照明量:光通量、光强、照度、亮度、亮度

1.光通量

光通量——辐射能的功率,根据它产生的光感来判断。辐射能由发射器发射到太空中的量子数量决定。辐射能(radiant energy)的单位是焦耳。每单位时间发出的能量称为辐射通量或辐射通量。辐射通量以瓦特为单位测量。光通量用Fe表示。

其中: Qе — 辐射能。

辐射通量的特征在于能量在时间和空间上的分布。

在大多数情况下,当他们谈论辐射通量随时间的分布时,他们并没有考虑辐射出现的量子性质,而是将其理解为一个给出瞬时值随时间变化的函数辐射通量 Ф (t)。这是可以接受的,因为单位时间内光源发射的光子数量非常大。

根据辐射通量的光谱分布,光源分为三类:具有线性、条纹和连续光谱。具有线性光谱的源的辐射通量由来自单条线的单色通量组成:

其中: Фλ —— 单色辐射通量; Fe——辐射通量。

对于带谱源,发射发生在相当宽的光谱区域——由暗间隙彼此分开的带。为了用连续光谱和带状光谱表征辐射通量的光谱分布,使用了一个称为光谱辐射通量密度的量

其中: λ 是波长。

光谱辐射通量密度是辐射通量在光谱上的分布特性,等于无穷小截面对应的基本通量ΔFeλ与该截面宽度的比值:

光谱辐射通量密度以瓦特/纳米为单位测量。

在照明工程中,人眼是辐射的主要接受者,引入光通量的概念来评价辐射通量的有效作用。光通量是根据其对眼睛的影响估算的辐射通量,其相对光谱灵敏度由 CIE 认可的平均光谱效率曲线确定。

基本照明值

以下光通量的定义在照明技术中也有使用:光通量是光能的功率。光通量的单位是流明(lm)。 1 lm 对应于发光强度为 1 坎德拉的各向同性点光源在单个立体角发出的光通量。

表格1。光源典型发光值:

灯具种类 电能,W 光通量,lm 发光效率 lm/w 白炽灯 100 瓦 1360 lm 13.6 lm/W 荧光灯 58 瓦 5400 lm 93 lm/W 高压钠灯 100 瓦 10000 lm 100 lm/W 低高压钠灯 180 瓦 33000 lm 183 lm/W 高压汞灯 1000 瓦 58000 lm 58 lm/W 金卤灯 2000 瓦 190 000 lm 95 lm/W由 Фα 吸收的身体 Фρ 和错过的 Фτ... 在 照明计算 利用因子:反射 ρ = Fρ/ F;吸收α= Fα/ F;透射τ= Fτ/ Ф。

表 2. 一些材料和表面的光特性

材料或表面系数 反射和透射行为 反射 ρ 吸收 α 透射 τ 白垩 0.85 0.15 — 漫射硅酸盐搪瓷 0.8 0.2 — 漫反射铝镜 0.85 0.15 — 尖头玻璃镜 0.8 0 ,2 — 定向磨砂玻璃 0,1 0,5 0,4漫射定向生物牛奶玻璃 0,22 0,15 0,63 漫射定向蛋白石硅酸盐玻璃 0,3 0,1 0,6 漫射乳硅酸盐玻璃 0, 45 0.15 0.4 漫射

2.光照强度

来自真实源的辐射在周围空间中的分布是不均匀的。因此,如果不同时确定周围空间不同方向的辐射分布,光通量将不是光源的详尽特性。

为了表征光通量的分布,使用了光通量在周围空间不同方向上的空间密度的概念。光通量的空间密度由光通量与光源所在点顶点的立体角之比决定,在该点内该光通量均匀分布,称为发光强度:

式中:Ф——光通量; ω——立体角。

光强度的单位是坎德拉。 1 CD。

这是面积为 1:600,000 m2 的黑体表面元件在铂凝固温度下垂直发射的发光强度。
光强度的单位是坎德拉,cd 是国际单位制中的主要量之一,对应于均匀分布在 1 球面度立体角内的 1 lm 光通量(参见)。立体角是包含在圆锥曲面中的空间部分。立体角 ω,用它从任意半径的球体上切出的面积与后者的平方之比来测量。

