Главная > Дом и семья > Дача и загородный дом > Растения > Освещение

Измерение силы света

Яркость света или световой поток измеряется люменах (лм, lm) и обозначается буквой Ф. Эту величину сложно описать физически, гораздо проще представить себе, что световой поток Ф падает на какую-либо поверхность и освещает её.
Освещенность такой поверхности измеряется в люксах (лк, lx) и обозначается буквой Е.

Это означает, что 1 люкс равен 1 люмен, деленный на 1 квадратный метр.
Примеры освещенности в природе:
Полнолунная ночь - освещенность земли = 1 лк.
Осенний пасмурный день - освещенность земли = 100 лк.
Ясный солнечный день в тени - освещенность земли = 10000-25000 лк.
Под прямым солнцем - освещенность земли = 32000-130000 лк.

Электрическое освещение

При проектировании зданий и сооружений необходимо учитывать освещенность помещений, в которых будут постоянно пребывать люди. Особенно важна освещенность в детских учреждениях (детских садах и школах), больницах, кабинетах и т.п. Это связано с напряженной зрительной работой, которую будут производить люди в этих помещениях.

Освещение помещений бывает естественное и искусственное.
Естественное освещение это освещение помещения через окна, потолки и другие прозрачные строительные конструкции.
Так как данный сайт посвящен электроснабжению, то остановимся более подробно на искусственном освещении, которое в современном мире осуществляется при помощи электричества. (в средние века преобладали газовые светильники, светильники на жидком топливе, свечи и лучины)

Искусственное освещение делится на:

1. Рабочее (общее) освещение - это основное освещение, которое обеспечивает нормальные условия для нахождения человека в помещении. Под нормальными понимаются условия жизнедеятельности человека, при которых он не напрягает зрение, чтобы выполнить любое действие для которого данное помещение предназначено.
Проще говоря, если вы пришли в супермаркет и пытаетесь прочитать мелкий текст на упаковке товара, то вам необходима освещенность не ниже 300 люкс, что и предусмотрено в строительных нормах РФ. Документ, подробно описывающий нормы освещенности называется СНиП 23-05-95.

Особенно важно учитывать нормы освещенности в помещениях, где люди длительно выполняют напряженную зрительную работу. На рабочих местах с таким видом работ необходимо предусматривать дополнительное местное освещение.

Источниками света в современных светильниках являются три основных вида ламп:

Лампы накаливания - это самый простой прибор, преобразующие электрическую энергию в световую путем обычного нагревания вольфрамовой спирали.

Газоразрядные лампы - к этой категории относятся лампы в основе которых лежит свет, производимый электрическим разрядом в газе или парах металла. Данные светильники занимают преобладающие позиции среди осветительных приборов. Виды таких ламп отличаются многообразием: это и "энергосберегающие" лампы, активно проталкиваемые последнее время в массы, и ртутные лампы типа ДРЛ, используемые в прожекторах, и лампы уличного освещения (натриевые ДНаТ) и многие другие.

Светодиодные лампы - новое и перспективное развитие осветительных приборов, связанное с появлением сверхярких светодиодов.

В таком разнообразии несложно заблудиться. Попробуем провести сравнение столь разных источников света. Основным параметром будем считать эффективность источника света, то есть сколько света он производит, потребив 1 Ватт электроэнергии (лм/Вт).

Из таблицы видно, что лампа накаливания безнадежно проигрывает остальным источникам освещения.
Однако не стоит забывать про качество светового потока - оптимальным для восприятия человеческого глаза считается солнечный свет. Лампа накаливания производит спектр света, который наиболее близок к солнечному.

2. Аварийное освещение - это освещение которое предназначено для того чтобы безопасно завершить производственный процесс (освещение безопасности) или эвакуироваться из здания или помещения (эвакуационное освещение) в случае отключения основного освещения. Основным отличием данного освещения является повышенная надежность электроснабжения, обеспеченная первой категорией электроснабжения, введением дополнительных источников электроэнергии (аккумуляторов) и другими мерами.

3. Охранное и дежурное освещение в комментариях не нуждаются, так как все понятно из названия.

Расчет освещения

Расчет освещения производится для обеспечения нормального уровня освещенности в проектируемом здании и производится на основании строительных планов, технологической расстановки оборудования, проекта дизайна.

Результатом расчета освещения является проект марки ЭО, в котором указаны места установки светильников, питающие сети освещения и расчетные величины освещения для каждого помещения.

Есть несколько способов расчета освещения вручную:

Метод коэффициента использования светового потока:
Суть метода заключается в вычислении коэффициента для каждого помещения, исходя из основных параметров помещения и светоотражающих свойств отделочных материалов. Недостатками такого метода расчета являются высокая трудоемкость расчета и невысокая точность. Таким методом производится расчет внутреннего освещения.

