Световая эффективность
Мера того, насколько хорошо источник света производит видимый свет.
Световая эффективность
Общие символы
К
единица СИлм⋅Вт −1
В основных единицах СИкд⋅с 3 ⋅кг −1 ⋅м −2
Измерение Дж. Т 3 М − 1 Л − 2 {\displaystyle {\mathsf {J}}{\mathsf {T}}^{3}{\mathsf {M}}^{-1}{\mathsf {L}}^{-2}}

Световая эффективность — это мера того, насколько хорошо источник света производит видимый свет. Это отношение светового потока к мощности , измеряемое в люменах на ватт в Международной системе единиц (СИ). В зависимости от контекста мощность может быть либо потоком излучения источника, либо полной мощностью (электрической, химической или другой), потребляемой источником. [1] [2] [3] Какой смысл термина подразумевается, обычно следует выводить из контекста, и иногда неясно. Первый смысл иногда называют световой эффективностью излучения , [4] а второй — световой эффективностью источника света [5] или общей световой эффективностью . [6] [7]

Не все длины волн света одинаково видны или одинаково эффективны для стимуляции человеческого зрения из-за спектральной чувствительности человеческого глаза ; излучение в инфракрасной и ультрафиолетовой частях спектра бесполезно для освещения. Световая эффективность источника является произведением того, насколько хорошо он преобразует энергию в электромагнитное излучение, и насколько хорошо испускаемое излучение обнаруживается человеческим глазом.

Эффективность и результативность

Световая эффективность может быть нормализована максимально возможной световой эффективностью до безразмерной величины, называемой световой эффективностью . Различие между эффективностью и производительностью не всегда тщательно соблюдается в опубликованных источниках, поэтому нередко можно увидеть «эффективность», выраженную в люменах на ватт, или «эффективность», выраженную в процентах.

Световая эффективность излучения

По определению, свет за пределами видимого спектра не может быть увиден стандартной системой зрения человека и, следовательно, не влияет на светоотдачу и даже может ее снижать.

Объяснение

Типичная реакция человеческого зрения на свет в дневное время или при ярком освещении, стандартизированная CIE в 1924 году. Горизонтальная ось — длина волны в нанометрах. [8]

Световая эффективность излучения измеряет долю электромагнитной мощности, которая полезна для освещения. Она получается путем деления светового потока на лучистый поток . [4] Длины волн света за пределами видимого спектра снижают световую эффективность, поскольку они вносят вклад в лучистый поток, в то время как световой поток такого света равен нулю. Длины волн вблизи пика реакции глаза вносят больший вклад, чем те, что находятся вблизи краев.

Длины волн света за пределами видимого спектра не подходят для общего освещения [примечание 1] . Кроме того, человеческое зрение реагирует на некоторые длины волн света сильнее, чем на другие. Эта реакция глаза представлена ​​функцией световой эффективности . Это стандартизированная функция, представляющая фотопическое зрение , которая моделирует реакцию колбочек глаза , которые активны в типичных условиях дневного света. Отдельная кривая может быть определена для темных/ночных условий, моделируя реакцию палочек без колбочек, известную как скотопическое зрение . ( Мезопическое зрение описывает переходную зону в условиях тусклого освещения между фотопическим и скотопическим, где активны как колбочки, так и палочки.)

Фотопическая световая эффективность излучения имеет максимально возможное значение 683,002 лм/Вт для случая монохроматического света с длиной волны 555 нм.  . [примечание 2] Скотопическая световая эффективность излучения достигает максимума 1700 лм/Вт для монохроматического света на длине волны 507 нм . [примечание 3]

Математическое определение

Световая эффективность (излучения) , обозначаемая K , определяется как [4]

К = Ф в Ф е = ∫ 0 ∞ К ( λ ) Ф е , λ г λ ∫ 0 ∞ Ф е , λ г λ , {\displaystyle K={\frac {\Phi _{\mathrm {v} }}{\Phi _{\mathrm {e} }}}={\frac {\int _{0}^{\infty }K (\lambda )\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }\,\mathrm {d} \lambda }{\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\ лямбда }\,\mathrm {d} \lambda }},}

