Как найти световой поток одной лампы

Обилие различных источников света в торговых сетях, различающихся не только ценой, формой и размером цоколя, зачастую вызывает затруднение в выборе подходящей лампочки для бытового использования. Особенно сложно приходится людям старшего возраста, которые слабо ориентируются в технических характеристиках, указанных на упаковке товара, живут привычными, укоренившимися с детства понятиями: энергия, мощность света, лампочка тем ярче светит, чем «больше» в ней ватт. При этом многие даже не знают, в чем измеряется свет.

Современные источники света, основанные на использовании энергосберегающих технологий, в корне изменяют устоявшееся восприятие соотношения яркости свечения и потребляемой мощности.

Чтобы не испытывать затруднений при выборе лампочки, столкнувшись с их разнообразием на полках магазина, прочтите статью. В доступной форме, стараясь избегать сложных для запоминания физических формул, мы постараемся объяснить, что такое освещение и чем измеряется свет. На какие характеристики незамысловатого бытового прибора – лампочки, следует обращать внимание в первую очередь. И как от правильного выбора будет зависеть комфорт в доме.

Что такое сила света

Для человека, не знакомого с основными физическими величинами, характеризующими распространение фотонов – источников света в окружающей среде, сила света определяется яркостью свечения электрической лампочки. Чем ярче она светит, тем сильнее сила света – широко распространенное мнение.

На самом деле сила света – это не так. Сила света – величина производная. Она рассчитывается по формуле, в которой определяющими являются световой поток (обозначается знаком Ф) и телесный угол (обозначается знаком ω).

Чтобы было понятнее, что сила света не зависит напрямую от мощности лампочки, приведем пример: все знакомы с устройством карманного фонарика или прожектора. В них используются лампы, помещенные в зеркальные конденсоры. Мощность лампочки фонарика обычно небольшая, редко превышающая 35 Вт (галогеновые). Если такую лампочку использовать без конденсора в темном помещении, то сила света, испускаемая ей равномерно во всех направлениях, будет небольшой. В помещении будет сумеречно и некомфортно. Чтобы усилить силу света используют параболический зеркальный конденсор, который направляет световые лучи в нужном направлении, одновременно ограничивая его распространение во все стороны.

Сила света в луче фонарика (прожектора) будет тем больше, чем уже будет телесный угол. Это явление конденсации светового потока на узком участке позволяет экономить электрическую энергию и использовать для получения требуемой освещенности  маломощные источники света.

Сила света не указывается на упаковке лампочек, поскольку зависит от устройства осветительного прибора (люстры, плафона, бра). При одинаковой мощности двух лампочек, находящихся в одном помещении, сила света, исходящего от лампы, помещенной в параболический плафон, будет больше, чем у свободно висящей.

Для тех, кто не знает или забыл, напомним, чем измеряется свет. Единицей измерения служит кандела (кд.). В переводе с латинского — свеча. Она соответствует световому потоку в 1 лм (люмен) приходящемуся на освещаемую поверхность в 1 ср. (стерадиан).

Что такое световой поток светодиодной лампы

Световой поток светодиодных светильников – более близкая восприятию потребителя характеристика. Как раз она напрямую зависит от мощности источника света. По существу, световым потоком называется мощность лучистой энергии, воспринимаемой глазом человека. Обозначают в формулах для расчета (Ф_е )

Для  понимания того, как образуется световой поток светодиодной лампы, необходимо знать ее устройство. Большинство бытовых LED-ламп в качестве источника свет имеют не один, а несколько светодиодов, смонтированных на теплоотводящей плате. В силу физических свойств этого типа полупроводников, они не могут излучать большого количества света. Чтобы добиться требуемого светового потока их объединяют в группы. Световой поток светодиодов суммируется.

Так появляется удобная для покупателей информация на коробках LED-лампочек: соответствует мощности лампы накаливания N Вт.

