Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

как называется прибор для измерения, мера освещенности

Освещенность — это величина, часто используемая при расчетах электроэнергии. Обладает большим количеством необходимых свойств для измерений. Численно равняется тому значению, какое имеет световой поток, падающий на территорию единичного участка поверхности. Что собой представляет уровень освещенности, в чем измеряется, как измерить освещенность? Об этом и другом далее.

Свойства света

Свет представляет собой электромагнитный вид излучения, который воспринимается человеческим глазом в объеме 400 ньютон на метр. В физике это суммарное количество фотонов. Фотоны отражаются и преломляются. Это основные свойства света. Если отражение зависит от того, какая плотность у материала и угол лучевого падения, то преломление зависит от направления лучевого распределения в процессе прохождения их через материал.

Основное свойство света

Единица измерения

Освещенностью называют световую величину, которая равно потоку света, падающему на поверхность, к его площади. Считается прямо пропорциональной световому источнику. Отличается равномерным распределением на площади. Находится делением канделовой силы света на расстояние до светоисточника и перемноженного на косинус угла падения солнечных лучей.

Обратите внимание! Измеряется согласно международной классификационной системе в люксах, что равно десяти фотам или одному люмену на один квадратный метр. Поэтому единицей измерения освещенности является именно люкс. Стоит отметить, что его можно перевести в канделу и ватт.

Основная измерительная единица люкс

Кандела

Кандела, что в переводе с английского свеча, является единицей измерения силы светоисточника по международной единичной системе. Была сформирована в 1979 году. Равна 540⋅1012 Гц или 683 лм/Вт. Измеряется в канделах разные светоисточники, к примеру, лампа накаливания со свечой, сверхъярким светодиодом, люминесцентной лампой и солнцем. Дополнение: примерная солнечная сила в канделах равна 2,8⋅10, что в переводе на ватты 3,83⋅1026

Кандела

Люмены и люксы

Люмен является единицей измерения, которая равна потоку солнечного света, который испускает источник, равный канделе и стерадиану. В люменах измеряется весь светопоток, однако при вычислении не учитывается сила линзы с отражателям, поэтому получающийся показатель — не прямой параметр оценки яркости с КПД источника.

Люкс — измерительная подъединица люмена по СИ. В отличие от люмена, люкс дает оценку светового потока, который падает на квадратный метр. Тот же дает понимание того, какой световой поток у светоисточника.

Обратите внимание! То есть люкс это характеристика, которая позволяет узнать КПД светильника на конкретной площади.

Чтобы лучше понять их основное отличие, стоит рассмотреть рисунок. Он наглядно показывает, как при увеличении высоты расширяется освещение и как убывает яркость.

Люмен и люкс в качестве измерительной единицы

Люмен и ватт

Как было изложено выше, люменом называют полноценное число света от светоисточника. Ватт — показатель того, какая мощность, тепловой поток, звуковая энергия и полная мощность электротока или излучения у прибора. Один ватт равен 100 люменам. Перевод самостоятельно можно осуществить по специальным формулам или с содействием калькуляторов. Нередко все необходимые показатели даны на самом приборе.

Стоит отметить, что самыми лучшими показателями обладают современные светодиоды. Они имеют высокую яркость, гармоничное спектровое распределение, долговечность, устойчивость к разного рода воздействиям. Интересно, если взять приборы с одинаковой освещенностью, то ими будет потребляться в десять раз меньше электрической энергии, чем лампами накаливания.

Обратите внимание! Учитывая реальный срок службы и сниженные эксплуатационные инвестиционные расходы, то покупка этих изделий будет экономически целесообразной.

Перевод люмена в ватты

Кратные единицы

Чтобы было удобно, люменные единицы разбирают на части. Так, есть килолюмены, мегалюмены и гигалюмены. В одном килолюмене 1000 люмен, мегалюмене — 1000000, а гигалюмене — 1000000000. Также есть еще величины с приставками дека, гекто, тера,пета, экса, зетта и иотта.

Дольные единицы

К дольным величинам применяется тот же подход. Базовыми являются миллилюмены, микролюмены и нанолюмины, которые равны 10 в −3 степени, 10 в минус 6 степени и 10 в минус 9 степени. Также имеются приставки деци, санти, пико, фемто, атто, зепто и иокто. Стоит отметить, что дольные, как и кратные величины используются только в профессиональных условиях и при выполнении физических задач. В жизни не используются для расчетов меры освещенности и прочих параметров.

Прибор для измерения освещенности

Чтобы проверить, соответствует ли нормативам освещенность помещения, берется в работу люксметр. В конструкцию измерителя входит встроенный или выносной чувствительный датчик с преобразователем, стрелочным или цифровым индикатором. Детектор помещается на поверхности в горизонтальном положении.

Обратите внимание! Замеры выполняются по госту от 1996 и 2012 годов. Используется аппарат согласно инструкции на упаковочном изделии. Добавочно, при желании, можно просмотреть имеющиеся видеоуроки.

В дополнение к теме, как называется прибор для измерения освещенности, стоит отметить, что также есть люменометр. Отдельно проверяется искусственная с естественной освещенностью. В момент исполнения процедуры проверки исключается попадание тени с другими помехами. Важно отметить, что для того чтобы результаты не были искажены, измерительную проверку проводят после нескольких часов непрерывной работы осветительных источников. Желательно, чтобы процедура была повторена.

Люксметр

Мера освещения

Согласно существующей нормативной документации, мера освещения в каждом помещении своя. Отличается величина на производстве и складе, в общественном, жилом и вспомогательном здании. Свои нормативы имеются для наружного, витринного, рекламного и аварийного светопотока.

Если привести некоторые примеры, то необходимая величина светопотока автомагистрали — 30 люкс, пешеходной зоны — 6, пешеходных подземных переходов — 50, архивов — 75, конференцзалов — 200, аналитических лабораторий — 500, учебных аудиторий — 400, спортивных залов — 200, обеденных ресторанных залов — 200, парикмахерских — 500. Весь представленный список дан в актуальных стандартах и снипах. Стоит отметить, что есть не только минимальные, но и предельно допустимые нормы. Особенно это правило действует на витрины и рекламные стенды.

Обратите внимание! Узнать показатель освещенности конкретного помещения можно при помощи люксметра или любого другого измерительного агрегата, выводящего результаты в ваттах, канделах и прочих величинах.

Мера освещения

В целом, освещенность — понятие, обозначающее суммарное количество солнечного света. Измеряется в люменах и люксах при помощи специального измерительного прибора, переводится при необходимости в ватты. Пользоваться измерительным прибором очень просто, согласно инструкции. Сфер применения его очень много: начиная бытовым электрооборудованием, заканчивая промышленным.

Измерение уровня освещенности в помещениях на рабочем месте — заказать в Москве и области

Приятно находиться в помещении, которое имеет комфортное человеческому глазу освещение. Свет очень важный аспект хорошего самочувствия для человека. Плохое освещение может привести к проблемам со здоровьем, быть виновником угнетённого настроения и рассеянного состояния. Слишком яркий свет тоже плохо влияет так как может раздражать человека и вызвать агрессию и стресс. Поэтому правильная освещённость помещений, залог хорошей работоспособности, бодрости и хорошего здоровья.

Освещённость – количество света на единицу площади, эта величина измеряется – люксами. В свою очередь 1 люкс = 1 люмен на один квадратный метр. Люмен – количество светового потока.

Освещение делится на два вида:

1. естественный свет;
2. искусственный свет.

Для определения уровня освещения созданы такие приборы как:

1. фотометр;
2. экспонометр;
3. экпозиметр;
4. флэшметр;

Но, так как единица измерения освещённости является люкс существует прибор “люксметр”. Люксметр – главный современный и портативный прибор для измерения искусственного и естественного света.


Для использования этого прибора есть не сложные правила:

1. Прибор устанавливают в горизонтальном положении;
2. На прибор не должны попадать тени.


После замеров освещённости в каждой точке помещения и на всем объекте проводятся расчёты по специальным формулам и выводятся нужные параметры. После чего проводится оценка и сравнение с ГОСТом. Есть стандарты измерения освещения. Также в Государственных нормативных актах понятие “освещённости” делится на такие:

  1. средняя, минимальная и максимальная освещённость;
  2. цилиндрическая освещённость;
  3. полуцилиндрическая освещённость;
  4. коэффициент запаса;
  5. эвакуационное освещение;
  6. коэффициент естественной освещённости;
  7. резервное освещение;
  8. рабочее освещение;
  9. аварийное освещение;
  10. охранное освещение;

На каждое помещение или рабочее место по всей территории выдаётся “оценочный протокол”.

Важно знать:

 1.  ГОСТ Р 54944-2012 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности»

 2.  СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий»

 3.  Приказ Минтруда № 335н “Об установлении особенностей проведения специальной оценки условий труда на рабочих местах работников, трудовая функция которых состоит в подготовке к спортивным соревнованиям и в участии в спортивных соревнованиях”

 4.  СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение»

Люксметры и измерение освещенности. Принцип действия и применение люксметров.

Люксметр – это прибор, который используется для измерения уровня освещенности. Принцип работы люксметра основан на явлении фотоэлектрического эффекта. Свет, при попадании на полупроводниковый фотоэлемент, передает свою энергию электронам. В результате происходит высвобождение электронов в объеме полупроводника, вследствие чего через фотоэлемент начинает проходить ток. Величина силы тока пропорциональна освещенности фотоэлемента. Единица измерения освещенности называется люкс. К примеру, в яркий солнечный день освещенность составляет от 32 тысяч до 130 тысяч люкс, а при полнолунии в ясном небе – всего 0,27 люкс.

В первых аналоговых люксметрах шкалой служил гальванометр, проградуированный в люксах. Освещенность вычислялась по углу отклонения стрелки гальванометра. Сейчас широкое распространение получил цифровой портативный люксметр. Такие приборы отображают результат на цифровом жидкокристаллическом экране. Корпус портативного люксметра сделан из прочного материала, а приемная часть прибора покрыта матовым стеклом для защиты фотоэлемента от механических повреждений и попадания на него прямых солнечных лучей. Измерительная часть прибора может быть жестко закреплена с корпусом, или соединятся с ним посредством гибкого провода. Последний тип соединения позволяет измерять освещенность в труднодоступных местах.

Обычно при использовании люксметра в бытовых нуждах (например, при измерении освещенности в жилой комнате или на рабочем месте) нет необходимости применять дополнительные приспособления. Если же возникает проблема измерения очень высокого уровня освещенности (больше 100 тысяч люкс), используют специальную светорассеивающую или светопоглощающую насадку. При этом показания люксметра необходимо умножать на поправочный коэффициент.

Измерительный элемент люксметра (фотоэлемент) также является чувствительным к ультрафиолетовому и инфракрасному излучениям. Человеческий глаз не воспринимает свет в этом диапазоне. Поэтому многие люксметры имеют задерживающие фильтры в этих двух диапазонах. Нужно также учитывать, что различные источники света имеют разные спектры излучения. Это приводит к погрешности измерений прибора. Поэтому для каждого конкретного люксметра необходимо использовать свои поправочные коэффициенты для разных типов ламп.

Если стоит задача более точных измерений освещенности, необходимо приобрести люксметр с корригирующим светофильтром. Спектральная чувствительность таких приборов подбирается так, чтобы она максимально совпадала с чувствительностью человеческого глаза. Существуют также специальные насадки для повышения точности измерений при падении света под углом. Если необходимо составить пространственную карту освещенности помещения, используют насадки сферической или цилиндрической формы.

Для бытовых целей, нет нужды использовать специальные приспособления. Точности обычного люксметра вполне достаточно, чтобы провести необходимые оценки освещенности.

Одним из основных применений люксметра является измерение освещенности на рабочем месте или в жилом помещении. Норма искусственного освещения для офисов согласно СНиП России составляет 200-300 люкс. Часто оказывается, что общего освещения офиса недостаточно для комфортного самочувствия человека. Пониженное освещение приводит к быстрой утомляемости глаз и к уменьшению работоспособности. В этом случае на рабочем месте необходимо установить дополнительное местное освещение.

Люксметры применяются также в школах, библиотеках, музеях, научных центрах – везде, где нужно правильно распределить освещение и создать комфортные условия для нахождения человека.

Измерение освещенности является неотъемлемой частью выращивания растений, как в тепличных условиях, так и дома. Разные растения нуждаются в разном количестве света. Так, к растениям, любящим яркий свет (15-20 тыс. люкс) относятся пальмы, гибискус, розы, жасмин и другие. Растения, которые хорошо чувствуют себя в тени (10-15 тыс. люкс) – это бромелиевые, бегонии, фикусы и т. п. Поэтому важно создать для каждого типа растения такой уровень освещенности, который максимально соответствовал бы природному.

 

Дома и на работе, в медицинских и учебных учреждениях, при выращивании растений люксметр поможет Вам правильно распределить освещение, сэкономить на электроэнергии и создать оптимальные условия для Ваших потребностей.

