Скорость света в вакууме: приблизительное значение и где она используется

Скорость света

О чем эта статья:

11 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Точные значения скорости света

метров в секунду

Приблизительные значения скорости света

километров в секунду

километров в час

Скорость света: чему она равна и как ее измерять

Скорость света — это величина, характеризующая быстроту перемещения света.

До второй половины XVII века скорость света считалась бесконечной, пока ее не измерил датский астроном Олаф Рёмер. Он наблюдал затмения спутника Юпитера Ио и заметил, что они не совпадают по времени с расчетными, а зависит это несовпадение от расстояния между событием и наблюдателем. Принимая во внимание положение Земли на своей орбите относительно Юпитера, Рёмер подсчитал, что скорость света равна 220 000 км/с.

В начале XIX века французский ученый Физо разработал для измерения скорости света так называемый метод прерываний. Физик направил луч света на зеркало. Отражаясь от него, свет проходил через зубцы колеса. Затем попадал на еще одну отражающую поверхность, которая была расположена на расстоянии в 8,6 км. Колесо вращали, увеличивая скорость, пока луч не будет видно в следующем зазоре. После подсчетов Физо получил результат — 313 000 км/с.

Изобретение лазера в XX веке позволило дойти до предела точности и зафиксировать скорость света на отметке 299 792 458 м/с с погрешностью 1,2 м/c. Дальнейшее уточнение стало невозможным из-за отсутствия точного определения метра. В то время за эталон брали металлическую палку, хранящуюся в палате мер и весов.

В восьмидесятых годах прошлого века Генеральная конференция по мерам и весам (да, такая действительно существует) приняла за метр расстояние, которое преодолевает свет за 1/299 792 458 секунды. Соответственно, скорость света стала официально равной 299 792 458 метров в секунду. Для удобства ее значение принято округлять до 300 000 км/с.

Неудавшийся опыт Галилея

Чтобы измерить скорость света, в 1600 году Галилей и его помощник взобрались на соседние холмы, предварительно рассчитав расстояние между ними. Они взяли зажженные фонари и оборудовали их заслонками, которые открывают и закрывают огни. Поочередно открывая и закрывая огонь, они пытались рассчитать скорость света. Галилей и помощник заранее знали, с какой задержкой будут открывать и закрывать огонь. Когда один из них открывал заслонку, то же должен был сделать и другой.

Однако эксперимент был провальным, и неудивительно: чтобы все получилось, ученым пришлось бы стоять на расстоянии в миллионы километров друг от друга.

Скорость света в различных средах

Свет распространяется в разных средах по-разному. В вакууме и в воздухе скорость света почти не различается, а вот в других средах она меньше. Это зависит от оптической плотности среды — чем она больше, тем меньше скорость распространения света.

Основной характеристикой в данном случае служит показатель преломления среды. Он равен отношению скорости света в вакууме к скорости распространения света в среде.

Показатель преломления среды

n — показатель преломления среды [-]

с — скорость света [м/с]

v — скорость света в заданной среде [м/с]

Ниже представлена таблица скоростей света в разных средах и показателей преломления в них.

Среда

Скорость света, км/с

Показатель преломления среды

Параметры, связанные со скоростью света

Самые важные параметры — это длина волны и период.

Формула скорости света

с — скорость света [м/с]

λ — длина волны [м]

T — период [с]

Задачка для практики

Определите цвет освещения, проходящий расстояние в 1000 раз больше его длины волны за 2 пикосекунды.

Решение

Для начала переведем 2 пикосекунды в секунды — это 2 * 10 -12 с.

Теперь возьмем формулу скорости: v = S/t

По условию S = 1000λ, то есть v = 1000λ/t.

Выражаем длину волны:

Подставляем значения скорости света и известного нам времени:

λ = (3 * 10 8 * 2 * 10 -12 )/1000 = 600

И соотносим со шкалой видимого света:

На шкале видно, что длине волны в 600 нм соответствует оранжевый цвет излучения.

Ответ: цвет освещения при заданных условиях будет оранжевым.

Скорость выше, чем скорость света

Здесь мы подходим к самому интересному. По сути, преодолеть скорость света — это то же самое, что изобрести машину времени. Ведь мы не можем увидеть свет от зажженного на улице фонаря раньше, чем он зажегся. Казалось бы, вопрос закрыт, машина времени невозможна и вообще все мечты детства разрушены. Но на самом деле это не совсем так.