Вторым методом является точечный метод:
Согласно данной методики освещенность определяется в каждой точке рассчитываемой поверхности, относительно каждого источника освещения. Не сложно догадаться, что трудоемкость данного метода просто огромная! Точность находится в прямой зависимости от добросовестности инженера, проводящего расчет.

Мы с вами живем в 21 веке, когда почти все трудоемкие операции производят машины. Поэтому оптимальным способом расчета освещения является расчет при помощи ЭВМ.

Немецкая фирма DIAL любезно предоставляет всем желающим бесплатную программу для расчета освещения DIALux. Программа на основе светотехнических данных светильников и трехмерной модели объекта рассчитывает освещенность и другие параметры.

Качественно, точно и быстро.

P.S. Пренебрегая расчетом освещения вы рискуете попасть в одну из следующих ситуации:

Здание построено, отделка завершена, а в помещениях освещение ниже требований санитарных норм (при сдаче в эксплуатацию дошкольных учреждений, школ, административных зданий, учреждений здравоохранения такие замеры производятся обязательно). Затраты на переделку будут стоить гораздо дороже любого проекта.

Освещенность дворовой территории небольшого жилого комплекса, превышающая норму на 50 люкс "сожрет" за ночь лишний десяток киловатт-часов электроэнергии.

Освещенность - это световая величина, которая определяет количество света, попадающего на определенную площадь поверхности тела. Она зависит от длины волны света, так как человеческий глаз воспринимает яркость световых волн разной длины, то есть разного цвета, по-разному. Освещенность вычисляют отдельно для волн разной длины, так как люди воспринимают свет с длиной волны в 550 нанометров (зеленый), и цвета, находящиеся рядом в спектре (желтый и оранжевый), как самые яркие. Свет, образуемый более длинными или короткими волнами (фиолетовый, синий, красный) воспринимается, как более темный. Часто освещенность связывают с понятием яркости.

Освещенность обратно пропорциональна площади, на которую падает свет. То есть, при освещении поверхности одной и той же лампой, освещенность большей площади будет меньше, чем освещенность меньшей площади.

Разница между яркостью и освещенностью

Яркость Освещенность

В русском языке слово «яркость» имеет два значения. Яркость может означать физическую величину, то есть характеристику светящихся тел, равную отношению силы света в определенном направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Также она может определять более субъективное понятие об общей яркости, которое зависит от многих факторов, например особенностей глаз того, кто смотрит на этот свет, или количества света в окружающей среде. Чем меньше света вокруг, тем ярче кажется источник света. Чтобы не путать эти два понятия с освещенностью стоит запомнить, что:

яркость характеризует свет, отраженный от поверхности светящегося тела или посылаемый этой поверхностью;

освещенность характеризует падающий на освещаемую поверхность свет.

В астрономии яркость характеризует как излучающую (звезды), так и отражающую (планеты) способность поверхности небесных тел и измеряется по фотометрической шкале звездных яркостей. Причем, чем ярче звезда, тем меньше величина ее фотометрической яркости. Самые яркие звезды имеют отрицательную величину звездной яркости.

Единицы измерения

Освещенность чаще всего измеряют в единицах СИ люксах . Один люкс равен одному люмену на квадратный метр. Те, кто предпочитают метрическим единицам имперские, используют для измерения освещенности фут-канделу . Часто ее применяют в фотографии и кино, а также в некоторых других областях. Фут в названии используется потому, что одна фут-кандела обозначает освещенность одной канделой поверхности в один квадратный фут, которую измеряют на расстоянии одного фута (чуть больше 30 см).

Фотометр

Фотометр - это устройство, которое измеряет освещенность. Обычно свет поступает на фотодетектор, преобразуется в электрический сигнал и измеряется. Иногда встречаются фотометры, которые работают по другому принципу. Большая часть фотометров показывают информацию об освещенности в люксах, хотя иногда используются и другие единицы. Фотометры, называемые экспонометрами, помогают фотографам и операторам определить выдержку и диафрагму. Кроме этого фотометры используют для определения безопасной освещенности на рабочем месте, в растениеводстве, в музеях, и во многих других отраслях, где необходимо знать и поддерживать определенную освещенность.

Освещенность и безопасность на рабочем месте

Работа в темном помещении грозит ухудшением зрения, депрессией и другими физиологическими и психологическими проблемами. Именно поэтому многие правила охраны труда включают требования о минимальной безопасной освещенности рабочего места. Измерения обычно проводят фотометром, который выдает конечный результат в зависимости от площади распространения света. Это необходимо для того, чтобы обеспечить достаточную освещенность во всем помещении.