Измерение светового потока

Существует измеритель светового потока, называемый люксметром. Польза прибора для измерения светового потока неоценима в тех случаях, когда существуют заданные параметры освещенности в помещении. Например, освещенность детской комнаты должна быть 200 лк (люкс), а для спален, гостиных и кухонь комфортной считается освещенность в 150 лк.

Ориентироваться на характеристики, указываемые на упаковке лампочек, можно, допуская большую долю погрешности. Особенно указанием неточных данных светоотдачи грешат китайские производители, склонные завышать характеристики своей продукции.

Большинство смартфонов оснащены встроенными датчиками, автоматически изменяющими яркость свечения экрана, в зависимости от уровня освещенности. Достаточно установить на смартфон программу «Люксметр», чтобы иметь возможность измерить освещенность в помещении.

Единица измерения светового потока

Мощность светового потока измеряется в люменах (лм). 1 лм равен потоку света, излучаемому в пределах телесного угла, точечным источником с силой в 1 кд. (кандела).

Определяющие формулы

Многообразие величин, характеризующих источники света, невозможно уяснить, не вникнув в суть того, как одни физические характеристики переходят в другие, и какие зависимости существуют между ними. Для этого используют несколько определяющих формул:

• Световой поток:

• Сила света:

• Освещенность общая:

• Освещенность в конкретной точке поверхности, не перпендикулярной источнику света:

• Освещенность горизонтальной поверхности:

• Освещенность вертикальной поверхности:

• Светимость (для определения количества света, излучаемого плафонами люстр):

Редкий потребитель будет досконально вникать в эти формулы, рассчитывая величины, перед тем, как купить лампочку.

Цветовая температура светового потока

Комфортность нахождения в помещении определяется не только уровнем его освещенности, но и оттенком света, который излучают источники света. Эта характеристика лампочек называется цветовой температурой.

Человеческий глаз более адаптирован к восприятию длинноволнового светового излучения, в котором расположены красные и оранжевые цвета. Гораздо хуже он воспринимает коротковолновое излучение, располагающееся в синем и фиолетовом участках спектра.  Свет с голубоватым оттенком воспринимается глазом как резкий, надоедливый. Вызывает быстрое утомление.

Учитывая эти особенности, производители маркируют все источники света понятными потребителю наименованиями:

• теплый;
• дневной;
• холодный.

По существу, речь идет о коммерческом обозначении температуры цветового потока. Чем цветовая температура ниже – тем более «теплый», приятный для зрения свет излучает лампочка.

Наглядно представлено восприятие человеком одного и того же интерьера (пейзажа) при различной цветовой температуре на рисунке:

РИСУНОК 1

Различие восприятия картинки в зависимости от цветовой температуры

Отличие освещенности от светового потока

Предельно просто объяснить разницу между этими понятиями можно сравнив их с простыми физическими величинами: давлением и силой. Используя небольшой по площади предмет (иголку) можно приложив минимум силы создать большое давление. Точно так же обстоит и со световым потоком. Используя лампочку, обеспечивающую невысокую освещенность, но сконцентрировав световой поток на ограниченном участке, можно добиться локальной освещенности в десятки раз превосходящей общую.

Следует помнить, что освещенность и световой поток измеряются различными единицами:

• освещенность – люксами (лк);
• световой поток – люменами (лм).

Типовое значение светового потока для различных источников света

Типовые значения светового потока для источников света зависят от их конструкции. Наглядно представить, насколько формируемый ими световой поток может отличаться, позволяет таблица:

ТАБЛИЦА 1

Световой поток ламп накаливания, формируемый различными источниками света

ТАБЛИЦА 2

Таблица светового потока люминесцентных ламп

Сравнение света разных источников

Чаще всего сравнению подлежать источники света, используемые в быту:

• лампы накаливания;
• галогеновые лампы;
• люминесцентные лампы;
• светодиодные (LED) лампы.