где

Примеры

Фотопическое зрение

ТипСветовая эффективность
излучения (лм/Вт)		Светоотдача [примечание 4
]
Вольфрамовая лампа, обычная, 2800 К15 [9]2%
Звезда класса М ( Антарес , Бетельгейзе ), 3300  К304%
Абсолютно черное тело , 4000 К, идеально54,7 [примечание 5]8%
Звезда класса G ( Солнце , Капелла ), 5800  К93 [9]13,6%
Абсолютно черное тело, 7000 К, идеальное95 [примечание 5]14%
Черное тело, 5800 К, усеченное до 400–700 нм (идеальный «белый» источник) [примечание 6]251 [9] [примечание 7] [10]37%
Абсолютно черное тело, 5800 К, усеченный до ≥ 2% диапазона фотопической чувствительности [примечание 8]292 [10]43%
Абсолютно черное тело, 2800 К, усеченный до ≥ 2% диапазона фотопической чувствительности [примечание 8]299 [10]44%
Абсолютно черное тело, 2800 К, усеченный до ≥ 5% диапазона фотопической чувствительности [примечание 9]343 [10]50%
Абсолютно черное тело, 5800 К, усеченный до ≥ 5% диапазона фотопической чувствительности [примечание 9]348 [10]51%
Монохроматический источник в540 ТГц683 (точно)99,9997%
Идеальный монохроматический источник:555 нм (в воздухе)683.002 [11]100%

Скотопическое зрение

ТипСветовая эффективность

излучения (лм/Вт)

Светящийся

эффективность [примечание 4]

Идеальный монохроматический источник 507 нм1699 [12] или 1700 [13]100%
Спектральное излучение абсолютно черного тела . Энергия за пределами видимого диапазона длин волн (~380–750  нм, показано серыми пунктирными линиями) снижает световую эффективность.

Эффективность освещения

Искусственные источники света обычно оцениваются с точки зрения световой эффективности источника, также иногда называемой эффективностью настенной розетки . Это отношение между общим световым потоком, излучаемым устройством, и общим количеством потребляемой им входной мощности (электрической и т. д.). Световая эффективность источника является мерой эффективности устройства с выходом, скорректированным с учетом спектральной кривой отклика (функции светимости). При выражении в безразмерной форме (например, как доля максимально возможной световой эффективности) эта величина может называться световой эффективностью источника , общей световой эффективностью или эффективностью освещения .

Главное различие между световой эффективностью излучения и световой эффективностью источника заключается в том, что последняя учитывает входную энергию, которая теряется в виде тепла или иным образом выходит из источника как нечто иное, чем электромагнитное излучение. Световая эффективность излучения является свойством излучения, испускаемого источником. Световая эффективность источника является свойством источника в целом.

Примеры

В следующей таблице перечислены световая эффективность источника и эффективность для различных источников света. Обратите внимание, что все лампы, требующие электрического/электронного балласта , если не указано иное (см. также напряжение), указаны без потерь для этого, что снижает общую эффективность.

