Lysstrøm

SI-enheter	lumen (lm)
Dimensjon	J
SI-base	cd ⋅ sr
Natur	Skalar størrelse konservativ omfattende
Vanlig symbol	Φv{\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {vb}}}, Φ{\ displaystyle \ Phi}
Lenke til andre størrelser	Φv=Km∫0∞Φe,λ(λ)V(λ)dλ.{\ displaystyle \ Phi _ {v} = K _ {\ mathrm {m}} \ int _ {0} ^ {\ infty} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, V (\ lambda) \, \ mathrm {d} \ lambda.} dΦv{\ displaystyle \ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {v}}} = Jegv{\ displaystyle I _ {\ mathrm {vb}}} dΩ{\ displaystyle {\ mathrm {d} \ Omega}}

Den lysstrøm er den fotometrisk mengde som karakteriserer lyseffekten fra en kilde, slik det oppfattes av det menneskelige øye. Lysstrømmen er strålingsstrømmen , det vil si den elektromagnetiske kraften som utstråles , vektet av følsomheten til det menneskelige øye, normalisert av den spektrale lyseffektivitetsfunksjonen , ved forskjellige bølgelengder.

Faktisk produserer monokromatisk elektromagnetisk stråling en visuell følelse av veldig variabel intensitet avhengig av bølgelengden, og en null følelse utenfor det synlige spekteret . Stråling usynlig for det menneskelige øye, slik som infrarød og ultrafiolett , som imidlertid i mange tilfeller kan akkumulere en betydelig strålingseffekt, har ingen innflytelse i beregningen eller målingen av lysstrømmen.

Det kan være den totale strømmen som en kilde sender ut - produsentene av elektriske lamper angir verdien av den totale strømmen som sendes ut sammen med den forbrukne elektriske kraften og fargetemperaturen - eller strømmen som sendes ut i en begrenset del av rommet - i optiske instrumenter, membraner , ved å fange opp en del av lysstrålen, gjør det mulig å justere den fluks som mottas av en sensor eller detektor.

Definisjon

Lysstrømmen er den grunnleggende størrelsen i fotometri: det gjør det mulig å definere alle de andre fotometriske størrelsene.

Det er definert fra energistrømmen (uttrykt i watt) som ofte kalles utstrålt kraft. Sistnevnte er en strøm av utstrålt energi: hvor er den utstrålte energien, uttrykt i joule (J). Φe{\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}}}Φe=dQrpåydt{\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}} = {\ frac {\ mathrm {d} Q _ {\ mathrm {ray}}} {\ mathrm {d} t}}}Qrpåy{\ displaystyle Q _ {\ mathrm {ray}}}

I fotometri , for å ta hensyn til følsomheten til det menneskelige øye , som er forskjellig for hver bølgelengde av strålingen, korrigeres kraften til den elektromagnetiske strålingen ved å veie den ved en funksjon av spektral lyseffektivitet . Disse funksjonene er definert av tabellverdier og blir null for infrarød eller ultrafiolett som ligger utenfor domenet til det synlige spekteret . De varierer i henhold til synsfeltet der man befinner seg: dags- eller nattesyn.

I fotopisk syn (dagtid):

Φv,λ(λ)=Φe,λ(λ)K(λ)=Φe,λ(λ)KmV(λ){\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}, \ lambda} (\ lambda) = \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K (\ lambda) = \ Phi _ { \ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K _ {\ mathrm {m}} \, V (\ lambda)},

eller

• K(λ){\ displaystyle K (\ lambda)} er den optiske spektrale lyseffektivitetsfunksjonen;
• Km={\ displaystyle K _ {\ mathrm {m}} =}683,002  lm / W er den maksimale fotoprofile lyseffektiviteten, tilsvarende en frekvens på 540  THz , dvs. en bølgelengde veldig nær 555  nm i luft (gul - grønn);
• V(λ){\ displaystyle V (\ lambda)}, også bemerket i kolorimetri, er den fotopiske relative spektrale lyseffektiviteten, dimensjonsløs.y¯(λ){\ displaystyle {\ overline {y}} (\ lambda)}
• Φe,λ=dΦedλ{\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} = {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {e}}} {\ mathrm {d} \ lambda}}}er den spektrale tettheten til energistrømmen i watt per meter (W / m);
• Φv,λ(λ){\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}, \ lambda} (\ lambda)} er den spektrale tettheten av lysstrømmen, i lumen per meter (lm / m);

