07.06.2019
Обилие различных источников света в торговых сетях, различающихся не только ценой, формой и размером цоколя, зачастую вызывает затруднение в выборе подходящей лампочки для бытового использования. Особенно сложно приходится людям старшего возраста, которые слабо ориентируются в технических характеристиках, указанных на упаковке товара, живут привычными, укоренившимися с детства понятиями: энергия, мощность света, лампочка тем ярче светит, чем «больше» в ней ватт. При этом многие даже не знают, в чем измеряется свет.
Современные источники света, основанные на использовании энергосберегающих технологий, в корне изменяют устоявшееся восприятие соотношения яркости свечения и потребляемой мощности.
Чтобы не испытывать затруднений при выборе лампочки, столкнувшись с их разнообразием на полках магазина, прочтите статью. В доступной форме, стараясь избегать сложных для запоминания физических формул, мы постараемся объяснить, что такое освещение и чем измеряется свет. На какие характеристики незамысловатого бытового прибора – лампочки, следует обращать внимание в первую очередь. И как от правильного выбора будет зависеть комфорт в доме.
Что такое сила света
Для человека, не знакомого с основными физическими величинами, характеризующими распространение фотонов – источников света в окружающей среде, сила света определяется яркостью свечения электрической лампочки. Чем ярче она светит, тем сильнее сила света – широко распространенное мнение.
На самом деле сила света – это не так. Сила света – величина производная. Она рассчитывается по формуле, в которой определяющими являются световой поток (обозначается знаком Ф) и телесный угол (обозначается знаком ω).
Чтобы было понятнее, что сила света не зависит напрямую от мощности лампочки, приведем пример: все знакомы с устройством карманного фонарика или прожектора. В них используются лампы, помещенные в зеркальные конденсоры. Мощность лампочки фонарика обычно небольшая, редко превышающая 35 Вт (галогеновые). Если такую лампочку использовать без конденсора в темном помещении, то сила света, испускаемая ей равномерно во всех направлениях, будет небольшой. В помещении будет сумеречно и некомфортно. Чтобы усилить силу света используют параболический зеркальный конденсор, который направляет световые лучи в нужном направлении, одновременно ограничивая его распространение во все стороны.
Сила света в луче фонарика (прожектора) будет тем больше, чем уже будет телесный угол. Это явление конденсации светового потока на узком участке позволяет экономить электрическую энергию и использовать для получения требуемой освещенности маломощные источники света.
Сила света не указывается на упаковке лампочек, поскольку зависит от устройства осветительного прибора (люстры, плафона, бра). При одинаковой мощности двух лампочек, находящихся в одном помещении, сила света, исходящего от лампы, помещенной в параболический плафон, будет больше, чем у свободно висящей.
Для тех, кто не знает или забыл, напомним, чем измеряется свет. Единицей измерения служит кандела (кд.). В переводе с латинского — свеча. Она соответствует световому потоку в 1 лм (люмен) приходящемуся на освещаемую поверхность в 1 ср. (стерадиан).
Главные характеристики света
Человек видит спектр цветов – малую часть диапазона электромагнитных волн. Его характеристики влияют на комфортность среды пребывания и самочувствие человека. Существует определение для одного из свойств – световой поток (Ф), который измеряют в люменах (лм). Мощность светового потока источника характеризует вызванное ощущение восприятия света. По его распределению для замкнутого пространства выделяют потоки света: прямого, рассеянного, отраженного. Чем больше света, тем выше число люменов.
Важно! Этот параметр не определяет интенсивность, яркость или производительность свечения, потому что учитывает весь рассеянный поток. Для того, чтобы измерить световой поток требуется много времени и при этом нужно учитывать пространственные характеристики явления.
Основные характеристики светоизлучений
Главная характеристика источника – сила света (I), определяющая интенсивность излучения в направлении потока. Она вычисляется через частное светового потока (Ф) и телесного угла (ꭥ) в стерадианах (ср), внутри которого распределяется. В СИ единицу измерения силы света, кандела, обозначают кд, cd.
