вопрос:
Что такое "темно", "ярко" понимают все. А как перевести бытовые понятия в физические, в цифры?

Единицы измерения света. Примеры источников света и их фотометрические параметры.

Фотометрия

русский язык - английский язык:
название величины - в чём измеряется

• cветовой поток: люмен (Лм) - luminous flux: lumen (lm) - синоним: luminous power


• сила света: кандела (Кд) - luminous intensity: candela (cd, часто используется 1/1000 часть - mcd)


• яркость: нит (Кд/кв.м) - luminance: nit cd/m²


• освещенность: люкс (лк) - illuminance: lux (lx)


• светимость: люкс (лк) - luminous emittance: lux (lx)

Световой поток есть световая энергия, которая излучается от точечного источника и выражается в пространственных углах (сила света) , т.к. зависит от расстояния. Интенсивность света (сила света) измеряется в канделах, световой поток - в люменах, а освещенность - в люксах.

Световой поток

Luminous flux - lumen, lm - люмен, Лм
Единицу измерения световой поток можно понимать как количество света, общее количество света.
Например, обыкновенная лампа накаливания 40 ватт создает световой поток 415 люмена.
Какую оптическую систему ни ставь вокруг источника света, количество света - люменов - не изменится: например, зеркальную колбу вокруг спирали накаливания в спот-лампочке, линзу вокруг кристалла в светодиоде.

Если источник света излучает свет равномерно по всем направлениям, то канделлы, умноженные на полный телесный угол, дадут люмены.
Световой поток равен cd⋅sr.
sr - стерадиан, 1 sr = конусу (из центра, в шаре) прибл. 65,541°.
(1)

Полная сфера образует телесный угол 4 π стерадиан; соответственно, 1 ср = 1⁄4π ≈ 0,0796 полного телесного угла (сферы), или (180⁄π)² ≈ …

Поэтому если на источнике света для ненаправленного освещения не указано количество люменов, то это кот в мешке.

Сила света

Логичнее было бы назвать единицу силы света угловым световым потоком.
Luminous intensity - candela (lm/sr), cd - кандела, Кд, "свеча", люмены деленные на стерадиан.
Силу света также называют candlepower.
Интересно, что в древности 60-ваттную лампочку часто называли 60-свечёвой, но света она давала вовсе не 60 Кд.

Если с одной стороны спирали лампочки поставить рефлектор, поделив сферу пополам, то сила света увеличится в 2 раза. Например, бытовая матовая криптоновая лампа накаливания под брэндом General Electric 75W 230V даёт световой поток 865 люмен. Вогнутое зеркало, делящее сферу пополам, увеличит силу света в 2 раза. Зеркало в форме параболоида вокруг лампочки увеличит силу света до бесконечности, что конечно же, из-за не бесконечно малых размеров невозможно.

Зато возможно в фокусе оптической системы источник света-зеркало увеличить до бесконечности яркость. На практике полную бесконечность получить невозможно, а вот расплавить золото - можно.

Пример выражения яркости (лм) через силу света (Кд)

Дано:
светодиод (источник света)
силой света (lum. intensity) 110 мКд (mcd)
в угле (viewing angle) 130°.
---------------------------------
Найти: "суммарную силу света" (как бы по всем направлениям), правильно - cветовой поток в люменах от данного источника света.

Обратите внимание: дано плоское сечение объемного конуса (viewing angle) в ПЛОСКИХ ГРАДУСАХ.

Можно пойти по упрощенному пути: "перевести" плоские градусы (в этом толковании) в "правильные" объемные стерадианы через соотношение (1).
130° ("плоских градусов") ≈ 2 sr ("объемных стерадианов")

А люмены (световой поток) - это cd⋅sr,
подставляя величины:
110 мКд × 2 ср = 220 мЛм = 0,22 Лм.

Неярко, однако! (Ср. лампочками со спиралью накаливания.)
Но нужно проверить цену светодиода! Может оказаться дешевле, чем один мощный светодиод. (А может быть, и нет.)

Яркость

Luminance - cd/m2 - канделы на площадь/
Название внесистемной (СИ) единицы яркости измерения - нит (1нт=1кд/1м²).
Физический смысл яркости - при освещении - туманен: сколько люменов на телесный угол приходится на площадку в один метр, то есть, это характеристика, как освещает источник света поверхность на некотором расстоянии; или светящийся экран телевизора освещает глаз.
Физический смысл яркости освещенной поверхности (при отражении) - свет падает на стену, и как ярко он освещает другую стену или хрусталик глаза, или объектив фотоаппарата, через корорый свет попадает на светочуствительную матрицу фотоаппарата.
Человек начинает воспринимать цвета при яркостях более 100 кд/м² - дневное зрение. Ночное зрение - при яркости примерно 10⁻³ кд/м².
Яркость имеет смысл скорее единица измерения для прикладных целей или физиологических целей.

Освещённость

Illuminance - lux, lx - lm/m²
Единицы освещенности применяется для освещенных поверхностей (светящихся отраженным светом), но не для поверхностей, излучающих свет: например, люминофора люминисцентных ламп, мониторов, матовых плафонов осветительных приборов (светильников).
Освещенность - это световой поток, деленный на площадь: люмены на квадратные метры.
Например, освещенность Луны 135000 люкс.

Мощный 5-ваттный светодиод освещает (световой поток мощного светодиода 100 люменов) кубическую комнату 3Х3Х3 м без окна: площадь пола - 9 м², но светодиод освещает ВСЮ площадь поверхности комнаты - стен, потолка, пола - 54 квадратных метра. В среднем, стены комнаты ПОЛУЧАЮТ освещенность 100 люменов/54 кв. м = 1,85 люкса.

Но если линзочка - оптическая система светодиода имеет остронаправленную характеристику и будет освещать круг на стене диаметром 1 м (0,78 кв.м), то освещенность в круге света будет равна 128 люкс.

Примеры значений освещенности

Открытый космос, около орбиты Земли, на Луне (экватор, полдень) - 135000 люкс.
Освещенность в яркий солнечный день примерно 100000 lux (прямые солнечные лучи, радиально через чистую атмосферу).
Ясный солнечный день в тени - 10000-25000 люкс.
На открытом месте в пасмурный день освещенность 1000 люкса
Свет в средней полосе (широта около 50°) на улице в полдень в декабре-январе - 4000-5000 люкса
Освещенность в светлой комнате вблизи окна - 100 люкс.
Освещенность, необходимая для чтения - 30-50 люксов.
Освещенность от полной луны - 0,2 люкса.
К слову, для многих растений достаточно освещенности 500 люкс, достаточность очень зависит от спектра света - см. PAR фотосинтез.
Про восприятие цвета человеком - см. Википедию - цвета и восприятие яркости.
Также - см. спектр "глазом" в статье про PAR.

Cветимость

Luminous emittance - единица измерения lux, lm/m2, излучаемый поверхностью свет.
Например, разогретый докрасна топор может светиться и в 1 люкс.

Еще о свете и освещении:
Источники света и вокруг них

источники:
Освещенность
Illuminance
и др.

 
последние изменения статьи 29мар2013, 24фев2018