Освещенность в фото- и видеосъемке

В большинстве современных камер имеются встроенные экспонометры, упрощающие работу фотографа или оператора. Экспонометр необходим для того, чтобы фотограф или оператор могли определить, сколько света нужно пропустить на пленку или фотоматрицу в зависимости от освещенности снимаемого объекта. Освещенность в люксах преобразуется экспонометром в возможные комбинации выдержки и диафрагмы, которые потом выбираются вручную или автоматически, в зависимости от того, как настроена камера. Обычно предлагаемые комбинации зависят от настроек в камере, а также от того, что фотограф или оператор хочет изобразить. В студии и на съемочной площадке часто используют внешний или встроенный в камеру экспонометр, чтобы определить, достаточно ли освещения обеспечивают используемые источники света.

Для получения хороших фотографий или видеоматериала в условиях плохого освещения на пленку или фотоматрицу должно попасть достаточное количество света. Этого не трудно добиться с помощью фотоаппарата - нужно только установить правильную экспозицию. С видеокамерами дело обстоит сложнее. Для видеосъемки высокого качества обычно нужно устанавливать дополнительное освещение, иначе видео будет слишком темным или с сильным цифровым шумом. Это не всегда возможно. Некоторые видеокамеры специально разрабатывают для съемки в условиях слабой освещенности.

Камеры, предназначенные для съемки в условиях слабой освещенности

Есть два вида камер для съемок в условиях слабой освещенности: в одних используется оптика более высокого уровня, а в других - более совершенная электроника. Оптика пропускает больше света в объектив, а электроника лучше обрабатывает даже тот малый свет, что попадает в камеру. Обычно именно с электроникой связаны проблемы и побочные эффекты, описанные ниже. Светосильная оптика позволяет снять видео более высокого качества, но ее недостатки - дополнительный вес из-за большого количества стекла и значительно более высокая цена.

Кроме этого, на качество съемки влияет установленная в видео- и фотокамерах одноматричная или трехматричная фотоматрица. В трехматричной матрице весь поступающий свет делится с помощью призмы на три цвета - красный, зеленый и синий. Качество изображения в темных условиях лучше в трехматричных камерах, чем в одноматричных, так как при прохождении через призму рассеивается меньше света, чем при его обработке фильтром в одноматричной камере.

Существует два основных вида фотоматриц - на приборах с зарядовой связью (ПЗС) и выполненные на основе КМОП-технологии (комплементарный металлооксидный полупроводник). В первом обычно установлен датчик, на который поступает свет, и процессор, который обрабатывает изображение. В КМОП-матрицах датчик и процессор обычно объединены. В условиях недостаточного освещения камеры с ПЗС-матрицами обычно дают изображение лучшего качества, а достоинства КМОП-матриц в том, что они дешевле и потребляют меньше энергии.

Размер фотоматрицы также влияет на качество изображения. Если съемка происходит с малым количеством света, то чем больше матрица - тем лучше качество изображения, а чем меньше матрица - тем больше проблем с изображением - на нем появляется цифровой шум. Большие матрицы устанавливают в более дорогих камерах, и для них необходима более мощная (и, как следствие - тяжелая) оптика. Фотокамеры с такими матрицами позволяют снимать профессиональное видео. Например, в последнее время появился ряд фильмов полностью снятых на такие камеры как Canon 5D Mark II или Mark III, у которых размер матрицы - 24 x 36 мм.

Производители обычно указывают, в каких минимальных условиях может работать камера, например при освещенности от 2 люкс. Эта информация не стандартизирована, то есть производитель решает сам, какое видео считать качественным. Иногда две камеры с одним и тем же показателем минимальной освещенности дают разное качество съемки. Альянс отраслей электронной промышленности EIA (от английского Electronic Industries Association) в США предложил стандартизированную систему определения светочувствительности камер, но пока он используется только некоторыми производителями и не принят повсеместно. Поэтому часто, чтобы сравнить две камеры с одинаковыми световыми характеристиками, нужно испробовать их в действии.

На данный момент любая камера, даже рассчитанная на работу в условиях низкой освещенности, может давать картинку низкого качества, с высокой зернистостью и послесвечением. Чтобы решить некоторые из этих проблем возможно предпринять следующие шаги:

• Снимать на штативе;
• Работать в ручном режиме;
• Не использовать режим переменного фокусного расстояния, а вместо этого перенести камеру как можно ближе к объекту съемки;
• Не использовать автоматическую фокусировку и автоматический выбор ISO - при большей величине ISO увеличивается шум;
• Снимать с выдержкой в 1/30;
• Использовать рассеянный свет;
• Если нет возможности установить дополнительное освещение, то использовать весь возможный свет вокруг, например уличные фонари и лунный свет.

