照明量:光通量、光強、照度、亮度、亮度
1.光通量
光通量——輻射能的功率,根據它產生的光感來判斷。輻射能由發射器發射到太空中的量子數量決定。輻射能(radiant energy)的單位是焦耳。每單位時間發出的能量稱為輻射通量或輻射通量。輻射通量以瓦特為單位測量。光通量用Fe表示。
其中: Qе — 輻射能量。
輻射通量的特徵在於能量在時間和空間上的分佈。
在大多數情況下,當他們談論輻射通量隨時間的分佈時,他們並沒有考慮輻射出現的量子性質,而是將其理解為一個給出瞬時值隨時間變化的函數輻射通量 Ф (t)。這是可以接受的,因為單位時間內光源發射的光子數量非常大。
根據輻射通量的光譜分佈,光源分為三類:具有線性、條紋和連續光譜。具有線性光譜的源的輻射通量由來自單條線的單色通量組成:
其中: Фλ —— 單色輻射通量; Fe——輻射通量。
對於帶譜源,發射發生在相當寬的光譜區域——由暗間隙彼此分開的帶。為了用連續光譜和帶狀光譜表徵輻射通量的光譜分佈,使用了一個稱為光譜輻射通量密度的量
其中: λ 是波長。
光譜輻射通量密度是輻射通量在光譜上的分佈特性,等於無窮小截面對應的基本通量ΔFeλ與該截面寬度的比值:
光譜輻射通量密度以瓦特/納米為單位測量。
在照明工程中,人眼是輻射的主要接受者,引入光通量的概念來評價輻射通量的有效作用。光通量是根據其對眼睛的影響估算的輻射通量,其相對光譜靈敏度由 CIE 批准的平均光譜效率曲線確定。
以下光通量的定義在照明技術中也有使用:光通量是光能的功率。光通量的單位是流明(lm)。 1 lm 對應於發光強度為 1 坎德拉的各向同性點光源在單個立體角發出的光通量。
表格1。光源典型發光值:
燈具種類 電能,W 光通量,lm 發光效率 lm/w 白熾燈 100 瓦 1360 lm 13.6 lm/W 熒光燈 58 瓦 5400 lm 93 lm/W 高壓鈉燈 100 瓦 10000 lm 100 lm/W 低高壓鈉燈 180 瓦 33000 lm 183 lm/W 高壓汞燈 1000 瓦 58000 lm 58 lm/W 金鹵燈 2000 瓦 190 000 lm 95 lm/W由 Фα 吸收的身體 Фρ 和錯過的 Фτ... 在 照明計算 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
材料或表面係數 反射和透射行為 反射 ρ 吸收 α 透射 τ 白堊 0.85 0.15 — 漫反射矽酸鹽搪瓷 0.8 0.2 — 漫反射鋁鏡 0.85 0.15 — 尖頭玻璃鏡 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 漫射定向蛋白石矽酸鹽玻璃 0,3 0,1 0,6 漫射牛奶矽酸鹽玻璃 0, 45 0.15 0.4 漫射
2.光照強度
來自真實源的輻射在周圍空間中的分佈是不均勻的。因此,如果不同時確定周圍空間不同方向的輻射分佈,光通量將不是光源的詳盡特性。
為了表徵光通量的分佈,使用了光通量在周圍空間不同方向上的空間密度的概念。光通量的空間密度由光通量與光源所在點的頂點的立體角之比決定,在該點內該光通量均勻分佈,稱為發光強度:
式中:Ф——光通量; ω——立體角。
光強度的單位是坎德拉。 1 CD。
這是面積為 1:600,000 m2 的黑體表面元件在鉑凝固溫度下垂直發射的發光強度。
光強度的單位是坎德拉,cd 是國際單位制中的主要量之一,對應於均勻分佈在 1 球面度立體角內的 1 lm 光通量(cf.)。立體角是包含在圓錐曲面中的空間部分。立體角 ω,用它從任意半徑的球體上切出的面積與後者的平方之比來測量。
3.燈光
照度是落在單位表面上的光量或光通量。它用字母 E 表示,單位為勒克斯 (lx)。
照度單位 lx,單位為流明每平方米 (lm/m2)。
照度可以定義為被照面上的光通量密度:
照明不依賴於光通量傳播到表面的方向。
以下是一些普遍接受的亮度指標:
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夏季,萬里無雲的一天 — 100,000 lux
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街道照明 — 5-30 lux
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晴朗夜晚的滿月 — 0.25 勒克斯
4、光照強度(I)與照度(E)的關係。
平方反比定律
表面某一點的照度,垂直於光的傳播方向,定義為光強與該點到光源距離的平方的比值。如果我們把這個距離作為d,那麼這個比例可以用下面的公式表示:
例如:如果光源在距離該表面 3 米處垂直於該表面的方向發出功率為 1200 cd 的光,則光到達該表面的點處的照度 (Ep) 將為 1200 /32 = 133 勒克斯。如果表面距離光源 6 m,則照度將為 1200/62 = 33 lux。這種關係稱為平方反比定律。
不垂直於光傳播方向的表面上某一點的照度等於測量點方向的光強除以光源到平面內一點的距離的平方乘以角度 γ 的餘弦(γ 是光入射方向與垂直於該平面的方向所成的角度)。
所以:
這就是餘弦定律(圖 1)。
米。 1.餘弦定律
5.水平照明
要計算水平照度,建議修改上一個公式,將光源與測量點之間的距離 d 替換為從光源到表面的高度 h。
圖 2:
然後:
我們得到:
該公式計算測量點的水平照度。
米。 2.水平照明
6.垂直照明
在朝向光源的垂直平面中同一點 P 的照度可以表示為光源高度 (h) 和光強度 (I) 的入射角 (γ) 的函數(圖 3) ) 。
我們得到:
米。 3.垂直照明
7.照明
為了表徵由於光通量穿過它們或從它們反射而發光的表面,使用表面元素發射的光通量與該元素的面積之比。這個量稱為光度:
對於尺寸有限的表面:
照度是光錶面發出的光通量的密度。照度的單位是光面每平方米的流明,對應1平方米的面積均勻發出1流明的光通量。在全輻射情況下,引入輻射體能量光度(Me)的概念。
輻射光的單位是W/m2。
這種情況下的亮度可以用發射體的能量光度Meλ(λ)的譜密度來表示
為了進行比較評估,我們將能量亮度帶入某些表面的光度:
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太陽表面——Me=6•107 W/m2;
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白熾燈絲——Me = 2 • 105 W/m2;
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太陽在其最高點的表面 — M = 3.1 • 109 lm / m2;
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熒光燈泡 — M = 22 • 103 lm / m2。
8.亮度
亮度 單位表面在一定方向上發出的光的亮度。亮度的測量單位是坎德拉每平方米 (cd / m2)。
表面本身可以發光,類似於燈的表面,或反射來自其他來源(例如路面)的光。
具有不同反光特性的表面在相同光照下會呈現出不同程度的亮度。
相對於該表面的投影成Φ角的表面dA發射的亮度等於在給定方向上發射的光的強度與發射表面的投影的比值(圖4)。
米。 4.亮度
光的強度和發射面的投影與距離無關。因此,亮度也不取決於距離。
一些實際例子:
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太陽表面的亮度 — 2,000,000,000 cd / m2
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熒光燈的亮度 — 從 5000 到 15000 cd/m2
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滿月的表面亮度 — 2500 cd / m2
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人工道路照明 — 30 lux 2 cd / m2