Читайте также:  Какие бывают источники света, и какими характеристиками обладают

Физически машину времени ничто не запрещает. То есть с точки зрения физики она вполне возможна, у нас есть только технические ограничения.

Согласно общей теории относительности, чем быстрее мы разгоняем частицу, у которой есть некая масса, тем больше энергии нам требуется. По мере приближения к скорости света эта энергия будет стремиться к бесконечности. Но это не означает, что свет на порядки быстрее всего во Вселенной. Например, ученые ЦЕРНа разогнали протоны в Большом адронном коллайдере до скорости 299 792 455 м/c, что всего на 3 м/с уступает невесомым фотонам света.

Описанные выше ограничения, которые накладывает на скорости во Вселенной современная физика, не касаются частиц, которые не имеют массы, не взаимодействуют с обычными частицами и могут перемещаться быстрее скорости света. Такие частицы принято называть тахионами и на данный момент их существование является лишь предположением (сложно придумать эффективный инструмент для их обнаружения, ведь они ни с чем не взаимодействуют).

В специальной теории относительности есть даже такое понятие, как релятивистское замедление времени. Его смысл заключается в том, что в движущемся теле все физические процессы проходят медленнее.

Классическим примером этого явления является сценарий близнецов. Представим, что один близнец летит на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света, а другой остается на Земле. Когда близнец-космонавт вернется на Землю постаревшим всего на год или на два, он обнаружит, что его брат стал старше на несколько десятилетий.

В реальной жизни эксперимент с близнецами никто не проводил, но проводили аналогичный — с часами. Ученые запустили атомные часы на орбиту и оставили идентичные часы на Земле. Когда часы вернулись, они шли с некоторым отставанием от своего земного близнеца.

Еще один популярный пример сверхсветовой скорости — это явления квантовой механики. В тот самый момент, когда вы надели на правую ногу один носок, второй моментально и автоматически стал левым, несмотря на расстояние между ними.

Или эксперимент с котом Шрёдингера, про который вы наверняка что-то слышали.

Лирическое отступление про кота Шрёдингера

Физик, которому не очень нравятся кошки, помещает кота в коробку вместе с бомбой, которая взрывается с вероятностью 50% после того, как закрыли крышку. До того, как мы откроем коробку, нет способа узнать, взорвалась ли бомба. Поэтому мы не знаем, жив кот или мертв.

Оперируя понятиями квантовой физики, мы можем сказать, что до нашего наблюдения кот находился в состоянии суперпозиции — состоянии, сочетающем в себе обе возможности с шансом 50% для каждой.

Нечто подобное случается с физическими системами квантовых размеров, вроде электрона, вращающегося вокруг атома водорода. Электрон не совсем вращается — он как бы находится во всем пространстве одновременно, а в некоторых местах с большей вероятностью. Только после того, как мы определили его местоположение, мы можем точно указать, где он находится в этот момент. Так же, как мы не знали, был кот жив или мертв до того, как мы открыли коробку.

Это подводит нас к странному и красивому феномену квантовой запутанности. Представим себе, что вместо одного кота в одной коробке у нас было бы два кота в двух разных коробках. Если мы повторим эксперимент с котом Шрёдингера с парой этих котов, в результате эксперимента могут быть четыре возможности:

  • оба кота будут живы,
  • оба мертвы,
  • один будет жив, второй мертв,
  • первый мертв, второй жив.

Ситуации, когда оба кота мертвы или оба кота живы, не соответствуют состоянию суперпозиции. Другими словами, возможна такая система из двух котов, в которой в итоге всегда один из котов будет мертв, а другой жив. Пользуясь техническими терминами, можно сказать, что состояния этих двух котов запутаны.

Назревает вопрос: что произойдет, если этих котов поместить в разных уголках Вселенной. Не поверите, но то же самое! Один из котов в любом случае будет жив, а другой — мертв, хотя какой конкретно кот будет жив, а какой мертв, совершенно непредсказуемо.

Читайте также:  Искусственное освещение: разновидности по функциональному назначению

Квантовая запутанность была подтверждена в настоящих лабораторных экспериментах. Две субатомные частицы запутаны в состоянии суперпозиции так, что если одна вращается в одну сторону, то другая — в противоположную.

