Световая отдача - Luminous efficacy

Световая отдача это мера того, насколько хорошо источник света излучает видимый свет. Это соотношение световой поток к мощность, измеряется в люмен на ватт в Международная система единиц (SI). В зависимости от контекста мощность может быть либо лучистый поток мощности источника, или это может быть полная мощность (электрическая, химическая или др.), потребляемая источником.[1][2][3]Какое значение этого термина предполагается, обычно следует выводить из контекста, и иногда это неясно. Первый смысл иногда называют световая отдача излучения, а последний световая отдача источника или же общая световая отдача.[4][5]

Не все длины волн света одинаково видимы или одинаково эффективны для стимуляции зрения человека из-за спектральная чувствительность из человеческий глаз; радиация в инфракрасный и ультрафиолетовый части спектра бесполезны для освещения. Световая эффективность источника зависит от того, насколько хорошо он преобразует энергию в электромагнитное излучение и насколько хорошо излучаемое излучение обнаруживается человеческим глазом.

Эффективность и действенность

Световую отдачу можно нормализовать по максимально возможной световой отдаче до безразмерный количество названо световая отдача. Различие между эффективность и эффективность не всегда тщательно поддерживается в опубликованных источниках, поэтому нередко можно увидеть «эффективность», выраженную в люменах на ватт, или «эффективность», выраженную в процентах.

Световая отдача излучения

Объяснение

В реакция типичного человеческого глаза на свет, как это стандартизовано CIE в 1924 году. По горизонтальной оси отложена длина волны в нм.

Длины волн света за пределами видимый спектр бесполезны для освещения, потому что они не видны человеческий глаз. Более того, глаз больше реагирует на световые волны одних длин, чем на другие, даже в видимом спектре. Эта реакция глаза представлена функция светимости. Это стандартизированная функция, которая представляет реакцию "типичного" глаза при ярком освещении (фотопическое зрение ). Можно также определить аналогичную кривую для нечетких условий (скопическое зрение ). Если ничего не указано, обычно предполагаются фотопические условия.

Световая эффективность излучения измеряет долю электромагнитной мощности, которая используется для освещения. Он получается путем деления световой поток посредством лучистый поток. Свет с длинами волн за пределами видимый спектр снижает светоотдачу, поскольку способствует лучистому потоку, в то время как световой поток такого света равен нулю. Длины волн вблизи пика отклика глаза вносят больший вклад, чем длины волн вблизи краев.

Фотопическая световая эффективность излучения имеет максимально возможное значение 683.002 лм / Вт, для случая монохроматического света на длине волны 555 нм (зеленый). Скотопическая световая эффективность излучения достигает максимума 1700 лм / Вт для монохроматического света на длине волны 507 нм.

Математическое определение

Световая отдача, обозначенный K, определяется как[6]

куда

Примеры

Фотопическое зрение

ТипСветовая отдача
излучения (лм / Вт)		Светящийся
эффективность[примечание 1]
Лампа накаливания вольфрамовая, типовая, 2800 К15[7]2%
Звезда класса М (Антарес, Бетельгейзе ), 3000 K304%
Черное тело, 4000 К, идеальный54.7[8]8%
Звезда класса G (солнце, Капелла ), 5800 K93[7]13.6%
Черное тело, 7000 К, идеально95[8]14%
Черное тело, 5800 K, усеченное до 400–700 нм (идеальный «белый» источник)[заметка 2]251[7][заметка 3][9]37%
Черное тело, 5800 K, усечено до ≥ 5% диапазона фотопической чувствительности[примечание 4]348[9]51%
Идеальный монохромный источник: 555 нм683.002[10]100%

Скотопическое видение

ТипСветовая отдача
излучения (лм / Вт)		Светящийся
эффективность[примечание 1]
Идеальный монохроматический источник 507 нм1699[11] или 1700[12]100%
Эффективность черного тела 1000-16000K.svg
Спектральное сияние из черное тело. Энергия за пределами видимая длина волны диапазон (~ 380–750 нм, показано серыми пунктирными линиями) снижает светоотдачу.

Эффективность освещения

Основная статья: Эффективность розетки

Источники искусственного света обычно оцениваются с точки зрения световой эффективности источника, также иногда называемого эффективность розетки. Это соотношение между общим световым потоком, излучаемым устройством, и общим количеством потребляемой им мощности (электрической и т. Д.). Световая отдача источника является мерой эффективности устройства с выходной мощностью, настроенной с учетом кривой спектрального отклика (функция яркости). Выраженное в безразмерной форме (например, как часть максимально возможной световой отдачи), это значение может называться световая отдача источника, общая световая отдача или же эффективность освещения.