Несмотря на отсутствие стандартизации о чувствительности камер к освещенности, для ночной съемки все равно лучше выбрать камеру, на которой указано, что она работает при 2 люкс или ниже. Также следует помнить, что даже если камера действительно хорошо снимает в темных условиях, ее чувствительность к освещенности, указанная в люксах - чувствительность к свету, направленному на объект, но камера на самом деле получает свет, отраженный от объекта. При отражении часть света рассеивается, и чем дальше камера от объекта - тем меньше света попадает в объектив, что ухудшает качество съемки.

Экспозиционное число

Экспозиционное число (англ. Exposure Value, EV) - целое число, характеризующее возможные комбинации выдержки и диафрагмы в фото, кино- или видеокамере. Все сочетания выдержки и диафрагмы, при которых на пленку или светочувствительную матрицу попадает одинаковое количество света, имеют одинаковое экспозиционное число.

Несколько комбинаций выдержки и диафрагмы в камере при одном и том же экспозиционном числе позволяют получить примерно одинаковое по плотности изображение. Однако изображения при этом будут различными. Это связано с тем, что при разных значениях диафрагмы глубина резко изображаемого пространства будет различной; при разных значениях выдержки изображение на пленке или матрице будет находиться разное время, в результате чего оно будет в разной степени смазано или совсем не смазано. Например, сочетания f/22 - 1/30 и f/2.8 - 1/2000 характеризуются одним и тем же экспозиционным числом, но первое изображение будет иметь большую глубину резкости и может оказаться смазанным, а второе будет иметь малую глубину резкости и, вполне возможно, совсем не будет смазанным.

Бóльшие значения EV используются, если объект съемки лучше освещен. Например, экспозиционное число (при светочувствительности ISO 100) EV100 = 13 можно использовать при съемке ландшафта, если на небе имеется облачность, а EV100 = –4 годится для съемки яркого полярного сияния.

По определению,

EV = log 2 (N 2 /t )

2 EV = N 2 /t , (1)

где
• N - диафрагменное число (например: 2; 2,8; 4; 5,6, и т. д.)
• t - выдержка в секундах (например: 30, 4, 2, 1, 1/2, 1/4, 1/30, 1/100, и т. д.)

Например, для комбинации f/2 и 1/30, экспозиционное число

EV = log 2 (2 2 /(1/30)) = log 2 (2 2 × 30) = 6.9 ≈ 7.

Это число может быть использовано для съемки ночных сцен и освещенных витрин. Комбинация f/5.6 с выдержкой 1/250 дает экспозиционное число

EV = log 2 (5.6 2 /(1/250)) = log 2 (5.6 2 × 250) = log 2 (7840) = 12.93 ≈ 13,

которое можно использовать для съемки пейзажа с облачным небом и без теней.

Следует отметить, что аргумент логарифмической функции должен быть безразмерным. В определении экспозиционного числа EV игнорируется размерность знаменателя в формуле (1) и используется только численное значение выдержки в секундах.

Взаимосвязь экспозиционного числа с яркостью и освещенностью объекта съемки

Определение экспозиции по яркости света, отраженного от объекта съемки

При использовании экспонометров или люксметров, измеряющих отраженный от объекта съемки свет, выдержка и диафрагма связаны с яркостью объекта съемки следующим соотношением:

N 2 /t = LS /K (2)

• N - диафрагменное число;
• t - выдержка в секундах;
• L - усредненная яркость сцены в канделах на квадратный метр (кд/м²);
• S - арифметическое значение светочувствительности (100, 200, 400, и т. д.);
• K - калибровочный коэффициент экспонометра или люксметра для отраженного света; Canon и Nikon используют K = 12.5.

Из уравнений (1) и (2) получаем экспозиционное число

EV = log 2 (LS /K )

2 EV = LS /K

При K = 12,5 и ISO 100, имеем следующее уравнение для яркости:

2 EV = 100L /12.5 = 8L

L = 2 EV /8 = 2 EV /2 3 = 2 EV–3 .

Освещенность и музейные экспонаты

Скорость, с которой ветшают, выцветают и иным образом портятся музейные экспонаты, зависит от их освещенности и от силы источников света. Сотрудники музеев измеряют освещенность экспонатов, чтобы убедиться, что на экспонаты попадает безопасное количество света, а также и для того, чтобы обеспечить достаточно света для посетителей, чтобы они могли хорошо рассмотреть экспонат. Освещенность можно измерить фотометром, но во многих случаях это бывает нелегко, так как он должен находиться как можно ближе к экспонату, а для этого часто необходимо убрать защитное стекло и выключить сигнализацию, а также получить на это разрешение. Чтобы облегчить задачу, работники музея часто пользуются фотоаппаратами как фотометрами. Конечно, это не замена точным измерениям в ситуации, где найдена проблема с количеством света, который попадает на экспонат. Но для того, чтобы проверить, нужна ли более серьезная проверка с фотометром, фотоаппарата вполне достаточно.