КатегорияТипОбщая световая
отдача (лм/Вт)		Общая световая
эффективность [примечание 4]
СгораниеГазовая мантия1–2 [14]0,15–0,3%
Лампа накаливания15, 40, 100  Вт вольфрамовая лампа накаливания (230 В)8,0, 10,4, 13,8 [15] [16] [17] [18]1.2, 1.5, 2.0%
5, 40, 100  Вт вольфрамовая лампа накаливания (120 В)5.0, 12.6, 17.5 [19]0,7, 1,8, 2,6%
Галогенные лампы накаливанияВольфрам-галогенные лампы мощностью 100, 200, 500  Вт (230 В)16.7, 17.6, 19.8 [20] [18]2.4, 2.6, 2.9%
Вольфрам-галогенная лампа мощностью 2,6  Вт (5,2 В)19.2 [21]2.8%
Галоген-ИК (120 В)17,7–24,5 [22]2,6–3,5%
Вольфрамовый кварц-галогенный (12–24 В)243,5%
Фотографические и проекционные лампы35 [23]5.1%
СветодиодСветодиодная лампа с винтовым цоколем (120 В)102 [24] [25] [26]14,9%
 Светодиодная лампа с винтовым цоколем мощностью 5–16 Вт (230 В)75–217 [27] [28] [29] [30]11–32%
Светодиодная модернизация 21,5  Вт для люминесцентной лампы T8 (230  В)172 [31]25%
Теоретический предел для белого светодиода со смешиванием цветов фосфоресценции260–300 [32]38,1–43,9%
Дуговая лампаУгольная дуговая лампа2–7 [33]0,29–1,0%
Ксеноновая дуговая лампа30–90 [34] [35] [36]4,4–13,5%
Ртутно - ксеноновая дуговая лампа50–55 [34]7,3–8%
Ртутная дуговая лампа сверхвысокого давления (UHP) , свободно устанавливаемая58–78 [37]8,5–11,4%
Ртутная дуговая лампа сверхвысокого давления (UHP) с отражателем для проекторов30–50 [38]4,4–7,3%
ФлуоресцентныйЛампа T12 мощностью 32  Вт с магнитным балластом60 [39]9%
Компактная люминесцентная лампа 9–32  Вт (с балластом)46–75 [18] [40] [41]8–11,45% [42]
Лампа Т8 с электронным балластом80–100 [39]12–15%
PL-S 11  Вт U-образная трубка, без учета потерь балласта82 [43]12%
трубка Т570–104,2 [44] [45]10–15,63%
 Индуктивно-связанная безэлектродная система освещения мощностью 70–150 Вт71–84 [46]10–12%
Газовый разрядСерная лампа 1400  Вт100 [47]15%
Металлогалогенная лампа65–115 [48]9,5–17%
Натриевая лампа высокого давления85–150 [18]12–22%
Натриевая лампа низкого давления100–200 [18] [49] [50] [51]15–29%
Плазменная панель2–10 [52]0,3–1,5%
КатодолюминесценцияЭлектронно-стимулированная люминесценция30–110 [53] [54]15%
Идеальные источникиУсеченное черное тело 5800 К [примечание 7]251 [9]37%
Зеленый свет на555 нм (максимально возможная световая эффективность по определению)683.002 [11] [55]100%

Источники, зависящие от теплового излучения твердой нити накаливания, такие как лампы накаливания , как правило, имеют низкую общую эффективность, поскольку, как объяснил Дональд Л. Клипштейн, «идеальный тепловой излучатель производит видимый свет наиболее эффективно при температурах около 6300 °C (6600 K или 11 500 °F). Даже при этой высокой температуре большая часть излучения является либо инфракрасной, либо ультрафиолетовой, а теоретическая световая [эффективность] составляет 95 люмен на ватт. Ни одно вещество не является твердым и пригодным для использования в качестве нити накаливания лампочки при температурах, близких к этой. Поверхность солнца не настолько горячая». [23] При температурах, когда вольфрамовая нить обычной лампочки остается твердой (ниже 3683 кельвина), большая часть ее излучения находится в инфракрасном диапазоне . [23]