Максимально допустимая в быту лампа накаливания обычно не превышает мощности 200 Вт. Более мощные лампы сильно нагреваются и являются пожароопасными. Следует учитывать, что световая отдача различных видов ламп не характеризуется одной лишь мощностью.

Световой поток лампы накаливания мощностью 100 Вт достаточен для создания комфортного освещения в помещении площадью 9-12 м² .

Такой же световой поток люминесцентных ламп обеспечивается при мощности 40 Вт.

Светодиодный источник света – самый экономичный в плане энергопотребления. Блок светодиодов мощностью 7 Вт по светоотдаче заменяет стоватовую лампочку.

Освещение рабочей поверхности

К освещению рабочих поверхностей применяются требования, содержащиеся в:

• СНиП 23-05-95;
• СанПин 2.2.1/2.1.1.1278-03

Рабочий стол должен иметь освещенность 300 лк, рабочее место для производства точных работ – 500 лк, для освещения рабочих поверхностей на кухне достаточно 150 лк.

Другие световые характеристики

Частично характеристики света были рассмотрены в предыдущих разделах. Для лучшего запоминания повторимся.

Что такое кандела?

Кандела – единица силы света (кд). Одна из 7 основных единиц системы СИ. Равняется 1 люмену умноженному на 1 ватт в минус первой степени.

лм х Вт^-1

Люмены и люксы

Как уже отмечалось, сходные по звучанию единицы используются для характеристики различных понятий:

• освещенность измеряется люксами (лк);
• световой поток измеряют люменами (лм).

Люмен и ватт

Люмен, как единица измерения силы светового потока не тождественен ватту – единице измерения мощности. Несмотря на то, что в бытовом плане люди часто отождествляют мощность лампочки, выраженную в ваттах со светоотдачей, делать это не следует. Наглядный пример: равенство светового потока излучаемого лампой накаливания 100 Вт и светодиодной лампой мощностью 7 Вт.

Итоги: как сделать выбор

Выбор электрической лампочки для бытовых нужд не представляет сложности, если покупатель представляет себе, в каком осветительном приборе она будет использоваться, и какой уровень светоотдачи должна обеспечивать. Высокая светоотдача светодиодных ламп позволяют заменить любой из ранее существовавших источников света, значительно экономя при этом на потреблении электроэнергии.

Исключения составляют дизайнерские «лампы Эдисона», которые невозможно имитировать с использованием светодиодов, хотя, некоторые попытки к этому предпринимаются. Тонкую вольфрамовую нить заменяют филаментными светящимися стержнями.

Под световым потоком понимают величину, которая указывает суммарную мощность света, который попадает на поверхность за промежуток времени. Он измеряется в люменах. В принципе, если говорить честно, то обычному человеку во все нюансы вникать не нужно, но перед тем, как делать освещение и выбирать лампы, нужно хотя бы приблизительно посчитать будущий световой поток и сделать так, чтобы это значение было комфортным. Для этого не нужно знать физику, а нужно лишь учитывать некоторые нюансы и прочитать про основы, про которые мы поговорим в этой статье. Также стоит заметить, что если в своем доме хозяин вы, то в других помещениях или сферах деятельности есть жестки нормы в том числе и относительно светового потока.

Виды светового потока

У светового потока есть несколько видов, это необходимо понимать в самом начале. Всего есть три вида, каждый из которых отлично подходит для решения одних задач и не очень хорошо для других. Между ними есть достаточно существенная разница, которую обязательно стоит учитывать.

Точечный свет

В этом случае подразумевается, что световой поток идет из определенной точки. В качестве яркого примера можно привести обычные потолочные светильники встроенного типа или торшер. У точечного потока есть определенная граница, то есть, такие светильники позволяют эффективно освещать конкретную зону, а на соседние области свет рассеивается слабо.