 

Измерение освещенности. Приборы для измерения освещенности

Главная / Информация / Статьи / Измерение освещенности

Измерение освещенности производят в соответсвии с ГОСТ 24940-96 (Межгосударственный стандарт “Здания и сооружения. Мтоды измерения освещенности”). Настоящий стандарт устанавливает методы определения минимальной, средней и цилиндрической освещенности, коэффициента естественной освещенности в помещениях зданий и сооружений и на рабочих местах, минимальной освещенности в местах производства работ вне зданий, средней освещенности улиц, дорог, площадей и тоннелей, на которые распространяется действие СНиП 23-05-95.

Термины и определения:

  • Освещенность (Е, лк) – Отношение светового потока, падающего на элемент поверхности, содержащий данную точку, к площади этого элемента

  • Минимальная освещенность (Емин, лк) – Наименьшее значение освещенности в помещении, на освещаемом участке, в рабочей зоне

  • Цилиндрическая освещенность (Ец, лк) – Характеристика насыщенности помещения светом, определяемая как средняя плотность светового потока на поверхности вертикально расположенного в помещении цилиндра, радиус и высота которого стремятся к нулю

  • Коэффициент естественной освещенности (КЕО) – Отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражения), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода.

Перед измерением освещенности от искусственного освещения следует провести замену всех перегоревших ламп и чистку светильников. Измерение освещенности может также производиться без предварительной подготовки осветительной установки, что должно быть зафиксировано при оформлении результатов измерения.   
Измерение КЕО проводят в помещениях, свободных от мебели и оборудования, не затеняемых озеленением и деревьями, при вымытых и исправных светопрозрачных заполнениях в светопроемах. Измерение КЕО может также производиться при наличии мебели, затенении деревьями и неисправных или невымытых светопрозрачных заполнениях, что должно быть зафиксировано при оформлении результатов измерений.

Для измерения освещенности следует использовать люксметры с измерительными преобразователями излучения, имеющими спектральную погрешность не более 10 %, определяемую как интегральное отклонение относительной кривой спектральной чувствительности измерительного преобразователя излучения от кривой относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения V(λ) по ГОСТ 8.332. 
Допускается использовать для измерения освещенности люксметры, имеющие спектральную погрешность более 10 %, при условии введения поправочного коэффициента на спектральный состав применяемых источников света, определяемого по ГОСТ 17616. Люксметры должны иметь свидетельства о метрологической аттестации и поверке. Аттестация люксметров проводится в соответствии с ГОСТ 8.326, поверка – в соответствии с ГОСТ 8.014 и ГОСТ 8.023.

В компании ЕвроЛаб Вы можете приобрести приборы для измерения освещенности:

Измерение освещенности фотоаппаратом

 

Измерение освещенности фотоаппаратом

     Конструкция цифрового фотоаппарата близка к конструкции яркомера, предназначенного для измерения яркости освещенных поверхностей. Таких как фасады домов и дорожные покрытия. Косвенно таким яркомером можно измерить освещенность. При этом погрешность измерения будет зависеть от точности определения коэффициента отражения поверхности. Если использовать белый лист белого ватмана, например формата А4, или качественную бумагу для принтеров, то коэффициент отражения с небольшой погрешностью можно принять 0,8…0,85. Не стоит использовать фотобумаги, особенно глянцевые.

      Используют фотоаппарат в качестве яркомера с последующим расчетом освещенности в следующей последовательности:

– на плоскость, на которой необходимо измерить освещенность кладут лист белой бумаги. В центре листа необходимо нарисовать небольшой кружек или крестик, или положить небольшой предмет, что бы фотоаппарат мог наводиться на резкость. На Рис. 2 на листе бумаги лежит фотометрическая головка люксметра – по ней фотоаппарат и наведется на резкость. Лист белой бумаги положен на то место, где на Рис. 1 лежала фотометрическая головка;

– сфотографировать лист белой бумаги в автоматическом режиме при отключенной вспышке. Фотографировать необходимо так, что бы на бумагу не попадала тень, создаваемая фотографирующим и лист белой бумаги должен занять весь кадр;

 Подготовка к измерениям 

Рис. 2 Подготовка к измерениям

 Лист бумаги

 

Рис. 3 Сфотографированный лист бумаги

     Для вычисления освещенности необходимо посмотреть параметры экспозиции при съемке: выдержку t, диафрагму F и чувствительность ISO. Для этого необходимо загрузить фотографию в компьютер и посмотреть ее свойства (нажав на ярлык фотографии правой кнопкой мыши), либо, что значительно проще, после наведения фотоаппарата на резкость посмотреть на его дисплее значения экспозиции. Величину измеренной освещенности вычисляют по приближенной формуле:

Е=125•F2•t/ISO, лк

     В этой формуле под выдержкой t подразумевается не время экспозиции, а знаменатель выдержки. То есть если выдержка составила 1/100 секунды, то в формулу подставляем t=100. Коэффициент 125 подходит для большинства современных цифровых фотоаппаратов, но для некоторых моделей фотоаппаратов может быть другим. Далее будет показано, как можно выполнить калибровку фотоаппарата и соответственно скорректировать этот коэффициент.

     В таблице на Рис. 4 рассчитаны величины освещенности для некоторых величин диафрагмы и чувствительности матрицы фотоаппарата ISO.

 Таблица для расчетов освещенности

Рис. 4 Таблица для измерения освещенности

     Погрешность измерения определяется: шагом переключения выдержек фотоаппарата (диапазон изменения реальной освещенности примерно на 20% при таких измерениях отображается как одно значение), отклонением коэффициента отражения бумаги от предполагаемого, отсутствием корректирующих светофильтров, которые всегда присутствуют в люксметрах. Корректирующие светофильтры необходимы для приведения спектра света к характеристике его восприятия глазом человека.

     Сравнение измерений освещенности, выполненных люксметром ARGUS-01 и фотоаппаратом Canon digital IXUS 75, показало расхождение результатов измерений в пределах ± 15-20%.  Измерения были произведены при искусственном освещении в диапазоне 50 – 500 лк и естественном освещении в пределах 200 – 50000 лк.

 

Калибровка фотоаппарата в качестве люксметра

     В интернете можно встретить большое количество различных рекомендаций по измерению освещенности фотоаппаратом. При этом интерпретации результатов измерения разных авторов значительно различаются. Поэтому необходимо иметь простой и доступный способ калибровки фотоаппарата. Для этого понадобится источник света с хорошо повторяющимися характеристиками. Пожалуй, самым доступным источником света с заранее известными характеристиками является обычная лампа накаливания. Световой поток ламп и номинальное напряжение указывают на их упаковке. Ни в коем случае для калибровки нельзя использовать светильник. В светильнике за счет плафона сила света может возрасти в два и более раз. Лампу следует ввернуть в обычный патрон.

      Кривая силы света (КСС) ламп накаливания имеет максимум в направлении, противоположном цоколю. Для лампы со световым потоком Ф=1000 люмен (лм) сила света I в этом направлении равна 100 кандел (кд). Для ламп с другими значениями светового потока Ф сила света I в направлении, противоположном цоколю рассчитывается по формуле:

I=100•Ф/1000=Ф/10

Освещенность Е на рабочей плоскости определяется соотношением:

Е=I•cosα/r2,

здесь r – расстояние в метрах от спирали лампы до рабочей плоскости, на которой необходимо создать  калиброванный уровень освещенности; α –угол между направлением силы света и нормалью к рабочей плоскости. Для нашего случая угол α близок к нулю, и соответственно можно принять cosα=1.

Тогда освещенность рабочей плоскости вычислим по формуле:

Е=Ф/(10 •r2), лк

     Например, для лампы накаливания мощностью 95 Вт, имеющей световой поток 1250 лм при расстоянии от спирали лампы до рабочей плоскости 0,65 м освещенность Е=1250/10•0,652=1250/4,225=296 лк.

      Схема осветительной установки для выполнения измерений  показана Рис. 5. Лампа подвешена в центре комнаты к потолку (проще всего подвес закрепить к люстре, если она имеется в комнате).

Подвес лампы накаливания для калибровки фотоаппарата

Рис. 5 Калибровка фотоаппарата

     Что бы ни допустить возникновения больших погрешностей необходимо выполнить следующие условия:

– лампа накаливания должна быть новой. После 500 – 700 часов работы ее световой поток может упасть на 15 и даже 20%.

– расстояние r от спирали лампы до рабочей плоскости должно быть как минимум в 5 раз меньше, чем расстояние от лампы до стен и потолка. Иначе свет, отраженный от потолка и стен, попадая на рабочую плоскость, увеличит ее освещенность. Если расстояние r превышает расстояние до стен и потолка только в 2 – 3 раза, то погрешность может составлять десятки процентов. Данную погрешность можно значительно снизить, используя защитный экран из материала с низким коэффициентом отражения. Черная бумага имеет коэффициент отражения ρ около 0,05. Черный бархат имеет ρ, близкий к 0,01. В следующей главе будет рассказано, как измерить коэффициент отражения. Кроме того защитный экран защитит фотоаппарат от прямого излучения лампы.

– если напряжение в сети существенно отличается от номинального напряжения лампы, то необходимо ввести поправку. Величину номинального напряжения ламп накаливания наносят на ее колбу рядом с маркировкой номинальной мощности (эти обозначения так же присутствуют на упаковке лампы). При превышении напряжения в сети на  5% над номинальным напряжением лампы, ее световой поток увеличивается уже на 17,5%, (изменение напряжения на 1% изменяет световой поток на 3,5%). Соответственно световой поток уменьшается, если номинальное напряжение сети ниже номинального напряжения лампы. То есть если номинальное напряжение лампы 220 В, а измеренное напряжение  в сети составляет 230 В (превышение напряжения на 4,5%), то для лампы накаливания мощностью 95 Вт, и номинальным световым потоком 1250 лм фактический световой поток увеличится на 4,5•3,5=15.75% и приблизительно равен 1250•1,16=1450 лм. При расстоянии от спирали лампы до рабочей плоскости 0,65 м (как в предыдущем примере) освещенность в этом случае будет равна Е=1450/10•0,652=1250/4,225=343 лк.

      Введение поправок описано в п. 7.1.7 ГОСТ Р 54944-2012. Целесообразно использовать лампу с номинальным напряжением, близким к напряжению в сети (как правило, лампы накаливания выпускают на 220, 230 и 235 В).

 

Измерение коэффициента отражения поверхности

     При помощи фотоаппарата так же можно измерить коэффициент отражения, например, обоев. Коэффициент отражения входит в расчетные формулы при расчете освещенности и представляет собой отношение отраженного от исследуемой поверхности светового потока Фотр к падающему на поверхность потоку Фпад. Отсутствие информации о коэффициенте отражения поверхностей зачастую приводит к большим ошибкам в светотехнических расчетах. Для этого можно сфотографировать (обязательно при выключенной вспышке) фрагмент исследуемых обоев и лист белой бумаги. Бумага и обои во время фотосъемки должны находиться на одном и том же месте. Условия освещения фотографируемых поверхностей должны быть одинаковыми. Для повышения точности можно выполнить несколько измерений и результаты усреднить. Диафрагма и чувствительность ISO в обоих случаях должны быть неизменными. Вычислить коэффициент отражения исследуемой поверхности ρиссл. можно по формуле:

ρиссл.  = 0,82• t1/ t2

Здесь число 0,82 – коэффициент отражения эталонной поверхности (листа ватмана),

t1– знаменатель выдержки при фотографировании исследуемого образца, t2– знаменатель выдержки при фотографировании листа белой бумаги.

     Если фотоаппарат позволяет определять выдержку после его наведения на исследуемую плоскость по экрану дисплея фотоаппарата, то саму фотосъемку производить не обязательно.

     На Рис. 6 показана фотография обоев на стене, выполненная при искусственном освещении. Далее на место сфотографированных обоев был помещен лист ватмана и так же сфотографирован. Положение фотоаппарата в обоих случаях зафиксировано в одном месте.

 Исследуемые обои

Рис. 6 Фрагмент обоев

 

     При измерении коэффициента отражения показанных на Рис. 6 обоев диафрагма фотоаппарата имела значение 2,8. Чувствительность матрицы фотоаппарата ISO = 80. При фотографировании обоев выдержка составила величину t1= 1/10 секунды. При замещении обоев белой бумагой выдержка равна t2= 1/13 секунд.

     Коэффициент отражения белой бумаги ρбумага можно принять равным 0,82. Тогда искомый коэффициент отражения обоев ρобои  определим как: ρобои  = 0,82•10/13=0,63. После усреднения серии измерений при естественном и искусственном освещении коэффициент отражения данного образца обоев снижен до 0,55.           

     На Рис. 7 показана таблица с рассчитанными коэффициентами отражения. Здесь значения выдержек при калибровке (на желтом фоне) соответствуют выдержке t2 при наведении фотоаппарата на лист белой бумаги, а в режиме измерения t1– наведение фотоаппарата на исследуемый образец.

 

Таблица для измерения коэффициентов отражения 

Рис. 7 Таблица для измерения коэффициентов отражения

     При измерении коэффициента отражения тканей следует учитывать светопропускную способность ткани. Для минимизации влияния отражения света от поверхности, на которой лежит ткань, желательно в качестве этой поверхности использовать лист черной бумаги.

