Valon virtaus

Valon virtaus
$\Phi _{v}$
Ulottuvuus	J
Yksiköt
SI	luumen
GHS	luumen
Huomautuksia
Kevyt määrä Skalaari

Valovirta on fysikaalinen suure , joka kuvaa "valotehon" määrää vastaavassa säteilyvuossa , jossa valoteholla tarkoitetaan valoenergiaa , joka siirtyy säteilyn kautta tietyn pinnan läpi aikayksikköä kohti. Toisin sanoen " valovirta on säteilyvirtaan verrannollinen määrä , joka on arvioitu keskimääräisen ihmissilmän suhteellisen spektriherkkyyden mukaan " [1] . "Säteilyvuon" arvo puolestaan määritellään tehoksi, jonka säteily kuljettaa minkä tahansa pinnan läpi [2] .

Muodollisemmin valovirta voidaan määritellä valosuureeksi, joka arvioi säteilyvuon vaikutuksensa perusteella valikoivaan valovastaanottimeen, jonka spektriherkkyys määräytyy säteilyn suhteellisen spektraalisen valotehokkuuden funktiolla [3] .

Nimitys: $\Phi _{v}$
Kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) mittayksikkö : lumen ( venäläinen nimitys: lm ; kansainvälinen: lm ).

Kaavojen määrittely

Jos on monokromaattista säteilyä , jonka aallonpituus on , niin määritelmän mukaan sellaisen säteilyn valovirta ilmaistaan yhtälöllä [1] : $\lambda$ $\Phi _{e}(\lambda )$ $\Phi _{v}(\lambda )$

\Phi _{v}(\lambda )=K_{m}\cdot V(\lambda )\cdot \Phi _{e}(\lambda ).

missä on monokromaattisen säteilyn suhteellinen spektraalinen valotehokkuus , jolla on merkitys normalisoitu keskimääräisen ihmissilmän maksimiherkkyydellä päiväsaikaan , ja se on kerroin, jonka arvo määräytyy käytetyn yksikköjärjestelmän mukaan. SI-järjestelmässä tämä kerroin on 683 lm / W [Comm 1] . $V(\lambda)$ $K_{m}$

Diskreetin (lineaarisen) spektrin säteilyn valovirta saadaan laskemalla yhteen kaikkien säteilyspektrin muodostavien linjojen panokset:

\Phi _{v}(\lambda )=K_{m}\sum _{{i=1}}^{{N}}V(\lambda _{i})\cdot \Phi _{e}(\ lambda_{i}),

missä on viivan aallonpituus, jonka numero on " i ", ja N on juovien kokonaismäärä. $\lambda _{i}$

Jos kyseessä on ei-monokromaattinen säteily, jolla on jatkuva (jatkuva) spektri, pientä osaa kokonaissäteilystä, joka on kapealla spektrialueella , voidaan pitää monokromaattisena, jolla on säteilyvirta ja valovirta . Sitten niiden välinen viestintä suoritetaan $d(\lambda)$ $d\Phi _{e}(\lambda )$ $d\Phi _{v}(\lambda )$

d\Phi _{v}(\lambda )=K_{m}\cdot V(\lambda )\cdot d\Phi _{e}(\lambda ).

Integroimalla tämä yhtäläisyys näkyvälle aallonpituusalueelle (eli 380 - 780 nm ), saadaan lauseke kaiken tarkasteltavan säteilyn valovirralle:

\Phi _{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{{380~nm}}^{{780~nm}}V(\lambda )\cdot d\Phi _{e}(\lambda ).

Jos käytetään säteilyvirran spektritiheyttä , joka kuvaa säteilyenergian jakautumista spektrin yli ja määritellään muodossa , niin valovirran lauseke saa muotoa [1] : $\Phi _{{e,\lambda }}$ ${\frac {d\Phi _{e}(\lambda )}{d\lambda }}$

\Phi _{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{{380~nm}}^{{780~nm}}V(\lambda )\cdot \Phi _{{e,\lambda } }\cdot d\lambda .

Mitta

Valonlähteen valovirran mittaus suoritetaan erityisillä laitteilla - pallofotometreillä tai fotometrisilla goniometreillä [ 4] . Mittauksen vaikeus on siinä, että on tarpeen mitata kaikkiin suuntiin säteilevä vuo - avaruuskulmassa 4 π .

Tätä varten voit käyttää pallofotometriä - laitetta, joka on pallo, jossa on sisäinen pinnoite, jonka heijastuskerroin on lähellä 1. Tutkittava valonlähde sijoitetaan pallon keskelle ja valokennolla , joka on asennettu pallon seinämään ja peitettynä suodattimella, jonka läpäisykäyrä on yhtä suuri kuin silmän spektrikäyrän herkkyys, mitataan signaali, joka on verrannollinen valokennon valaistukseen, joka puolestaan tässä laitteessa on verrannollinen valokennon valaistukseen. valonlähde valonlähteestä (valokenno mittaa vain hajavaloa, koska se on suojattu lähteen suoralta säteilyltä erityisellä näytöllä). Vertaamalla vastaanotettua signaalia vertailuvalonlähteen signaaliin, voidaan mitata valonlähteen absoluuttinen valovirta.

