Säteilyn valotehokkuus

Säteilyn valotehokkuus
$K$
Ulottuvuus	J. _ M -1. L -2. T3_ _
Yksiköt
SI	lm . Ti -1
Huomautuksia
skalaari

Säteilyn valotehokkuus on fysikaalinen suure , joka on yhtä suuri kuin valovirran suhde vastaavaan säteilyvirtaan [1] [2] :

K={\frac {\Phi _{v}}{\Phi _{e}}}}.

Mittayksikkö kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) : lm . W -1 .

Yksivärinen säteily

Kun kyseessä on monokromaattinen säteily, jolla on aallonpituus, määritelmä on seuraavanlainen: $\lambda$

K(\lambda )={\frac {\Phi _{v}(\lambda )}{\Phi _{e}(\lambda ))).

Valon voimakkuuden yksikkö, kandela , määritellään SI:ssä siten, että

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

missä on monokromaattisen säteilyn suhteellinen spektraalinen valotehokkuus , jonka fyysinen merkitys on, että se edustaa keskimääräisen ihmissilmän suhteellista herkkyyttä monokromaattisen valon vaikutuksille, on monokromaattisen säteilyn spektrisen valotehokkuuden maksimiarvo, yhtä suuri kuin 683 lm/W [3] . $V(\lambda)$ $K_{m}$

Kun otetaan huomioon viimeinen relaatio, lauseke for saa muotoa: $K(\lambda )$

K(\lambda )=683\cdot V(\lambda ).

Tuloksena olevasta kaavasta seuraa seuraavaa:

monokromaattisen säteilyn valotehokkuuden spektririippuvuuden luonne on sama kuin ihmissilmän suhteellisen herkkyyden spektririippuvuuden . Erityisesti molempien riippuvuuksien maksimien paikat ovat samat ja ovat aallonpituudella 555 nm (kelta-vihreä valo). $V(\lambda)$
suurimmalla mahdollisella valotehokkuuden arvolla on säteilyä, jonka aallonpituus on 555 nm, sillä se on 683 lm/W [3] . $K$

Jatkuva spektri

Jos säteilyllä on jatkuva spektri ja se vie rajallisen koon osan spektristä, niin $\Phi _{v}$

\Phi _{v}=683\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}\Phi _{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda ,

missä on arvon spektritiheys , joka määritellään arvon suhteeksi pientä spektriväliä kohden tämän jakson leveyteen : $\Phi _{e,\lambda }(\lambda )$ $\Phi _{e},$ $d\Phi _{e}(\lambda ),$ $\lambda$ $\lambda +d\lambda,$

\Phi _{e,\lambda }(\lambda )={\frac {d\Phi _{e}(\lambda )}{d\lambda )).

Tässä tarkoitetaan säteilyn sen osan vuota, jonka aallonpituus on pienempi kuin nykyinen arvo . $\Phi _{e}(\lambda )$ $\lambda$

Kun otetaan huomioon valotehokkuuden määritelmä, se seuraa viimeisestä suhteesta

{\displaystyle K={\frac {683\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}\Phi _{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda } {\Phi _{e))))

tai mikä on sama:

K={\frac {683\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}\Phi _{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda } {\int \limits _{0}^{\infty }\Phi _{e,\lambda }(\lambda )d\lambda )).

Valoteho

Valon hyötysuhde (COP) on dimensioton arvo, joka yleensä määräytyy suhteella [2] :

{\displaystyle \eta _{v}={\frac {\int \limits _{380~nm}^{780~nm}\Phi _{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\ lambda }{\Phi _{e))))

tai sitä vastaava:

\eta _{v}={\frac {\int \limits _{380~nm}^{780~nm}\Phi _{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\ lambda }{\int \limits _{0}^{\infty }\Phi _{e,\lambda }(\lambda )d\lambda )).

Määritelmästä seuraa, että SI:n ja SI:n numeeriset arvot eroavat kertoimella 683. On myös selvää, että yksikköä vastaava maksimiarvo otetaan valotehokkuudella monokromaattisen säteilyn tapauksessa, jonka aallonpituus on 555 nm, jolloin se on maksimi ja yhtä suuri kuin yksikkö. $K$ ${\displaystyle \eta _{v))$ $V(\lambda)$

Esimerkkejä

Monien valonlähteiden säteilyn spektrikoostumus on lähellä täysin mustan kappaleen (blackbody) säteilyn spektrikoostumusta . Joissakin niistä, kuten auringosta, hehkulampuista jne., tämä johtuu säteilyn lämpöluonteesta. Muille - LEDeille, loistelamppuille jne. - tällainen spektrikoostumus on erityisesti suunnitellun suunnittelun käytön tavoite ja tulos.

Mustan kappaleen säteilyn valotehokkuuden arvon määrää sen lämpötila. Suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa mustan kappaleen säteily sijaitsee pääasiassa spektrin infrapuna -alueella. Sitten lämpötilan noustessa säteilyn spektrijakauman maksimi siirtyy ensin näkyvälle alueelle ja sitten edelleen ultraviolettisäteilylle . Seurauksena on mustan kappaleen säteilytehokkuuden lämpötilariippuvuuden ja sen maksimin olemassaolon epämonotoninen käyttäytyminen. On huomattava, että jopa maksimissaan mustan kappaleen säteilyn valotehokkuus on alhainen, vain 14 %.

Säteily	Valoteho, lm/W	Valon tehokkuus, %
Tavallisen hehkulampun valo, jonka hehkulangan lämpötila on 2800 K	15 [4]	2,2 %
Auringon säteily	97 [2]	neljätoista %
"Ihanteellinen" valkoinen valo on täysin mustan kappaleen säteilyä, jonka T = 5800 K, "katkaistuna" 400 ja 700 nm:ssä	251 [4]	37 %
Teoreettinen raja valkoiselle valolle, jonka värilämpötila on 5800 K	310 [5]	45 %
Teoreettinen raja valkoiselle valolle, jonka värilämpötila on 2800 K	370 [5]	54 %
Mustan kehon säteily, jonka lämpötila on 6630 K [6]	95	neljätoista %
Helium-neon-lasersäteily , jonka aallonpituus on 632,8 nm	162 [4]	24 %
Neodyymilasilasersäteilyn 2. harmoninen , aallonpituus 532 nm	604 [4]	88 %
Monokromaattinen säteily, jonka aallonpituus on 555 nm	683.002	100 %

Muistiinpanot

↑ - Säteilyn valotehokkuus Arkistoitu 22. maaliskuuta 2012 Wayback Machinessa - Encyclopedia of Physics artikkeli.
↑ 1 2 3 Gurevich M. M. Fotometria. Teoria, menetelmät ja laitteet. - 2. painos - L . : Energoatomizdat. Leningradin haara, 1983. - 272 s. - 7500 kappaletta.
↑ 1 2 Käytännössä yleisesti hyväksytty arvo 683 lm/W on likimääräinen, tarkempi arvo on 683.002 lm/W. Katso lisätietoja Candela - artikkelista .
↑ 1 2 3 4 Murphy T. Valkoisen valon maksimitehokkuus . Haettu 12. lokakuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 14. joulukuuta 2012. (määrätön)
↑ 1 2 Murphy TW, Jr. Valkoisen valon suurin spektrinen valotehokkuus // J. Appl. Phys.. - 2012. - Vol. 111, nro 10 . — ISSN 1089-7550 . (linkki ei saatavilla)
↑ Lämpötila, jossa mustan kappaleen säteilyn valoteho saavuttaa maksiminsa.