     Погрешность измерения довольно велика и в первую очередь определяется шагом переключения выдержки фотоаппарата. А так же различием отражательных свойств исследуемых образцов и ватмана.

     При измерении отражающих свойств поверхностей в светотехнических лабораториях используют специальные фотометрические шары, позволяющие выполнить измерения с высокой точностью. Для измерений в домашних условиях описанные в статье методы вполне приемлемы.

      Примерные коэффициенты отражения поверхностей различных цветов показаны на Рис.8. Измерения выполнены при солнечном свете.

Коэффициенты отражения различных поверхностей

Рис.8 Коэффициенты отражения различных поверхностей

№1 – 0,05; №2 – 0,08 ; №3 – 0,1; №4 – 0,13; №5 – 0,21; №6 – 0,35; №7 -0,55 ; №8 – 0,55; №9 – 0,55.

     Синие и зеленые цвета в зависимости от их насыщенности (светлые тона, темные тона) могут иметь коэффициент отражения от 0,15 до 0,6. Красные цвета имеют коэффициент отражения от 0,1 до 0,3.

     Следует обратить внимание, что фотографии одних и тех же поверхностей, снятых при естественном и искусственном освещении могут иметь различный вид. Например, поверхность №8 на Рис. 8, это те же обои, что и на Рис. 6. Но, показанные на Рис. 6 обои сняты при искусственном освещении, а на Рис. 8 – при естественном. 

 

    К ОГЛАВЛЕНИЮ (Все статьи сайта)

27.07.2015 г.

Освещённость и измерение освещённости (lux).: scionik — LiveJournal

Оригинал взят с сайта http://usa.autodesk.com/3ds-max/white-papers/

Освещённость и измерение освещённости (lux).


  

Рис. 01 Пример измерения освещённости в lux в 3ds Max

Для создания фотореалистичных изображений нам необходимо знать, как измерять свет.

Слово «Яркость» может означать разные понятия: количество света, испускаемое источником света или количество света, падающего на поверхность.

Количество света, падающего на поверхность, называется «освещенность» и измеряется в люксах (lux – метрическая система) или в канделах (foot-candles (ftcd) – Английская система). Это основные единицы измерения, с которыми нам придется работать для оптимизации освещенности наших сцен. Количество света, испускаемое источником во всех направлениях, измеряется в люменах (будь то световой поток или поток излучения).

Эти количественные меры различаются, поскольку, чем дальше поверхность от источника света, тем меньше света падает на нее. Источник света, например свеча, создает освещённость 1 люкс на объекте, удаленном от нее на один метр. 1/4 люкса, если этот же объект удален на два метра или 1/9 люкса если объект удален от свечи на три метра.

Некоторые основные уровни освещенности приведены в таблице ниже.

Таблица. 1. Уровни освещённости в различные погодные условия

Условия

Освещение

ft-cd)

lux

Дневной свет

1 000

10 752

Облачный день

100

1 075

Пасмурный день

10

107

Сумерки

1

10,8

Темные сумерки

0,1

1,08

Полнолуние

0,01

0,108

Четверть луны

0,001

0,0108

Звездное небо

0,0001

0,0011

Комфортные уровни освещенности

Нам, как дизайнерам и визуализаторам необходимо знать, что в создаваемом нашем изображении правдоподобное освещение, и мы должны быть уверены в достоверности освещения нашего проекта.

В помещениях может быть слишком темно или слишком светло, и эти уровни освещенности зависят от того, какое предназначение этих помещения. Яркость, требуемая для производства ювелирных украшений или сборки электронных компонентов гораздо больше, чем яркость, требуемая для нормального передвижения по комнате. Ниже приведена таблица освещенности для помещений различного назначения.

Таблица. 2. Рекомендуемая освещённость для помещений различного назначения

Активность

Рекомендуемое
освещение

lux

ft-cd

Парковка/ тротуар ночью

20 – 50

2 – 5

Склады, дома, лобби, комната отдыха, обычный офис

100 – 200

10 – 20

Работа за компьютером, лаборатории, чтение и письмо (высококонтрастное), работа с документами

500

50

Супермаркеты, типовая работа с механикой/электроникой

750

75

Черчение, рисование набросков, детальная работа с механикой/электроникой, хирургия

1 000

100

Детальное черчение, рисование мелких деталей, работа с очень мелкими механическими или электронными деталями

1 500 – 2 000

100 – 200

Длительная работа с мелкими, низко контрастными деталями

2 000 – 10 000

200 – 1 000

Особенности измерения освещенности люксметром: методы и ГОСТы

Уже давно доказано, что качество освещения оказывает значительное воздействие на человека, в частности на его мозговую активность, состояние нервной системы и функционирование различных органов и систем. При этом, отрицательное влияние может оказывать как недостаточное, так и слишком яркое освещение. К примеру, плохой свет вызывает снижение работоспособности, депрессию, сонливость, нарушение зрения, быструю утомляемость, а слишком хороший – возбуждает и активирует ресурсы организма, без которых человек мог бы и обойтись, поэтому итогом этих процессов также является усталость. Ненормальное освещение влияет также и на любой живой организм: растения и животных. Вследствие этого растения плохо растут, а животные снижают свою продуктивность, плохо набирают вес и значительно ухудшают свои репродуктивные показатели. В условиях сельскохозяйственного комплекса данная проблема негативно сказывается на рентабельности производства.

Если в домашних условиях мы можем самостоятельно подобрать для себя необходимый уровень искусственного освещения, регулируя количество, мощность и яркость ламп, то в условиях производства это сделать сложнее. Это же касается любых предприятий, офисов, учреждений и организаций, в которых освещение будет влиять на производительность. Именно поэтому Санитарные нормы и правила обязательно регламентируют проведение измерения параметров освещенности, которое в основном проводится одновременно с измерениями других показателей в помещении: уровень пылевой загрязненности, шума, вибрации и т.д. Правильное измерение освещенности – залог надлежащей работы и здоровья человека. Ведь плохое освещение – первая причина травматизма на производстве.

Услуги по измерению освещения.

Освещенность и ее показатели

Если обратиться к физике, то освещённость – это отношение светового потока к площади, на которую он падает строго перпендикулярно. Единицей измерения светового потока является люмен. Люкс (lux) – это единица измерения освещенности. В различных странах используют различные единицы измерения освещенности, но смысл данной процедуры всегда одинаковый.

Если рассматривать конкретные примеры и рекомендации, то для обычного офиса, где отсутствует необходимость работать с документами, достаточно освещения в 300 lux. Если же работа связана с работой за компьютером, анализом документации, то следует соблюдать освещенность не менее 500 lux. А на производствах и в местах работы с чертежами – не менее 750 lux.

Все мы знаем, что существует естественное (солнечный свет) и искусственное освещение (множество видов ламп, светильников, а также мониторы и дисплеи электронной техники). Грамотная комбинация естественного и искусственного освещения позволяет достичь оптимальных условий для работоспособности и жизнедеятельности человека.

Как следует из вышесказанного, чтобы понять, какой уровень освещения имеется в помещении, нужно его измерить. Прибор для измерения освещения называется люксметр.

Основные нормативы, регламентирующие измерение освещенности люксметром

Люксметр – это портативный прибор, принцип работы которого основан на попадании потока света на специальный чувствительный элемент, высвобождении электронов и анализ возникающего вследствие этого процесса тока. Данные выводятся на аналоговый или цифровой дисплей. Благодаря возможности использования различных светофильтров, можно значительно расширить возможности прибора, при этом, не забывая пользоваться специальными коэффициентами пересчета. Нормативы устанавливают, что погрешность при измерениях не должна превышать 10%.

Измерение освещенности люксметром проводят согласно требованиям и методикам ГОСТ 24940-96 Межгосударственный стандарт «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности».

Помимо указанного ГОСТа, в России еще в 2012 году был принят собственный национальный ГОСТ Р 59944-2012, который определил методы измерения освещенности. В нем были добавлены термины, но в целом оба ГОСТа в полной мере описывают процедуры, необходимые для замеров и получения корректных показателей.

Любой метод измерения освещенности должен проводиться люксметром, имеющим свидетельство о поверке и метрологической аттестации. При измерении прибор всегда должен находиться в строго горизонтальном положении. Отдельно проводят замеры по естественному и искусственному освещению.

Методика проведения измерений

Перед началом работ люксметр устанавливают на необходимую поверхность таким образом, чтобы элемент датчика был расположен параллельно поверхности. При этом необходимо следить, чтобы на датчик не падала тень, а также вокруг не было активного источника электромагнитного излучения. Все это вызовет значительное отклонение в показателях прибора. После правильной установки снимают показания с прибора и по специальным формулам делают расчеты. Полученный показатель сравнивают с нормативами ГОСТа и делают вывод о качестве освещенности в помещении. По итогам проверки составляется протокол (отдельно по каждому помещению или участку и отдельно по видам освещенности).

На производстве и в местах, где нужна достаточная яркость, измерение освещенности проводится один раз в месяц. В других местах этот диапазон может быть значительно увеличен и достигать 1 раза в год или в два года. Зафиксированные ненадлежащие результаты являются причиной немедленного устранения нарушений и приведения качества света к нормативным показателям.

Цель проведения измерений освещенности – не наказать собственников предприятий, организаций, учреждений или прочих ответственных лиц. Они предназначены для сохранения здоровья человека. Поэтому периодический контроль освещенности крайне необходим и рекомендуем всеми специалистами.

Как измерить свет в фут-свечах, люменах и люксах

Как определить уровень освещенности, необходимый для различных приложений, чтобы добиться оптимального освещения и безопасности, а также визуального комфорта? Мы часто покупаем наши лампочки в соответствии с их потребляемой мощностью, не зная, какое количество света они излучают. Как мы измеряем свет? В светотехнике мы часто говорим о фут-свечах, люменах и люксах. Ниже приведены основные справочные сведения, которые помогут вам измерить свет.

Фут-свеча

Вот простая иллюстрация, которая поможет вам понять измерение фут-свечи.Представьте, что вы устанавливаете свечу на расстоянии 0,30 метра (1 фут) от плоской стены, на которой мы нарисовали квадрат размером 0,09 квадратных метра (1 квадратный фут). Один люмен на квадратный фут будет освещать эту поверхность.

Фут-свеча – это наиболее распространенное средство измерения освещения в отрасли. Почему мы все еще используем слово «свеча» для измерения света в наши дни? Объяснение этого выбора восходит к происхождению самой свечи. Когда люди начали измерять интенсивность света, свечи были наиболее распространенным доступным источником света.

В то время промышленность по производству свечей обеспечивала последовательный, устойчивый, чистый и эффективный способ измерения света. Таким образом, мы используем это известное выражение и по сей день.

Люмен и люкс

Просвет – важная единица: он измеряет общее количество видимого света, излучаемого данным источником. Все остальные измерения основаны на просвете. Измерение просвета возникло из базовой концепции фут-свечей. Это может быть более или менее проиллюстрировано изображением, показанным здесь.Сегодня существует более научное определение, но этот рисунок помогает визуализировать просвет.

Представьте себе свечу, установленную в центре сферы диаметром 0,60 метра (2 фута). Если мы прорежем отверстие размером 0,09 квадратных метра (1 квадратный фут) в центре этой сферы, то свет, который будет проходить через него, будет тем, что мы определяем как просвет.

Фут-свеча равна одному люмену на квадратный фут. Это британская мера. В метрической системе просвет измеряется квадратным метром или люксом.Таким образом, фут-свеча эквивалентна приблизительно 10 люкс или 10,57 люкс.

Более высокое количество люменов указывает на более яркий и интенсивный свет, тогда как меньшее количество люменов означает более тусклое и приглушенное освещение.

Как измерить люмен или люкс

На самом деле люмены измерить довольно сложно: обычно требуются лабораторные исследования. Следовательно, если вы хотите узнать количество люменов, излучаемое вашей лампой или осветительным прибором со встроенной лампой, вы можете обратиться к упаковке продукта или обратиться к каталогу светильников.

Переход от ватт к люменам

Имеет смысл оценивать количество света по потребляемой лампе ватт. Если вы хотите заменить лампочку, следуйте этому простому практическому правилу, чтобы преобразовать ватты в люмены и наоборот.

Сколько вам нужно освещения?

Обычно мы устанавливаем оптимальные требования к освещению, исходя из потребности в подходящих ножных свечах. Как определить наилучшее количество освещения для вашего конкретного приложения? Общество инженеров по освещению Северной Америки (IES) установило ряд руководящих принципов, с которыми вы, возможно, захотите ознакомиться.

Ниже приводится инфографика, в которой излагается ряд рекомендаций по определению количества люменов, необходимого для освещения различных комнат вашего дома:

Свяжитесь с одним из наших специалистов по освещению. Эта оценочная услуга по промышленному или коммерческому применению предоставляется бесплатно.

Свяжитесь с нами

Как измерить силу света?

Человеческое зрение зависит от света.Свет отражается от поверхностей в глаза, проходя через роговицу и зрачок, образуя изображение на сетчатке. Глаз чувствителен к очень широкому диапазону интенсивности света, но на низких уровнях теряет способность различать детали. Вот почему точные работы, такие как хирургия, измерения или сборка, лучше всего выполнять при ярком свете.