Вам это будет интересно Что такое фаза и нуль в электричестве
Телесный угол
Важно! Восковая свеча излучает с около одной канделы (от лат. candela), и ранее эта единица измерения называлась «свечой». Величина кандел показывает световое излучение точечного источника света на самом интенсивном его направлении.
Покупатели ламп обычно оценивают яркость по мощности потребления (Вт) источника. При хорошей яркости получается четкое и контрастное видение предметов. Однако и слабый, и очень яркий свет неблагоприятен для деятельности человека. Яркость (L) определяется плотностью силы света в направлении поверхности и вычисляется делением I на площадь проекции на перпендикулярную поверхность (зависит от cos угла).
Измеряют показатель яркости (L) света в кд/м². Главной характеристикой восприятия светового ощущения глазами является яркость освещаемой поверхности или источника.
Единицы измерения света
Световая отдача (H) фиксирует экономичность преобразования электрической мощности в световую. При переходе от электрической энергии к световой появляются потери, что вызывает снижение показателей яркости излучения. Измеряют световую отдачу в люменах на ваттах. Можно вычислить световой поток, зная среднее значение световой отдачи.
Практичную светоотдачу имеют светодиодные лампы (потери менее 5%).
Важно! Существуют стандарты качества освещения для помещений, а также для растений или для животных. Освещенность характеризуется отношением светового потока к площади поверхности.
Единицы измерения освещения
Что такое световой поток светодиодной лампы
Световой поток светодиодных светильников – более близкая восприятию потребителя характеристика. Как раз она напрямую зависит от мощности источника света. По существу, световым потоком называется мощность лучистой энергии, воспринимаемой глазом человека. Обозначают в формулах для расчета (Фе )
Для понимания того, как образуется световой поток светодиодной лампы, необходимо знать ее устройство. Большинство бытовых LED-ламп в качестве источника свет имеют не один, а несколько светодиодов, смонтированных на теплоотводящей плате. В силу физических свойств этого типа полупроводников, они не могут излучать большого количества света. Чтобы добиться требуемого светового потока их объединяют в группы. Световой поток светодиодов суммируется.
Так появляется удобная для покупателей информация на коробках LED-лампочек: соответствует мощности лампы накаливания N Вт.
Измерение светового потока
Существует измеритель светового потока, называемый люксметром. Польза прибора для измерения светового потока неоценима в тех случаях, когда существуют заданные параметры освещенности в помещении. Например, освещенность детской комнаты должна быть 200 лк (люкс), а для спален, гостиных и кухонь комфортной считается освещенность в 150 лк.
Ориентироваться на характеристики, указываемые на упаковке лампочек, можно, допуская большую долю погрешности. Особенно указанием неточных данных светоотдачи грешат китайские производители, склонные завышать характеристики своей продукции.
Большинство смартфонов оснащены встроенными датчиками, автоматически изменяющими яркость свечения экрана, в зависимости от уровня освещенности. Достаточно установить на смартфон программу «Люксметр», чтобы иметь возможность измерить освещенность в помещении.
Единица измерения светового потока
Мощность светового потока измеряется в люменах (лм). 1 лм равен потоку света, излучаемому в пределах телесного угла, точечным источником с силой в 1 кд. (кандела).
Определяющие формулы
Многообразие величин, характеризующих источники света, невозможно уяснить, не вникнув в суть того, как одни физические характеристики переходят в другие, и какие зависимости существуют между ними. Для этого используют несколько определяющих формул:
- Световой поток:
- Сила света:
- Освещенность общая:
- Освещенность в конкретной точке поверхности, не перпендикулярной источнику света:
- Освещенность горизонтальной поверхности:
- Освещенность вертикальной поверхности:
- Светимость (для определения количества света, излучаемого плафонами люстр):
Редкий потребитель будет досконально вникать в эти формулы, рассчитывая величины, перед тем, как купить лампочку.
