Русская Википедия:Световой поток
Световой поток — физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения, где под световой мощностью понимается световая энергия, переносимая излучением через некоторую поверхность за единицу времени. Иными словами, «световой поток является величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза»[1]. В свою очередь величина «поток излучения» определяется как мощность, переносимая излучением через какую-либо поверхность[2].
Более формально световой поток можно определить как световую величину, оценивающую поток излучения по его действию на селективный приёмник света, спектральная чувствительность которого определяется функцией относительной спектральной световой эффективности излучения[3].
- Обозначение: <math>\Phi_v</math>
- Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): люмен (русское обозначение: лм; международное: lm).
Определяющие формулы
Если имеется монохроматическое излучение с длиной волны <math>\lambda</math>, поток излучения которого равен <math>\Phi_e (\lambda)</math>, то в соответствии с определением световой поток такого излучения <math>\Phi_v (\lambda)</math> выражается равенством[1]:
- <math> \Phi_v (\lambda) = K_m \cdot V (\lambda) \cdot \Phi_e (\lambda).</math>
где <math> V (\lambda)</math> — относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения, имеющая смысл нормированной в максимуме на единицу чувствительности среднего человеческого глаза при дневном зрении, а <math> K_m</math> — коэффициент, величина которого определяется используемой системой единиц. В системе СИ этот коэффициент равен 683 лм/Вт[Комм 1].
Световой поток излучения с дискретным (линейчатым) спектром получается суммированием вкладов всех линий, составляющих спектр излучения:
- <math> \Phi_v (\lambda) = K_m \sum_{i=1}^{N} V(\lambda_i) \cdot \Phi_e (\lambda_i),</math>
где <math>\lambda_i </math> — длина волны линии с номером «i», а N — общее количество линий.
В случае немонохроматического излучения с непрерывным (сплошным) спектром малую часть всего излучения, занимающую узкий спектральный диапазон <math> d (\lambda)</math>, можно рассматривать как монохроматическое с потоком излучения <math>d \Phi_e (\lambda)</math> и световым потоком <math>d \Phi_v (\lambda)</math>. Тогда для связи между ними будет выполняться
- <math>d \Phi_v (\lambda) = K_m \cdot V (\lambda) \cdot d\Phi_e (\lambda).</math>
Интегрируя данное равенство в пределах видимого диапазона длин волн (то есть от 380 до 780 нм), получаем выражение для светового потока всего рассматриваемого излучения:
- <math> \Phi_v = K_m \cdot \int\limits_{380~nm}^{780~nm} V (\lambda) \cdot d\Phi_e (\lambda).</math>
Если использовать спектральную плотность потока излучения <math>\Phi_{e,\lambda}</math>, характеризующую распределение энергии излучения по спектру и определяемую как <math>\frac{d\Phi_e(\lambda)}{d\lambda}</math>, то выражение для светового потока приобретает вид[1]:
- <math> \Phi_v = K_m \cdot \int\limits_{380~nm}^{780~nm} V (\lambda) \cdot \Phi_{e,\lambda} \cdot d\lambda .</math>
Измерение
Измерение светового потока от источника света производится при помощи специальных приборов — сферических фотометров, либо фотометрических гониометров[4]. Трудность измерения заключается в том, что необходимо измерить поток, который испускается во всех направлениях — в телесный угол 4Шаблон:Math.
Для этого можно использовать сферический фотометр — прибор, представляющий собой сферу с внутренним покрытием, имеющим коэффициент отражения, близкий к 1. Исследуемый источник света помещается в центр сферы и при помощи фотоэлемента, вмонтированного в стенку сферы и покрытого фильтром с кривой пропускания, равной кривой спектральной чувствительности глаза, измеряется сигнал, пропорциональный освещенности фотоэлемента, которая, в свою очередь, в данном устройстве пропорциональна световому потоку от источника света (фотоэлемент измеряет только рассеянный свет, так как заслонён от прямого излучения источника специальным экраном). Путём сравнения полученного сигнала с сигналом от эталонного источника света можно измерить абсолютный световой поток источника света.
Другая возможность состоит в применении фотометрических гониометров. В этом случае производится измерение освещённости, создаваемой исследуемым источником, на воображаемой сферической поверхности. Для этого люксметр проходит последовательно при помощи гониометра все позиции на сфере. Интегрируя измеренные освещённости (измеряются в люксах: 1 люкс = 1 люмен/м²) по площади сферы (м²), получим абсолютный световой поток источника света (в люменах). Условием получения абсолютных значений является калиброванный в абсолютных величинах люксметр.
Пояснения
Значение фотометрического эквивалента излучения Km однозначно задаётся определением единицы силы света канделы, являющейся одной из семи основных единиц системы СИ. По определению одна кандела — это «сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540Шаблон:E Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср»[5]. Частоте 540Шаблон:E Гц соответствует в воздухе длина волны 555 нм[Комм 2], на которой располагается максимум спектральной чувствительности человеческого глаза для дневного зрения. Поэтому коэффициент Km находится из равенства
1 кд = Km·Vλ(555)·1/683 Вт/ср, откуда следует Km = 683 (кд·ср)/Вт = 683 лм/Вт.
Для случая ночного зрения значение фотометрического эквивалента излучения изменяется.
Человеческий глаз считается светлоадаптированным при яркостях более 100 кд/м². Ночное зрение наступает при яркостях менее 10−3 кд/м². В промежутке между этими величинами человеческий глаз функционирует в режиме сумеречного зрения.
Примеры
| Источник | Световой поток (люмен) |
|---|---|
| 15 мВт зелёный лазер (длина волны 532 нм) | 8,4 |
| Керосиновая лампа | 100 |
| 18 Вт Люминесцентная лампа | 1250 |
Примечания
Комментарии
Источники
Ссылки
См. также
Шаблон:Выбор языка Шаблон:Световые величины
Ошибка цитирования Для существующих тегов <ref> группы «Комм» не найдено соответствующего тега <references group="Комм"/>