Запутанность находится в центре квантовой информатики — развивающейся области науки, которая ищет применение законам странного квантового мира. Так, квантовая криптография позволяет шпионам надежно посылать друг другу информацию, а квантовое программирование — взламывать секретные коды.

Каждодневная физика со временем может стать более похожей на странный мир квантовой механики. Квантовая телепортация сможет достигнуть такого прогресса, что однажды ваш кот сможет сбежать в более безопасную вселенную, где нет физиков и коробок.

В общем, сверхсветовая скорость существует, хоть у нее и очень слабая доказательная база. Если ученые добьются того, чтобы скорости выше скорости света стали нашей реальностью, то и до машины времени недалеко.

Какая скорость света в вакууме?

Скорость света в различных средах различается значительно. Сложность состоит в том, что человеческий глаз не видит его во всем спектральном диапазоне. Природа происхождения световых лучей интересовала ученых еще в древности. Первые попытки расчета скорости света были предприняты еще за 300 лет до н.э. В тот период ученые определили, что волна распространяется по прямой линии.

Им удалось описать математическими формулами свойства и света и траекторию его движения. Скорость света в вакууме стала известной через 2 тысячи лет после проведения первых исследований.

Что такое световой поток?

Световой луч представляет собой электромагнитную волну в сочетании с фотонами. Под фотонами понимают простейшие элементы, которые также называют квантами электромагнитного излучения. Световой поток во всех спектрах невидим. Он не перемещается в пространстве в традиционном понимании этого слова. Для описания состояния электромагнитной волны с квантовыми частицами введено понятие показателя преломления оптической среды.

Световой поток переносится в пространстве в виде луча с малым поперечным сечением. Способ движения в пространстве выведен геометрическими методами. Это прямолинейный пучок, который на границе с различными средами начинает преломляться, формируя криволинейную траекторию. Ученые доказали, что максимальная скорость создается в вакууме, в других средах скорость движения может различаться в разы. Учеными разработана система, световой луч и выведенная величина в которой является основной для выведения и отсчета некоторых единиц СИ.

Немного исторических фактов

Примерно около 900 лет назад Авиценой было выдвинуто предположение, что независимо от номинала величины скорость света имеет конечное значение. Галилео Галилей пытался опытным путем вычислить скорость светового потока. С помощью двух фонариков экспериментаторы пытались засечь время, за которое световой пучок от одного объекта будет виден другому. Но такой эксперимент выявился неудачным. Скорость оказалась столь высока, что им не удалось засечь время задержки.

Галилео Галилей обратил внимание на то, что у Юпитера промежуток между затмениями четырех его спутников составил 1320 секунд. На основе этих открытий в 1676 году астроном из Дании Оле Ремер рассчитал скорость распространения светового пучка, как значение 222 тысячи км/сек. На тот период данное измерение было наиболее точным, но его не могли проверить земными мерками.

Через 200 лет Луизи Физо смог вычислить скорость движения светового луча опытным путем. Он создал специальную установку с зеркалом и зубчатым механизмом, который вращался на огромной скорости. Световой поток отражался от зеркала и через 8 км возвращался назад. При увеличении скорости колеса возникал тот момент, когда зубчатый механизм перекрывал луч. Таким образом, скорость луча была установлена, как 312 тысяч километров в секунду.

Фуко усовершенствовал это оборудование, уменьшив параметры за счет замены зубчатого механизма плоским зеркалом. У него точность измерений получилась наиболее приближенной к современному эталону и составила 288 тысяч метров в секунду. Фуко предпринял попытки рассчитать скорость света в инородной среде, взяв за основу воду. Физику удалось сделать вывод, что данная величина не постоянная и зависит от особенностей преломления в данной среде.

Чему равна скорость света в вакууме?