Цветовая температура светового потока
Комфортность нахождения в помещении определяется не только уровнем его освещенности, но и оттенком света, который излучают источники света. Эта характеристика лампочек называется цветовой температурой.
Человеческий глаз более адаптирован к восприятию длинноволнового светового излучения, в котором расположены красные и оранжевые цвета. Гораздо хуже он воспринимает коротковолновое излучение, располагающееся в синем и фиолетовом участках спектра. Свет с голубоватым оттенком воспринимается глазом как резкий, надоедливый. Вызывает быстрое утомление.
Учитывая эти особенности, производители маркируют все источники света понятными потребителю наименованиями:
- теплый;
- дневной;
- холодный.
По существу, речь идет о коммерческом обозначении температуры цветового потока. Чем цветовая температура ниже – тем более «теплый», приятный для зрения свет излучает лампочка.
Наглядно представлено восприятие человеком одного и того же интерьера (пейзажа) при различной цветовой температуре на рисунке:
РИСУНОК 1
Различие восприятия картинки в зависимости от цветовой температуры
Отличие освещенности от светового потока
Предельно просто объяснить разницу между этими понятиями можно сравнив их с простыми физическими величинами: давлением и силой. Используя небольшой по площади предмет (иголку) можно приложив минимум силы создать большое давление. Точно так же обстоит и со световым потоком. Используя лампочку, обеспечивающую невысокую освещенность, но сконцентрировав световой поток на ограниченном участке, можно добиться локальной освещенности в десятки раз превосходящей общую.
Следует помнить, что освещенность и световой поток измеряются различными единицами:
- освещенность – люксами (лк);
- световой поток – люменами (лм).
Отличия от мощности светового потока
Чтобы еще лучше понять все нюансы, следует разобраться, чем сила света отличается от светового потока. Это проще всего сделать по аналогии с такими физическими величинами, как сила и давление.
Так, если прикладывать определенное усилие на площадь в 1 квадратный сантиметр, то давление будет распределяться равномерно по поверхности. Но если взять иголку и приложить то же усилие к ней, то давление сконцентрируется на крошечном участке под острием и будет в сотни раз выше. А усилие при этом останется прежним.
Точечные светильники дают свет большой силы за счет наличия зеркального отражателя.
Чем больше световой поток ограничен по распространению, тем выше показатель его силы. Что касается использования этого фактора при выборе лампочки в комнату, надо помнить несколько простых советов:
- Для освещения отдельной части помещения лучше использовать точечные светильники или трековые модели, которые можно направить в нужное место. Этот вариант намного удобнее люстры, так как концентрирует световой поток на одном участке, а не рассеивает его по комнате.
- Интенсивность света во многом зависит от плафонов, которые установлены на светильнике. Варианты из матового стекла и подобных материалов дают равномерный, рассеянный фон. Конструкции из ткани и другие непрозрачные решения ограничивают распространение потока и распределяют его на ограниченной площади.
- При использовании плафонов с отражателем освещенность будет намного выше, поэтому можно устанавливать лампочки меньшей мощности.
Подбирать светильники нужно с учетом качества освещения, которое они обеспечивают. Для разных помещений выдвигаются различные требования, поэтому важно учитывать особенности каждого и подбирать те варианты, которые дадут комфортный свет. Помните, что сила света зависит от угла его распространения, поэтому отражатели и точечные светильники обеспечивают увеличение показателей в разы.
Типовое значение светового потока для различных источников света
Типовые значения светового потока для источников света зависят от их конструкции. Наглядно представить, насколько формируемый ими световой поток может отличаться, позволяет таблица:
ТАБЛИЦА 1
Световой поток ламп накаливания, формируемый различными источниками света
ТАБЛИЦА 2
Таблица светового потока люминесцентных ламп
Сравнение света разных источников
Чаще всего сравнению подлежать источники света, используемые в быту:
- лампы накаливания;
- галогеновые лампы;
- люминесцентные лампы;
- светодиодные (LED) лампы.