Работа при плохом освещении приводит к утомлению и ошибкам. Аварии на производстве чаще происходят при низком уровне освещенности. Кроме того, от хорошей интенсивности света зависит, насколько хорошо люди могут наблюдать за шоу и делать качественные фотографии.В этом техническом документе от OMEGA Engineering, который поможет лучше понять измерение силы света, содержится адрес:

  • Что такое свет?
  • В чем измеряется сила света?
  • Ситуации, требующие измерения освещенности
  • Светотехника
  • Светоизмерительное оборудование

Что такое свет?

Свет – это форма электромагнитной энергии, которая распространяется в пространстве в виде волны.Подобно микроволнам и рентгеновским лучам, эти волны имеют длину и частоту. Разница в том, что люди обладают рецепторами, способными воспринимать энергию с длинами волн от 400 до 700 нм и превращать ее в изображения.

Отдельные длины волн соответствуют разным цветам. Свет с длиной волны около 420 нм воспринимается как синий, 525 нм – зеленый и 635 нм – красный. Более длинные волны называются инфракрасными (которые воспринимаются как тепло), а более короткие волны – ультрафиолетовыми, а затем рентгеновскими лучами.

Источники света на основе тепла («источники накаливания») излучают электромагнитную энергию на всех длинах волн, поэтому они кажутся белыми.Фактическое распределение длин волн в этом свете зависит от температуры источника. Флуоресцентные лампы кажутся белыми только в результате флуоресценции покрытия на стекле или трубке, а светодиоды излучают свет только на одной определенной длине волны.

В чем измеряется сила света?

Основная единица силы света – кандела, номинально свет, излучаемый одной свечой, или, точнее, «источник, излучающий монохроматическое излучение с частотой 540 x 1012 герц и имеющий силу излучения в этом направлении 1/683 ватт на стерадиан.

Источник света, как нить накаливания, излучает свет во всех направлениях. Фактически, он находится в центре сферы излучаемого света (поэтому световые единицы ссылаются на стерадиан). Полная энергия всего испускаемого света называется «световым потоком».

Одна кандела на стерадиан называется люменом, который является мерой силы света, с которой люди наиболее знакомы. Однако наиболее важным при измерении интенсивности света является количество люменов, падающих на поверхность, которое выражается в люксах.Таким образом, один люкс – это один люмен на квадратный метр, в зависимости от расстояния до источника. (В США интенсивность света принято выражать в фут-свече. Одна фут-свеча эквивалентна одному люмену на квадратный фут).

Подводя итог, в то время как световой поток выражается в люменах, интенсивность света измеряется в люменах на квадратный метр или люкс.

Ситуации, требующие измерения освещенности

Фотостудия Основными причинами измерения интенсивности света являются обеспечение соблюдения минимальных стандартов освещения и определение подходящего времени выдержки в фотографии и кинематографии.Ниже описаны четыре часто встречающиеся ситуации.

1. Эргономика и безопасность

Для многих условий рекомендуется минимальный уровень освещенности.

В некоторых организациях сила света измеряется только реактивно, обычно после падения или другого несчастного случая. Более разумный подход – выполнить обследование освещения, документируя уровни освещенности на рабочем месте. Если обнаруживаются области ниже минимально допустимого уровня, можно реализовать план улучшения.

2. Фотография и кинематография

Интенсивность света лежит в основе фотографии. Слабое освещение вынуждает фотографа увеличивать время экспозиции или открывать диафрагму объектива, а иногда и то и другое. Хотя многие современные камеры имеют встроенный измеритель освещенности, все же полезно знать уровни освещенности вокруг объекта, особенно для студийной или портретной фотографии.

Знание уровней освещенности также помогает обеспечить воспроизводимость кадра, что важно в кинематографии.Измеряя уровни освещенности, оператор может получать стабильные результаты, обеспечивая непрерывность.

3. Мониторинг погоды

Хотя многие люксметры настроены на использование лампы накаливания, они по-прежнему полезны для сравнения на открытом воздухе. Измеритель может, например, производить записи, показывающие разницу в интенсивности между летним и зимним солнцестоянием. Картирование интенсивности света в области, предназначенной для солнечных батарей, может помочь определить оптимальное место для каждой панели.Те, кто занимается сельским хозяйством, могут извлечь выгоду из определения областей с меньшей интенсивностью света в теплице.

4. Театральная декорация и дизайн интерьера

Различие в интенсивности света – эффективный способ привлечь внимание публики. Художник-постановщик может захотеть, чтобы конкретный реквизит или актер был в тени для одной сцены и выделен для следующей. Точно так же дизайнер интерьера будет использовать различия в интенсивности, чтобы создать особый внешний вид.Установка уровней освещенности также помогает обеспечить воспроизводимость определенного внешнего вида и ощущений, а также подтверждает, что зрители достаточно света, чтобы видеть черты лица актеров.

Как можно измерить интенсивность света?

Свет падает на датчик, где энергия фотонов преобразуется в электрический заряд. Чем больше света падает на поверхность, тем больше заряда накапливается. В общем, эти два понятия взаимосвязаны. Калибровка измерительной электроники преобразует ток или напряжение в значение в люксах.

Что еще более усложняет ситуацию, человеческий глаз не одинаково чувствителен ко всем длинам волн света и имеет большую чувствительность к зеленому. Таким образом, если на метр попадает одинаковая интенсивность синего и зеленого света, а исходное значение в люксах может быть одинаковым, человек-наблюдатель будет воспринимать больше зеленого света. Чтобы решить эту проблему, люксметры настроены на ожидание света со спектральным распределением домашнего освещения с вольфрамовой нитью накала. Он определяется как стандартный источник света A CIE и регулирует исходное измерение интенсивности, чтобы лучше коррелировать с человеческим восприятием яркости.Стандартный источник света CIE A рекомендуется для всех применений, связанных с использованием ламп накаливания.

Прибор для измерения силы света

Внутренняя рабочая среда Прочные портативные измерители окружающей среды для измерения частоты вращения и освещенности разработаны как простые в использовании портативные приборы для измерения силы света. Основанные на стандарте CIE Standard Illuminant A, эти устройства идеально подходят для использования в областях освещения лампами накаливания и обеспечивают показания при флуоресцентном освещении с небольшой погрешностью в диапазоне измерения от 1 до 200 000 люкс (от 0 до 18 580 фут-свечей).

Это оборудование идеально подходит для тех, кому необходимо проверить уровень освещенности в рабочих помещениях, для фотографии, оформления театральных декораций, дизайна интерьера и кинематографии. Его можно использовать на открытом воздухе, где достаточно сравнительных значений или соотношений, но не следует полагаться на точные значения интенсивности из-за его калибровки CIE.

единиц и измерения – ANACC Methods and Materials

Light – Примечания к физическим и субъективным единицам измерения

Физические единицы Субъективные единицы
  • Свет – это форма энергии, которую можно измерять в единицах энергии (джоули, калории) или в квантовых единицах (кванты, эйнштейны).Преобразование между этими единицами зависит от длины волны.
  • 6 x 10 23 квантов = 1 моль света (или 1 эйнштейн в старой терминологии)
  • Свет можно измерить субъективно на основе яркости, видимой человеческим глазом. Единицы измерения включают свечи, люмены, фут-свечи и люкс.
  • Источник света имеет яркость, равную одной свече, если его мощность соответствует мощности «стандартной свечи».
  • Мощность – это скорость, с которой свет генерируется, проходит или поглощается, и измеряется в ваттах (1 ватт = 1 джоуль-сек -1 ) или эйнштейнах-секундах -1
  • Световой поток соответствует мощности.Источник одной свечи излучает световой поток мощностью одной свечи или 4π люмен.
Интенсивность луча света определяется как мощность на единицу поперечного сечения и измеряется в ваттах -2 или эйнштейнах м -2 сек -1
  • 6 x 10 17 квантов m -2 сек -1 = 1 микроэйнштейн (mE) m -2 сек -1
  • Интенсивность света измеряется, например, экспонометром LICOR или измерителем QSL (квантовой скалярной освещенности).(тип QSL считается более точным из-за его сферического, а не плоского коллектора).

Интенсивность на дистанции:

– один фут от стандартной свечи – один фут.

-один метр от стандартной свечи – это одна метровая свеча или один люкс.

NB . 1 фут-кандела = 10,8 люкс

  • Сила света измеряется напр. фут-свечной метр, тип фотографического экспонометра.
  • Эти устройства предпочтительны для большинства целей фотохимии и фотобиологии. Они используются для измерения интенсивности окружающего света, например. в лимнологии и океанографии.

Полезный диапазон для культивирования микроводорослей

20-200 мкмоль. фотоны м -2 с –1

Прямой солнечный свет (полдень в тропиках) составляет примерно 1700 мкмоль. фотоны м -2 с –1

  • Эти единицы основаны на человеческом зрении и поэтому полезны для определения безопасных и комфортных уровней освещения, например.школы и офисы.

NB . В других контекстах эти единицы могут вводить в заблуждение. Например, некоторые фотосинтезирующие бактерии, использующие инфракрасный свет, не будут расти под яркими люминесцентными лампами, которым не хватает инфракрасного света; тем не менее, вольфрамовые лампы более тусклого вида, но с высоким уровнем инфракрасного излучения будут способствовать гораздо лучшему росту.

Примечание. Преобразование физических единиц в субъективные зависит от относительной видимости различных длин волн, то есть определенные длины волн «более заметны» для человеческого глаза, чем другие.Следовательно, как преобразование между люксами и мкмоль. фотоны m -2 s –1 – преобразования, зависящие от длины волны, должны быть только приблизительными;

например; X мкмоль. фотонов м -2 с –1 = Люкс x ~ 0,0165… или… 1000 Люкс = 16-20 мкмоль. фотоны м -2 с –1

Список литературы

Клейтон, Р. К. (1970). Свет и живая материя. Том 1. Физическая часть. Книжная компания Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.

Херши, Д.Р. 1991. Измерение и расчеты освещения растений. Американский учитель биологии 53 : 351-53.

Морел А. и Смит Р. С. 1974. Связь между полными квантами и полной энергией для фотосинтеза в воде. Лимнол. Occanogr 19 : 591-600.

Как измерить интенсивность света?

Человеческое зрение зависит от света. Свет отражается от поверхностей в глаза, проходя через роговицу и зрачок, образуя изображение на сетчатке.Глаз чувствителен к очень широкому диапазону интенсивности света, но на низких уровнях теряет способность различать детали. Вот почему точные работы, такие как хирургия, измерения или сборка, лучше всего выполнять при ярком свете. Работа при плохом освещении вызывает утомление и ошибки. Аварии на производстве чаще происходят при низком уровне освещенности. Кроме того, хорошее освещение определяет, насколько хорошо люди могут наблюдать за шоу и делать качественные фотографии. В этом техническом документе от OMEGA Engineering говорится, что для облегчения понимания измерения силы света:

  • Что такое свет?
  • Как измеряется свет?
  • Ситуации, требующие измерения освещенности
  • Светотехника
  • Светоизмерительное оборудование

Что такое свет?

Свет – это форма электромагнитной энергии, которая распространяется в пространстве в виде волны.Подобно микроволнам и рентгеновским лучам, эти волны имеют длину и частоту. Разница в том, что люди обладают рецепторами, способными воспринимать энергию с длинами волн от 400 до 700 нм и превращать ее в изображения.

Отдельные длины волн соответствуют разным цветам. Свет с длиной волны около 420 нм воспринимается как синий, 525 нм – зеленый и 635 нм – красный. Более длинные волны называются инфракрасными (которые воспринимаются как тепло), а более короткие волны – ультрафиолетовыми, а затем рентгеновскими лучами.

Источники света на основе тепла («источники накаливания») излучают электромагнитную энергию на всех длинах волн, поэтому они кажутся белыми.Фактическое распределение длин волн в этом свете зависит от температуры источника. Флуоресцентные лампы кажутся белыми только в результате флуоресценции покрытия на стекле или трубке, а светодиоды излучают свет только на одной определенной длине волны.

Как измеряется свет?

Источник света, как нить накаливания, излучает свет во всех направлениях. Фактически, он находится в центре сферы излучаемого света (поэтому световые единицы ссылаются на стерадиан).Полная энергия всего испускаемого света называется «световым потоком».

Основной единицей света является кандела, номинально свет, излучаемый одной свечой, или, точнее, «источник, излучающий монохроматическое излучение с частотой 540 x 1012 герц и имеющий силу излучения в этом направлении 1/683. ватт на стерадиан ».

Одна кандела на стерадиан называется люменом, который является мерой силы света, с которой люди наиболее знакомы. Однако наиболее важным при измерении интенсивности света является количество люменов, падающих на поверхность, которое выражается в люксах.Таким образом, один люкс – это один люмен на квадратный метр, в зависимости от расстояния до источника. (В США интенсивность света принято выражать в фут-свече. Одна фут-свеча эквивалентна одному люмену на квадратный фут).

Подводя итог, в то время как световой поток выражается в люменах, интенсивность света измеряется в люменах на квадратный метр или люкс.