Вакуум представляет собой пространство, свободное от вещества. Скорость света в вакууме в системе Си обозначена латинской буквой C. Она является недостижимой. Ни один предмет нельзя разогнать до такого значения. Физики только предполагают, что может произойти с объектами, если они разгонятся до такой степени. Скорость распространения светового луча обладает постоянными характеристиками, она:

  • постоянная и конечная;
  • недостижимая и неизменная.
Читайте также:  Расчет освещения по площади помещения: примеры как найти по формуле и таблице + 2 калькулятора

Знание этой константы позволяет вычислить, с какой максимальной скоростью объекты могут перемещаться в космосе. Величина распространения луча света признана фундаментальной постоянной. Она используется для характеристик пространства времени. Это предельно допустимое значение для движущихся частиц. Какая скорость света в вакууме? Современную величину получили посредством лабораторных измерений и математических подсчетов. Она равна 299.792.458 метров в секунду с точностью до ± 1,2 м/с. Во многих дисциплинах, в том числе в школьных, при решении задач используются приближенных вычисления. Берется показатель, равный 3•108 м/с.

Световые волны видимого человеку спектра и рентгеновские волны возможно разогнать до показаний, приближающихся до скорости распространения света. Они не могут сравняться с этой константой, а также превысить ее значение. Константа выведена на основе отслеживания поведения космических лучей в момент разгона их в специальных ускорителях. Она зависит от той инерциальной среды, в которой происходит распространение луча. В воде прохождение света ниже на 25%, а воздухе будет зависеть от температуры и давления на момент вычислений.

Все расчеты проведены с использованием теории относительности и закону причинности, выведенному Энштейном. Физик считает, что если объекты достигнут скорости 1 079 252 848,8 километров/час и превысят ее, то произойдут необратимые изменения в строении нашего мира, система поломается. Время начнет отсчитываться в обратном порядке, нарушая порядок событий.

На основе скорости светового луча выведено определение метра. Под ним понимают участок, который успевает пройти световой луч за 1/299792458 секунды. Не следует смешивать данное понятие с эталоном. Эталон метра — это специальное техническое устройство на кадмиевой основе со штриховкой, позволяющее видеть данное расстояние физически.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Кривые распределения силы света светильников

Кривые распределения силы света светильников — одни из наиболее важных их параметров, наряду с соотношением световых потоков, распространяемых в нижней и в верхней полусферах.

Светильник как осветительный прибор изготавливается не для одного какого-то объекта, поэтому еще на стадии проектирования светильник разрабатывается как типовой, могущий быть использован массово, во многих местах.

Здесь то одним из ключевых моментов и становится распределение светового потока в пространстве, от чего зависит, где можно будет применить данный светильник, а где — нельзя, в соответствии с ГОСТ 17677-82 «Светильники, общие технические условия».

Первым делом стоит понять, что кривая распределения силы света может быть симметричной или асимметричной, причем симметричные (наиболее распространенные виды) потоки света бывают семи основных типов, что зависит от формы кривой распределения силы света светильника.

Каждый тип отличается собственной зоной направленности, которая измеряется в градусах, в зависимости от угла раскрытия светового потока. Итак, кривые света бывают следующих семи типов:

Концентрированная (К) — 30°;

Косинусная (Д) — 120°;

Полуширокая (Л) — 140°;

Равномерная (М) — 180°;

Типовые кривые являются идеализированными, и в реальности кривые распределения света могут иметь отличия от них, однако общий характер кривых обязан соответствовать типовым, согласно требованиям ГОСТа или СНиП. Для сопоставления параметров кривых распределения силы света берется источник света, приведенный по световому потоку (возможно суммарному) в 1000 Люмен.

Каждому типу помещения или ландшафта — своя форма кривой распределения силы света

Улицы и автострады, категория которых определяется по СНиП 23-05-05, транспортные туннели, подземные и надземные пешеходные переходы, протяженные коридоры общественных зданий, – должны освещаться светильниками с формами кривой силы света «полуширокая» или «широкая».

Для холлов зданий, где нужно получить приглушенный или отраженный свет, лучше всего использовать светильники отраженного света с «синусной» кривой силы света.

Если речь о подсветке выделенной зоны, особой внутренней архитектурной композиции или необычной детали интерьера — подойдет осветительный прибор с «концентрированной» кривой света.

Производственные помещения освещают светильники с «концентрированной», «глубокой» или «косинусной» кривыми распределения света. И чем выше подвешен осветительный прибор, тем зона максимального света получится уже. Офисы освещаются традиционно светильниками рассеянного или прямого света с «глубокой» и «косинусной» кривыми.