Экспозиция определяется фотоаппаратом на основе показаний об освещенности, и, зная экспозицию, можно найти освещенность, проделав ряд несложных вычислений. В этом случае сотрудники музеев пользуются либо формулой, либо таблицей с переводом экспозиции в единицы освещенности. Во время вычислений не стоит забывать, что камера поглощает часть света, и учитывать это в конечном результате.

Освещенность в других сферах деятельности

Садоводы и растениеводы знают, что растения нуждается в свете для фотосинтеза, и им известно, сколько света необходимо каждому растению. Они измеряют освещенность в теплицах, садах и огородах, чтобы убедиться в том, что каждое растение получает достаточное количество света. Некоторые используют для этого фотометры.

На плоскость, перпендикулярную оси наблюдения.

В определении, данном выше, подразумевается, если рассматривать его как общее, что источник имеет малый размер, точнее малый угловой размер. В случае, когда речь идет о существенно протяженной светящейся поверхности, каждый ее элемент рассматривается как отдельный источник. В общем случае, таким образом, яркость разных точек поверхности может быть разной. И тогда, если говорят о яркости источника в целом, подразумевается вообще говоря усредненная величина. Источник может не иметь определенной излучающей поверхности (светящийся газ, область рассеивающей свет среды, источник сложной структуры - например туманность в астрономии, когда нас интересует его яркость в целом), тогда под поверхностью источника можно иметь в виду условно выбранную ограничивающую его поверхность или просто убрать слово "поверхность" из определения.

I Я́ркость L, световая величина , равная отношению светового потока к фактору геометрическому :

.

Здесь - заполненный излучением телесный угол, - площадь участка, испускающего или принимающего излучение, - угол между перпендикуляром к этому участку и направлением излучения. Из общего определения яркости следуют два практически наиболее интересных частных определения:

1) Яркость , излучаемая поверхностью под углом к нормали этой поверхности, равняется отношению силы света , излучаемого в данном направлении, к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению

Яркость

2) Яркость - отношение освещённости в точке плоскости, перпендикулярной направлению на источник, к элементарному телесному углу, в котором заключён поток, создающий эту освещённость:

Яркость измеряется в кд·м −2 . Из всех световых величин яркости наиболее непосредственно связана со зрительными ощущениями, так как освещённости изображений предметов на сетчатке пропорциональны яркостям этих предметов. В системе энергетических фотометрических величин аналогичная яркость величина называется энергетической яркость и измеряется в вт·ср −1 ·м −2 .

II Я́ркость (в астрономии) характеристика излучательной или отражательной способности поверхности небесных тел. Яркость слабых небесных источников выражают звёздной величиной площадки размером в 1 квадратную секунду, 1 квадратную минуту или 1 квадратный градус, то есть сравнивают освещённость от этой площадки с освещённостью, даваемой звездой с известной звёздной величиной. Так, яркость ночного безлунного неба в ясную погоду, равная 2·10 −8 стильб, характеризуется звёздной величиной 22,4 с 1 квадратной секунды или звёздной величиной 4,61 с 1 квадратного градуса. Яркость средней туманности равна 19-20 звёздной величины с 1 квадратной секунды. Яркость Венеры - около 3 звёздных величин с 1 квадратной секунды. Яркость площадки в 1 квадратную секунду, по которой распределён свет звезды нулевой звёздной величины, равна 9,25 стильб. Яркость центра солнечного диска равна 150 000 стильб, а полной Луны 0,25 стильб. Поверхность, у которой яркость не зависит от угла наклона площадки к лучу зрения, называется ортотропной; испускаемый такой поверхностью поток с единицы площади подчиняется закону Ламберта и называется светлостью; её единицей является ламберт, соответствующий полному потоку в 1 лм (люмен) с 1 см².

См. также

• Цветовые пространства. Авторская научная библиотека УГТУ

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Антонимы :

Смотреть что такое "Яркость" в других словарях:

яркость - яркость, и … Русский орфографический словарь

яркость - Величина, измеряемая силой света источника в данном направлении, приведенной к единице проекции поверхности источника на плоскость, перпендикулярную данному направлению. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук … Справочник технического переводчика

ЯРКОСТЬ, яркости, мн. нет, жен. 1. отвлеч. сущ. к яркий. Яркость света. Яркость красок. Яркость таланта. 2. Количество световой энергии, испускаемой источником света (физ., астр.). Звезды первой яркости. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков.… … Толковый словарь Ушакова

Насыщенность, наглядность, лучистость, интенсивность, густота, рельефность, красноречивость, красочность, светлость, вескость, живописность, экспрессия, эффектность, картинность, светозарность, ослепительность, блистательность, сочность,… … Словарь синонимов