Ситуации, требующие измерения освещенности

Фотостудия

Основными причинами измерения интенсивности света являются обеспечение соблюдения минимальных стандартов освещения и определение подходящего времени выдержки в фотографии и кинематографии.Ниже описаны четыре часто встречающиеся ситуации.

1. Эргономика и безопасность

Для многих условий рекомендуется минимальный уровень освещенности. В то время как некоторые, например строительные и судостроительные верфи, предъявляют очень специфические требования OSHA, для общепромышленных приложений OSHA ссылается на стандарт ANSI / IESNA RP-7-2001 «Практика промышленного освещения». Это определяет минимальную интенсивность, необходимую для безопасного и точного выполнения ряда задач.

В некоторых организациях сила света измеряется только реактивно, обычно после падения или другого несчастного случая.Более разумный подход – выполнить обследование освещения, документируя уровни освещенности на рабочем месте. Если обнаруживаются области ниже минимально допустимого уровня, можно реализовать план улучшения.

2. Фотография и кинематография

В основе фотографии – сила света. Слабое освещение вынуждает фотографа увеличивать время экспозиции или открывать диафрагму объектива, а иногда и то и другое. Хотя многие современные камеры имеют встроенный измеритель освещенности, все же полезно знать уровни освещенности вокруг объекта, особенно для студийной или портретной фотографии.

Знание уровней освещенности также помогает обеспечить воспроизводимость кадра, что важно в кинематографии. Измеряя уровни освещенности, оператор может получать стабильные результаты, обеспечивая непрерывность.

3. Мониторинг погоды

Хотя многие люксметры сконфигурированы для лампы накаливания, они по-прежнему полезны для сравнения на открытом воздухе. Измеритель может, например, производить записи, показывающие разницу в интенсивности между летним и зимним солнцестоянием.Картирование интенсивности света в области, предназначенной для солнечных батарей, может помочь определить оптимальное место для каждой панели. Те, кто занимается сельским хозяйством, могут извлечь выгоду из определения областей с меньшей интенсивностью света в теплице.

4. Театральная декорация и интерьер

Разница в интенсивности света – эффективный способ привлечь внимание аудитории. Художник-постановщик может захотеть, чтобы конкретный реквизит или актер был в тени для одной сцены и выделен для следующей.Точно так же дизайнер интерьера будет использовать различия в интенсивности, чтобы создать особый внешний вид. Установка уровней освещенности также помогает обеспечить воспроизводимость определенного внешнего вида и ощущений, а также подтверждает, что зрители достаточно света, чтобы видеть черты лица актеров.

Светотехника

Свет падает на датчик, где энергия фотонов преобразуется в электрический заряд. Чем больше света падает на поверхность, тем больше заряда накапливается.В общем, эти два понятия взаимосвязаны. Калибровка измерительной электроники преобразует ток или напряжение в значение в люксах.

Ситуация усложняется тем, что человеческий глаз не одинаково чувствителен ко всем длинам волн света и имеет большую чувствительность к зеленому. Таким образом, если на метр попадает одинаковая интенсивность синего и зеленого света, а исходное значение в люксах может быть одинаковым, человек-наблюдатель будет воспринимать больше зеленого света. Чтобы решить эту проблему, люксметры настроены на ожидание света со спектральным распределением домашнего освещения с вольфрамовой нитью накала.Он определяется как стандартный источник света A CIE и регулирует исходное измерение интенсивности, чтобы лучше коррелировать с человеческим восприятием яркости. Стандартный источник света CIE A рекомендуется для всех применений, связанных с использованием ламп накаливания.

Светомеры

Внутренняя рабочая среда

Прочные портативные измерители окружающей среды для измерения частоты вращения и освещенности разработаны как простые в использовании портативные приборы для измерения силы света. Основанные на стандарте CIE Standard Illuminant A, эти устройства идеально подходят для использования в областях освещения лампами накаливания и обеспечивают показания при флуоресцентном освещении с небольшой погрешностью в диапазоне измерения от 1 до 200 000 люкс (от 0 до 18 580 фут-свечей).

Эти инструменты идеально подходят для тех, кому необходимо проверить уровень освещенности в рабочих помещениях, для фотографии, оформления театральных декораций, дизайна интерьера и кинематографии. Его можно использовать на открытом воздухе, где достаточно сравнительных значений или соотношений, но не следует полагаться на точные значения интенсивности из-за его калибровки CIE.

Техническое обучение Техническое обучение

Глоссарий терминов по измерениям освещенности

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

Поглощение

Рассеяние света (излучения) на поверхности или в среде, вызванное преобразованием лучистой (световой) энергии в другую форму энергии, обычно в тепло, при взаимодействии с веществом.Поглощение – это «недостающий элемент» при сравнении полной отраженной и прошедшей энергии с падающей энергией. Отношение полного поглощенного лучистого или светового потока к падающему потоку называется поглощательной способностью. Стандартная единица поглощения – это процент (%) или коэффициент от 0 до 1. Поглощение также можно вывести из передачи через среду. Если% пропускания определенной длины волны составляет 70%, тогда материал имеет поглощение 30%.


Актиничный

Характеристика излучения, указывающая на его способность вызывать химические изменения.В нашей отрасли этот термин обычно используется в отношении УФ-излучения и его воздействия на биологические системы. Актинические полоски используются при УФ-обработке для контроля интенсивности источников. Цвет или оптическая плотность полоски меняется с экспонированием. См. Страницу приложений для определения опасности оптического излучения для получения списка систем измерения света ILT, используемых для определения актинической опасности источника света.


Окружающий свет

Окружающий свет – это свет, рассеянный в среде, окружающей детектор, измеряющий оптическое излучение от другого источника.Этот свет вносит свой вклад в сигнал, измеряемый от источника. Для получения достоверных результатов из каждого измерения необходимо вычесть вклад окружающего света или фона.


Диафрагма

Отверстие, через которое может проходить лучистая энергия. Угловая апертура – это угол, под которым самые расходящиеся лучи могут проходить через отверстие или линзу. Апертура объектива часто выражается через f / #. F / # – это отношение фокусного расстояния объектива к его диаметру.Объектив с фокусным расстоянием 100 мм и диаметром 25 мм будет иметь апертуру f / 4.


Аттенюатор

Устройство, уменьшающее количество энергии, поступающей на датчик. Аттенюаторы обычно используются, когда лучистая энергия насыщает детектор. Фильтры QNDS, QNDS2 и QNDS3 являются аттенюаторами, снижающими плотность потока на детекторе в 10, 100 и 1000 раз соответственно.


Пропускная способность

Полоса пропускания описывает размер спектрального сегмента.Ширина полосы 10 нм означает диапазон излучения 10 нм. Это может быть, например, диапазон от 500 до 510 нм, от 1000 до 1010 нм или сегмент равного размера в любом месте спектра.


Ленточный элиминаторный фильтр

Фильтр-устранитель полосы пропускает длины волн выше и ниже отсечки фильтра, подавляя при этом длины волн в пределах полосы. Эти фильтры также называются режекторными фильтрами. Полосовой фильтр на 500 нм с полосой пропускания 10 нм подавляет волны с длиной волны от 495 до 505 нм.


Ширина луча

Угловая ширина светового конуса, вершина которого находится в источнике. Ширина луча обычно определяется как угол, образуемый конусом, охватывающим 90% энергии.


Черный корпус

Черное тело – это объект, который поглощает всю падающую на него лучистую энергию. При нагревании черное тело излучает четко определенный характеристический спектр, который можно использовать для характеристики спектральной чувствительности детекторов.Поскольку идеального черного тела не существует, для этой цели используются симуляторы черного тела.


Калибровка

Процесс нормализации выходного сигнала детектора к выходному сигналу детектора, определенного в качестве стандарта (обычно определяемого Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) при идентичных условиях освещения). Калибровку также можно выполнить с помощью стандартного источника (лампы), выходная энергия которого на определенных длинах волн и на расстояниях измерения сопоставима с эталонной лампой, определенной руководящим органом по стандартизации (NIST).


Кандела (CD)

Текущая единица силы света в системе СИ. Одна кандела эквивалентна 1 люмену на стерадиан. Используется для выражения интенсивности луча (кандела луча) и средней сферической интенсивности (средняя сферическая кандела). Также называется Candlepower (cp).


Кандела, пучок (cd или eff cd) фотометрическое измерение интенсивности

Отбирая очень узкий угол входного луча, кандела луча представляет только люмены на стерадиан при максимальной интенсивности луча.Угол отбора пробы определять не нужно. Может измеряться в канделах (кд) для устойчивых источников или в эффективных канделах (эфф. Кд) для мигающих источников.


Кандела, эффективный (eff cd)

Единица силы светового луча, взвешенная с учетом повышенной чувствительности человеческого глаза к источнику вспышек.


Кандела, измерение средней сферической (кд) фотометрической интенсивности

Сила света источника, выраженная в канделах.Средняя сферическая кандела, измеренная в интегрирующей сфере, – это общий световой поток источника в люменах, деленный на стерадианы 4pi в сфере.


Мощность свечи (имп.)

Старое определение силы света. Мощность одной свечи (cp) была силой света стандартной свечи, сделанной из китового воска, весом 1/6 фунта, 7/8 дюйма в диаметре и сжигающей 120 зерен в час. В настоящее время единицей СИ для измерения силы света является кандела (кд). Одна кандела (кд) равна силе одной свечи, поэтому источник с силой света 10 кандел можно назвать источником мощности 10 свечей.


ПЗС

ПЗС-матрица (устройство с зарядовой связью) – это детектор света с высокой чувствительностью, прежде всего в видимом спектре. ПЗС-матрицы обычно представляют собой линейные или двумерные матрицы, состоящие из миллионов отдельных элементов детектора. 2D-версии используются для записи изображений и встречаются в большинстве цифровых камер, используемых как в научных, так и в потребительских приложениях.


Цветность

Аспекты цвета, связанные с оттенком и насыщенностью без привязки к яркости.


Координаты цветности (CIE)

Доля стандартных трехцветных значений, используемых при согласовании цветов. Цвета сравниваются по их координатам CIE X, Y и Z.


CIE

CIE (Международный комитет по освещению) – это международная организация по стандартизации освещения и цветового зрения.


Цветовая температура

Цветовая температура – это температура в градусах Кельвина, до которой необходимо нагреть черное тело, чтобы получить цвет, подобный эталонному.Лампа накаливания мощностью 40 Вт имеет цветовую температуру около 2680K, в то время как дневной свет в полдень имеет цветовую температуру около 5500K.


Коллектор косинусов

Косинусоидальный коллектор – это полупрозрачный коллектор света, который компенсирует нормальное блокирование излучения от плоских поверхностей. Коллектор косинуса измеряет излучение в соответствии с законом косинуса через полусферу над поверхностью. Косинусный коллектор также можно назвать ламбертовской поверхностью.


Закон косинусов (закон косинусов Ламберта)

Поток на единицу телесного угла, покидающий или входящий в поверхность, пропорционален косинусу угла по отношению к нормали к поверхности.В косинусоидальном коллекторе лучи, падающие на поверхность под углом 60 ° от вертикали, будут давать 0,5 (косинус 60 °) вклад идентичных лучей, приходящих вертикально.


Отсечной фильтр

Фильтр, который не пропускает свет с длинами волн короче длины волны отсечки и пропускает широкий диапазон длин волн выше длины волны отсечки. Длина волны отсечки указывается в некоторой точке при переходе от максимальной передачи к нулевой передаче.Один и тот же фильтр может иметь разные длины волны отсечки в зависимости от указанного% пропускания. Тот же самый фильтр может быть указан как отсекающий фильтр на 500 нм с точкой пропускания 50% в качестве эталона или как отсекающий фильтр на 485 нм, если спецификация – это точка пропускания 5%, где пропускание при 485 нм составляет 5%.


Адаптация к темноте

Способность человеческого глаза приспосабливаться к низкому уровню освещенности.


Темный сигнал (ток)

Темновой сигнал – это сигнал, который проходит через фотодетектор, когда на него не падает оптическое излучение.Этот сигнал создается внутри детектора и цепей усиления за счет термоэмиссионных (температурных) эффектов.


Плотномер

Денситометр измеряет непрозрачность или поглощающую способность материала. Измерение обычно выражается в AU (единицы поглощения) или OD (оптическая плотность).


Дифракционная решетка

Дифракционная решетка – это оптический компонент, который разделяет свет на составляющие его длины волн.Функционально эквивалентен призме, он рассеивает свет по его спектру, используя канавки для его рассеивания. Угол дифракции зависит от длины волны.


Диффузное отражение

Отношение падающего потока к отраженному потоку от рассеивающей поверхности в отличие от сильно направленной или зеркальной (зеркальной) поверхности.


Динамический диапазон

Динамический диапазон – это отношение максимального измеряемого сигнала до насыщения к минимальному измеряемому сигналу выше шума.Обычно динамический диапазон выражается либо в декадах (степень 10), либо в битах (степень 2). Динамический диапазон 5 декад указывает на то, что существует коэффициент 100000 между максимальным и минимальным сигналами, измеряемыми устройством. Динамический диапазон в 16 бит (264) указывает коэффициент 65 532 между минимальным и максимальным измеряемыми сигналами.

