Candela, Lumen, Lux: as equações
A luz é medida com técnicas diferentes, e, portanto, há um punhado de relacionados, mas diferentes, unidades de medidas. Este artigo apresenta uma visão geral das medidas mais utilizadas e apresenta
algumas equações para conversão de uma medida para outra. Por conveniência, a
tabela com as calculadoras de conversão está na parte inferior desta página.
A radiação óptica cobre um amplo espectro, incluindo a luz infravermelha e ultravioleta. Por uma questão de brevidade, este artigo foca
visível luz (o campo de fotometria).
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Candela
A candela (cd unidade) tem sua origem no brilho de uma "vela padrão", mas recebeu uma definição mais precisa no Sistema Internacional de Unidades (SI) -e, nesse momento a unidade também foi renomeado de "vela" para "candela".
A candela mede a quantidade de luz emitida no intervalo de um (tridimensional) extensão angular. Uma vez que a intensidade luminosa é descrito em termos de um ângulo, a distância em que se mede essa intensidade é irrelevante. Para facilidade de ilustração, na foto à direita das três dimensões foram achatados para dois. Nesta imagem, a tela B iria pegar exatamente a mesma quantidade de raios de luz (emitida a partir da fonte de luz) como tela A -Desde que a tela A foram removidos para não obscurecer a tela B. Isto porque tela B abrange o mesmo ângulo que a tela A .
A extensão angular para candela é expressa em steradian, uma medida sem unidade (como Radian para ângulos em um espaço bidimensional). Uma sterradiano sobre uma esfera com um raio de um metro proporciona uma superfície de um m
2 . A Medidas esfera completa
4 π esterradianos.
Lúmen
Se você olhar para LEDs, especialmente LEDs de alto brilho, você pode perceber que os LEDs com uma intensidade luminosa elevada (em candela ou mili-candela, mcd) normalmente têm uma estreita
ângulo do ápice . Da mesma forma, LEDs com uma grande
ângulo do ápice normalmente têm uma relativamente baixa intensidade luminosa. O mesmo é verdadeiro para os pontos de halogéneo com reflector: aqueles com um refletor de feixe estreito ter uma classificação mais elevada em candela do que os "holofote" pontos de mesma potência.
A causa para essa relação é a energia total produzida pelo LED. LEDs de uma classe específica (por exemplo, "alto fluxo") todos produzem aproximadamente a mesma quantidade de energia luminosa.No entanto, quando um LED emite a sua energia total num feixe com um ângulo estreito, a será maior intensidade (no sentido de que o ângulo) do que quando a mesma energia tinha sido emitido ao longo de um ângulo de largura.
O lúmen (lm unidade) dá o fluxo luminoso total de uma fonte de luz, multiplicando a intensidade (em candelas) pela extensão angular sobre a qual a luz é emitida. Com o símboloΦv para lúmen, Euvpara candela e Ω para o intervalo angular em steradian, a relação é:
Φv= Euv⋅ Ê
Se uma fonte de luz é isotrópica (significado: uniforme em todas as direcções),
Φv= 4 π Euv. Isso ocorre porque uma esfera medidas
4 π esterradianos. Consulte o tópico sobre
ângulos ápice para obter a extensão angular tridimensional
Ω a partir de um ângulo de abertura.
Como um quadro de referência, uma luz 120V / 60W lâmpada normal é avaliado em 850 lm, e o equivalente 230V / 60W lâmpada é avaliado em 700 lm. A baixa tensão (12V) de tungstênio lâmpada halógena de 20W dá cerca de 310 lm.
Lux
Lux (unidade lx) é uma medida da iluminação de uma superfície. Medidores de luz muitas vezes mensurar valores lux (ou footcandles, mas estes são diretamente relacionados: um footcandle é 10.764 lux). Formalmente, lux é uma unidade derivada da luz, que é uma unidade derivada de candela. No entanto, o conceito de lux é mais facilmente comparado a candela do que lúmen.
A diferença entre lux e candela é lux que mede a iluminação de uma superfície, em vez de o de um ângulo. O resultado líquido é que a distância da superfície que a fonte de luz torna-se um factor importante: quanto mais distante, que a superfície é a partir da fonte de luz, a menos que vai ser iluminado por ela. Na foto à direita, a tela A tem o mesmo tamanho de tela B.
