Основні поняття світлотехніки

• У світлотехніці, як і в будь-якій галузі науки і техніки, існує низка понять, що характеризують властивості ламп та світильників у стандартизованих одиницях виміру. Найважливіші їх наводяться нижче у короткому викладі.

Світло та випромінювання.
Під світлом розуміють електромагнітне випромінювання, що викликає в оці людини зорове відчуття. При цьому йдеться про випромінювання в діапазоні від 360 до 830 нм, що займає мізерну частину всього відомого спектра електромагнітного випромінювання.

Світловий потік Ф.
Одиниця виміру: люмен [лм].
Світловим потоком Ф називається вся потужність випромінювання джерела світла, що оцінюється за світловим відчуттям ока людини.

Сила світла I характеризує потужність світлового потоку лампи Ф тілесному куті W

Сила світла I.
Одиниця виміру: кандела [кд].
Джерело світла випромінює світловий потік в різних напрямках з різною інтенсивністю. Інтенсивність випромінюваного у напрямі світла називається силою світла I.

Зображення сили світла у полярних координатах

Освітленість Е.
Одиниця виміру: люкс [лк].
Освітленість Е відбиває співвідношення падаючого світлового потоку до освітлюваної площі. Освітленість дорівнює 1 лк, якщо світловий потік 1 лм рівномірно розподіляється площею 1 м ² .

Освітленість Е

Яскравість L.
Одиниця виміру: кандела на квадратний метр [кд/м ² ].
Яскравість світла L джерела світла чи освітлюваної площі є головним чинником рівня світлового відчуття ока людини.

Яскравість L

Основні світлотехнічні формули:

Сила світу I [кд]

Освітленість E [лк]

Освітленість E [лк]

Яскравість L [кд/м ² ]

Світлова віддача h [лм/Вт]

Світлова віддача h .
Одиниця виміру: люмен на Ватт [лм/Вт].
Світлова віддача h показує, з якою економічністю споживана електрична потужність перетворюється на світло.

Колірна температура.
Одиниця виміру: Кельвін [K].
Колірна температура джерела світла визначається шляхом порівняння з так званим чорним тілом і відображається лінією чорного тіла. Якщо температура "чорного тіла" підвищується, то синя складова у спектрі зростає, а червона складова зменшується. Лампа розжарювання з тепло-білим світлом має, наприклад, колірну температуру 2700 К, а люмінесцентна лампа з кольоровістю денного світла – 6000 К

Кольоровість світла
Різні люди сприймають той самий колір по-різному. Образно кажучи, поняття того чи іншого кольору — це лише результат неписаної угоди між людьми називати певне відчуття зорового нерва конкретним кольором, наприклад, «червоним». Більше того, у книзі Ч.Педхема і Дж.Сондерса «Сприйняття світла і кольору» згадано, що «є відомості про відмінності в пігментації кришталика у різних рас, що може призводити до відмінностей у колірному зорі». Також відомо, що з віком кришталик жовтіє, що призводить до порушень ідентифікації кольорів. Тобто можна сказати, що адекватне сприйняття кольорів - це результат швидше психологічного процесу, ніж фізичного. Як бачите, науці довелося чимало повозитися, щоб систематизувати і суворо науково визначити характеристики різних кольорів спектру!

Якщо колір поверхні не нагрітого предмета, що не випромінює, тобто одну з його відбивних (а значить і фільтруючих) характеристик, можна описати довжиною хвилі або зворотною їй величиною - частотою, то з нагрітими і випромінюючими тілами ми надійдемо по-іншому. Уявімо абсолютно чорне тіло, тобто тіло, яке не відображає жодних світлових променів. Для примітивного експерименту нехай це буде спіраль із вольфраму в електричній лампочці. З'єднаємо цю нещасну лампочку з електричним ланцюгом через реостат (зміна, що змінюється), виженемо всіх з ванної кімнати, виключимо освітлення, подамо струм і будемо спостерігати за кольором спіралі, поступово знижуючи опір реостата. Одного разу наше абсолютно чорне тіло почне світитися ледь помітним червоним кольором. Якщо виміряти в цей момент його температуру, то виявиться, що вона приблизно дорівнює 900 градусів за Цельсієм. Оскільки всі випромінювання походять від швидкості руху атомів, яка дорівнює нулю при нулі градусів Кельвіна (-273С) (на чому і заснований принцип надпровідності), то надалі забудемо про шкалу Цельсія, і користуватимемося шкалою Кельвіна.
Таким чином, початок видимого випромінювання абсолютно чорного тіла спостерігається вже при 1200К і відповідає червоній межі спектру. Тобто, простіше кажучи, червоному кольору відповідає колірна температура 1200К. Продовжуючи нагрівати нашу спіраль, вимірюючи при цьому температуру, ми побачимо, що при 2000К її колір стане помаранчевим, а потім, при 3000К - жовтим. При 3500К наша спіраль перегорить, оскільки буде досягнуто температури плавлення вольфраму. Однак якби цього не сталося, то ми побачили б, що при досягненні температури 5500К колір випромінювання був би білим, стаючи при 6000К блакитним, і при подальшому нагріванні до 18000К все більш блакитним, що відповідає фіолетовому кордоні спектру.

Ці цифри і назвали «колірною температурою» випромінювання. Кожному кольору відповідає його колірна температура. Психологічно важко звикнути до того, що колірна температура полум'я свічки (1200К) удесятеро нижча (холодніша) колірної температури морозного зимового неба (12000К). Тим не менш, це так, колірна температура відрізняється від звичайної температури.

Кольоровість світла дуже добре описується колірною температурою. Існують такі три головні кольоровості світла:
тепло-біла < 3300 К
нейтрально-біла 3300 - 5000 К
біла денного світла > 5000 К.
Лампи з однаковою кольоровістю світла можуть мати дуже різні характеристики перенесення кольорів, що пояснюється спектральним складом випромінюваного ними світла.

Кольори білого світла деяких джерел

Передача кольорів
Залежно від місця встановлення лампи та виконуваної ними задачі штучне світло повинно забезпечувати можливість кращого сприйняття кольору (як при природному денному світлі). Дана можливість визначається характеристиками передачі кольору джерела світла, які виражаються за допомогою різних ступенів “загального коефіцієнта передачі кольору” Ra.
Коефіцієнт передачі кольору відображає рівень відповідності природного кольору тіла з видимим кольором цього тіла при освітленні його еталонним джерелом світла. Для визначення значення Ra фіксується зсув кольору за допомогою 8 зазначених у DIN 6169 стандартних еталонних кольорів, який спостерігається при напрямку світла тестованого або еталонного джерела світла на ці еталонні кольори. Чим менше відхилення кольору випромінюваного лампою світла від еталонних кольорів, тим краще характеристики кольоропередачі цієї лампи.
Джерело світла з показником кольору Ra = 100 випромінює світло, що оптимально відображає всі кольори, як світло еталонного джерела світла. Чим нижче значення Ra, тим гірше передаються кольори об'єкта, що освітлюється.