Световая эффективность излучения

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Световая эффективность излучения
Размерность J.M-1.L-2.T3
Единицы измерения
СИ лм.Вт-1
Примечания
скалярная величина

Светова́я эффекти́вность излуче́нияфизическая величина, равная отношению светового потока к соответствующему потоку излучения[1][2]:

Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): лм.Вт−1.

Монохроматическое излучение[править | править код]

В случае монохроматического излучения с длиной волны определение принимает вид:

Единица силы света кандела определена в СИ так, что выполняется

где  — относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения, физический смысл которой заключается в том, что она представляет собой относительную чувствительность среднего человеческого глаза к воздействию на него монохроматического света,  — максимальное значение спектральной световой эффективности монохроматического излучения, равное 683 лм/Вт[3].

С учётом последнего соотношения выражение для приобретает вид:

Из полученной формулы следует, что:

  • характер спектральной зависимости световой эффективности монохроматического излучения такой же, как и у спектральной зависимости относительной чувствительности человеческого глаза . В частности, положения максимумов обеих зависимостей совпадают и находятся на длине волны 555 нм (свет жёлто-зелёного цвета).
  • максимально возможное значение световой эффективности имеет излучение с длиной волны 555 нм, для него равна 683 лм/Вт[3].

Непрерывный спектр[править | править код]

Если излучение обладает непрерывным спектром и занимает участок спектра конечного размера, то для выполняется:

где — спектральная плотность величины , определяемая как отношение величины приходящейся на малый спектральный интервал, заключённый между и к ширине этого интервала:

Здесь под понимается поток той части излучения, у которого длина волны меньше текущего значения .

С учётом определения световой эффективности из последнего соотношения следует

или, что то же самое:

Световой коэффициент полезного действия[править | править код]

Световым коэффициентом полезного действия (КПД) называют безразмерную величину, определяемую в общем случае соотношением[2]:

или ему эквивалентным:

Из определения следует, что численные значения и в СИ различаются в 683 раза. Ясно также, что максимальное значение, равное единице, световой КПД принимает в случае монохроматического излучения с длиной волны 555 нм, на которой максимальна и равна единице.

Примеры[править | править код]

Зависимость световой эффективности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры.

Спектральный состав излучения многих источников света близок к спектральному составу излучения абсолютно чёрного тела (АЧТ). У одних из них, таких как Солнце, лампы накаливания и др., это связано с тепловой природой излучения. У других — светодиоды, люминесцентные лампы и т. д. — такой спектральный состав является целью и результатом использования специально разработанной конструкции.

Величина световой эффективности излучения АЧТ определяется его температурой. При относительно низких температурах излучение АЧТ располагается главным образом в инфракрасной области спектра. Затем, при повышении температуры, максимум спектрального распределения излучения смещается сначала в видимую область, а затем и далее, в ультрафиолетовую. Результатом этого является немонотонное поведение температурной зависимости эффективности излучения АЧТ и наличие у неё максимума. Следует отметить, что даже в максимуме световой КПД излучения АЧТ невелик, составляя лишь 14 %.

Излучение
 
Световая эффективность, лм/Вт Световой КПД, %
Свет стандартной лампы накаливания с температурой нити 2800 K
15[4]
2,2 %
Излучение Солнца
97[2]
14 %
«Идеальный» белый свет — излучение абсолютно чёрного тела с Т=5800 К, «обрезанное» на 400 и 700 нм
251[4]
37 %
Теоретический предел для белого света с цветовой температурой 5800 К
310[5]
45 %
Теоретический предел для белого света с цветовой температурой 2800 К
370[5]
54 %
Излучение абсолютно чёрного тела с температурой 6630 К[6]
95
14 %
Излучение гелий-неонового лазера с длиной волны 632,8 нм
162[4]
24 %
2-я гармоника излучения лазера на неодимовом стекле, длина волны 532 нм
604[4]
88 %
Монохроматическое излучение с длиной волны 555 нм
683,002
100 %

Примечания[править | править код]

  1. Световая эффективность излучения – Статья в Физической энциклопедии.
  2. 1 2 3 Гуревич М. М. Фотометрия. Теория, методы и приборы. — 2-е изд. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1983. — 272 с. — 7 500 экз.
  3. 1 2 Значение 683 лм/Вт, повсеместно принятое для практического использования, является приближённым, более точное значение 683,002 лм/Вт. Подробности приведены в статье кандела.
  4. 1 2 3 4 Murphy T. Maximum Efficiency of White Light. Дата обращения 12 октября 2012. Архивировано 14 декабря 2012 года.
  5. 1 2 Murphy T. W., Jr. Maximum spectral luminous efficacy of white light // J. Appl. Phys.. — 2012. — Vol. 111, № 10. — ISSN 1089-7550.
  6. Температура, при которой световая эффективность излучения абсолютно чёрного тела достигает максимума.