Основное различие между световой эффективностью излучения и световой эффективностью источника заключается в том, что последний учитывает входящую энергию, которая теряется как высокая температура или иным образом выходит из источника как нечто иное, чем электромагнитное излучение. Световая эффективность излучения - это свойство излучения, испускаемого источником. Световая отдача источника - это свойство источника в целом.

Примеры

В следующей таблице перечислены световая отдача источника и эффективность для различных источников света. Обратите внимание, что все лампы, требующие электрический / электронный балласт если не указано иное (см. также напряжение), указаны без убытки для этого снижается общая эффективность.

КатегорияТипОбщий светящийся
эффективность (лм / Вт)		Общий светящийся
эффективность[примечание 1]
ГорениеГазовая мантия1–2[13]0.15–0.3%
Лампа накаливания15, 40, 100 W лампа накаливания вольфрама (230 В)8.0, 10.4, 13.8[14][15][16][17]1.2, 1.5, 2.0%
5, 40, 100 W лампа накаливания вольфрама (120 В)5, 12.6, 17.5[18]0.7, 1.8, 2.6%
Галогенная лампа накаливания100, 200, 500 W вольфрам-галогенный (230 В)16.7, 17.6, 19.8[19][17]2.4, 2.6, 2.9%
2.6 W вольфрам-галоген (5,2 В)19.2[20]2.8%
Галоген-ИК (120 В)17.7–24.5[21]2.6–3.5%
Вольфрам-кварцевый галоген (12–24 В)243.5%
Фотографические и проекционные лампы35[22]5.1%
СветодиодВЕЛ винтовая основа лампа (120 В)102[23][24][25]14.9%
5–16 Светодиодная лампа на винтовой цоколе W (230 V)75–120[26]11–18%
21.5 Модернизация W LED для люминесцентной лампы T8 (230 V)172[27]25%
Теоретический предел для белого светодиода со смешением цвета фосфоресценции260–300[28]38.1–43.9%
Дуговая лампаУгольная дуговая лампа2–7[29]0.29–1.0%
Ксеноновая дуговая лампа30–50[30][31]4.4–7.3%
Меркурий -ксенон дуговая лампа50–55[30]7.3–8%
Сверхвысокое давление (UHP) пары ртути дуговая лампа, свободная установка58–78[32]8.5–11.4%
Дуговая лампа на парах ртути сверхвысокого давления (СВД) с отражателем для проекторы30–50[33]4.4–7.3%
Флуоресцентный32 Трубка W T12 с магнитным балластом60[34]9%
9–32 W компактный флуоресцентный (с балластом)46–75[17][35][36]8–11.45%[37]
Трубка Т8 с электронным балластом80–100[34]12–15%
PL-S 11 W U-образная труба, без учета балластных потерь82[38]12%
Трубка Т570–104.2[39][40]10–15.63%
70–150 W система безэлектродного освещения с индуктивной связью71–84[41]10–12%
Сброс газа1400 W серная лампа100[42]15%
Металлогалогенная лампа65–115[43]9.5–17%
Натриевая лампа высокого давления85–150[17]12–22%
Натриевая лампа низкого давления100–200[17][44][45]15–29%
Панель плазменного дисплея2–10[46]0.3–1.5%
КатодолюминесценцияЭлектронно-стимулированная люминесценция30–110[47][48]15%
Идеальные источникиУсеченный черный корпус 5800 K[заметка 3]251[7]37%
Зеленый свет в 555 нм (максимально возможная световая отдача по определению)683.002[10]100%

Источники, которые зависят от теплового излучения твердой нити накала, например лампы накаливания, как правило, имеют низкую общую эффективность, потому что, как объяснил Дональд Л. Клипштейн, «идеальный тепловой излучатель наиболее эффективно излучает видимый свет при температуре около 6300 ° C (6600 K или 11500 ° F). Даже при такой высокой температуре много Излучение бывает инфракрасным или ультрафиолетовым, а теоретическая световая [эффективность] составляет 95 люмен на ватт. Ни одно вещество не является твердым и может использоваться в качестве нити накала лампочки при температурах, близких к этой. поверхность солнца не так уж и жарко ".[22] При температурах, когда вольфрам нить накала обычной лампочки остается твердой (ниже 3683 кельвина), большая часть ее излучения находится в инфракрасный.[22]

