Световой поток — это физическая величина, характеризующая количество света, излучаемого, проходящего или падающего на поверхность в единицу времени. Он обозначается символом Φ (фи) и измеряется в люменах (лм). Световой поток описывает видимую часть электромагнитного излучения и учитывает чувствительность человеческого глаза к различным длинам волн, в отличие от энергетических величин, таких как энергия или мощность излучения, измеряемых в джоулях или ваттах.
Световой поток является основным фотометрическим аналогом энергетического потока и определяется как:
Φ = ∫0∞ϕe(λ) ⋅ V(λ) ⋅ Km dλ
где: — ϕe(λ) — спектральная плотность энергетического потока, — V(λ) — относительная спектральная чувствительность человеческого глаза, — Km — максимальная световая эффективность (для фотопического зрения Km = 683 лм/Вт).
Сила света (I) — величина, характеризующая распределение светового потока в пространстве. Определяется как:
$$ I = \frac{d\Phi}{d\Omega} $$
где dΦ — световой поток в телесном угле dΩ. Измеряется в канделах (кд).
Освещённость (E) — световой поток, падающий на единицу площади:
$$ E = \frac{d\Phi}{dA} $$
Измеряется в люксах (лк), где 1 лк = 1 лм/м2.
Яркость (L) — сила света, приходящаяся на единичную проекцию поверхности источника:
$$ L = \frac{dI}{dA \cdot \cos\theta} $$
где θ — угол между нормалью к поверхности и направлением наблюдения. Яркость измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м²).
Измерение светового потока основано на фотометрических методах, использующих чувствительные к свету приёмники, имитирующие восприятие человеческого глаза.
Наиболее точный и универсальный метод измерения светового потока — применение интегрирующей сферы. Это полый сферический прибор с внутренней матовой белой отражающей поверхностью. Измеряемый источник помещается внутрь сферы, и благодаря многократному диффузному отражению свет равномерно распределяется по внутренней поверхности.
На поверхности сферы установлен фотометрический датчик, регистрирующий световой поток с учетом всей энергии, излучённой во всех направлениях. Калибровка сферы производится с использованием стандартного источника света с известным световым потоком.
Человеческий глаз по-разному воспринимает свет разных длин волн. Наибольшая чувствительность наблюдается в области 555 нм (зелёный свет), где V(λ) = 1. Эта функция нормирована, и любые фотометрические измерения обязательно должны учитывать V(λ), что делает их отличными от радиометрических.
Световая эффективность излучения определяется как:
$$ \eta = \frac{\Phi}{P} $$
где P — потребляемая электрическая мощность. Измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Это важный параметр при оценке экономичности источников света.
Для сравнения:
В реальных условиях измерения необходимо учитывать отражение от стенок, потери на линзах и фильтрах, а также рассеяние. Приборы часто имеют оптические ловушки и антибликовые покрытия.
Световой поток может зависеть от температуры. Особенно это касается светодиодов и газоразрядных источников. Калибровка и измерения должны проводиться при строго контролируемой температуре.
Источник может менять свои характеристики со временем (деградация). Поэтому требуется периодическая поверка оборудования и пересчет номиналов по эталонам.
Измерения фотометрических величин регламентируются международными стандартами, включая:
Стандарты описывают методики измерений, калибровки, классы точности приборов и правила обработки результатов.
Знание светового потока используется в проектировании осветительных систем, энергоаудите, архитектуре, автомобильной оптике, фото- и видеосъёмке. Важно учитывать световой поток при расчётах норм освещённости для рабочих пространств, улиц и общественных зданий.
Кроме того, с развитием технологий “умного освещения” точные данные о световом потоке необходимы для автоматизированного управления освещением и энергосбережения.