Динамический диапазон также выражается в дБ (децибелах), определяемый как 10 log 10 (максимальный сигнал / минимальный сигнал). Пять декад динамического диапазона равны 50 дБ.


Эйнштейн

Единица энергии, эквивалентная количеству энергии, поглощаемой одной молекулой материала, подвергающегося фотохимической реакции, как определено законом Штарка-Эйнштейна.


Электромагнитное излучение

Излучение, испускаемое колеблющимися заряженными частицами. Комбинированное колебание электрического и магнитного полей, распространяющееся в пространстве со скоростью света. Электромагнитный спектр теоретически бесконечен, включает гамма, рентгеновские лучи, УФ, видимый, инфракрасный, микроволны и радиоволны.


Коэффициент излучения

Отношение яркости объекта к излучению черного тела при той же температуре и длине волны.


Плотность энергии

Энергия излучения, приходящая на поверхность на единицу площади, обычно выражается в джоулях или миллиджоулях на квадратный сантиметр (Дж / см² или мДж / см²). Это интеграл освещенности по времени. (Другие применяемые термины включают «излучение», «световую дозу» и «общую эффективную дозировку»).


Etendue

Также называется пропускной способностью оптической системы, это произведение ее входной апертуры и телесного угла, под которым свет может приниматься через эту апертуру.


Выход

Флюс, покидающий поверхность на единицу площади.


Воздействие

Распространенный, но широко используемый термин для обозначения плотности энергии или плотности лучистого потока на поверхности. (Это точно определенный термин в EB-отверждении: 1 Грей (Гр) = 1 Дж / кг, мера поглощенной энергии на единицу массы).В других технологиях этот термин обычно применяется к энергии, поглощаемой в интересующей среде, но при УФ-отверждении он приравнивается только к плотности энергии излучения, поступающей на поверхность интересующей среды. [Предпочтительным сокращенным термином является плотность энергии, выражаемая в Дж / см² или мДж / см²]. Также может называться «доза» или «дозировка».


Нить накала

Тонкий металлический провод, специально помещенный внутри колбы лампы, который генерирует излучение в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, когда через него проходит электрический ток.Часто используется вольфрам, поскольку он обладает высокой прочностью на разрыв, очень прочен и может нагреваться до температуры, близкой к температуре плавления, без быстрого испарения. Лампы накаливания предлагаются в различных конструкциях, оптимизированных для конкретных применений.


Нить Описание

Описание нити накала состоит из буквы префикса, указывающей, является ли провод прямой или свернутой в бухту, за которым следует число, указывающее расположение нити на опорах.Буквы префикса обычно являются одним из трех вариантов

    • S – Прямая, без катушки до нити
    • C – Спиральная, нить намотана в спиральную катушку
    • CC – Coiled Coiled, спирально свернутая нить накала снова наматывается в другую спиральную катушку.

Флюс

Энергия в секунду (мощность) светового луча, выраженная в ваттах или джоулях в секунду.(Сияющая сила). При фотометрических измерениях сила света обычно выражается в люменах (лм).


Фотометрические измерения фут-канделей (fc)

Фут-свечки – это единица измерения освещенности (сколько света падает на точку на поверхности). Один раз фут-кандела эквивалентна 10,764 люкс.


Фотометрические измерения Footlambert (fl)

Единица яркости, равная 1 / p кандела / фут 2.


Бактерицидный

Все биологические организмы содержат ДНК.ДНК необходима для воспроизводства. Оптическое излучение в диапазоне УФС способно разрушать молекулярные связи внутри ДНК, эффективно убивая микроорганизмы. Бактерицидные УФ-лампы используются для очистки воды, стерилизации пищевых продуктов и их контейнеров, а также очистки воздуха, особенно в больницах.


Фотометрические измерения с помощью блока Хефнера

Единица силы света, равная 0,9 свечи.


Фотометрические свойства освещенности

Световой поток, падающий на единицу площади поверхности.1 люмен / м² = 1 люкс.


Инфракрасный (ИК)

Невидимая часть электромагнитного спектра от 0,75 до 1000 микрон. Излучение в ближней инфракрасной области (NIR) вызывает ощущение тепла.


Интегрирующая сфера

Полая сфера, покрытая изнутри белым рассеивающим покрытием. Он используется для измерения диффузного отражения и пропускания объектов или полного потока от источника, который полностью находится внутри.


Интенсивность

Поток на телесный угол. Радиометрические измерения производятся в Вт / ср. Фотопические измерения производятся в люменах / св.


Закон обратных квадратов

Закон обратных квадратов коррелирует относительную интенсивность на разных расстояниях от точечного источника. Относительная интенсивность уменьшится до коэффициента квадратного корня из разницы в расстоянии. Например, если на расстоянии 2 метров от источника интенсивность составляет 16 Вт / м², она будет 4 Вт / м² на расстоянии 4 метра и Вт / м² на расстоянии 8 метров.Для протяженных (неточечных) источников спад интенсивности приближается к закону обратных квадратов на расстоянии, эквивалентном 5 диаметрам источника.


Радиометрические свойства освещенности

Падение лучистого потока на единицу площади поверхности; мощность падающая на единицу площади. Радиометрическая единица измерения – Вт / м² или ее коэффициент (мВт / см²). Фотометрическими единицами измерения являются люмен / м², люкс, фотон и фут-кандела.


Джоуль (Дж)

Джоуль – это единица измерения энергии в системе СИ.


Ламбертовская поверхность

Поверхность, излучение или рассеяние которой подчиняется закону косинусов Ламберта, в котором интенсивность излучения, покидающего поверхность, пропорциональна косинусу угла от нормали к поверхности. См. Сборщик косинусов.


Линейность

Точность, с которой существует прямая зависимость между падающим излучением и результирующим значением измерения до точки насыщения. Линейность 1% означает, что отношение измеренного значения к величине падающего излучения не будет отличаться от абсолютного более чем на 1%.


Фотометрические измерения в люменах (лм)

Люмен – фотометрическая единица мощности. Это поток, излучаемый в единичном телесном угле точечным источником с силой света в одну канделу.


Фотометрические свойства яркости

Плотность потока на единицу телесного угла.


Люкс, радиометрическое измерение

S.I. единица освещенности, равная 1 люмен на квадратный метр.


Средняя сферическая мощность свечи (MSCP)

Сила света источника света.Рейтинг MSCP лампы измеряется при расчетном напряжении и представляет собой общее количество света, испускаемого источником света во ВСЕХ направлениях (измеренное в интегрирующей сфере).

Один MSCP эквивалентен всему свету, излучаемому во всех направлениях одной стандартной свечи со спермацетом. Средняя сферическая сила свечи – это общепринятый метод оценки общей светоотдачи миниатюрных ламп. 1 MSCP равен 12,57 (4 пи) люмен.


Микрон
Единица длины, равная 10 -6 м.Длины инфракрасных волн обычно измеряются в микронах.


Монохроматор

Монохроматор – это устройство, в котором используется дифракционная решетка или призма для рассеивания света в спектре составляющих его длин волн. Диспергирующий элемент вращается так, что только узкая (монохроматическая) полоса света может выходить из монохроматора через узкое отверстие или щель.


Нано

Префикс, обозначающий 10 -9 .Один нановатт (нВт) = 10 -9 Вт.


Нанометр (нм)

Единица длины, равная 10 -9 м. Сокращенно нм. Обычно используется для определения длины волны света, особенно в УФ и видимом диапазонах электромагнитного спектра.


Узкополосный фильтр

Узкополосный фильтр пропускает только ограниченное количество длин волн. Узкополосные фильтры обычно указываются на определенной центральной длине волны, полоса пропускания указывает диапазон длин волн, которые будут проходить через нее, и% пропускания в пределах полосы пропускания.Узкополосный фильтр на 500 нм с полосой пропускания 10 нм с отсечкой 5% будет пропускать длины волн от 495 до 505 нм. Коэффициент пропускания выше и ниже этих длин волн будет менее 5%.


Фильтр нейтральной плотности

Фильтр, который снижает интенсивность проходящего через него света без изменения относительного спектрального распределения энергии. Нейтральные плотности даются логарифмической базой 10 их затухания. Ослабление 100 дает нейтральную плотность (ND) 2.См. Оптическая плотность.


Фотометрическое измерение нит (нт)

Единица измерения яркости (яркости), равная одной канделе на квадратный метр.


Шумовая эквивалентная освещенность (NEI)

Плотность лучистого потока в Вт / см 2 , необходимая для получения сигнала, равного собственному шуму системы обнаружения. Входная освещенность, при которой отношение сигнал / шум составляет 1.


Эквивалентная мощность шума (NEP)

Мощность излучения на указанной длине волны и полосе пропускания, которая будет производить выходной сигнал от детектора, эквивалентный собственному шуму в этом детекторе.


Обычное

Нормаль – это ось, перпендикулярная освещенной поверхности. Нормаль – это точка отсчета, от которой измеряются углы отражения, дифракции и преломления. Луч с нулевым углом падения попадает перпендикулярно поверхности. Луч с углом падения 90 ° параллелен поверхности и не может попасть в нее.


Узкий фильтр

См. Полосовой элиминирующий фильтр.


Непрозрачность

Мера способности материала блокировать свет.Это эквивалентно коэффициенту пропускания материала.


Оптический прерыватель

Механическое или электрооптическое устройство для пропускания и прерывания на постоянной частоте луча света.


Оптическая плотность (OD)

Мера пропускания T через оптическую среду. OD = -log 10 T. OD, равный 1, эквивалентен пропусканию 10%. Фильтр с 2 OD будет иметь пропускание 1%.


Пиковое излучение УФ-отверждение

Интенсивный пик мощности в фокусе прямо под лампой. Максимальная точка профиля освещенности. Измеряется в единицах энергетической освещенности (Вт / см²).


Фото (ph) фотометрические измерения

Единица измерения освещенности. Один фото = 10 000 люкс (лк).


Фотодиод

Фотодиод – это двухэлектродный полупроводниковый прибор с переходом, чувствительным к оптическому излучению, в котором обратный ток изменяется в зависимости от освещения.Чувствительность к длине волны зависит от материалов, используемых в устройстве. Кремниевые фотодиоды чувствительны в большей части видимого спектра. Фотодиоды InGaAs чувствительны в ближней ИК-области спектра. Фотодиоды на основе GaP используются для УФ-области спектра.


Фотодинамическая терапия

Использование оптического излучения для лечения болезней. Фотодинамическая терапия используется при лечении кожных заболеваний, таких как псориаз, желтуха у новорожденных, а в последнее время – при лечении некоторых видов рака.


Фотометр

Устройство для измерения силы света или яркости. В фотометре используется светофильтр с полосой пропускания, соответствующей реакции человеческого глаза. Используемые единицы измерения – люмен и люкс.


Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)

Фотоэлектронный умножитель – это вакуумное устройство, в котором фотокатод испускает электроны при воздействии света. Затем электроны ускоряются электростатическими полями к металлическим пластинам, из которых испускается большее количество вторичных электронов.Это повторяется в несколько этапов. Это усиливает ток на многие тысячи.


Фотопикс

Имеет характеристику чувствительности, аналогичную реакции человеческого глаза. Фотопический фильтр будет иметь полосу пропускания от 400 до 700 нм с максимальным пропусканием на 550 нм со спектральной чувствительностью, указанной CIE.


Фоторезист

Химическое вещество, которое становится нерастворимым при воздействии света. Путем экспонирования фоторезиста через маску можно создавать электрические цепи, промывая неэкспонированные области и травляя материал ниже.Фоторезисты обычно оптимизированы для определенных областей УФ-спектра, обозначенных как UVC, UVB и UVA, в зависимости от типа лампы, используемой для экспонирования.


Фотостабильность

Многие химические продукты, как лекарственные, так и защитные покрытия, могут разрушаться под воздействием света. Измерения фотостабильности производятся для определения основных длин волн, ответственных за разложение, и количества воздействия (дозы), необходимого для создания изменения, которое может отрицательно сказаться на эффективности продукта.В исследованиях фотостабильности следует отличать эффекты видимого света от УФ-излучения. Обычно используются два детектора с фильтрацией, каждый из которых ограничивает измерение только одной спектральной областью.


Пико (п)

Префикс, обозначающий 10 -12 . Один pW = 10 -12 Вт.


Радиометрическое измерение яркости

Мощность излучения на единицу площади источника на телесный угол. Вт / м² / стерадиан.


Радиометрическое измерение излучательной способности

Мощность излучения, излучаемая в полную сферу (4p стерадиан) единицей площади источника, выраженная в Вт / м². Для этого измерения обычно используется интегрирующая сфера.


Радиометрическое измерение лучистого выхода

Лучистый поток на единицу площади, излучаемый источником.


Радиометр

Устройство для измерения интенсивности или накопления лучистой энергии.Консультации по выбору радиометра.


Радиометрия

Наука об измерении радиации. Обнаружение и измерение энергии излучения либо на определенных длинах волн, либо в полосе пропускания, либо в зависимости от длины волны в широком спектре. Измерение взаимодействия света с веществом в отношении поглощения, пропускания и отражения.