ЯРКОСТЬ, отношение силы света, распространяющегося в каком либо направлении, к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Измеряется в канделах на м2. Яркость источника, соответствующего порогу… … Современная энциклопедия

- (L), поверхностно пространственная плотность светового потока, исходящего от поверхности, равна отношению светового потока dФ к геометрическому фактору dWdAcosq: L = dФ/dWdAcosq. Здесь dW заполненный излучением телесный угол, dA площадь участка,… … Физическая энциклопедия

яркость - ЯРКОСТЬ, ослепительность ЯРКИЙ, ослепительный, сияющий, слепящий ЯРКО, ослепительно, слепяще … Словарь-тезаурус синонимов русской речи

Яркость - ЯРКОСТЬ, отношение силы света, распространяющегося в каком–либо направлении, к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Измеряется в канделах на м2. Яркость источника, соответствующего порогу… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Характеристика светящихся тел, равная отношению силы света в каком либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению. В системе СИ измеряется в канделах на м² … Большой Энциклопедический словарь

ЯРКИЙ, ая, ое; ярок, ярка, ярко, ярки и ярки; ярче; ярчайший. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Яркость - Яркость: поток, посылаемый в данном направлении единицей видимой поверхности в единичном телесном угле; отношение силы света в данном направлении к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную к данному направлению,… … Официальная терминология

Сегодня мы расскажем о единице измерения силы света. Эта статья раскроет читателям свойства фотонов, которые позволят определить, почему свет бывает разной яркости.

Частица или волна?

В начале двадцатого века ученых озадачивало поведение квантов света - фотонов. С одной стороны, интерференция и дифракция говорили об их волновой сущности. Следовательно, свет характеризовали такие свойства, как частота, длина волны и амплитуда. С другой стороны, убедили научное сообщество в том, что фотоны передают поверхностям импульс. Это было бы невозможно, не обладай частицы массой. Таким образом, физикам пришлось признать: электромагнитное излучение одновременно и волна, и материальный объект.

Энергия фотона

Как доказал Эйнштейн, масса и есть энергия. Этот факт доказывает наше центральное светило, Солнце. Термоядерная реакция превращает массу сильно сжатого газа в чистую энергию. Но как определить мощность испускаемого излучения? Почему утром, например, сила света солнца ниже, чем в полдень? Описанные в предыдущем параграфе характеристики связаны между собой конкретными соотношениями. И все они указывают на энергию, которую несет электромагнитное излучение. Эта величина меняется в большую сторону при:

• уменьшении длины волны;
• возрастании частоты.

В чем кроется энергия электромагнитного излучения?

Фотон отличается от остальных частиц. Его масса и, следовательно, энергия существуют, только пока он движется сквозь пространство. При столкновении с препятствием квант света повышает его внутреннюю энергию или придает ему кинетический момент. Но сам фотон при этом перестает существовать. В зависимости от того, что именно выступает препятствием, происходят различные изменения.

1. Если препятствие - твердое тело, то чаще всего свет нагревает его. Также возможны следующие сценарии: фотон изменяет направление движения, стимулирует химическую реакцию или заставляет один из электронов покинуть свою орбиту и перейти в другое состояние (фотоэффект).
2. Если препятствие - единственная молекула, например, из разреженного облака газа в открытом космосе, то фотон заставляет все ее связи колебаться сильнее.
3. Если препятствие - массивное тело (например, звезда или даже галактика), то свет искажается и меняет направление движения. На этом эффекте основана возможность «заглянуть» в далекое прошлое космоса.

Наука и человечность

Научные данные часто кажутся чем-то абстрактным, неприменимым к жизни. Происходит это и с характеристиками света. Если речь идет об эксперименте или измерении излучения звезд, ученым требуется знать абсолютные величины (они называют фотометрическими). Эти понятия, как правило, выражаются в терминах энергии и мощности. Напомним, под мощностью подразумевается скорость изменения энергии в единицу времени, и в целом она показывает количество работы, которое может производить система. Но человек ограничен в способности ощущать реальность. Например, кожа чувствует тепло, но глаз не видит фотон инфракрасного излучения. Та же проблема и с единицами силы света: мощность, которую излучение демонстрирует на самом деле, отличается от мощности, которую способен воспринимать человеческий глаз.

Спектральная чувствительность человеческого глаза

Напоминаем, что речь ниже пойдет об усредненных показателях. Все люди разные. Некоторые вообще не воспринимают отдельные цвета (дальтоники). Для других культура цвета не совпадает с общепринятой научной точкой зрения. Например, японцы не различают зеленый и голубой, а англичане - голубой и синий. В этих языках разные цвета обозначаются одним словом.