Точечный свет бывает разным, обычно его делят на направленный и ненаправленный. При этом у каждого типа есть свои преимущества. Например, если речь идет про направленный точечный свет, то он особенно удобен в том случае, если приходится работать в конкретной зоне. При использовании ламп со световым потоком этого типа есть несколько рекомендаций: настольная лампа должна располагаться в 30-35 сантиметрах от стола (подразумевается источник света), для ночника будет достаточно 20 сантиметров. Также нужно помнить, что если использовать только такой источник света, то это может быть не слишком приятно для глаз, которые периодически будут перестраиваться с яркой области на темную.

Рассеянный свет

Это противоположность предыдущего типа, как понятно из названия, световой поток в данном случае равномерно рассеивается по окружающему пространству. Это любые лампы, которые имеют светящуюся поверхность большой площади. При расчете обычно учитывают площадь помещения и подбирают подходящие по мощности светового потока лампы. Строгих правил по их установке нет, лампы рассеянного света можно устанавливать на любой высоте.

Отраженный

В последнее время набирает популярность, в том числе и в домах. Суть в том, что в подобных светильника устанавливают отражатели, которые собственно отражают свет, после чего он рассеивается по комнате. Цена на такие светильники выше, зато такой свет самый приятный для глаз, от него мало теней. С помощью отраженного светового потока можно разделять помещение на зоны, дизайнеры часто используют подобный прием. Минус в том, что слишком яркий свет, который может быть необходим для выполнения мелких работ, такие светильники не дают.

Принцип действия ламп и световой поток

Различные типы ламп обеспечивают разный световой поток, при этом потребление энергии может быть одинаковым (или наоборот). К примеру, усредненная лампа накаливания мощностью 100 Вт даст световой поток около 1200 Лм, а для галогенной лампы со световым потоком 1200 лм потребуется только 35 Вт, ну а светодиодные и того меньше. То есть, все лампы различаются по экономической эффективности и коэффициенту полезного действия, это стоит учитывать. С другой стороны, мир полностью не перешел на самые эффективные лампы просто потому, что и другие, устаревшие и менее эффективные типы, все равно нужны для конкретных задач.

Но не только это стоит учитывать при выборе, конфигурация самого светильника, люстры или помещения, также влияет на световой поток. Это относится и к цвету материала, ведь одни отражают свет очень хорошо (белый), а другие наоборот, плохо (черный). По этой причине, как мы писали в начале статьи, пытаться высчитать световой поток прямо совсем точно особого смысла не имеет, проще иметь небольшой запас. Рассчитывают его исходя из параметров и конфигурации помещения и подбирают лампы с таким суммарным световым потоком, чтобы он соответствовал норме или пожеланиям владельца.

Напомним, это актуально для тех помещений, которые должны соответствовать нормам по законам (нормативам), тогда как с собственным жилым помещением можно поступать так, как вам захочется. Но это не значит, что стоит нарушать общепринятые правила. Например, для комфортного чтения нужно 300 Лм и выше, если световой поток будет меньше, то это негативно скажется на ваших глазах. А для освещения комнаты обычно берут значение в 200 Лм на один квадратный метр, но опять же, все зависит от ее конфигурации, зон и т.д.

Любой кто начинает изучать характеристики светильников и отдельных видов ламп, обязательно сталкивается с такими понятиями как освещенность, световой поток и сила света. Что они означают и чем отличаются друг от друга?

Давайте попробуем простыми, понятными для всех словами, разобраться в этих величинах. Как они связаны между собой, их единицы измерения и каким образом все это дело можно замерить без специальных приборов.

В старые добрые времена, основным параметром по которому выбирали лампочку в прихожую, на кухню, в зал, была ее мощность. Никто никогда и не задумывался спрашивать в магазине про какие-то люмены или канделы.

Сегодня с бурным развитием светодиодов и других видов ламп, поход в магазин за новыми экземплярами сопровождается кучей вопросов не только по цене, но и по их характеристикам. Одним из наиболее важных параметров является световой поток.