Луч

Геометрическое представление светового пути через оптическую систему.


Отражение

Отношение отраженного потока к падающему с поверхности потоку. В некоторых случаях измерение может быть выполнено с использованием либо зеркальной, либо диффузной составляющей полного отраженного потока. Отражение выражается в процентах.


Относительная пространственная чувствительность

Относительная пространственная чувствительность детектора указывает угол приема и процент излучения, падающего под этим углом, которое попадает в детектор.Измерения обычно производятся в сравнении с идеальной ламбертовской поверхностью.


Чувствительность (спектральная чувствительность)

Отклик или чувствительность любой системы в зависимости от длины волны падающего излучения. В радиометрии это выходной сигнал устройства в зависимости от длины волны.


Насыщенность

Состояние, при котором плотность лучистого потока превышает либо способность фотодетектора излучать электроны в линейной зависимости от падающего потока, и / или ток, создаваемый детектором, превышает способность электроники измерять ток линейным образом. .


Scotopic

Относится к чувствительности человеческого глаза к длине волны в условиях адаптации к темноте.


Чувствительность

Отношение выходного сигнала детектора к входному сигналу. Это также может быть выражено как минимальный уровень входной освещенности, который будет производить выходной сигнал, превышающий уровень шума детектора; т.е. где отношение S / N больше 1.


SI

Международная система образования; международная метрическая система единиц.


Спектральный отклик

Мера относительной чувствительности детектора в зависимости от длины волны падающего света. Типичная кривая спектрального отклика будет отображать чувствительность в процентах на данной длине волны к длине волны максимальной чувствительности.


Спектрометр / спектрограф

Устройство для измерения взаимодействия света и материалов в зависимости от длины волны. Спектрометр обычно представляет собой монохроматор со встроенным детектором.Спектрограф не имеет выходной щели, что позволяет одновременно измерять широкий диапазон длин волн с помощью многоэлементного детектора или фотографической пластины.


Зеркальное отражение

Отражение от зеркальной поверхности, где когерентность падающего луча сохраняется в отраженном луче. Это противоположно диффузному отражению, при котором отраженный свет распространяется во всех направлениях ламбертовским способом.


Стерадиан (sr)

Единица телесного угла, образованная площадью на поверхности сферы, равной квадрату радиуса сферы.Один стерадиан можно визуализировать как коническое сечение с телесным углом примерно 66 °.


Стилб (сб) фотометрические измерения

Единица яркости, равная 1 кандела / см².


“Т” Номер лампы

Число “Т” лампы – это диаметр лампы с шагом 1/8 дюйма. Лампа “Т-1” имеет диаметр 1/8 дюйма, лампа “Т-2” – диаметр 1/4 дюйма и т. Д.


Фотометрические измерения Talbot

Единица измерения количества света в системе СИ, выраженная в люмен-секундах.


Термопара Термобатарея

Устройство из разнородных металлов, в котором возникает небольшой ток, зависящий от разницы температур материалов на стыке. Термопары могут использоваться для измерения излучения в инфракрасной области спектра.


Коэффициент пропускания

Отношение мощности излучения, передаваемой через материал, к падающей мощности излучения. Коэффициент пропускания обычно выражается в процентах.Фильтр с коэффициентом пропускания 50% (на определенной длине волны) будет поглощать половину падающего на него света и пропускать половину света через него.


УФ (ультрафиолет)

Невидимая часть электромагнитного спектра с длинами волн от 1 до 400 нм.


UVA

Часть УФ-спектра, охватывающая диапазон длин волн от 320 до 400 нм. Эта спектральная область используется во многих областях медицины, УФ-отверждения и фотолитографии.Атмосфера Земли (на уровне моря) поглощает все длины волн короче УФА. Продолжительное воздействие УФА излучения вызовет солнечный ожог.


УВБ

UVB – это часть УФ-спектра, охватывающая диапазон длин волн от 280 до 320 нм. UVB-излучение обычно используется при УФ-отверждении и фотолитографии, а также в некоторых медицинских приложениях. Воздействие УФ-В излучения (от ламп или электрической дуги) может вызвать серьезные солнечные ожоги и вызвать повреждение глаз.


UVC

UVC – это часть УФ-спектра, которая простирается от 190 до 280 нм. УФС обычно используется при очистке воды и стерилизации. UVC также используется для УФ-отверждения и фотолитографии в приложениях микроэлектроники. Воздействие УФС-излучения (от ламп, дуг или лазеров) может вызвать серьезные биологические повреждения.


ВУФ (вакуумный ультрафиолет)

ВУФ – это часть УФ-спектра ниже 190 нм.Электромагнитное излучение ниже 190 нм поглощается кислородом воздуха. Физические или химические взаимодействия, требующие ВУФ-излучения, должны выполняться в среде, продуваемой азотом до 160 нм или в вакуумной камере ниже 160 нм.


Видимый спектр (VIS)

Видимая часть спектра простирается от 400 до 700 нм (согласно CIE). Он охватывает те длины волн света, которые может воспринимать человеческий глаз.


Радиометрическое измерение ватт (Вт)

Ватт – это единица мощности или работы.Один ватт соответствует одному джоуля в секунду.


Длина волны

Когда электроны вибрируют, они создают колеблющиеся перпендикулярные электрические и магнитные поля. Расстояние между последовательными максимумами напряженности поля определяется как длина волны. Эти расстояния для видимого излучения очень малы и обычно выражаются в единицах длины нанометров (нм).

МОЩНОСТЬ:

1 ватт (Вт):
= 0.27 лм при 400 нм
= 25,9 лм при 450 нм
= 220,0 лм при 500 нм
= 679,0 лм при 550 нм
= 683,0 лм при 555 нм
= 430,0 лм при 600 нм
= 73,0 лм при 650 нм
= 2,78 лм @ 700 нм

л люмен (лм)
= 1,465 x 10 -3 Вт при 555 нм
= 7,958 x 10 -2 кандела (4p ср)

1 джоуль (Дж)
= 1 ватт * секунда
= 1 x 10 7 эрг
= 0.2388 грамм *

калорий

1 лм * секунда
= 1 талбот (T)
= 1,464 x 10 -3 джоулей при 555 нм

ИЗЛУЧЕНИЕ:

1 Вт / см²
= 1 x 10 4 Вт / м²
= 6,83 x 10 6 люкс при 555 нм
= 14,33 г * кал / см² / мин

1 лм / м²

= 1 люкс
= 1 x 10 -4 лм / см²
= 1 x 10 -4 фот (ph)
= 9.290 x 10 -2 лм / фут²
= 9,290 x 10 -2 фут-свечей (fc)

ИНТЕНСИВНОСТЬ:

1 Вт / стерадиан (Вт / ср)
= 12,566 Вт (изотропный)
= 683 кандела при 555 нм

1 люмен / стерадиан (лм / ср)
= 1 кандела (кд)
= 12,566 люмен (изотропный)
= 1,464 x 10 -3 Вт / ср при 555 нм

СИЯНИЕ:

1 Вт / см² / ср
= 6.83 x 10 6 лм / м² / ср при 555 нм
= 683 кд / см² при 555 нм

1 лм / м2 / ср
= 1 кандела / м² (кд / м²)
= 1 нит
= 1 x 10 -4 лм / см² / ср
= 1 x 10 -4 кд / см²
= 1 x 10 -4 стильб (сб)
= 9,290 x 10 -2 кд / фут²
= 9,290 x 10 -2 лм / фут² / ср
= 3,142 апостиля (асб)
= 3,142 x 10 -4 ламбертов (L)
= 2.919 х



<Назад ко всем ресурсам для измерения освещенности

Измерение уровня освещенности | Sustainability Workshop

Чтобы проектировать для визуального комфорта, вам нужно знать, как измерять свет. Измерение и восприятие света могут быть серьезной темой, а эффективный анализ дневного света требует точного определения используемых терминов и показателей.

Основные показатели

«Яркость» света может означать разные вещи: например, количество света, исходящего от источника, – это световой поток (люмены), количество света, падающего на поверхность, – это освещенность (люкс), а количество света. отражение от поверхности – это яркость (кд / м2).

Эти величины различны, потому что чем дальше поверхность от источника света, тем меньше света падает на поверхность, и чем темнее поверхность, тем меньше падающего света она отражает. Это потому, что свет подчиняется закону обратных квадратов. Например, точечный источник, такой как свеча, который вызывает освещенность 1 люкс на объекте на расстоянии одного метра, вызовет освещение 1/4 люкс на том же объекте в двух метрах или 1/9 люкс на объекте, когда он 3 метра.

Очень важно точно указать параметры освещения и дневного света.

Световой поток и интенсивность = свет, исходящий от источника

Количество света, испускаемого конкретным источником во всех направлениях, называется световым потоком , (или «световой силой») и является мерой общей воспринимаемой мощности света. Он измеряется в люменах.Люмены – полезный показатель для сравнения яркости источника света (например, лампа накаливания мощностью 60 Вт дает около 850 люмен – см. Электрические источники света для получения дополнительной информации об эффективности освещения).

Человеческий глаз воспринимает свет в «видимом спектре» – между длинами волн около 390 нм (фиолетовый) и 700 нм (красный). Люди сильнее воспринимают световые волны с некоторыми длинами волн, и световой поток масштабируется, чтобы отразить это с помощью функции яркости. Лучистый поток – это связанная мера, которая количественно определяет общую мощность электромагнитного излучения от источника, а не только видимого света, но также инфракрасного и ультрафиолетового света, и измеряется в ваттах.

Количество света, которое распространяется в определенных направлениях от источника, называется «силой света » и измеряется в канделах. Свеча излучает примерно одну канделу во всех направлениях (всего эта свеча излучает 12,6 люмен). Узнайте больше о люменах, телесных углах и канделах в Википедии.

При моделировании освещения и дневного света эти свойства кодируются в источниках света, которые использует ваша модель – будь то солнце (и предполагаемые условия неба) или используемые лампочки и осветительные приборы.

Освещенность = Свет, падающий на поверхность

Количество света, падающего на поверхность, называется «освещенность» и измеряется в люксах (метрическая единица = люмен / м 2 ) или фут-канделах (английская единица = люмен / фут 2 ). 1 фут-кандела равна 10,8 люкс. Это измерение, с которым вы будете работать чаще всего для оптимизации визуального комфорта, поскольку строительные нормы и стандарты используют освещенность для определения минимального уровня освещенности для конкретных задач и условий.

Это значение не зависит от свойств материала освещаемой поверхности. Однако, поскольку количество света, которое «видит» поверхность, зависит от того, сколько света отражается от других поверхностей вокруг нее, оно действительно зависит от цвета и отражательной способности поверхностей, которые ее окружают.

Яркость неба часто задается с использованием значений освещенности, измеренных на открытой горизонтальной плоскости. Некоторые распространенные уровни освещенности приведены в таблице ниже, из Engineering Toolbox:

.
Состояние Подсветка
(ftcd) (люкс)
Полный дневной свет 1 000 10,752
Пасмурный день 100 1,075
Очень темный день 10 107
Сумерки 1 10.8
Глубокие сумерки 0,1 1,08
Полнолуние 0,01 0,108
Четверть Луны 0,001 0,0108
Звездный свет 0,0001 0,0011

Комфортные уровни освещенности

Значения выше представляют общую освещенность неба. Как дизайнер, ваша задача – убедиться, что жильцы вашего здания имеют нужный уровень света для их деятельности, и постараться получить как можно больше света от естественного света.Эти уровни обычно измеряются на рабочей поверхности в здании.

Области могут быть слишком тусклыми или слишком яркими, и эти уровни зависят от задачи. Яркость, необходимая для изготовления украшений или сборки электронных компонентов, намного превышает яркость, необходимую для безопасного перехода к выходу из комнаты. Ниже приводится таблица обычно рекомендуемых уровней освещенности для различных видов деятельности. Чтобы спроектировать мероприятия в рамках вашей программы, ознакомьтесь с местными нормативами или стандартами сертификации экологичного строительства.

Стандартная поддерживаемая освещенность (люкс)

Фут-свечи

Характеристики деятельности

Представительская деятельность

50

5

Интерьеры, редко используемые для визуальных задач (отсутствие восприятия деталей)

Кабельные тоннели, ночные тротуары, автостоянки

100–150

10-15

Интерьеры с минимальными требованиями к остроте зрения (ограниченное восприятие деталей)

Коридоры, раздевалки, погрузочная площадка

200

20

Интерьеры с низкой остротой зрения (некоторое восприятие деталей)

Фойе и подъезды, столовые, склады, туалеты

300

30

Интерьер с некоторыми требованиями к остроте зрения (часто используемые места)

Библиотеки, спортивные и актовые залы, учебные аудитории, лекционные залы

500

50

Интерьер с умеренными требованиями к остроте зрения (некоторые задачи с низкой контрастностью, определение цвета)

Работа за компьютером, чтение и письмо, общие офисы, магазины розничной торговли, кухни

750

75

Интерьер, требующий хорошей остроты зрения (хорошее цветовое решение, привлекательный интерьер)

Чертежи, сетевые магазины, общая электроника

1000

100

Интерьер, требующий повышенной остроты зрения

(точное определение цвета и низкая контрастность)

Детальная сборка электроники, проектирование, изготовление шкафов, супермаркеты

1500-2000+

150-200 +

Интерьер, требующий максимальной остроты зрения (низкая контрастность, оптические вспомогательные средства и местное освещение будут предпочтительны)

Ручной пошив, точная сборка, детальный чертеж, сборка минутных механизмов

R Рекомендуемый уровень освещенности для различных задач.
Для получения дополнительной информации о рекомендуемых уровнях от Общества инженеров освещения см. Здесь.

