Световой поток — единица измерения в фотометрии¶

Световой поток — физическая величина, характеризующая мощность излучения, приведённую к зрительному ощущению света. Измеряется в люменах (лм) в Международной системе единиц (СИ). В отличие от ватта, измеряющего физическую мощность излучения, люмен учитывает, насколько эффективно человеческий глаз воспринимает излучение различной длины волны: одинаковая физическая мощность излучения в разных спектральных областях даёт разный световой поток.

¶Определение и физический смысл

Световой поток Φ (фи) определяется как производная световой энергии по времени: Φ = dQ/dt, где Q — световая энергия. Единица измерения — люмен (лм). Один люмен равен световому потоку, излучаемому точечным источником изотропного (равномерного во всех направлениях) излучения силой 1 кандела на стерадиан:

1 лм = 1 кд · ср

Кандела, в свою очередь, — основная единица СИ, определяемая через яркость непрерывного излучения. Таким образом, люмен связан с системой СИ через единицы силы света и стерадиан.

Световой поток связан с силой света I соотношением:

Φ = ∫ I dω

где интегрирование ведётся по всему телесному углу ω, на который распространяется излучение. Для изотропного источника Φ = 4πI.

¶Спектральная световая чувствительность

Ключевое свойство люмена — учёт спектральной световой чувствительности человеческого глаза. Глаз не одинаково воспринимает излучение разной длины волны: пик чувствительности приходится на зелёную область спектра (около 555 нм) при дневном зрении (фотопическом) и около 507 нм при ночном (скотопическом). Для учёта этого вводится функция спектральной световой эффективности V(λ).

Световой поток монохроматического излучения вычисляется как:

Φ = K · P · V(λ)

где P — излучаемая мощность (Вт), K = 683 лм/Вт — максимальная световая эффективность излучения с длиной волны 555 нм.

Это означает, что источник мощностью 1 Вт в зелёной области спектра даёт световой поток до 683 лм, тогда как источник такой же мощности в красной или синей области даёт существенно меньшее значение. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, невидимое глазом, имеют световой поток, равный нулю, хотя и несут физическую энергию.

¶Отношение к другим фотометрическим величинам

Световой поток — базовая фотометрическая величина, из которой выводятся остальные:

Светимость (световая отдача) — отношение светового потока к потребляемой электрической мощности, измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Это ключевой показатель эффективности источников света.

¶Световой поток ламп

Световой поток — основная характеристика источников света, указываемая на упаковке и в технической документации. Сравнительные значения для типовых ламп:

Световая эффективность ламп накаливания составляет около 12–15 лм/Вт, люминесцентных — 50–80 лм/Вт, светодиодных — 80–150 лм/Вт, натриевых ламп высокого давления — до 100 лм/Вт. Стремление к повышению световой эффективности является одним из основных направлений развития осветительной техники.

¶Измерение и расчёт

Световой поток измеряется с помощью люксметров (косвенно, через освещённость на известном расстоянии) и сфера-люксметров (интегрирующих сфер). Интегрирующая сфера позволяет измерить полный световой поток источника независимо от диаграммы направленности.

При расчёте освещённости рабочей поверхности используется формула:

E = Φ · n · η · U · M / A

где n — число ламп, η — коэффициент использования светового потока, U — коэффициент запаса, M — коэффициент эксплуатации, A — площадь помещения.

¶Применение

Световой поток применяется в осветительной технике для характеристики источников света, в светотехнических расчётах при проектировании освещения зданий и улиц, в стандартизации — нормы освещённости в строительных нормах (СНиП, СанПиН) задаются в люксах, что связано со световым потоком через освещённость.

В России световой поток подлежит метрологической поверке; эталон светового потока хранится в ВНИИ метрологии имени Д. И. Менделеева.

¶История

Единица люмен была принята на Международной электротехнической комиссии (МЭК) в 1948 году на 11-й Генеральной конференции по мерам и весам. До этого использовались другие единицы — международный люмен и фут-кандела, имевшие приблизительное соответствие современному определению.