Говоря простыми словами, световой поток – это количество света, которое дает светильник.

Однако не путайте световой поток светодиодов по отдельности, со световым потоком светильников в сборе. Они могут существенно отличаться.

Надо понимать, что световой поток это всего лишь одна из множества характеристик источника света. Причем его величина зависит:

Вот таблица этой зависимости для светодиодных светильников: 

А это таблицы их сравнения с другими видами ламп накаливания, люминесцентных, ДРЛ, ДНаТ: 

Однако есть здесь и нюансы. Светодиодные технологии до сих пор еще развиваются и вполне возможен вариант, когда светодиодные лампочки одинаковой мощности, но разных производителей, будут иметь абсолютно разные световые потоки.

Просто некоторые из них ушли более вперед, и научились снимать с одного ватта больше люмен, чем другие.

Кто-то спросит, для чего нужны все эти таблицы? Для того, чтобы вас тупо не обманывали продавцы и производители.

На коробочке красиво напишут:

На что вы будете смотреть в первую очередь? Правильно, на то что более знакомо и понятно — показатели аналога лампы накаливания.

Но с такой мощностью вам и близко не будет хватать прежнего света. Начнете ругаться на светодиоды и технологии их несовершенства. А дело то оказывается в недобросовестном производителе и его товаре.

То есть, насколько эффективно тот или иной источник преобразует электрическую энергию в световую. Например, обычная лампа накаливания имеет отдачу 15 Лм/Вт, а натриевая лампа высокого давления уже 150 Лм/Вт. 

Получается, что это в 10 раз более эффективный источник, чем простая лампочка. При одной и той же мощности, вы имеете в 10 раз больше света!

Измеряется световой поток в Люменах – Лм.

Что такое 1 Люмен? Днем при нормальном свете, наши глаза больше всего чувствительны к зеленному цвету. К примеру, если взять два светильника с одинаковой мощностью синего и зеленого цвета, то для всех нас более ярким покажется именно зеленый.

Длина волны зеленого цвета равна 555 Нм. Такое излучение называется монохроматическим, потому что содержит в себе очень узкий диапазон.

Конечно, в реалии зеленый дополняется и другими цветами, чтобы в итоге можно было получить белый.

Но так как чувствительность человеческого глаза максимальна именно к зелени, то и люмены привязали к нему.

Так вот, световой поток в один люмен, как раз таки и соответствует источнику, который излучает свет с длиной волны 555 Нм. При этом мощность такого источника равняется 1/683 Вт.

Почему именно 1/683, а не 1 Вт для ровного счета? Величина 1/683 Вт возникла исторически. Изначально, основным источником света была обычная свечка, и излучение всех новых ламп и светильников как раз таки и сравнивались со светом от свечи.

В настоящее время эта величина 1/683 узаконена многими международными соглашениями и принята повсеместно.

Для чего нам нужна такая величина как световой поток? С ее помощью можно легко произвести расчет освещенности помещения.

Это напрямую влияет на зрение человека.

Отличие освещенности от светового потока

При этом многие путают единицы измерения Люмены с Люксами. Запомните, в люксах измеряется именно освещенность.

Как наглядно объяснить их разницу? Представьте себе давление и силу. С помощью всего лишь маленькой иголки и небольшой силы, можно создать высокое удельное давление в отдельно взятой точке.

Также и с помощью слабого светового потока, можно создать высокую освещенность в отдельно взятом участке поверхности.

Допустим, у вас есть некая лампа со световым потоком в 1000 Лм. Внизу этой лампы стоит стол.

На поверхности этого стола должна быть определенная норма освещенности, чтобы вы могли комфортно работать. Первоисточником для норм освещенности служат требования сводов правил СП 52.13330

Для обычного рабочего места это 350 Люкс. Для места, где производятся точные мелкие работы – 500 Лк.

Данная освещенность будет зависеть от множества параметров. К примеру, от расстояния до источника света.

