В каких единицах измеряется освещение: основные свойства света

Проектировщику жилых и производственных помещений, инспектору охраны труда и многим другим специалистам нужно знать, в чем измеряется освещенность. Этот параметр должен находиться в пределах, установленных нормативными документами. Тогда люди чувствуют себя комфортно и могут полноценно выполнять свои профессиональные обязанности.

Основные характеристики света

Светом называют видимое электромагнитное излучение.

Его характеристиками являются:

1. Длина волны.
2. Световой поток.
3. Цветовая температура.
4. Индекс цветопередачи.
5. Коэффициент пульсаций.

Человеческий глаз воспринимает свет с длиной волны от 360 до 830 нм.

От этой характеристики зависит цвет излучения:

• 360-440 – фиолетовый;
• 440-480 – синий;
• 480-510 – голубой;
• 510-550 – зеленый;
• 550-575 – желто-зеленый;
• 575-585 – желтый;
• 585-620 – оранжевый;
• 620-770 – красный.

В большинстве случаев приходится иметь дело со светом, сочетающим в себе волны разной длины. Его спектральный состав характеризуют цветовой температурой, измеряемой в кельвинах (К):

Температура, К	Описание света
2400	Насыщенный желтый
3200	Желтоватый
4300	Теплый белый (с желтоватым оттенком)
5000	Белый естественный
6000	Холодный белый (голубоватый)
8000	Синий
10000	Сине-фиолетовый

Свет холодных оттенков бодрит и создает рабочее настроение, теплый – воспринимается как уютный, расслабляющий.

Также от спектрального состава зависит коэффициент искажения цвета. Его обозначают буквами Ra и измеряют в процентах. Чем ниже этот показатель, тем сильнее искажаются цвета. У естественного цвета Ra = 100%, т. е. искажение полностью отсутствует. Комфортным считается излучение с Ra не менее 80%.

Световой поток – это энергетическая характеристика. Она показывает мощность излучения по воздействию на человеческое зрение. Данное понятие обозначает суммарную выделяемую энергию без учета направления распространения.

Коэффициент пульсаций – одна из главных характеристик искусственных источников. Она показывает, на сколько процентов отклоняется поток света от среднего значения при мерцании.

Причиной пульсаций является циклическое изменение силы переменного или выпрямленного тока в цепи. Чем ниже инерционность лампы, тем сильнее она мерцает.

Человек может не замечать пульсаций, но они оказывают на него скрытое воздействие – повышают утомляемость, способствуют появлению головных болей и т. д.

Свойства

Основными свойствами света являются:

1. Способность к отражению. Встретившись с непрозрачной поверхностью, луч меняет направление. Углы падения и отражения равны.
2. Преломление. На границе двух прозрачных сред луч меняет направление по той причине, что скорости распространения света в этих материалах отличаются. С увеличением разности между ними возрастает и угол преломления.

Понятие освещенности

Освещенностью называют величину светового потока, приходящуюся на единицу площади поверхности. С удалением от источника эта величина уменьшается пропорционально квадрату расстояния.

Освещенность рабочих поверхностей, например крышки стола в офисе, должна находиться в установленных нормативными документами пределах. При таких условиях глаза не страдают от перенапряжения, человек с комфортом читает и пишет.

Единицы измерения

Для связанных со светом физических величин в Международной системе СИ введены единицы измерения. В них нужно разбираться, чтобы уметь правильно выбрать лампу.

Кандела

В канделах измеряют силу света, т. е. пространственную плотность светового потока в пределах телесного угла. Название единицы происходит от латинского слова candela, что переводится как «свеча». Сокращенное обозначение – кд.

Сила света показывает сосредоточенность потока на некотором направлении, так же как плотность – концентрацию массы в единице объема. Это важная характеристика для фонарей с фокусирующим приспособлением – линзой или отражателем.

Лучи разной ширины могут иметь равный световой поток, но более узкий окажется сильнее, а значит, полезная производительность у него будет выше.

Силой в 1 кд обладает источник, генерирующий в пределах телесного угла в 1 стерадиан (примерно 65,5°) излучение мощностью 1/683 Вт с длиной волны 540 нм (зеленое).

К свету с другой длиной волны глаз менее восприимчив, поэтому требуется применение поправочных коэффициентов.

Важной характеристикой фонарей и прожекторов является кривая силы света. Она отображает распределение данной величины в пространстве.

Число кандел в единице площади поперечного сечения лучевого пучка называют яркостью. Также применяют термин «плотность света». Единица измерения – кд/м². При неизменной силе света этот показатель снижается с увеличением расстояния до источника.

Люмен

В люменах измеряют поток света. Краткое обозначение – лм. Поток в 1 лм испускается источником силой 1 кд в пределах телесного угла в 1 стерадиан. Таким образом, в сумме такой излучатель дает 4 люмена.

Световой поток – главная характеристика лампочки. По этому показателю судят о ее яркости. Приобретая новый прибор взамен сгоревшего, в первую очередь проверяют информацию о количестве люменов на упаковке.