Измерение освещенности в программном обеспечении

С помощью различного доступного программного обеспечения для анализа освещения вы можете увидеть фактическую ценность полезного света, падающего на критически важные поверхности, такие как столы, стены и поверхности для ходьбы. В зависимости от уровней освещенности, необходимых для конкретного использования или деятельности, вы можете использовать эти количественные визуализации, чтобы понять, полезно ли пространство или нужно ли уделять больше внимания дизайну.

(Слева) Рендеринг освещения – только дневной свет. (Справа) Рендеринг освещенности – только электрическое освещение.

При анализе дневного света вам часто нужно нанести на карту освещение пространства, чтобы увидеть, как свет «падает» по мере удаления от окон и других источников света. На изображениях ниже показан график уровней освещенности рабочей поверхности, нанесенный на частичный визуальный рендеринг. Эти графики помогают показать, достигают ли рабочие поверхности адекватного уровня освещения, а также помогают визуализировать соответствующие источники света.

Значения освещенности, нанесенные на поперечное сечение рабочей поверхности в офисном помещении,
днем ​​и ночью. Изображение из Loisos + Ubbelohde.


Яркость = Свет, отраженный поверхностью

Яркость – это свет, отраженный от поверхностей, и измеряется в канделах на квадратный метр (кд / м2) или нитах (в британских единицах).

Яркость – это то, что мы воспринимаем, глядя на сцену или используя камеру. Качество и интенсивность света, который достигает нашего глаза и , зависят от свойств материала поверхностей (цвет, коэффициент отражения, текстура).

Значения яркости часто используются для изучения визуального качества помещения. Визуальные программные визуализации (например, 3ds Max) основаны на этом и могут дать дизайнерам очень хорошее представление о том, как будет выглядеть пространство в зависимости от их выбора источников света и материалов.

Хотя яркость действительно полезна для понимания качественных показателей успеха дизайна, она не является хорошим показателем количества света. Поскольку человеческий глаз может настраиваться на огромный диапазон уровней освещенности, превышающий 3-4 порядка величины, от яркого дневного света с десятками тысяч люкс (1000 единиц fc) до простых десятков люкс (однозначное число fc), визуальную визуализацию яркого и не очень яркого пространства измерить сложно. Можете ли вы сказать, глядя на визуальные образы, что на дневном изображении интенсивность света на стене в 100 раз больше, чем на ночном?

(слева) Визуальный рендеринг – дневное время.(Справа) Визуальный рендеринг – ночное время.

Рендеринг яркости

полезен для понимания таких качеств, как распределение света и блики, но не для понимания того, достаточно ли в помещении света для предполагаемого использования. Ослепление определяется путем сравнения крайних значений яркости, которые видит глаз человека с заданной точки обзора.

Меры, используемые при проектировании дневного света

Основываясь на этих показателях, дизайнеры освещения используют некоторые дополнительные показатели, такие как коэффициент дневного света и автономность дневного света, чтобы помочь им оптимизировать и сообщить количество и качество дневного света в пространстве.Это важно, потому что наличие дневного света может сильно меняться в течение дня в зависимости от условий неба.

Коэффициент дневного света

Фактические уровни освещенности в пространстве при дневном свете могут сильно различаться из-за облачности и положения солнца. Чтобы справиться с этими сильно изменяющимися условиями неба, некоторые строительные нормы и правила используют факторы дневного света в качестве критериев проектирования вместо освещенности на рабочей плоскости.

Коэффициенты дневного света выражаются в процентах естественного света, падающего на рабочую поверхность, по сравнению с тем, который падал бы на полностью свободную горизонтальную поверхность при тех же условиях неба.Фактор дневного света анализируется в точке, но эти значения часто усредняются по всей комнате или визуализируются в виде сетки.

Коэффициент дневного света 5% на внутренней поверхности означает, что она получает 1/20 от максимально доступного естественного света.

Для справки: комната с DF менее 2% считается плохо освещенной. Помещения с DF от 2% до 5% считаются идеальными для занятий, которые обычно происходят в помещении.При коэффициенте дневного света более 5% важно учитывать тепловые требования (см. Тепловой комфорт человека), потому что большие площади остекления могут привести к потере тепла зимой и перегреву летом.

Коэффициенты дневного света обычно рассчитываются с использованием стандартного пасмурного неба, чтобы представить наихудший сценарий, для которого необходимо разработать (см. «Условия неба» выше). Предполагается, что распределение света в куполе облачного неба состоит из однородных горизонтальных полос, которые становятся ярче наверху (или на более высокой солнечной высоте).Из-за этого однородного неба и того факта, что коэффициент дневного света рассчитывается в процентах, единственными параметрами, которые влияют на факторы дневного света, являются геометрия дизайна комнаты и материалы, из которых она сделана. Это не будет зависеть от ориентации или местоположения здания.

Автономность дневного света (DA) и полезная дневная освещенность (UDI)

Автономность при дневном свете (DA) – это процент рабочих часов, когда потребности в освещении удовлетворяются только за счет дневного света. Он измеряется путем сравнения дневной освещенности рабочей плоскости с минимальными требованиями с течением времени.Это очень популярный показатель, который может сказать вам, как часто нужно включать свет, чтобы соответствовать определенным требованиям к освещению.

Полезная дневная освещенность (UDI) также измеряет процент времени, в течение которого пространство получает достаточный дневной свет, но также дает количественную оценку, когда уровни освещенности слишком высокие и слишком низкие. UDI основан на трех стандартных отсеках (которые в целом соответствуют комфортным уровням освещения, указанным выше).

  • Менее 100 люкс недостаточно дневного света
  • От 100 до 2000 люкс при дневном свете
  • Более 2000 люкс – это слишком много дневного света и может привести к визуальному и тепловому дискомфорту.

UDI измерено на разных рабочих местах в офисном здании.

Изображение из Loisos + Ubbelohde.

Сила света – обзор

1.1.2 Количества

В 1954 году 10-я Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) решила, что международная система должна быть основана на шести базовых единицах, чтобы обеспечить измерение температуры и оптического излучения. помимо механических и электромагнитных величин. На этой конференции были рекомендованы шесть основных единиц измерения: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина (позже переименованный в кельвин) и кандела.В 1960 году 11-я сессия CGPM назвала эту систему Международной системой единиц, SI от французского названия, Le Système International d Unités [1]. Позже седьмая базовая единица, моль, была добавлена ​​в 1971 году 14-й ГКБМ [2]. СИ – это современная форма метрической системы, которая на сегодняшний день является наиболее широко используемой системой измерения.

Таким образом, Международная система количеств (ISQ) теперь является системой, основанной на семи основных величинах: длине, массе, времени, термодинамической температуре, электрическом токе, силе света и количестве вещества.Другие величины, такие как площадь, давление и электрическое сопротивление, выводятся из этих основных величин. ISQ определяет количество как любое физическое свойство, которое может быть измерено в единицах СИ [3]. Величина также может быть физической постоянной, такой как газовая постоянная или постоянная Планка. Несколько сотен величин используются для описания и измерения физического мира, и некоторые из этих величин перечислены ниже [4]: ​​

Длина Вязкость Площадь Электродвижущая сила
Время Энергия Яркость Энтропия
Масса Скорость Угол Давление
Сила Мощность Температура Момент 1
1.2.1 Связь между величинами

Изучение физики в значительной степени можно определить как изучение математических соотношений между различными физическими свойствами. Физические величины определяются, как указано выше, когда эти свойства допускают разумное математическое описание. Взаимосвязь всех других величин может быть установлена ​​в терминах нескольких основных величин, выбранных должным образом, либо по определению, по геометрии, по физическому закону, либо по комбинации основных величин.

Например, давление – это величина, которая по определению связана с величиной силы, деленной на область количества. Площадь, с другой стороны, является величиной, геометрически связанной с произведением двух величин длины. Более того, сила – это величина, связанная (по второму закону Ньютона) с величиной, умноженной на массу, на величину ускорения.

Взаимосвязи между величинами выражаются в форме количественных уравнений. Мы можем связать даже изолированную величину, такую ​​как температура, с величинами давления, объема и массы.Далее мы можем связать длину и время, используя универсальную постоянную и скорость света. Следовательно, если мы правильно определяем наши понятия, мы можем соотнести любую величину с любой другой величиной. Таким образом, уравнение площадь = длина × ширина является количественным уравнением, в котором говорится, что количество (площадь прямоугольника) равно количеству (длине), умноженному на количество (ширину).

1.1.2.2 Базовые величины

Чтобы сократить набор количественных уравнений, мы должны сначала установить ряд так называемых базовых величин.Следовательно, базовые величины называются строительными блоками, на которых мы развиваем всю структуру и отношения физического мира. Как упоминалось ранее, международная система единиц, или СИ, использует семь основных величин: масса (кг), длина (м), время (с), температура (К), электрический ток (А), сила света (кд ) и количество вещества (моль). Количество базовых величин, а также их выбор – выбор довольно произвольный; но, как правило, мы выбираем количества, которые легко понять и которые часто используются, и для которых могут быть установлены точные и измеримые стандарты.

1.1.2.3 Производные величины

Как упоминалось ранее в разделе о взаимосвязях, при использовании выбранных основных величин в качестве строительных блоков производные величины выражаются как те, которые могут быть вычтены по определению, геометрии или физическому закону. Некоторыми примерами производных величин являются площадь (равна произведению двух длин), скорость (равна длине / времени) и сила (равна массе × ускорение), давление, мощность и т. Д. У нас также есть так называемые дополнительные единицы (как класс производных единиц), а именно, плоский угол (радиан = рад = мм −1 ) и телесный угол (стерадиан = sr = m 2 м −2 ).

1.1.2.4 Кратные и частные кратные величин

Обратите внимание, что величина величины может иметь очень большой диапазон. В попытке справиться с таким большим диапазоном система единиц СИ сгенерировала 20 префиксов, показанных в таблице 1.

Таблица 1. Кратные и подмножественные единицы в системе единиц СИ

15 W Гига 9014 гектаров L
Префикс Символ Множитель Пример
Yotta Y 10 24 5 Ym = 5 иоттаметров = 5 × 10 24 м
Zetta Z 2
10 зеттаметры = 2 × 10 21 м
Exa E 10 18 7 Em = 7 экзаменаторов = 7 × 10 18 м
Peta 6 PJ = 6 петаджоулей = 6 × 10 15 J
Tera T 10 12 5 TW = 5 тераватт = 5 × 10 12 W G 10 9 8 ГДж = 8 гигаджоулей = 8 × 10 9 J
Mega M 10 6 2 MW = 214 мегаватт W
Kilo k 10 3 3 км = 3 км = 3 × 10 3 м
Hecto h 100
Deka da 10 2 плотины = 2 декаметра = 20 м
Deci d 10 −1 3 dL = 3 децилитра = 0.3 л
Сенти c 10 −2 5 см = 5 сантиметров = 0,05 м
Милли м 10 −3 915 мольц V = 914 мольц V = 914 м3 9 × 10 −3 V
Micro µ 10 −6 5 мкм = 5 микрометров = 5 × 10 −6 m
Nano n −9 2 нс = 2 наносекунды = 2 × 10 −9 с
Пико p 10 −12 3 пДж = −3 пикоджоуля = 3 9014 10 J
Femto f 10 −15 6 fm = 6 фемтометров = 6 × 10 −15 м
Atto a 9014 5141 10 9014 aJ = 5 аттоджоулей = 5 × 10 −18 J
zepto z 10 901 46 −21 6 zJ = 6 зептоджоулей = 6 × 10 −21 J
yocto y 10 −24 8 yJ = 8 yocto14146 − 824 × 10 Дж
1.1.2.5 Типы количественных уравнений

Энергия ветра, давление на дне столба воздуха или воды, вес объекта и вязкость жидкости – все это физические величины природы. И независимо от того, измеряются они или нет, эти величины всегда взаимодействуют друг с другом в соответствии с фундаментальными законами. Физики часто выражают эти законы в терминах количественных уравнений, потому что величины соответствуют этим законам. Количественные уравнения обладают двумя важными особенностями: во-первых, они показывают взаимосвязь между величинами, а во-вторых, их можно использовать с любой системой единиц.

Существует три основных типа количественных уравнений:

1.

Количественные уравнения, полученные на основе законов природы ; например, второй закон движения Ньютона

F = ma

, где F – величина силы, m – величина массы, а a – величина ускорения.
2.

Количественные уравнения, полученные из геометрии ; например, площадь круга

A = πr2

, где A – величина площади, π – коэффициент, основанный на геометрии круга, а r – величина радиуса.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.