пространственных углах.

Люмен - единица измерения мощности светового излучения, которая оценивается по световому ощущению на глаз человека.

Единицу измерения светового потока люмен можно рассматривать как общее количество света. К примеру, лампа накаливания в 40 Вт создаст световой поток, соответствующий 415 люмена, люминесцентная - поток в 3200 люмена. Поставьте любую оптическую систему вокруг источника света, количество света (люменов) будет прежним. Таким образом, если на источнике света ненаправленного действия не написано число люменов, то непонятно как он будет освещать.

Освещенность и яркость

Освещенность – это величина света, она определяет свет в количестве , который падает на ту или иную площадь поверхности тела. Она зависит от длины световой волны, ведь человеческий глаз по-разному воспринимает яркость разной длины световых волн, другими словами, разного цвета.

Освещенность вычисляется для разной длины волн отдельно. Люди воспринимают, как самые яркие цвета:

• зеленый - свет с длиною волны в 550 нанометров;
• желтый, оранжевый. Находятся рядом с ним в спектре.

Свет, исходящий от красного, синего и фиолетового цветов, имеет короткую или длинную волну, поэтому они воспринимаются как более темные. Понятие освещенности часто соотносят с понятием яркости.

При освещении площади одной и той же лампой, большая площадь будет менее освещена, чем маленькая.

Разница между понятиями яркости и освещенности

Русский язык дает два ответа на вопрос, что такое яркость. Яркость означает характеристику светящихся тел , то есть физическую величину. Также она определяет субъективное понятие, зависящее от многих факторов, например:

• особенностей строения глаз человека;
• количества света в помещении.

Чем меньше света в окружающей среде, тем ярче кажется нам источник света. Следует различать яркость с освещенностью и запомнить следующее:

• яркость – это свет, который отражается от поверхности светящегося предмета;
• освещенность – это свет, который падает на освещаемую поверхность.

В астрономии яркость включает два понятия, где звезды излучают, а планеты отражают. В этой науке звездная яркость измеряется по фотометрической шкале , причем большую яркость звезды соотносят с меньшей величиной. Отрицательную величину имеют самые яркие звезды.

Единица измерения яркости (кандела на один квадратный метр) применяется для прикладных или физиологических целей.

Единица измерения люкс применяется для вычисления уровня освещенности. Один люкс приравнивается к одному люмену на квадратный метр. Также для измерения освещенности применяют фут-канделу. К ней обращаются в области кино и фотографии и некоторых других. Фут присутствует в названии оттого, что фут-кандела означает освещенность канделой поверхности квадратного фута , измеряющую в интервале одного фута.

Фотометр

Фотометр – это прибор-измеритель освещенности. Свет поступает на фотодетектор, затем преобразуется в электрический сигнал и измеряется. Встречаются фотометры, работающие по другому принципу. В основном фотометры показывают уровень света в люксах , но есть и такие, которые используют другие единицы. Те фотометры, которые также называют экспонометрами, участвуют в определении выдержки и диафрагмы, тем самым помогая фотографам и операторам. Помимо того, фотометры применяют для определения уровня безопасной освещенности в других областях, например, в растениеводстве, в музеях, там, где необходимо поддерживать нужную освещенность.

Безопасный поток света на работе

Работая в темном или слабоосвещенном помещении, могут возникнуть различные проблемы со здоровьем, будь это ухудшение зрения, депрессия или другие физиологические и психологические нарушения. По этой причине на рабочем месте, в рамках правил охраны труда, включаются требования о минимальной безопасной освещенности. В конечный результат измерения, который выдает фотометр, входит площадь распространения света. Эти показатели обеспечивают достаточную освещенность всего помещения.

Световой поток и экспонаты музея

От освещенности и силы потока от источника света зависит скорость, с которой будут ветшать и выцветать экспонаты музея. Работники музеев проводят работу по определению освещенности экспонатов. Это делается для того, чтобы убедиться в безопасном количестве светового потока на музейные единицы, а также для обеспечения достаточного уровня освещенности посетителям во время рассматривания экспоната.

Уровень освещенности можно измерить фотометром, что осуществить нелегко, так как его нужно устанавливать как можно ближе к экспонату , а это требует извлечения защитного стекла, выключения сигнализации и получения разрешения. Эту задачу облегчают другим способом, который часто используют сотрудники музея. Вместо фотометра применяют фотоаппарат, который не является заменой фотометра в ситуациях, где требуются более точные измерения найденной проблемы с освещением, но чтобы выявить отклонение от нормы вполне достаточно.

Определить экспозицию фотоаппаратом можно на основе показаний об уровне освещенности. Уровень освещенности экспозиции легко определить посредством нехитрых вычислений. Сотрудники музеев прибегают к формуле или пользуются таблицей , где экспозиция представлена в единицах освещенности. Производя вычисления, не нужно забывать о том, что камера поглощает некоторое количество света, поэтому следует это учитывать.

Прежде чем обеспечить растение светом, который необходим для фотосинтеза, нужно знать, сколько требуется его каждой культуре. Садоводам и растениеводам это известно. Они измеряют уровень освещенности, чтобы удостовериться в том, что каждое растение получает необходимое ему количество света. Часто для таких процедур применяются фотометры.

Фотометры также широко применяются в лабораторной практике. Например, определяется спектр образцов, с помощью которых устанавливается химический состав. К особому классу таких приборов относится пламенный фотометр. Он выявляет в образцах щелочные металлы , такие как натрий, литий, калий. Чтобы их обнаружить, нужно сжечь образец при высокой температуре и с помощью фотометра проанализировать спектр пламени. Данная задача другими способами решается гораздо труднее.

Современные фотометры преобразуют световое излучение в электрические импульсы, они регистрируются по принципу амперметра и вольтметра, а после конвертируются в компьютерный формат.

Фотометр - это прибор, охватывающий многие области знаний, такие как химия, молекулярная биология, физика, материаловедение и другие. Фотометр широко применяется в промышленности, в лазерной и оптической продукции. Помимо химической лаборатории, фотометр находит применение в лабораториях судебно-медицинской экспертизы.

Таким образом, из вышеизложенного вы узнали о единицах измерения света, что лампы лучше покупать с указанным числом люменов , что понятия освещенности и яркости разнятся, а количество света можно измерить специальным прибором.