Максимально допустимая в быту лампа накаливания обычно не превышает мощности 200 Вт. Более мощные лампы сильно нагреваются и являются пожароопасными. Следует учитывать, что световая отдача различных видов ламп не характеризуется одной лишь мощностью.
Световой поток лампы накаливания мощностью 100 Вт достаточен для создания комфортного освещения в помещении площадью 9-12 м2 .
Такой же световой поток люминесцентных ламп обеспечивается при мощности 40 Вт.
Светодиодный источник света – самый экономичный в плане энергопотребления. Блок светодиодов мощностью 7 Вт по светоотдаче заменяет стоватовую лампочку.
Освещение рабочей поверхности
К освещению рабочих поверхностей применяются требования, содержащиеся в:
- СНиП 23-05-95;
- СанПин 2.2.1/2.1.1.1278-03
Рабочий стол должен иметь освещенность 300 лк, рабочее место для производства точных работ – 500 лк, для освещения рабочих поверхностей на кухне достаточно 150 лк.
Сила света типовых источников:
Источник Мощность, Вт Примерная сила света, кд Свеча 1 Современная (2016 г) лампа накаливания 100 100 Обычный светодиод 0,015 5 мкд Сверхъяркий светодиод 1 25 Сверхъяркий светодиод с коллиматором 1 1500 Современная (2016 г) люминесцентная лампа 20 100
Black Diamond – фирма-законодатель мирового профессионального альпинистского и скалолазного снаряжения. Бренд выпускает высококачественные налобные и подвесные фонари, которые можно использовать даже на глубине одного метра под водой в течение получаса. BD предлагает туристические осветительные приборы с показателями светового потока до 200 люмен при сравнительно небольшом весе. Многие фонари наделены несколькими режимами освещения для удобства работы на альпинистском маршруте и в быту. Яркие, легкие, аккуратные и практичные, фонари БлекДиамонд не подведут даже в самой экстремальной ситуации.
Другие световые характеристики
Частично характеристики света были рассмотрены в предыдущих разделах. Для лучшего запоминания повторимся.
Что такое кандела?
Кандела – единица силы света (кд). Одна из 7 основных единиц системы СИ. Равняется 1 люмену умноженному на 1 ватт в минус первой степени.
лм х Вт-1
Люмены и люксы
Как уже отмечалось, сходные по звучанию единицы используются для характеристики различных понятий:
- освещенность измеряется люксами (лк);
- световой поток измеряют люменами (лм).
Люмен и ватт
Люмен, как единица измерения силы светового потока не тождественен ватту – единице измерения мощности. Несмотря на то, что в бытовом плане люди часто отождествляют мощность лампочки, выраженную в ваттах со светоотдачей, делать это не следует. Наглядный пример: равенство светового потока излучаемого лампой накаливания 100 Вт и светодиодной лампой мощностью 7 Вт.
Что такое световой поток
Определить свойства и качественные характеристики света от излучателя поможет такое понятие, как световой поток. При помощи этой величины вычисляют значение силы света, попадающего на единицу площади. Выполняя расчёты систем освещения, используют эту меру. Существуют требования к освещённости различных помещений. Проще говоря, поток света – это мощность, с которой излучение действует на какую-либо поверхность. Система единиц (СИ) обозначает поток буквой Ф, единицу измерения – 1 люмен (лм; lm).
Итоги: как сделать выбор
Выбор электрической лампочки для бытовых нужд не представляет сложности, если покупатель представляет себе, в каком осветительном приборе она будет использоваться, и какой уровень светоотдачи должна обеспечивать. Высокая светоотдача светодиодных ламп позволяют заменить любой из ранее существовавших источников света, значительно экономя при этом на потреблении электроэнергии.
Исключения составляют дизайнерские «лампы Эдисона», которые невозможно имитировать с использованием светодиодов, хотя, некоторые попытки к этому предпринимаются. Тонкую вольфрамовую нить заменяют филаментными светящимися стержнями.