Единицы фотометрии СИ

SI фотометрические величины
КоличествоЕдиницаРазмер
[кол-во 1]		Примечания
ИмяСимвол [№ 2]ИмяСимвол
Световая энергияQ v [число 3]люмен второйлм ⋅сТ ⋅ ДжЛюмен-секунду иногда называют тальботом .
Световой поток , световая мощностьΦ v [кол-во 3]люмен (= кандела стерадиан )лм (= кд⋅ср)Дж.Световая энергия в единицу времени
Сила светаЯ вкандела (= люмен на стерадиан)кд (= лм/ср)Дж.Световой поток на единицу телесного угла
ЯркостьЛ вкандела на квадратный метркд/м 2 (= лм/(ср⋅м 2 ))Л −2 ⋅ ДжСветовой поток на единицу телесного угла на единицу проецируемой площади источника. Кандела на квадратный метр иногда называется нит .
ОсвещенностьЭ влюкс (= люмен на квадратный метр)лк (= лм/м 2 )Л −2 ⋅ ДжСветовой поток, падающий на поверхность
Световой поток , световое излучениеМ влюмен на квадратный метрлм/м 2Л −2 ⋅ ДжСветовой поток, излучаемый поверхностью
Световое воздействиеН влюкс секундалк⋅сЛ −2 ⋅ Т ⋅ ДжИнтегральная по времени освещенность
Плотность световой энергииω vлюмен-секунда на кубический метрлм⋅с/м 3Л −3 ⋅ Т ⋅ Дж
Световая эффективность (излучения)Клюмен на ваттлм/ ВтМ −1 ⋅ Л −2 ⋅ Т 3 ⋅ ДжОтношение светового потока к лучистому потоку
Световая отдача (источника)η [число 3]люмен на ваттлм/ ВтМ −1 ⋅ Л −2 ⋅ Т 3 ⋅ ДжСоотношение светового потока к потребляемой мощности
Светоотдача , световой коэффициентВ1Световая эффективность, нормированная по максимально возможной эффективности
Смотрите также:
  1. ^ Символы в этом столбце обозначают размеры : « L », « T » и « J » обозначают длину, время и силу света соответственно, а не символы для единиц литр, тесла и джоуль.
  2. ^ Организации по стандартизации рекомендуют обозначать фотометрические величины индексом "v" (для "визуальный"), чтобы избежать путаницы с радиометрическими или фотонными величинами. Например: Стандартные буквенные символы США для светотехники USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967
  3. ^ abc Иногда встречаются альтернативные символы: W для световой энергии, P или F для светового потока и ρ для световой эффективности источника.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Существуют особые случаи освещения, включающие длины волн света, которые находятся за пределами видимого человеком диапазона. Одним из примеров является ультрафиолетовый свет , который сам по себе невидим, но может возбуждать некоторые пигменты к флуоресценции, когда пигменты повторно излучают свет в видимый диапазон. Такие особые случаи не являются частью расчета световой эффективности.
  2. ^ Стандартное зрение обычно воспринимает 555 нм как оттенок желтовато-зеленого. , который можно эмулировать на дисплее sRGB с помощью значения цвета CSSrgb(120,255,0) или шестнадцатеричного значения #78ff00.
  3. ^ При стандартном фотопическом зрении 507 нм воспринимается как сине-зеленый оттенок, похожий на виридиевый.  Однако зрение, обеспечиваемое только палочками, не создает цветового ощущения в стандартной зрительной системе человека.
  4. ^ abc Определено таким образом, что максимально возможная световая эффективность соответствует световой эффективности 100%.
  5. ^ ab Видимый спектр черного тела
  6. ^ Самый эффективный источник, имитирующий солнечный спектр в пределах чувствительности человеческого зрения.
  7. ^ ab Интеграл усеченной функции Планка , умноженный на фотопическую функцию светимости, умноженную на 683,002 лм/Вт.
  8. ^ ab Исключает часть спектра, где чувствительность глаза очень низкая.
  9. ^ ab Исключает часть спектра, где чувствительность глаза низкая (≤ 5% от пика).

