Световая отдача

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Световая отдача
\eta
Размерность

J.M-1.L-2.T3

Единицы измерения
СИ

лм.Вт-1

Примечания

скалярная величина

Световая отдача источника света — отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности[1]. В Международной системе единиц (СИ) измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Является показателем эффективности и экономичности источников света.

Выражение для световой отдачи имеет вид:

\eta=\frac{\Phi_v}{P},

где \Phi_v  — световой поток, излучаемый источником, а P — потребляемая им мощность.

Введя в рассмотрение величину потока излучения \Phi_e, отношение \frac{\Phi_v}{P} можно представить в виде \frac{\Phi_v}{\Phi_e} \cdot \frac{\Phi_e}{P}. В этом произведении первый из сомножителей представляет собой световую эффективность излучения K, а второй — энергетический коэффициент полезного действия (КПД) источника[2] \eta_e. В результате исходное выражение для световой отдачи приобретает вид:

\eta=K \cdot\eta_e.

Таким образом, величина световой отдачи определяется совокупным действием двух факторов. Один из них — эффективность преобразования потребляемой источником электрической энергии в энергию излучения, характеризующаяся значением КПД, другой — способность данного излучения возбуждать у человека зрительные ощущения, определяемая величиной световой эффективности излучения.

Источники монохроматического излучения[править | править вики-текст]

Относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения

В случае монохроматического излучения с длиной волны \lambda для K( \lambda) в СИ выполняется:

K( \lambda)= K_m \cdot V( \lambda),

где V(\lambda) — относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения, физический смысл которой заключается в том, что она представляет собой относительную чувствительность среднего человеческого глаза к воздействию на него монохроматического света, а K_m — максимальное значение спектральной световой эффективности монохроматического излучения. Максимум V(\lambda) располагается на длине волны 555 нм и равен единице.

В соответствии со сказанным для световой отдачи выполняется:

\eta=K_m \cdot V( \lambda) \cdot \eta_e.

В СИ значение K_m определяется выбором основной световой единицы СИ канделы и составляет 683,002 лм/Вт[3]. Отсюда следует, что максимальное теоретически возможное значение световой отдачи, достигается на длине волны 555 нм при значениях V(\lambda) и \eta_e, равных единице, и равно 683,002 лм/Вт.

В большинстве случаев с точностью, достаточной для любых практических применений, используется округлённое значение K_m 683 лм/Вт. Далее в уравнениях мы будем использовать именно его.

Источники излучения в общем случае[править | править вики-текст]

Если излучение занимает участок спектра конечного размера, то выражение для K имеет вид

K=683\cdot\frac{\int\limits_{380~nm}^{780~nm}\Phi_{e,\lambda}(\lambda)V(\lambda) d\lambda} {\Phi _e }

или ему эквивалентный:

K=683\cdot\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
}.

Здесь \Phi _{e,\lambda}(\lambda) — спектральная плотность величины \Phi _e,, определяемая как отношение величины d\Phi _e(\lambda), приходящейся на малый спектральный интервал, заключённый между \lambda и \lambda+d\lambda, к ширине этого интервала:

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

Соответственно, для световой отдачи становится справедливо соотношение:

K=683\cdot\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
}\cdot  \eta_e.

Примеры[править | править вики-текст]

Тип источника
 
Световая отдача
(лм/Вт)
Относительная
световая отдача[4]
Лампа накаливания 100 Вт 13.8[5] 2.0 %
Лампа накаливания 200 Вт 15.2[6] 2.2 %
Галогеновая лампа 100 Вт 16.7[7] 2.4 %
Галогеновая лампа 200 Вт 17.6[6] 2.6 %
Галогеновая лампа 500 Вт 19.8[6] 2.9 %
Кремлёвские звёзды 22[8] 3.2 %
Кинопроекционные лампы 35[9] 5.1 %
Светодиоды 10—200[10][11][12][13] 1.5—29 %
Ксеноновая дуговая лампа 30—50[14][15] 4.4—7.3 %
Люминесцентная лампа 40—104[16] 6—15 %
Газоразрядная натриевая лампа высокого давления 85—150[6][17] 12—22 %
Газоразрядная натриевая лампа низкого давления 100—200[6][17][18] 15—29 %
Перспективные образцы белых светодиодов с рекордными параметрами 249[19], 254[20], 276[21] 36 %, 37 %
Теоретический максимум для источника монохроматического зелёного света с частотой 540 ТГц (длина волны 555,016 нм) 683 (точно)[22] 99,9997 %
Теоретический максимум для источника монохроматического зелёного света с длиной волны 555 нм 683,002 100 %