Единицы фотометрии СИ

SI фотометрические величины
КоличествоЕдиница измеренияИзмерениеПримечания
ИмяСимвол[nb 1]ИмяСимволСимвол[nb 2]
Световая энергияQv[№ 3]просвет второйlm ⋅sТ JСекунду просвета иногда называют талбот.
Световой поток, сила светаΦv[№ 3]просвет (= кандела стерадианы )lm (= cd⋅sr)JСветовая энергия в единицу времени
Интенсивность светаяvкандела (= люмен на стерадиан)CD (= лм / ср)JСветовой поток на единицу телесный угол
ЯркостьLvкандела на квадратный метркд / м2 (= лм / (ср⋅м2))L−2JСветовой поток на единицу телесного угла на единицу прогнозируемый исходная область. Канделу на квадратный метр иногда называют гнида.
ОсвещенностьEvлюкс (= люмен на квадратный метр)лк (= лм / м2)L−2JСветовой поток инцидент на поверхности
Световая отдача, световой потокMvлюмен на квадратный метрлм / м2L−2JСветовой поток испускается с поверхности
Световая экспозицияЧАСvлюкс второйлксL−2Т JИнтегрированная по времени освещенность
Плотность световой энергииωvлюмен-секунда на кубический метрлм⋅с / м3L−3Т J
Световая отдача (излучения)Kлюмен на ваттлм /WM−1L−2Т3JОтношение светового потока к лучистый поток
Световая отдача (источника)η[№ 3]люмен на ваттлм /WM−1L−2Т3JОтношение светового потока к потребляемой мощности
Световая отдача, световой коэффициентV1Световая отдача, нормализованная по максимально возможной световой отдаче
Смотрите также: SI  · Фотометрия  · Радиометрия
  1. ^ Организации по стандартизации рекомендуют обозначать фотометрические величины индексом «v» (от «визуального»), чтобы избежать путаницы с радиометрическими или фотон количества. Например: Стандартные буквенные символы США для светотехники USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967
  2. ^ Символы в этом столбце обозначают размеры; "L", "Т" и "J"обозначают длину, время и силу света соответственно, а не символы для единицы литр, тесла и джоуль.
  3. ^ а б c Иногда встречаются альтернативные символы: W для световой энергии, п или же F для светового потока, и ρ для световой отдачи источника.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б c Определен таким образом, чтобы максимально возможная световая эффективность соответствует светящемуся эффективность 100%.
  2. ^ Самый эффективный источник, имитирующий солнечный спектр в пределах зрительной чувствительности человека.
  3. ^ а б Интеграл усеченного Функция Планка раз фотопик функция светимости раз 683,002 лм / Вт.
  4. ^ Опускает часть спектра, где чувствительность глаза низкая (≤ 5% пика).