Подсобные помещения, бытовки, подъезды, освещают светильники с «равномерной» кривой.

Кроме того светильники классифицируются еще и по виду светового потока, в соответствии с долей светового потока, которая приходится непосредственно на нижнюю полусферу:

Читайте также:  Интенсивность света: формула через длину волны и единицы измерения

Прямого света (П) — более 80%;

Преимущественно прямого света (Н) — от 60 до 80%;

Рассеянного света (Р) — от 40 до 60%;

Преимущественно отраженного света (В) — от 20 до 40%;

Отраженного света (О) — до 20%.

Светильники прямого света главным образом используются в тех помещениях, где потолки не очень высоки. Зачастую данные светильники представляют собой довольно экономичные встраиваемые или обычные подвесные светильники. Они хорошо подходят для подсветки элементов интерьера: статуй, картин. Удобны для освещения рабочего стола или места для чтения.

Светильники рассеянного света хороши для общего освещения. Они дают равномерный насыщенный свет распределенной яркости и мягкие тени. Такое освещение довольно комфортно для зрения и для нервной системы человека.

Светильники отраженного света дают комфортный равномерный свет, насыщенный, который при всем при этом не слепит. Отлично сочетается с дневным светом.

Кривая силы света и светораспределение светодиодных светильников

Содержание
  • Используемые определения
  • Классы светораспределения
  • Типы кривой силы света
  • Особенности классификации светильников наружного освещения и прожекторов
  • Какую КСС выбрать для светодиодного светильника

Всё это часть системы классификации светильников в зависимости от направления и особенностей распространения их светового потока. Подробное её описание можно найти в ГОСТ Р 54350-2015 «Приборы осветительные. Светотехнические требования и методы испытаний». Здесь же мы ограничимся более краткой версией.

Но сначала несколько определений. За ними обратимся к куда более старому, но тем не менее до сих пор актуальному документу ГОСТ 16703-79 «Приборы и комплексы световые. Термины и определения» и его более современному собрату ГОСТ Р 55392-2012 «Приборы и комплексы осветительные. Термины и определения».

Используемые определения

Характеристика светового прибора, определяющая распределение его светового потока в пространстве. Выражается через распределение силы света или освещённости по заданной поверхности.

Это понятие соответствует тому факту, что практически любой светильник распределяет производимый им свет неравномерно – в каких-то направлениях сила этого света больше, в других меньше. Причём делается это намеренно за счёт самой конструкции прибора, используемой оптики, расположения источников света и т.п. Цель здесь заключается в концентрации максимального количества света в полезном направлении – например, уличному светильнику совершенно не нужно освещать небо, его задача – направить максимум производимого света на проезжую часть под ним.

Световой (фотометрический) центр светового прибора

Условная точка во внутренней области оптической системы светового прибора, при помещении в которую светового центра лампы или при заданном расположении относительно которой ламп в многоламповом световом приборе светораспределение последнего в наименьшей степени отличается от расчётного.

Оптическая (фотометрическая) ось светового прибора

Условная прямая, проходящая через световой центр или фокус оптической системы светового прибора и принимаемая за начало отсчёта угловых координат. Более новый ГОСТ Р 55392-2012 вместо оптической оси использует понятие фотометрической оси и даёт немного более сложное определение. Это ось симметрии светораспределения для круглосимметричных осветительных приборов. Для симметричных светильников – это линия пересечения плоскостей симметрии. А для асимметричных приборов – линия, лежащая в плоскости симметрии и либо перпендикулярная к плоскости выходного отверстия, либо совпадающая с направлением максимальной силы света.

По-моему, за 40 лет, прошедших между выпусками двух упомянутых выше ГОСТов, из которых и склеиваются эти определения, всё стало только запутанней. Иногда тяга к внесению конкретности и ясности приводит авторов стандартов в тупиковую ситуацию, когда всё ясно остаётся только им.

Плоскость, проходящая через оптическую ось светового прибора.

Меридиональный угол светового прибора

Угол между данным направлением в меридиональной плоскости и вертикалью, проходящей через световой центр светового прибора (оптической осью). Меридиональный угол отсчитывается от надира (направления непосредственно вниз от светового центра) против часовой стрелки.