For polykromatisk lys oppnås lysstrømmen av ved integrering:

Φv=∫0∞Φe,λ(λ)K(λ)dλ=Km∫0∞Φe,λ(λ)V(λ)dλ.{\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}} = \ int _ {0} ^ {\ infty} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K (\ lambda) \ , \ mathrm {d} \ lambda = K _ {\ mathrm {m}} \ int _ {0} ^ {\ infty} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, V ( \ lambda) \, \ mathrm {d} \ lambda.}

Denne setningen blir ofte feilaktig sett på som den tette tolkningen av Abneys lov .

I scotopic (natt) syn er uttrykkene identiske, bare den spektrale lyseffektivitetsfunksjonen som brukes er forskjellig gitt det faktum at bare stengene fungerer:

Φv,λ(λ)=Φe,λ(λ)K′(λ)=Φe,λ(λ)Km′V′(λ){\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}, \ lambda} (\ lambda) = \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K '(\ lambda) = \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K '_ {\ mathrm {m}} \, V' (\ lambda)},

eller

• K′(λ){\ displaystyle K '(\ lambda)} er den scotopic spektrale lyseffektivitetsfunksjonen;
• Km′={\ displaystyle K '_ {\ mathrm {m}} =}1.700,05  lm / W er den maksimale skotopiske spektrale lyseffektiviteten, tilsvarende en frekvens på 590  THz , dvs. en bølgelengde på 507  nm i luft;
• V′(λ){\ displaystyle V '(\ lambda)}, er den relative scotopic spektrale lyseffektiviteten, dimensjonsløs.
• Φe,λ{\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda}} er energistrømmen spektral tetthet, i watt per meter (W / m);
• Φv,λ(λ){\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}, \ lambda} (\ lambda)} er den spektrale tettheten av lysstrømmen, i lumen per meter (lm / m);

Ved integrering i det synlige domenet, lysstrømmen for et polykromatisk lys:

Φv=∫0∞Φe,λ(λ)K′(λ)dλ=Km′∫0∞Φe,λ(λ)V′(λ)dλ.{\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}} = \ int _ {0} ^ {\ infty} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K '(\ lambda) \, \ mathrm {d} \ lambda = K '_ {\ mathrm {m}} \ int _ {0} ^ {\ infty} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, V '(\ lambda) \, \ mathrm {d} \ lambda.}

Enhet

SI- enheten for lysstrøm er lumen , symbol lm. Navnet lumen er bygget på det latinske ordet som betyr lys . Det kommer til uttrykk i candela . steradian , og har dimensjon J .

Størrelsesordener

De lette effektiviteten av de forskjellige lyskilder, kan variere avhengig av om strømmen er hovedsakelig utsendes i området nær det maksimale følsomhet (i tilfelle av en fluoriserende lampe , en lysemitterende diode ) eller i det vesentlige utenfor det synlige område og i særdeleshet i infrarød (tilfelle av en glødelampe eller en halogenglødelampe ).

• 70 W halogenlampe   : Φ v = 1200  lm .
• Urban belysningslampe (høytrykksnatrium) 400  W  : Φ v = 28.000  lm .
• 2000 W kino projektorlampe (xenon)   : Φ v = 80.000  lm .

Et stearinlys med intensitet 1 cd som sendes ut på en antatt isotrop måte (identisk i alle retninger) avgir en lysstrøm Φ v = 12,6  lm .