Ссылки

  1. ^ Аллен Стимсон (1974). Фотометрия и радиометрия для инженеров . Нью-Йорк: Wiley and Son. Bibcode :1974wi...book.....S.
  2. ^ Франк Грум; Ричард Бехерер (1979). Оптические радиационные измерения, т. 1. Нью-Йорк: Academic Press.
  3. ^ Роберт Бойд (1983). Радиометрия и обнаружение оптического излучения . Нью-Йорк: Wiley and Son.
  4. ^ abc Международная электротехническая комиссия (МЭК): Международный электротехнический словарь , ссылка 845-21-090, Световая эффективность излучения (для заданных фотометрических условий)
  5. ^ Международная электротехническая комиссия (МЭК): Международный электротехнический словарь , ссылка 845-21-089, Световая эффективность (источника света)
  6. ^ Роджер А. Мессенджер; Джерри Вентр (2004). Инженерия фотоэлектрических систем (2-е изд.). CRC Press. стр. 123. ISBN 978-0-8493-1793-4.
  7. ^ Эрик Рейнхард; Эрум Ариф Хан; Ахмет Огуз Акюз; Гаррет Джонсон (2008). Цветное изображение: основы и приложения . АК Петерс, ООО с. 338. ИСБН 978-1-56881-344-8.
  8. ^ ISO (2005). ISO 23539:2005 Фотометрия — Система физической фотометрии CIE (Отчет) . Получено 05.01.2022 .
  9. ^ abcd "Максимальная эффективность белого света" (PDF) . Получено 2011-07-31 .
  10. ^ abcde Murphy, Thomas W. (2012). «Максимальная спектральная световая эффективность белого света». Журнал прикладной физики . 111 (10): 104909–104909–6. arXiv : 1309.7039 . Bibcode : 2012JAP...111j4909M. doi : 10.1063/1.4721897. S2CID  6543030.
  11. ^ ab "Заявление BIPM: Информация для пользователей о предлагаемом пересмотре SI" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 21 января 2018 г. . Получено 5 мая 2018 г. .
  12. ^ Кохей Нарисада; Дуко Шрёдер (2004). Справочник по световому загрязнению . Springer. ISBN 1-4020-2665-X.
  13. ^ Казимер ДеКусатис (1998). Справочник по прикладной фотометрии . Springer. ISBN 1-56396-416-3.
  14. ^ Вестермайер, Ф. В. (1920). «Последние разработки в области газового уличного освещения». Американский город . 22 (5). Нью-Йорк: Civic Press: 490.
  15. ^ "Philips Classictone Standard 15 Вт прозрачный".
  16. ^ "Philips Classictone Standard 40 Вт прозрачный".
  17. ^ "Bulbs: Gluehbirne.ch: Стандартные лампы Philips (немецкий)". Bulbs.ch . Получено 2013-05-17 .
  18. ^ abcde Каталог продукции Philips [ нерабочая ссылка ] (немецкий)
  19. ^ Keefe, TJ (2007). "Природа света". Архивировано из оригинала 2012-01-18 . Получено 2016-04-15 .
  20. ^ "Osram halogen" (PDF) . osram.de (на немецком языке). Архивировано из оригинала (PDF) 7 ноября 2007 г. Получено 28.01.2008 г.
  21. ^ "Osram 6406330 Miniwatt-Halogen 5.2V". bulbtronics.com. Архивировано из оригинала 2016-02-13 . Получено 2013-04-16 .
  22. ^ "GE Lighting HIR Plus Halogen PAR38s" (PDF) . ge.com . Получено 2017-11-01 .
  23. ^ abc Klipstein, Donald L. (1996). "The Great Internet Light Bulb Book, Part I". Архивировано из оригинала 2001-09-09 . Получено 2006-04-16 .
  24. ^ "Toshiba E-CORE LED Lamp". item.rakuten.com . Получено 2013-05-17 .
  25. ^ "Toshiba E-CORE LED Lamp LDA5N-E17". Архивировано из оригинала 2011-07-19.
  26. ^ Toshiba выпустит светодиодную лампу Ledrevie с яркостью 93 лм/Вт
  27. ^ "Технический паспорт EGLO 110326" (PDF) . EGLO . Получено 2024-09-13 .
  28. ^ "Светодиодная лампа накаливания A60 / E27 / 5 Вт (75 Вт) / 1 060 лм / нейтральный белый EN | EMOS". en.b2b.emos.cz . Получено 2024-05-09 .
  29. ^ "Philips - Светодиодные лампы" . Получено 2020-03-14 .
  30. ^ "LED CLA 60W A60 E27 4000K CL EELA SRT4 | null". www.lighting.philips.co.uk . Получено 26.09.2021 .
  31. ^ "MAS LEDtube 1500mm UE 21.5W 840 T8" . Получено 2018-01-10 .
  32. ^ Zyga, Lisa (2010-08-31). «Белые светодиоды со сверхвысокой световой эффективностью могут удовлетворить все потребности общего освещения». Phys.org . Получено 17 ноября 2021 г. .
  33. ^ "Дуговые лампы". Edison Tech Center . Получено 20 августа 2015 г.