Хотя Солнце не потребляет энергию извне, а излучает свет только за счёт внутренних источников энергии, ему всё же также иногда приписывают значение световой отдачи. Определив её в этом случае, как отношение излучаемого Солнцем светового потока к выделяющейся в нём мощности, получают величину, равную 93 лм/Вт[23].

См. также[править | править вики-текст]

Световая эффективность излучения

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Световая отдача. — Статья в Физической энциклопедии
  2. Справочная книга по электротехнике / Под ред. Айзенберга Ю. Б. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 472 с.
  3. Подробности приведены в статье Кандела.
  4. Отношение величины световой отдачи к значению теоретического максимума, то есть к 683,002 лм/Вт.
  5. Bulbs: Gluehbirne.ch: Philips Standard Lamps (German)
  6. 1 2 3 4 5 Philips Product Catalog (German)
  7. Osram halogen (нем.) (PDF). www.osram.de(недоступная ссылка — история). Проверено 28 января 2008. Архивировано из первоисточника 7 ноября 2007.
  8. БСЭ: кремлёвские звёзды(недоступная ссылка — история). Архивировано из первоисточника 15 июля 2012.
  9. Klipstein, Donald L. The Great Internet Light Bulb Book, Part I (1996). Проверено 16 апреля 2006. Архивировано из первоисточника 1 июня 2012.
  10. Klipstein, Donald L. The Brightest and Most Efficient LEDs and where to get them. Don Klipstein's Web Site. Проверено 15 января 2008. Архивировано из первоисточника 17 февраля 2012.
  11. Cree launches the new XLamp 7090 XR-E Series Power LED, the first 160-lumen LED!. Архивировано из первоисточника 17 февраля 2012.
  12. Luxeon K2 with TFFC; Technical Datasheet DS60 (PDF)(недоступная ссылка — история). PhilipsLumileds. Проверено 23 апреля 2008. Архивировано из первоисточника 17 января 2009.
  13. Cree Breaks 200 Lumen Per Watt Efficacy Barrier. [Cree]. Проверено 8 февраля 2010. Архивировано из первоисточника 17 февраля 2012.
  14. Technical Information on Lamps (pdf). Optical Building Blocks(недоступная ссылка — история). Проверено 14 октября 2007. Архивировано из первоисточника 27 октября 2007. Note that the figure of 150 lm/W given for xenon lamps appears to be a typo. The page contains other useful information.
  15. OSRAM Sylvania Lamp and Ballast Catalog. — 2007.
  16. БСЭ: световая отдача(недоступная ссылка — история). Архивировано из первоисточника 15 июля 2012.
  17. 1 2 LED or Neon? A scientific comparison.
  18. Why is lightning coloured? (gas excitations). Архивировано из первоисточника 17 февраля 2012.
  19. Narukawa Y. et al. White light emitting diodes with super-high luminous efficacy // J. Phys. D: Appl. Physics. — 2010. — Vol. 43. — № 35. — DOI:10.1088/0022-3727/43/35/354002
  20. Cree Sets New R&D Performance Record with 254 Lumen-Per-Watt Power LED — Cree, Inc. Press Release, April 12, 2012
  21. Cree News: Cree Sets New R&D Performance Record with 276 Lumen-Per-Watt Power LED
  22. По определению канделы в Международной системе единиц (СИ)
  23. Световая отдача Солнца — По материалам публикации проф. П. Маркса из журнала «Licht»