Målt

Målingen av lysstrømmen involverer den av lysbelysningen til en referanseflate. Funnet i XIX th  århundre effekten fotoelektriske , tillot XX th  århundre utviklingen av bærbare enheter, direkte gir et mål for belysningsstyrke.

Før og siden midten av XIX -  tallet ble fotometre utviklet for å kvantifisere belysningen, sammenlignet med en kilde tatt som referanse. Vi sammenlignet visuelt luminansen til to skjermer av samme størrelse, hvorav den ene er opplyst av en standardkilde. Tilfellet med visuell sammenligning gjør det mulig å avsløre resonnementet uten å bekymre deg for vektingen av bølgelengdene.

Enkle beregninger

Lysstyrke og lysstrøm

Forholdet mellom lysintensiteten i candela (cd) til en stråle og lysstrømmen som får den, ofte brukt til å løse enkle problemer, er: Jegv{\ displaystyle I _ {\ mathrm {vb}}}Φv{\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {vb}}}

Φv=Jegv⋅Ω{\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}} = I _ {\ mathrm {v}} \ cdot \ Omega}

hvor Ω er den faste vinkelen , i steradianer (sr), hvor lysstrømmen er konsentrert, og den oppnådde lysstyrken blir desto større når penselens faste vinkel er smal. Denne formelen er bare gyldig hvis lysintensiteten er jevn over hele solid vinkel.

Belysning og lysstrøm

Den gjennomsnittlige belysningsstyrke i lux (lx) av en overflate er uttrykt som forholdet mellom den fluks som mottas av området  : Ev moy{\ displaystyle E _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {avg}}}S{\ displaystyle S}

Ev moy=Φv revs.uS{\ displaystyle E _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {avg}} = {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {mottatt}}} {S}}}

Exitance og lysstrøm

Den gjennomsnittlige lysutgangen i lumen per kvadratmeter ( lm / m 2 ) av en overflate uttrykkes som forholdet mellom strømmen som utstråles av området  : Mv moy{\ displaystyle M _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {avg}}}S{\ displaystyle S}

Mv moy=Φv e´mJegsS{\ displaystyle M _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {avg}} = {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {{\ acute {e}} mis}}} {S} }}

Merknader og referanser

Merknader

1. Også kalt spektral energistrøm ( Sève 2009 , s.  308).

Referanser

1. Terrien og Desvignes 1972 , s.  21.
2. Bass et al. 2009 , s.  37.4
3. Lumiere et Couleur , Ed. Techniques Ingénieur ( les online )
4. Bass et al. 2009 , s.  37.2
5. Sap 2009 , s.  64.
6. Sap 2009 , s.  60-61.
7. www.lighting.philips.fr
8. www.osram.fr

Vedlegg

Relaterte artikler

• Lyseffektivitet
• Spektral lyseffektivitet
• Stearinlys (enhet)

Bibliografi

• André Moussa og Paul Ponsonnet , “XVIII - Elements of photometry” , i Cours de physique - Optique , Lyon, Desvigne,1988, s.  239-245.
• Robert Sève , Color of science: fysiske og perseptuelle aspekter , Marseille, Chalagam,2009, 374  s. ( ISBN  978-2-9519607-5-6 og 2-9519607-5-1 ).
• Jean Terrien og François Desvignes , La photométrie , Paris, PUF , koll.  "Que-sais-Je" ( N o  1167),1972, 1 st  ed. , 128  s. ( online presentasjon ).
• (en) Michael Bass , Casimer DeCusatis , Jay Enoch og Vasudevan Lakshminarayanan , Håndbok for optikk, bind II: Design, fabrikasjon og testing, kilder og detektorer, radiometri og fotometri , McGraw Hill Professional,6. oktober 2009, 3 e  ed. , 1264  s. ( ISBN  978-0-07-162927-0 , online presentasjon ).