Um steradian em uma esfera com um diâmetro de um metro dá uma superfície de um m 2 (veja a seção sobre candela). A partir disto, segue-se que a uma distância de 1 metro de medição, os valores para candela (lúmen) e por sterradiano lux (lúmen por m 2 ) são os mesmos. Em geral, as medições em lux pode ser convertido para e a partir de candelas se a distância de medição é conhecido. Note-se que quando se mede LEDs, a origem virtual da fonte de luz encontra-se a alguns milímetros para trás do ponto de origem física por causa da lente do LED -este se torna relevante quando se mede LEDs a uma curta distância.
Luminância
A luminância é uma medida para a quantidade de luz emitida a partir de uma superfície (em um sentido particular). A medida de luminância é o mais apropriado para superfícies planas difusas que emitem luz uniformemente sobre toda a superfície, como um (computador) display. A luminância é uma medida derivada, expressa em Candela por metro quadrado (c d/ m2). Um apelido para a unidadec d/ m2 (Não oficial, mas ainda comumente usado) é "Nit".
Luminância e iluminação ("Lux") estão relacionados, no sentido de que a luminância é normalmente usado para superfícies e iluminação emissores de luz para superfícies que estão sendo iluminados .Assumindo uma difusa perfeita superfície refletora, você pode multiplicar a medida em "Nits" porπpara obter o valor equivalente em Lux. Isto é, comLv para luminância e Ev para Lux:
Ev= Lv⋅ ¸
Tal como acontece com Lux, existem várias unidades mais velhas para a luminância, dos quais o pé-lambert é provavelmente o mais comum (por causa da sua relação de 1 para 1 com a footcandle sobre uma superfície reflectora de lambertiana). Estas unidades mais antigas são facilmente convertidos em candelas por metro quadrado, multiplicando-os com um fator de escala. Para pé-Lambert, o fator escala é 3.425.
Ângulo Apex
Pois a luz e as medidas candela estão relacionados através do ângulo de visão (ou
ângulo do ápice ), é útil saber como este ângulo é definido.
Uma mede o ângulo entre o eixo em que a fonte de luz emite o seu maior intensidade luminosa e o eixo em que a intensidade é reduzida para 50%. Na foto à direita, este ângulo é denotada comθ. O ângulo do vértice é o dobro ângulo (significando2 θ).
Observa-se que a redução de intensidade de 50% é baseada numa escala linear, mas que a percepção de brilho é
não linear. A CIE padronizou a relação entre a intensidade luminosa e brilho percebido como uma raiz cúbica; outras fontes afirmam que a raiz quadrada melhor aproxima essa relação. Veja também a página na
métrica cor .
A extensão angular tridimensional para um ângulo do vértice, usando Ω para o intervalo angular (em sterradiano) e 2 θ para o ângulo no vértice, é:
Ω = 2 π( 1 - cos 2 θ2)
Eficiência da iluminação
Existem amplas formas para iluminar uma superfície ou um quarto: lâmpadas incandescentes, lâmpadas fluorescentes, LEDs, lâmpadas de tungstênio-halogênio, folhas eletroluminescentes, e outros.Estes são muitas vezes comparados em sua eficiência de transformar energia elétrica em energia luminosa.
O nome oficial para a eficiência da iluminação é "eficácia luminosa de uma fonte". Isso não deve ser confundida com a "eficácia luminosa da radiação", que ignora perdas devido à geração de calor e outros (e, portanto, apresenta valores significativamente mais elevados). A eficiência da iluminação é medida em lm / W (lúmen por watt).
A eficiência de iluminação é geralmente expressa como uma percentagem, com base no valor teórico máximo de eficiência de iluminação de 683,002 lm / W (comprimento de onda de 555 nm). Por exemplo, no momento da redação deste artigo, um branco 1 Watt "lumiled" pode atingir uma eficiência de mais de 100 lm / W, dando uma eficiência de 15%. Enquanto isto pode parecer baixo, os LEDs são realmente muito eficiente em comparação com outros métodos de iluminação.
Equações
As equações nesta seções são dadas sem maiores explicações ou derivação. Para mais detalhes, consulte a literatura técnica, ou
Wikipedia
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