Единица силы света зависит от спектральной чувствительности среднего человеческого глаза. Максимум дневного света приходится на фотон с длиной волны 555 нанометров. Это означает, что при свете солнца человек лучше всего видит зеленый цвет. Максимум ночного зрения - это фотон с длиной волны 507 нанометров. Следовательно, при Луне люди лучше видят голубые объекты. В сумерках все зависит от освещения: чем оно лучше, тем более «зеленым» становится максимум цвета, который человек воспринимает.

Строение человеческого глаза

Почти всегда, когда речь заходит о зрении, мы говорим, что видит глаз. Это неверное утверждение, ибо в первую очередь воспринимает мозг. Глаз - это только инструмент, который передает информацию о световом потоке в главный компьютер. И, как любой инструмент, вся система восприятия цветов имеет свои ограничения.

В сетчатке человека есть два различных типа клеток - колбочки и палочки. Первые отвечают за дневное зрение и лучше воспринимают цвета. Вторые предоставляют ночное зрение, благодаря палочкам человек различает свет и тень. Но они плохо воспринимают цвета. Палочки также более чувствительны к движениям. Именно поэтому, если человек идет по освещенному луной парку или лесу, он замечает каждое покачивание ветвей, каждый вздох ветра.

Эволюционная причина такого разделения проста: у нас одно солнце. Луна светит отраженным светом, а значит, ее спектр не сильно отличается от спектра центрального светила. Поэтому день делится на две части - освещенную и темную. Если бы люди жили в системе двух или трех звезд, то наше зрение, возможно, имело бы больше компонентов, каждый из которых был приспособлен к спектру одного светила.

Надо сказать, на нашей планете есть существа, чье зрение отличается от человеческого. Пустынные жители, например, глазами улавливают инфракрасный свет. Некоторые рыбы видят ближний ультрафиолет, так как это излучение проникает в толщу воды глубже всего. Наши домашние питомцы кошки и собаки иначе воспринимают цвета, и их спектр урезан: они лучше приспособлены к светотени.

Но и люди все разные, как мы уже упоминали выше. Некоторые представители человечества видят ближний инфракрасный свет. Нельзя сказать, что им были бы не нужны тепловизоры, но они способны воспринимать чуть более красные оттенки, чем большинство. У других развита ультрафиолетовая часть спектра. Такой случай описывается, например, в фильме «Планета Ка-Пэкс». Главный герой утверждает, что он прибыл из другой звездной системы. Обследование выявило у него способность видеть ультрафиолетовое излучение.

Доказывает ли это, что Прот - инопланетянин? Нет. Некоторым людям это под силу. К тому же ближний ультрафиолет вплотную прилегает к видимому спектру. Неудивительно, что кто-то воспринимает чуть больше. А вот Супермен точно не с Земли: рентгеновский спектр слишком далеко от видимого, чтобы такое зрение можно было объяснить с человеческой точки зрения.

Абсолютная и относительные единицы для определения светового потока

Независящая от спектральной чувствительности величина, которая показывает поток света в известном направлении, называется «кандела». уже с более «человеческим» отношением произносится так же. Отличие состоит только в математическом обозначении этих понятий: абсолютное значение имеет нижний индекс «е», относительно человеческого глаза - «υ». Но не стоит забывать, что величины этих категорий буду сильно различаться. Это необходимо учитывать при решении реальных задач.

Перечисление и сопоставление абсолютных и относительных величин

Чтобы понять, в чем измеряется сила света, необходимо сопоставить «абсолютные» и «человеческие» значения. Справа приводятся понятия чисто физические. Слева располагаются величины, в которые они превращаются при прохождении сквозь систему человеческого глаза.

1. Сила излучения становится силой света. Понятия измеряются в канделах.
2. Энергетическая яркость превращается в яркость. Величины выражаются в канделах на квадратный метр.

Наверняка читатель увидел здесь знакомые слова. Много раз за свою жизнь люди говорят: «Очень яркое солнце, уйдем в тень» или «Сделай монитор поярче, фильм слишком мрачный и темный». Надеемся, статья слегка прояснит, откуда взялось это понятие, а также как называется единица силы света.

Особенности понятия «кандела»

Чуть выше мы уже упоминали этот термин. Также мы объяснили, почему одним и тем же словом называют совершенно разные понятия физики, связанные с мощностью электромагнитного излучения. Итак, единица измерения силы света называется «кандела». Но чему она равна? Одна кандела - это сила света в известном направлении от источника, который испускает строго монохроматическое излучение с частотой 5,4*10 14 , причем энергетическая сила источника в этом направлении равна 1/683 Ватт в единицу телесного угла. Перевести частоту в длину волны читатель вполне может сам, формула очень легкая. Подскажем: результат лежит в видимой области.

