Сила света — это фотометрическая величина, характеризующая способность точечного источника излучать свет в данном направлении. Она определяется как отношение светового потока Φ, испускаемого источником в данном телесном угле Ω, к этому телесному углу:
$$ I = \frac{\Phi}{\Omega} $$
где:
Сила света — величина направленная, она показывает, сколько света излучается в определённом направлении. Это особенно важно для направленных источников света — фар, прожекторов, лазеров.
Кандела (кд) — основная единица силы света в системе СИ. Согласно определению, 1 кандела — это сила света в заданном направлении источника, излучающего монохроматическое излучение частотой 540 ⋅ 1012 Гц и имеющего энергетическую силу излучения $\frac{1}{683}$ ватта на стерадиан в этом направлении.
Излучение источников света редко бывает изотропным. В разных направлениях сила света может отличаться. Для её графического представления используют диаграммы кривых силы света, где по полярной системе координат откладывают значения силы света в зависимости от угла.
Для точечного изотропного источника (например, идеализированной лампы) сила света одинакова во всех направлениях:
I = const
В реальных же источниках (например, светодиодных лампах, прожекторах) характерна анизотропия излучения, и сила света может быть сконцентрирована в определённом телесном угле.
Световой поток Φ можно выразить через силу света, если известен телесный угол излучения:
Φ = ∫ΩI(θ, ϕ) dΩ
Для источника с постоянной силой света во всех направлениях:
Φ = I ⋅ 4π
где 4π — полный телесный угол сферы.
Освещённость — фотометрическая величина, описывающая количество света, падающего на единицу площади поверхности. Она определяется как отношение светового потока Φ, падающего на данную поверхность, к её площади S:
$$ E = \frac{\Phi}{S} $$
где:
1 люкс означает освещённость, создаваемую световым потоком 1 лм, равномерно распределённым на площади 1 м².
Освещённость, создаваемая точечным источником света на поверхности, зависит от расстояния до источника и угла падения света. Это описывается законом обратных квадратов и законом косинуса:
$$ E = \frac{I \cdot \cos \theta}{r^2} $$
где:
Ключевые следствия:
1. Горизонтальная поверхность под точечным источником:
Если свет падает перпендикулярно (то есть θ = 0), то:
$$ E = \frac{I}{r^2} $$
2. Наклонная поверхность:
Если поверхность наклонена, учитывают косинус угла:
$$ E = \frac{I \cdot \cos \theta}{r^2} $$
3. Равномерное освещение от нескольких источников:
В этом случае освещённости от каждого источника складываются:
$$ E_{\text{общая}} = \sum_{i} \frac{I_i \cdot \cos \theta_i}{r_i^2} $$
Освещённость в замкнутом пространстве зависит от:
Для оценки применяются коэффициенты отражения, освещённость на рабочей поверхности, индекс помещения и другие инженерные параметры.
При проектировании освещения учитывают нормы освещённости, установленные СНиП и ГОСТ:
Освещённость увеличивается за счёт отражённого света от стен, потолка и других поверхностей. Для этого:
При расчётах учитывается коэффициент использования светового потока, описывающий долю света, доходящего до рабочей поверхности.
Прожектор с узким пучком имеет большую силу света в определённом направлении, но освещает лишь небольшую площадь. Освещённость будет высокой в пятне света и резко падать за его пределами.
Люминесцентные светильники с рассеивателем создают более равномерное распределение освещённости, но при меньшей интенсивности в каждой точке.
Измерения силы света и освещённости проводят с помощью:
Современные приборы позволяют регистрировать не только фотометрические величины, но и спектральный состав излучения, пульсации, коэффициент цветопередачи.
Правильное понимание соотношения между силой света и освещённостью необходимо:
Благодаря точному учёту этих параметров можно добиться эффективного освещения с минимальными затратами энергии и высоким качеством световой среды.