В чем измеряется световая отдача источника света

Световая отдача

Световая отдача источника света — отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности [1] . В Международной системе единиц (СИ) измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Является показателем эффективности и экономичности источников света.

Выражение для световой отдачи имеет вид:

$\eta=\frac<\Phi_v>,» width=»» height=»» /> где <img decoding=$ — световой поток, излучаемый источником, а — потребляемая им мощность.

Введя в рассмотрение величину потока излучения $\Phi_e$ , отношение $\frac<\Phi_v>» width=»» height=»» /> можно представить в виде <img decoding=$ , а второй — энергетический коэффициент полезного действия (КПД) источника [2] $\eta_e$ . В результате исходное выражение для световой отдачи приобретает вид:

$\eta=K \cdot\eta_e.$

Таким образом, величина световой отдачи определяется совокупным действием двух факторов. Один из них — эффективность преобразования потребляемой источником электрической энергии в энергию излучения, характеризующаяся значением КПД, другой — способность данного излучения возбуждать у человека зрительные ощущения, определяемая величиной световой эффективности излучения.

Содержание

Источники монохроматического излучения

В случае монохроматического излучения с длиной волны $\lambda$ для $K( \lambda)$ в СИ выполняется:

$K( \lambda)= K_m \cdot V( \lambda),$

где $V(\lambda)$ — относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения, физический смысл которой заключается в том, что она представляет собой относительную чувствительность среднего человеческого глаза к воздействию на него монохроматического света, а K_m — максимальное значение спектральной световой эффективности монохроматического излучения. Максимум $V(\lambda)$ располагается на длине волны 555 нм и равен единице.

В соответствии со сказанным для световой отдачи выполняется:

$\eta=K_m \cdot V( \lambda) \cdot \eta_e.$

В СИ значение K_m определяется выбором основной световой единицы СИ канделы и составляет 683,002 лм/Вт [3] . Отсюда следует, что максимальное теоретически возможное значение световой отдачи, достигается на длине волны 555 нм при значениях $V(\lambda)$ и $\eta_e$ , равных единице, и равно 683,002 лм/Вт.

K_m

В большинстве случаев с точностью, достаточной для любых практических применений, используется округлённое значение 683 лм/Вт. Далее в уравнениях мы будем использовать именно его.

Источники излучения в общем случае

Если излучение занимает участок спектра конечного размера, то выражение для имеет вид

$K=683\cdot\frac<\int\limits_<380 nm>\Phi_<e,\lambda>(\lambda)V(\lambda) d\lambda> <\Phi _e >» width=»» height=»» /> или ему эквивалентный: <img decoding=$

Здесь $\Phi _<e,\lambda>(\lambda)» width=»» height=»» /> — спектральная плотность величины <img decoding=$ , определяемая как отношение величины $d\Phi _e(\lambda),$ приходящейся на малый спектральный интервал, заключённый между $\lambda$ и $\lambda+d\lambda,$ к ширине этого интервала:

$\Phi _<e,\lambda>(\lambda)=\frac<d\Phi _e(\lambda)><d\lambda>.» width=»» height=»» /> Соответственно, для световой отдачи становится справедливо соотношение: <img decoding=$

Тип источника	Световая отдача (лм/Вт)	Относительная световая отдача [4]
Лампа накаливания 100 Вт	13.8 [5]	2.0 %
Лампа накаливания 200 Вт	15.2 [6]	2.2 %
Галогеновая лампа 100 Вт	16.7 [7]	2.4 %
Галогеновая лампа 200 Вт	17.6 [6]	2.6 %
Галогеновая лампа 500 Вт	19.8 [6]	2.9 %
Кремлёвские звёзды	22 [8]	3.2 %
Кинопроекционные лампы	35 [9]	5.1 %
Светодиоды	10—300 [10] [11] [12] [13] [14]	1.5—40 %
Ксеноновая дуговая лампа	30—50 [15] [16]	4.4—7.3 %
Люминесцентная лампа	40—104 [17]	6—15 %
Газоразрядная натриевая лампа высокого давления	85—150 [6] [18]	12—22 %
Газоразрядная натриевая лампа низкого давления	100—200 [6] [18] [19]	15—29 %
Перспективные образцы белых светодиодов с рекордными параметрами	249 [20] , 254 [21] , 276 [22]	36 %, 37 %
Теоретический максимум для источника монохроматического зелёного света с частотой 540 ТГц (длина волны 555,016 нм)	683 (точно) [23]	99,9997 %
Теоретический максимум для источника монохроматического зелёного света с длиной волны 555 нм	683,002	100 %

Тип	Световая отдача излучения (лм / Вт)	Светящийся эффективность [примечание 1]
Лампа накаливания вольфрамовая, типовая, 2800 К	15 [7]	2%
Звезда класса М (Антарес, Бетельгейзе ), 3000 K	30	4%
Черное тело, 4000 К, идеальный	54.7 [8]	8%
Звезда класса G (солнце, Капелла ), 5800 K	93 [7]	13.6%
Черное тело, 7000 К, идеально	95 [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 нм	683.002 [10]	100%

Категория	Тип	Общий светящийся эффективность (лм / Вт)	Общий светящийся эффективность [примечание 1]
Горение	Газовая мантия	1–2 [13]	0.15–0.3%
Лампа накаливания	15, 40, 100 W лампа накаливания вольфрама (230 В)	8.0, 10.4, 13.8 [14] [15] [16] [17]	1.2, 1.5, 2.0%
Лампа накаливания	5, 40, 100 W лампа накаливания вольфрама (120 В)	5, 12.6, 17.5 [18]	0.7, 1.8, 2.6%
Галогенная лампа накаливания	100, 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)	24	3.5%
	Фотографические и проекционные лампы	35 [22]	5.1%
Светодиод	ВЕЛ 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 фосфоресценции	260–300 [28]	38.1–43.9%
Дуговая лампа	Угольная дуговая лампа	2–7 [29]	0.29–1.0%
	Ксеноновая дуговая лампа	30–50 [30] [31]	4.4–7.3%
	Меркурий -ксенон дуговая лампа	50–55 [30]	7.3–8%
	Сверхвысокое давление (UHP) пары ртути дуговая лампа, свободная установка	58–78 [32]	8.5–11.4%
	Дуговая лампа на парах ртути сверхвысокого давления (СВД) с отражателем для проекторы	30–50 [33]	4.4–7.3%
Флуоресцентный	32 Трубка W T12 с магнитным балластом	60 [34]	9%
	9–32 W компактный флуоресцентный (с балластом)	46–75 [17] [35] [36]	8–11.45% [37]
	Трубка Т8 с электронным балластом	80–100 [34]	12–15%
	PL-S 11 W U-образная труба, без учета балластных потерь	82 [38]	12%
	Трубка Т5	70–104.2 [39] [40]	10–15.63%
	70–150 W система безэлектродного освещения с индуктивной связью	71–84 [41]	10–12%
Сброс газа	1400 W серная лампа	100 [42]	15%
	Металлогалогенная лампа	65–115 [43]	9.5–17%
	Натриевая лампа высокого давления	85–150 [17]	12–22%
	Натриевая лампа низкого давления	100–200 [17] [44] [45]	15–29%
	Панель плазменного дисплея	2–10 [46]	0.3–1.5%
Катодолюминесценция	Электронно-стимулированная люминесценция	30–110 [47] [48]	15%
Идеальные источники	Усеченный черный корпус 5800 K [заметка 3]	251 [7]	37%
Идеальные источники	Зеленый свет в 555 нм (максимально возможная световая отдача по определению)	683.002 [10]	100%

В чем измеряется световая отдача источника света