Единица измерения силы света носит название «кандела» неспроста. Те, кто знает английский язык, помнят, что candle - это свеча. Раньше многие области человеческой деятельности измерялись в естественных параметрах, например, лошадиных силах, миллиметрах ртутного столба. Так что неудивительно, что единица измерения силы света - это кандела, одна свеча. Только свеча это весьма своеобразная: со строго заданной длиной волны, и производящая конкретное число фотонов в секунду.

В настоящее время известно, что в этом мире все можно измерить, абсолютно все. Вселенная и многое другое, что окружает человека, связано с измерениями. Так, измерить скорость, время, расстояние не составит особого труда. Для измерений существуют специальные приборы. Наука, которая занимается измерениями - это метрология. Метрология вычисляет все сведения с предельной точностью. Важно знать, в каких единицах измеряется что-то конкретное. Например, человек точно знает, что время можно измерить в секундах, часах и даже миллисекундах. Скорость можно измерить в километрах в час, расстояние в метрах или километрах.

Единицы измерения обычно присутствуют в физике. Еще со школы узнавать об измерениях помогает именно физика. С помощью этой науки можно перевести любые измерения в систему СИ.

Значение физики очень велико, она использовалась во все времена. С помощью единиц измерений можно измерить даже яркость . Наука продвигается все дальше, открывает новые горизонты, она не стоит на месте и развивается. Существуют единицы измерения, которые устарели сегодня:

• СТИЛЬБ,
• ЛАМБЕРТ,
• АПОСТИЛЬБ.

1. НИТ - это устаревшая единица, раньше она использовалась в системе СИ, размерность её составляет примерно 1кд/ 1 м² . Сейчас стандарты этой единицы давно не используются и на смену пришли совершенно новые.
2. СТИЛЬБ - используется в системе СГС. Яркость светящейся поверхности площадью 1 см 2 составляет 1 стильб. Она также практически вышла из употребления, и не используется современным человечеством.
3. ЛАМБЕРТ - внесистемная единица яркости, стала применяться впервые в США. Назвали данную единицу в честь Ламберта Иоганна Генриха. Немецкий математик, астроном, физик и философ, по своему происхождению учёный был французом. Сокращенно ламберт пишут, как лб.
4. АПОСТИЛЬБ - единица измерения для освещенных поверхностей также используется в системе СГС. Была открыта французским учёным физиком Андре Блоделем. АПОСТИЛЬБ с 1978 года официально считается устаревшей и сейчас уже не используется.

Где могут понадобиться данные знания

Многие люди любят отгадывать кроссворды и сканворды. Авторы, придумывающие сканворды, используют своеобразную терминологию и все более хотят запутать читателя. Необходимо постараться, чтобы разгадать точный ответ. Думаете, для чего может понадобиться знание единицы яркости? Сканворд вполне может содержать подобный вопрос.

Например, такой случай. Нужно разгадать из сканворда слово из слова: ОТЛИЧНИК. Чтобы проще было разгадать данное слово, есть подсказка - это единица яркости светящейся поверхности, само слово состоит из 3 букв. По данным подсказкам легко можно определить, что это за слово. Ответ на сканворд: НИТ.

Современная единица яркости

Наука, которая изучает световые процессы, называется фотометрией. Она характеризует электромагнитные излучения светового диапазона . В фотометрии измерения производят с помощью диапазона спектра, который не отличается от обзора видимости человеческого глаза. Яркость определяет собой поток, который посылается лишь в определенном направлении видимой поверхности, она полностью может охарактеризовать светящееся тело.

В международной системе измерений (СИ) яркость можно измерить в канделах на квадратный метр. Если ранее измерением яркости служила НИТ, то сейчас ее принято измерять в канделах.

Кандела на квадратный метр (кд / м²) - представляет собой производную яркости в системе СИ, основывается на двух измерениях: силы света и площади квадратного метра.

В зависимости от того, в каких масштабах необходимо измерить яркость поверхностей, существуют такие измерения, как кандела на квадратный сантиметр, кандела на квадратный фут, кандела на квадратный дюйм и даже килокандела на квадратный метр.

Килокандела на квадратный метр (ккд / м²) - представляет собой также измерение яркости, но в отличие от обычной канделы, она кратна производной в СИ системе.

Современный мир продвинулся настолько далеко, что прогресс достигает все новых и новых высот. Так, появился специальный конвертор , при помощи которого можно перевести абсолютно любые единицы яркости в любые другие. Это не составит особого труда, достаточно написать единицу измерения, которую необходимо перевести, и получить правильный ответ. Правильность ответа может не всегда быть предельно точной, а с некими погрешностями, потому что иногда конверторы могут округлять лишь до 10 цифр после запятой. Некоторые конверторы могут сокращать до экспоненциальной записи, например: 1,103E +6. E - это экспонента, которую в математике легко перевести, умножив на десять в степени.