  34. ^ ab "Техническая информация о лампах" (PDF) . Оптические строительные блоки . Получено 2010-05-01 .Обратите внимание, что цифра 150 лм/Вт, указанная для ксеноновых ламп, по-видимому, является опечаткой. На странице содержится другая полезная информация.
  35. ^ Каталог ламп и балластов OSRAM Sylvania . 2007.
  36. ^ "XENARC ORIGINAL D1S | OSRAM Automotive". www.osram.com . Получено 30.09.2021 .
  37. ^ ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ: Системы ламп UHP для проекционных приложений [ постоянная неработающая ссылка ] Журнал физики D: Прикладная физика
  38. ^ OSRAM P-VIP ПРОЕКТОРНЫЕ ЛАМПЫ Osram
  39. ^ ab Федеральная программа управления энергетикой (декабрь 2000 г.). «Как купить энергосберегающую люминесцентную лампу». Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала 2007-07-02. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  40. ^ "Low Mercury CFLs". Energy Federation Incorporated. Архивировано из оригинала 13 октября 2008 г. Получено 23 декабря 2008 г.
  41. ^ "Обычные КЛЛ". Energy Federation Incorporated. Архивировано из оригинала 14 октября 2008 г. Получено 23 декабря 2008 г.
  42. ^ "Глобальные лампочки". 1000Bulbs.com . Получено 20.02.2010 .|
  43. ^ Филлипс. "Phillips Master" . Получено 21.12.2010 .
  44. ^ Департамент окружающей среды, водных ресурсов, наследия и искусств, Австралия. "Energy Labelling—Lamps". Архивировано из оригинала 23 июля 2008 года . Получено 2008-08-14 .{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  45. ^ "BulbAmerica.com". Bulbamerica.com . Архивировано из оригинала 1 декабря 2012 года . Получено 2010-02-20 .
  46. ^ SYLVANIA. "Руководство по проектированию Sylvania Icetron Quicktronic" (PDF) . Получено 10 июня 2015 г.
  47. ^ "1000-ваттная серная лампа уже готова". Информационный бюллетень IAEEL . № 1. IAEEL. 1996. Архивировано из оригинала 2003-08-18.
  48. ^ "The Metal Halide Advantage". Venture Lighting . 2007. Архивировано из оригинала 2012-02-15 . Получено 2008-08-10 .
  49. ^ «Светодиод или неон? Научное сравнение».
  50. ^ «Почему молния цветная? (газовые возбуждения)». webexhibits.org.
  51. ^ Хукер, Дж. Д. (1997). "Натриевая лампа низкого давления". Отчет конференции IEEE - Тезисы. 1997 IEEE Международная конференция по плазме . стр. 289. doi :10.1109/PLASMA.1997.605090. ISBN 0-7803-3990-8. S2CID  102792535.
  52. ^ "Будущее плазменных телевизоров выглядит светлым" (PDF) . Panasonic. 2007. Получено 10.02.2013 .
  53. ^ "Технология телевизионных трубок создает эффективную лампочку". OSA. 2019. Получено 12 сентября 2020 г.
  54. ^ Шешин, Евгений П.; Колодяжный, Артем Ю.; Чадаев, Николай Н.; Гетман, Александр О.; Данилкин, Михаил И.; Озол, Дмитрий И. (2019). "Прототип катодолюминесцентной лампы общего освещения с использованием карбонового полевого эмиссионного катода". Journal of Vacuum Science & Technology B . 37 (3). AVS: 031213. Bibcode :2019JVSTB..37c1213S. doi :10.1116/1.5070108. S2CID  155496503 . Получено 12.09.2020 .
  55. ^ Чоудхури, Асим Кумар Рой (2014). «Характеристики источников света: световая эффективность ламп». Принципы измерения цвета и внешнего вида: внешний вид объекта, восприятие цвета и инструментальные измерения . Том 1. Woodhead Publishing. стр. 41. doi :10.1533/9780857099242.1. ISBN 978-0-85709-229-8. Если лампа излучает все излучение на 555 нм (где V λ = 1), световая эффективность составит около 680 лм Вт −1 , что является теоретическим максимальным значением. Эффективность лампы составит 26 и 73 лм Вт −1 , когда весь свет излучается на 450 и 650 нм соответственно. Световой коэффициент — это световая эффективность, выраженная как значение от нуля до единицы, при этом единица соответствует эффективности 683 лм Вт −1 .
  • У Hyperphysics есть графики эффективности, которые не совсем соответствуют стандартному определению.
  • Энергосберегающие лампочки
  • Другая мощность
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Световая_эффективность&oldid=1245538553"