Toinen mahdollisuus on käyttää fotometrisiä goniometrejä. Tässä tapauksessa tutkittavan lähteen tuottama valaistus mitataan kuvitteellisella pallomaisella pinnalla. Tätä varten valomittari kulkee peräkkäin goniometrin avulla kaikki pallon asennot. Integroimalla mitatut valaistusvoimakkuudet (mitattuna lukseina: 1 luksia = 1 lumen/m²) pallon pinta-alalle (m²) saadaan valonlähteen absoluuttinen valovirta (lumeneina). Absoluuttisten arvojen saamisen ehtona on itseisarvoihin kalibroitu luksimittari.

Selitykset

Säteilyn fotometrisen ekvivalentin K m arvo määritellään yksiselitteisesti valovoiman yksikön kandela määritelmällä , joka on yksi SI-järjestelmän seitsemästä perusyksiköstä . Määritelmän mukaan yksi kandela on "valon intensiteetti tietyssä suunnassa lähteestä, joka lähettää monokromaattista säteilyä taajuudella 540⋅10 12 Hz , jonka energiaintensiteetti tähän suuntaan on 1/683 W / sr " [5] . Taajuus 540⋅10 12 Hz vastaa 555 nm :n [Comm 2] aallonpituutta ilmassa , jolla sijaitsee ihmissilmän maksimispektriherkkyys päivänäön kannalta . Siksi kerroin K m saadaan yhtälöstä

1 cd \ u003d K m V λ (555) 1/683 W / sr, josta seuraa K m \u003d 683 (cd sr) / W = 683 lm / W.

Pimeänäön tapauksessa säteilyn fotometrisen ekvivalentin arvo muuttuu.

Ihmissilmän katsotaan sopeutuvan valoon yli 100 cd/m²:n luminanssilla. Pimeänäköä esiintyy kirkkaudella, joka on alle 10 −3 cd/m². Näiden arvojen välillä ihmissilmä toimii hämäränäön tilassa .

Esimerkkejä

Useiden valonlähteiden valovirran vertailu [6] [7] [8]

Lähde	Valovirta (luumen)
15 mW vihreä laser (aallonpituus 532 nm)	8.4
Kerosiini lamppu	100
18W loistelamppu	1250

Muistiinpanot

Kommentit

↑ Joskus kerrointa kutsutaan säteilyn fotometriseksi ekvivalentiksi. $K_{m}$
↑ Tarkempi arvo on 555,016 nm. Tämän arvon ja 555 nm:n arvon välisen eron huomioon ottaminen johtaa vain pieniin korjauksiin käytännön kannalta, joten sitä ei tehdä tässä. Yksityiskohdat ovat saatavilla artikkelissa " Candela ".

Lähteet

↑ 1 2 3 Gurevich M. M. Fotometria. Teoria, menetelmät ja laitteet. - 2. painos - L . : Energoatomizdat. Leningradin haara, 1983. - S. 23-24. — 272 s.
↑ Bukhshtab M.A. Säteilyvuo // Physical Encyclopedia / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M . : Suuri venäläinen tietosanakirja , 1994. - T. 4. - 704 s. - 40 000 kappaletta. - ISBN 5-85270-087-8 .
↑ Valovirta // Physical Encyclopedia / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M . : Suuri venäläinen tietosanakirja , 1994. - T. 4. - S. 463. - 704 s. - 40 000 kappaletta. - ISBN 5-85270-087-8 .
↑ Goniometrit fotometrisiin mittauksiin . Haettu 14. lokakuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 5. joulukuuta 2014. (määrätön)
↑ GOST 8.417-2002. Valtion järjestelmä mittausten yhtenäisyyden varmistamiseksi. Määrän yksiköt. (linkki ei saatavilla) . Haettu 27. marraskuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 10. marraskuuta 2012. (määrätön)
↑ Szokolay, SV Johdatus arkkitehtuuritieteeseen: Kestävän suunnittelun perusteet . — Toiseksi. - Routledge , 2008. - S. 143. - ISBN 9780750687041 . Arkistoitu 13. maaliskuuta 2020 Wayback Machinessa
↑ BeLight . - Trendforce, 2010. - V. 3. - S. 10-12. Arkistoitu 13. maaliskuuta 2020 Wayback Machinessa
↑ Jahne, Bernd. Käytännön käsikirja kuvankäsittelystä tieteellisiin ja teknisiin sovelluksiin . — Toiseksi. - CRC, 2004. - S. 111. - ISBN 9780849390302 . Arkistoitu 3. lokakuuta 2017 Wayback Machinessa

Linkit

Valovirta // Moderni tietosanakirja . – 2000. (Venäjän kieli)

Katso myös

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Iso venäläinen Suuri Neuvostoliitto (1 painos)

Kevyet määrät
valoenergia Valon virtaus Kirkkaus Valon voima Kirkkaus valaistus Tilallinen valaistus valaistus valotus Tilallinen valotus Valon energian tilavuustiheys Integroitu kirkkaus Valon energian tilavuustiheys Valon voimakkuuden tilavuustiheys Vastaava kirkkaus