Люкс

Люкс – единица измерения для освещенности. Сокращенное обозначение – лк. Освещенность в 1 лк наблюдается в том случае, если на участок поверхности площадью 1 кв. м падает поток в 1 лм.

Ватт

В ваттах (Вт) выражают количество энергии, перенесенной излучением за единицу времени. Но в этом качестве данную единицу измерения используют только в научных целях.

В быту и промышленности в ваттах измеряют электрическую мощность, потребляемую светильником. Рассматривать эту величину как показатель яркости лампочки можно только при сравнении однотипных приборов.

Например, лампа накаливания мощностью 100 Вт испускает световой поток в 1300-1500 лм, на 150 Вт – примерно 2000 лм. Люминесцентная на 26 Вт – 1600-2000 лм, на 50 Вт – около 4000 лм.

Как перевести одни единицы измерения в другие

Чтобы перевести ватты в люмены, нужно знать светоотдачу излучателя. Еще этот параметр часто называют энергоэффективностью. Он показывает число люменов, излучаемое прибором на 1 Вт потребленного электричества.

Для разных ламп светоотдача составляет (лм/Вт):

• накаливания – 15;
• люминесцентной – до 80;
• светодиодной – 120.

Показатель тем выше, чем ниже потери на выделение тепла.

Особенности определения освещенности

При проведении измерений следят за тем, чтобы в исследуемой зоне не было тени от людей или предметов. Уровень запыленности воздуха должен быть таким же, какой наблюдается в повседневности.

Для светодиодных приборов

Измерение параметров LED-источника проводят после 2 часов его непрерывной работы. Это позволяет получить объективный результат без искажений. Для повышения точности рекомендуется провести несколько замеров.

Устройства для измерения

Для количественной оценки освещенности используют специальный прибор – люксметр.

Главными его составляющими являются:

1. Встроенный или выносной датчик с фотоэлементом.
2. Преобразователь.
3. Индикатора в виде шкалы со стрелкой (аналоговые модели) или жидкокристаллического дисплея (цифровые).

Фотоэлемент изготовлен из полупроводников. При попадании света на его поверхность он генерирует ток, величина которого прямо пропорциональна интенсивности излучения. Далее электрический сигнал обрабатывается преобразователем и подается на индикатор.

На показания прибора влияет спектральный состав излучения. При выполнении измерений в условиях естественного и искусственного освещения результаты будут разными.

У недорогих моделей погрешность может превышать 10%, поэтому полученные данные корректируют с помощью поправочных коэффициентов, учитывающих тип освещения.

Дорогие люксметры лишены этого недостатка. Они оснащены оптическими фильтрами, в силу чего воспринимают свет подобно человеческому глазу.

Дополнительно в комплекте есть насадки для измерения интенсивности излучения, падающего под углом. Специальное приспособление позволяет проверить правильность показаний прибора.

Помимо люксметра, используют яркомер – устройство для измерения яркости. Выпускают комбинированные модели, сочетающие в себе обе функции. Дополнительно может присутствовать модуль для измерения пульсаций – пульсметр.

Для фотографов разработано специализированное оборудование:

1. Экспонометр. Оценивает освещенность снимаемых объектов, на основании чего подбирают выдержку и сечение диафрагмы.
2. Флешметр. Прибор измеряет мощность вспышки и длительность ее импульса.

Нормы и требования к освещенности

Оптимальные фотометрические показатели прописаны в следующих документах:

1. ГОСТ Р 54944-2012. Здесь описаны методы проведения измерений в производственных помещениях и на открытом воздухе, в т. ч. на автодорогах.
2. СП 52.13330.2016, СНиП 23-0-2010, СНиП 23-05-95. Здесь указаны нормы освещенности для различных помещений и рабочих площадок вне зданий.

Согласно перечисленным документам, удельный световой поток в лк составляет:

• в подвалах, проходах на чердак и на лестницах – 20;
• в коридорах и ванных комнатах – 50;
• в кухнях, жилых комнатах и залах для фитнеса – 150;
• в детских – 200;
• в производственных цехах, где выполняют шлифовку поверхности изделий – 300;
• в торговых залах универсамов – 400;
• в аудиториях университетов – 400;
• в операционной – 500.

Коэффициент пульсации тоже нормируется:

• в кухне – не более 25%;
• в жилых помещениях и на большинстве офисных рабочих мест – до 20%;
• в аудитории учебного заведения, магазине и операционной – не выше 10%;
• при работе с ПК – до 5%.

При частоте пульсаций свыше 300 Гц, а также в местах временного пребывания людей (лестницы, коридоры и т. д.) допускается любой коэффициент. Эти нормы прописаны в документах ГОСТ 17677-82, СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 и др.

Результатом пульсаций света может стать т. н. стробоскопический эффект. Он состоит в том, что при взгляде на вращающийся шпиндель станка или иной подобный узел возникает иллюзия его неподвижности.

Это может привести к травме, поэтому на производственных участках промышленных предприятий параметры пульсации света нормируются более строго.