Wat is de helderheid van een lichtbron en de helderheid van een reflecterend oppervlak

Om de verlichting van verschillende oppervlakken te berekenen, is het soms erg handig om lichtbronnen als puntbronnen te beschouwen. Maar in werkelijkheid zijn er geen puntbronnen van licht, ze hebben altijd een bepaalde grootte en hun eigen vorm. Een lamp, een kroonluchter, een staande lamp, een zoeklicht, enz. Zijn echt, dat wil zeggen geen puntbronnen van licht die niet alleen kunnen worden gekenmerkt door de kracht van het licht.

Als we bijvoorbeeld een lichtgevende bal in de verte beschouwen, en deze vergelijken met een andere lichtgevende bal, met exact dezelfde lichtintensiteit, maar met een andere diameter, blijkt dat hoewel de ballen dezelfde verlichting op gelijke afstanden creëren, toch voor de waarnemer ze zien er anders uit: een bal met een kleinere diameter ziet er helderder uit dan een grotere bal.

De reden voor dit fenomeen is dat, hoewel de lichtsterkte van de ballen hetzelfde is, de ene een groter stralend oppervlak heeft en de andere een kleinere. Dit betekent dat de kracht van het licht dat wordt uitgestraald door een eenheidsgebied niet hetzelfde is voor deze bronnen, en deze parameter is duidelijk groter voor een kleine bal.

Maar zelfs als we een soort lichtbron vanaf een bepaalde afstand beginnen te overwegen, dan zal het voor ons niet zozeer het werkelijke gebied van het lichtemitterende oppervlak uitmaken, maar het zichtbare gebied, dat wil zeggen de grootte in projectie op het observatievlak loodrecht op de richting van onze blik.

Om een ​​waarnemer een echte lichtbron met afmetingen en vorm volledig te laten karakteriseren, moet hij dus zowel de lichtintensiteit van de bron als de grootte van de lichtintensiteit per oppervlakte-eenheid van het zichtbare oppervlak van de bron kennen.

Deze verhouding wordt de helderheid L van de bron van de set genoemd en als de lichtintensiteit gelijk is aan I en het zichtbare gebied gelijk is aan s, dan is de helderheid van de lichtbron gelijk (de lichtintensiteit kan hier worden beschreven door de lichtstroom en de vaste hoek, dan is de helderheid gelijk aan de lichtstroom die wordt uitgezonden door oppervlakte van het zichtbare oppervlak van de lichtbron binnen een vaste hoek van de eenheid):

In lichtbronnen is de helderheid van hun verschillende secties anders: in een fluorescentielamp zijn de randen van de lamp donkerder en is de kaarsvlam helderder in de halo rond de pit, enz. De helderheid hangt ook sterk af van welke kant we naar de bron kijken.

Als u bijvoorbeeld toevallig naar de lasboog kijkt, zal deze in de richting loodrecht op de ontlading helderder blijken te zijn dan wanneer u vanaf de zijkant naar dezelfde boog kijkt. Dat wil zeggen, helderheid karakteriseert het oppervlak dat licht uitzendt in een geselecteerde, strikt gedefinieerde richting. Dit is een zeer belangrijke eigenschap, omdat het onze helderheid is die reageert op de helderheid (lichtsterkte per oppervlakte-eenheid) en niet op de lichtsterkte op zich.

De lichtsterkte wordt gemeten in candela, respectievelijk de helderheid - in candela per vierkante meter. Eén candela per vierkante meter heeft een zodanige helderheid dat een lichtvlak bezit, dat licht van elke vierkante meter afgeeft met een kracht van 1 candela (Cd) in de richting loodrecht op het vlak. Hier zijn bijvoorbeeld de geschatte helderheden van enkele veel voorkomende lichtbronnen:

Door op onze ogen in te werken, kunnen lichtbronnen gevaarlijk zijn. Als de helderheid hoger is dan 160.000 candela per vierkante meter, veroorzaakt dit pijn in het oog. Om de schadelijke effecten van fel licht te voorkomen, heeft de mensheid verschillende trucs geleerd.

De gloeilampen van krachtige gloeilampen zijn ondoorzichtig en groot van formaat om het licht te verspreiden, zodat het niet wordt uitgezonden vanuit een klein gedeelte van de gloeidraad, maar vanuit een groot oppervlak van de lamp of de kap. De helderheid wordt dus gereduceerd tot veilig voor de ogen en de verlichting blijft vrijwel volledig ongewijzigd.

Als we het hebben over reflecterende oppervlakken, zoals geverfde muren, projectieschermen, decoratieve producten, enz., Vertonen ze diffuse reflecterende eigenschappen met betrekking tot de lichtbron. Dit betekent dat ze het op hen invallende licht gedeeltelijk reflecteren, en nu fungeren ze zelf als lichtbronnen van gemiddelde helderheid, maar van een enorm gebied.

Dit speelt in onze handen, omdat standaard lichtbronnen (lamp, lamp, kaars, kroonluchter, lantaarn) een aanzienlijke helderheid hebben, maar een klein oppervlak. Ondertussen zal het verlichte oppervlak een evenredige helderheid hebben blootstelling aan licht E, want hoe groter de lichtstroom op het reflecterende oppervlak, hoe hoger de helderheid.

En de helderheid van dit oppervlak zal evenredig zijn met zijn albedo r (van lat. Albus - wit) - het kenmerk van de diffuse reflectiviteit van het oppervlak. Hoe groter het albedo r, dat wil zeggen, het grootste deel van de invallende lichtstroom die door het oppervlak wordt verspreid, hoe groter de helderheid van een dergelijk oppervlak.

Dus de helderheid van het verlichte oppervlak is evenredig met het product van albedo en verlichting, en in verschillende richtingen zal de helderheid anders zijn - afhankelijk van het verstrooiingspatroon van het verlichte oppervlak.

Als het oppervlak het invallende licht gelijkmatig verstrooit, wordt de helderheid in elke richting vrij eenvoudig berekend. Als het spreidingsdiagram complex is, wordt het berekenen van de helderheid een nogal gecompliceerde taak.

Voor uniforme verspreiding is het voldoende om de formule (verlichting - in lux, helderheid - candela per vierkante meter) te gebruiken:

Stel dat er een projectiescherm met een albedo van 0,8 is en de verlichting 60 lux is, dan is de helderheid 0,8 * 60 / 3,14 = 15,3 candela per vierkante meter. Hier zijn voorbeelden van veel voorkomende oppervlakken en hun helderheid:

Zie ook bij ons:

Soorten elektrische lampen - die beter zijn en wat is het verschil

Lichtefficiëntie van verschillende soorten lampen

Hoe een LED-lamp op vermogen te kiezen