От посторонних предметов рядом. Если стол находится около белой стены, то и люксов соответственно будет больше, чем от темной. Отражение обязательно скажется на общем итоге.

Любую освещенность можно замерить. Если у вас нет специальных люксометров, воспользуйтесь программами в современных смартфонах.

Правда заранее приготовьтесь к погрешностям. Но для того, чтобы сделать навскидку первоначальный анализ, телефон вполне сгодится.

А как узнать примерный светопоток в люменах, вообще без измерительных приборов? Здесь можно воспользоваться значениями светоотдачи и их пропорциональной зависимости к потоку.

Безусловно, свет от разных источников распространяется не равномерно. Один светильник бьет очень узким пучком света, а другой наоборот максимально широким.

Но если сравнить их паспортные данные, оба они могут иметь одновременно одинаковое количество люмен.

Именно поэтому ориентироваться только на люмены, в корне не правильно.

Например, при покупке светильника через интернет, можно получить вовсе не то освещение, на которое изначально рассчитывали.

Поэтому здесь еще нужно учитывать и другую характеристику – силу света. Что это такое?

Это величина светового потока разделенного на телесный угол, внутри которого он распространяется.

Измеряется сила света в канделах – Кд.

1 кандела – это 1 люмен распространяющийся в пределах конуса с углом в 65 градусов.

Чтобы визуально представить себе силу в 1 канделу, посмотрите опять же на обыкновенную свечу. Именно поэтому определение кандела произошло от латинского слова ”candela” – что в переводе означает свеча.

Кстати, теоретически человеческий глаз может увидеть свет от такого источника на расстоянии почти 50км!

Однако из-за кривизны поверхности земли, данное расстояние фактически сокращается до 5км.

Количество люмен в лампе и ее световой поток

Вокруг понятия «люмен» возникает множество мифов, поэтому, чтобы развеять некоторые из них, рассмотрим наиболее часто задаваемые вопросы, вроде таких, как: сколько люмен в лампе накаливания, в светодиодной лампе, сколько люмен содержит 1Вт светодиодной лампы, как определить ее световой поток, и какие светодиодные лампы аналогичны лампам накаливания.

Для начала разберемся, что подразумевает под собой понятие «люмен». Люмен является единицей измерения светового потока, исходящего от источника света, которым может быть лампа накаливания, светодиодная лампа, светодиод или другой осветительный прибор.

Чтобы проще было проводить сравнительный анализ, можно обратиться к таблице, где приведены соотношения СП (люмен) к мощности осветительного прибора (Вт) для ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп. Исходя из этих данных, видно, что светодиодные лампы в 10раз эффективнее, чем лампы накаливания, и в 2раза – чем люминесцентные. К тому же, в отличие от люминесцентных ламп и ламп накаливания, светодиодная лампа, следовательно, и светодиод, испускает направленный свет, из чего можно заключить, что и освещенность от светодиодной лампы будет значительно выше. Поэтому, используя светильник светодиодный уличный в качестве освещения, можно достичь гораздо лучшей освещенности, чем при использовании других ламп.

Что касается количества люмен в 1Вт светодиодной лампы.

У светодиодов световой поток колеблется от 80 до 150Лм из 1Вт. Это обуславливается некоторыми отличиями вольтамперных характеристик светодиодов и систем охлаждения. Световой поток экспериментальных светодиодов доходит до 220Лм/Вт, но такие светодиоды не встречаются в массовом производстве.

Как можно определить количество люмен в светильнике или лампочке.

Обычно эта информация указана на упаковке или в инструкции к товару, но можно воспользоваться и табличными данными.
Для самостоятельного определения люменов нужен люксметр, определяющий уровень освещенности на каждом участке помещения. Люкс в данном случае – это количественное отношение люмен на площадь освещения (1люкс-1люмен на м2). При силе света, исходящего от изотропного источника, равного 1 кандела, полный световой поток равен 4