Основные светотехнические понятия и характеристики

Все физические тела в природе излучают и поглощают энергию, которая называется лучистой. Эта энергия распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Для освещения используется лучистая энергия, воспринимаемая и оцениваемая нормальным человеческим глазом. Эта энергия порождена так называемым видимым излучением, или светом. Световая энергия измеряется в люмен-секундах (лм•с).

Особенность света состоит в том, что все характеризующие его величины определяются по отношению к среднему человеческому светоадаптированному глазу, который воспринимает электромагнитные колебания с длинами волн в диапазоне 400—760 нм. При этом различия в длине волн воспринимаются глазом как различия в цвете. Чувствительность глаза к излучениям различной длины волн (монохроматическому свету) неодинакова и достигает максимального значения при длине волн 555 нм.

Мощность световой энергии называется световым потоком, который измеряется в люменах (лм). За эталон люмена принят световой поток, излучаемый черным телом с площади выходного отверстия 0,5303 мм² при температуре затвердевания платины 2046К.
Пространственная плотность светового потока называется силой света:

где F — световой поток всей видимой части спектра, лм;
w — телесный угол, ср.

Сила света измеряется в канделах (кд); Если световой поток в 1 лм распределен в телесном угле в 1 ср, то сила такого света равна 1 кд. Кандела является одной из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Яркостью светящейся поверхности (источник света или отражающая поверхность) называется отношение силы света элемента поверхности к площади его проекции, перпендикулярной рассматриваемому направлению,

где S — площадь элемента излучающей или отражающей поверхности, м²;
a — угол между перпендикуляром к поверхности и направлением излучения, град.

Яркость измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м²). Иногда эту единицу называют нитом. Для примера отметим, что яркость поверхности люминесцентной лампы составляет 5000—9000 нит.

Важнейшим понятием в практической светотехнике является освещенность, под которой понимается отношение светового потока, падающего на освещаемую поверхность, к площади этой поверхности:

Измеряется освещенность в люксах (лк). Поверхность имеет освещенность в 1 лк, если на каждый квадратный метр ее площади равномерно падает световой поток в 1 лм.

Величину освещенности используют для оценки освещения в производственных и бытовых условиях. Рациональное освещение рабочих поверхностей и помещений позволяет сохранить зрение, здоровье и жизненный тонус человека, повысить производительность труда и снизить аварийность и травматизм. Именно поэтому понятие освещенности является одной из основных категорий охраны и безопасности труда. В Правилах Регистра приводятся минимальные нормы освещенности основных судовых помещений.

Для измерения освещенности применяют люксметр, в котором чувствительным элементом является фотоэлемент, а измерительным — гальванометр, отградуированный в люксах.
Источники света характеризуются световой эффективностью, под которой понимается отношение светового потока к мощности, потребляемой источником света. Измеряется световая отдача в люменах на ватт (лм/Вт). Световая эффективность является важнейшим параметром любого источника света, поскольку определяет его экономичность.

Другая важная характеристика источника света — его цветность, которая зависит от спектра видимого излучения. В практической светотехнике цветность источников света принято оценивать цветовой температурой. Так, источники с более высокой цветовой температурой дают голубовато-белый свет, а с низкой — желтый и желтовато-белый. Для внутреннего освещения предпочтение отдается источникам с более высокой цветовой температурой. Для примера укажем, что цветовые температуры серийных люминесцентных ламп дневного и белого света равны соответственно 4000 и 5400 К, а большинства ламп накаливания — 2700 К.

Кроме того, источники света характеризуются цветопередачей (степенью точности воспроизведения цветов освещаемого объекта), геометрическими размерами, стабильностью светового потока во времени, сложностью электрической схемы включения и сроком службы.