Рекомендации

  1. ^ Аллен Стимсон (1974). Фотометрия и радиометрия для инженеров. Нью-Йорк: Уайли и сын.
  2. ^ Франк Грум; Ричард Бехерер (1979). Измерения оптического излучения, Том 1. Нью-Йорк: Academic Press.
  3. ^ Роберт Бойд (1983). Радиометрия и обнаружение оптического излучения. Нью-Йорк: Уайли и сын.
  4. ^ Роджер А. Мессенджер; Джерри Вентр (2004). Инженерия фотоэлектрических систем (2-е изд.). CRC Press. п.123. ISBN  978-0-8493-1793-4.
  5. ^ Эрик Рейнхард; Эрум Ариф Хан; Ахмет Огуз Акьюз; Гарретт Джонсон (2008). Цветное изображение: основы и приложения. А. К. Петерс, ООО с.338. ISBN  978-1-56881-344-8.
  6. ^ «Световая отдача (излучения)». CIE. Получено 2016-06-07.
  7. ^ а б c d «Максимальная эффективность белого света» (PDF). Получено 2011-07-31.
  8. ^ а б Видимый спектр черного тела
  9. ^ а б Мерфи, Томас В. (2012). «Максимальная спектральная светоотдача белого света». Журнал прикладной физики. 111 (10): 104909–104909–6. arXiv:1309.7039. Bibcode:2012JAP ... 111j4909M. Дои:10.1063/1.4721897. S2CID  6543030.
  10. ^ а б «Заявление BIPM: Информация для пользователей о предлагаемой редакции SI» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала 21 января 2018 г.. Получено 5 мая 2018.
  11. ^ Кохеи Нарисада; Duco Schreuder (2004). Справочник по световому загрязнению. Springer. ISBN  1-4020-2665-X.
  12. ^ Казимер ДеКузатис (1998). Справочник по прикладной фотометрии. Springer. ISBN  1-56396-416-3.
  13. ^ Вестермайер, Ф. В. (1920). «Последние изменения в газовом уличном освещении». Американский город. Нью-Йорк: Civic Press. 22 (5): 490.
  14. ^ «Philips Classictone Standard 15 Вт, прозрачный».
  15. ^ «Philips Classictone Standard 40 Вт, прозрачный».
  16. ^ "Лампы: Gluehbirne.ch: Стандартные лампы Philips (на немецком языке)". Bulbs.ch. Получено 2013-05-17.
  17. ^ а б c d е Каталог продукции Philips (Немецкий)
  18. ^ Киф, Т.Дж. (2007). «Природа света». Архивировано из оригинал на 2012-01-18. Получено 2016-04-15.
  19. ^ «Осрам галоген» (PDF). osram.de (на немецком). Архивировано из оригинал (PDF) 7 ноября 2007 г.. Получено 2008-01-28.
  20. ^ "Osram 6406330 Miniwatt-Halogen 5.2V". Bulbtronics.com. Архивировано из оригинал на 2016-02-13. Получено 2013-04-16.
  21. ^ «GE Lighting HIR Plus Halogen PAR38s» (PDF). ge.com. Получено 2017-11-01.
  22. ^ а б c Клипштейн, Дональд Л. (1996). "Великая Интернет-книга о лампочках, часть I". Архивировано из оригинал на 2001-09-09. Получено 2006-04-16.
  23. ^ "Светодиодная лампа Toshiba E-CORE". item.rakuten.com. Получено 2013-05-17.
  24. ^ "Светодиодная лампа Toshiba E-CORE LDA5N-E17". Архивировано из оригинал 19 июля 2011 г.
  25. ^ Toshiba выпустит светодиодную лампу 93 лм / Вт Ledrevie
  26. ^ "Philips - светодиодные лампы". Получено 2020-03-14.
  27. ^ "MAS LEDtube 1500mm UE 21.5W 840 T8". Получено 2018-01-10.
  28. ^ Белые светодиоды со сверхвысокой светоотдачей Physorg.com
  29. ^ «Дуговые лампы». Технический центр Эдисона. Получено 2015-08-20.
  30. ^ а б «Техническая информация о лампах» (PDF). Оптические строительные блоки. Получено 2010-05-01. Обратите внимание, что значение 150 лм / Вт для ксеноновых ламп является опечаткой. На странице есть другая полезная информация.
  31. ^ Каталог ламп и балластов OSRAM Sylvania. 2007.
  32. ^ СТАТЬЯ ДЛЯ ОБЗОРА: Лампы UHP для проекционных приложений[постоянная мертвая ссылка ] Журнал физики D: Прикладная физика
  33. ^ OSRAM P-VIP ПРОЕКТОРНЫЕ ЛАМПЫ Osram
  34. ^ а б Федеральная программа энергоменеджмента (декабрь 2000 г.). «Как купить энергоэффективную люминесцентную лампу». Министерство энергетики США. Архивировано из оригинал на 2007-07-02. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  35. ^ "КЛЛ с низким содержанием ртути". Energy Federation Incorporated. Архивировано из оригинал 13 октября 2008 г.. Получено 2008-12-23.
  36. ^ «Обычные КЛЛ». Energy Federation Incorporated. Архивировано из оригинал 14 октября 2008 г.. Получено 2008-12-23.
  37. ^ «Глобальные луковицы». 1000Bulbs.com. Получено 2010-02-20.|
  38. ^ Филлипс. "Филлипс Мастер". Получено 2010-12-21.
  39. ^ Департамент окружающей среды, воды, наследия и искусства, Австралия. «Маркировка энергоэффективности - лампы». Архивировано из оригинал 23 июля 2008 г.. Получено 2008-08-14.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  40. ^ "BulbAmerica.com". Bulbamerica.com. Архивировано из оригинал 1 декабря 2012 г.. Получено 2010-02-20.
  41. ^ СИЛЬВАНИЯ. «Руководство по проектированию Sylvania Icetron Quicktronic» (PDF). Получено 2015-06-10.
  42. ^ "Серная лампа 1000 Вт готова". Информационный бюллетень IAEEL (1). IAEEL. 1996. Архивировано с оригинал 18 августа 2003 г.
  43. ^ «Преимущество галогенидов металлов». Венчурное освещение. 2007. Архивировано с оригинал на 2012-02-17. Получено 2008-08-10.
  44. ^ «Светодиод или неон? Научное сравнение».
  45. ^ «Почему молния окрашена? (Газовое возбуждение)». webexhibits.org.
  46. ^ «Будущее плазменных телевизоров выглядит ярким» (PDF). Panasonic. 2007 г.. Получено 2013-02-10.
  47. ^ «Технология TV-Tube создает эффективную лампочку». OSA. 2019 г.. Получено 2020-09-12.
  48. ^ Шешин, Евгений П .; Колодяжный, Артем Ю.; Чадаев Николай Н .; Гетман Александр Олегович; Данилкин, Михаил И .; Озол, Дмитрий Иванович (2019). «Прототип катодолюминесцентной лампы для общего освещения с автоэмиссионным катодом из углеродного волокна». Журнал вакуумной науки и технологий B. AVS. 37 (3): 031213. Дои:10.1116/1.5070108. Получено 2020-09-12.

внешняя ссылка