3.灯光

照度是落在单位表面上的光量或光通量。它用字母 E 表示,单位为勒克斯 (lx)。

照度单位 lx,单位为流明每平方米 (lm/m2)。

照度可以定义为被照面上的光通量密度:

照明不依赖于光通量传播到表面的方向。

以下是一些普遍接受的亮度指标:

  • 夏季,万里无云的一天 — 100,000 lux

  • 街道照明 — 5-30 lux

  • 晴朗夜晚的满月 — 0.25 勒克斯

白炽灯

4、光照强度(I)与照度(E)的关系。

平方反比定律

表面某一点的照度,垂直于光的传播方向,定义为光强与该点到光源距离的平方的比值。如果我们把这个距离作为d,那么这个比例可以用下面的公式表示:

例如:如果光源在距离该表面 3 米处垂直于该表面的方向发出功率为 1200 cd 的光,则光到达该表面的点处的照度 (Ep) 将为 1200 /32 = 133 勒克斯。如果表面距离光源 6 m,则照度将为 1200/62 = 33 lux。这种关系称为平方反比定律。

不垂直于光传播方向的表面上某一点的照度等于测量点方向的光强除以光源到平面内一点的距离的平方乘以角度 γ 的余弦(γ 是光入射方向与垂直于该平面的方向所成的角度)。

所以:

这就是余弦定律(图 1)。

余弦定律

米。 1.余弦定律

5.水平照明

要计算水平照度,建议修改上一个公式,将光源与测量点之间的距离 d 替换为从光源到表面的高度 h。

图 2:


然后:

我们得到:

该公式计算测量点的水平照度。

水平照明

米。 2.水平照明

6.垂直照明

在朝向光源的垂直平面中同一点 P 的照度可以表示为光源高度 (h) 和光强度 (I) 的入射角 (γ) 的函数(图 3) ) 。


我们得到:


垂直照明。

米。 3.垂直照明

7.照明

为了表征由于光通量穿过它们或从它们反射而发光的表面,使用表面元素发射的光通量与该元素的面积之比。这个量称为光度:

对于尺寸有限的表面:

照度是光表面发出的光通量的密度。照度的单位是光面每平方米的流明,对应1平方米的面积均匀发出1流明的光通量。在全辐射情况下,引入辐射体能量光度(Me)的概念。

辐射光的单位是W/m2。

这种情况下的亮度可以用发射体的能量光度Meλ(λ)的谱密度来表示

为了进行比较评估,我们将能量亮度带入某些表面的光度:

  • 太阳表面——Me=6•107 W/m2;

  • 白炽灯丝——Me = 2 • 105 W/m2;

  • 太阳在其最高点的表面 — M = 3.1 • 109 lm / m2;

  • 荧光灯泡 — M = 22 • 103 lm / m2。


灯泡亮度

8.亮度

亮度 单位表面在一定方向上发出的光的亮度。亮度的测量单位是坎德拉每平方米 (cd / m2)。

表面本身可以发光,类似于灯的表面,或反射来自其他来源(例如路面)的光。

具有不同反光特性的表面在相同光照下会呈现出不同程度的亮度。

相对于该表面的投影成Φ角的表面dA发射的亮度等于在给定方向上发射的光的强度与发射表面的投影的比值(图4)。

亮度

米。 4.亮度

光的强度和发射面的投影与距离无关。因此,亮度也不取决于距离。

一些实际例子:

  • 太阳表面的亮度 — 2,000,000,000 cd / m2

  • 荧光灯的亮度 — 从 5000 到 15000 cd/m2

  • 满月的表面亮度 — 2500 cd / m2

  • 人工道路照明 — 30 lux 2 cd / m2

我们建议您阅读:

为什么电流是危险的?