Кривая силы света светового прибора

Графическое изображение зависимости силы света светового прибора от меридиональных углов, получаемое сечением его фотометрического тела плоскостью или поверхностью.

Т.е. кривая силы света (КСС) – это наглядное представление того, как будет зависеть сила света источника от выбранного направления его распространения. Иногда кривую силы света называют диаграммой силы света или диаграммой направленности.

Читайте также:  Нормы освещенности (таблицы): для производственных, административных и вспомогательных помещений

Коэффициент формы кривой силы света светового прибора

Отношение максимальной силы света в данной меридиональной плоскости к среднеарифметическому значению силы света светового прибора для этой плоскости.

Нижняя полусфера пространства

Часть пространства, лежащая ниже горизонтальной плоскости, проходящей через световой центр светового прибора.

Верхняя полусфера пространства

Часть пространства, лежащая выше горизонтальной плоскости, проходящей через световой центр светового прибора.

Экваториальная плоскость светового прибора

Плоскость, перпендикулярная оптической оси светового прибора.

В более новом стандарте упоминается только одна конкретная экваториальная плоскость, которая ранее называлась главной, а теперь осталась единственной – плоскость, проходящая через световой центр осветительного прибора. Такая плоскость разделяет верхнюю и нижнюю полусферы пространства.

Экваториальная кривая силы света

Кривая силы света светового прибора, получаемая сечением его фотометрического тела экваториальной плоскостью.

Попробуем упростить – представьте светильник, который светит вниз на, скажем, асфальт. Если оптическая ось светильника перпендикулярна асфальту, то асфальт для этого светильника будет экваториальной плоскостью. Ну а световой рисунок на нём – экваториальной кривой силы света соответственно.

Классы светораспределения

По классам светораспределения светильники делятся в зависимости от доли светового потока в нижнюю полусферу на 5 групп – светильники прямого, рассеянного и отражённого света, плюс 2 промежуточные – преимущественно прямого и преимущественно отражённого света (см. таблицу ниже).

Классы светораспределения

Наименование Обозначение Доля светового потока в нижнюю полусферу, %
Прямого света П > 80%
Преимущественно прямого света Н 60-80%
Рассеянного света Р 40-60%
Преимущественно отражённого света В 20-40%
Отражённого света О Типы кривой силы света (КСС)
Наименование Обозначение Зона направлений максимальной силы света Коэффициент формы кривой силы света
Концентрированная К 0°-15° Kф ≥ 3
Глубокая Г 0°-30° 2 ≤ Kф 0,7*lmax
Синусная С 70°-90° Kф > 1,3 при l
l – значение силы света в направлении оптической оси светильника; lmin, lmax – минимальное и максимальное значения силы света.

Кстати, указанные здесь зоны направлений максимальной силы света совершенно не обязательно соответствуют углу излучения светильника. Ведь угол излучения – это телесный угол, в пределах которого заключен световой поток осветительного прибора, т.е. сюда входит не только направление максимальной силы, а вообще все направления, в которых светит данный светильник.

Как правило тип КСС указывается для одной меридиональной плоскости, но при необходимости плоскостей и соответствующих им типов может браться и несколько. Для круглосимметричных светильников достаточно всего одной плоскости, в то время как для симметричных берутся главные продольная и поперечная плоскости. Указание типа КСС только в поперечной плоскости допускается если в главной продольной плоскости КСС относится к косинусному типу. В основном всё это касается светильников наружного освещения и прожекторов, но о них в следующем разделе.

Если для светильника приводится несколько КСС, то для них как правило указывается направление меридиональной плоскости, которому соответствует данный тип. Иногда рядом с буквой, соответствующей типу КСС, указывается ещё какое-либо дополнительное обозначение. Это могут быть как условные номера «подтипов» кривой силы света или углы излучения.

Подобные обозначение в общем-то никак не регламентируются и у разных производителей все эти Ш2, Ш3 и прочие им подобные могут соответствовать совершенно разным КСС. Поэтому в таких случаях лучше смотреть графические представления, не полагаясь на одни только буквы и цифры.

Особенности классификации светильников наружного освещения и прожекторов

Светильники наружного освещения дополнительно классифицируют по виду условной экваториальной кривой силы света по ГОСТ Р 55392, выделяя 5 типов:

Виды условной экваториальной кривой силы света по ГОСТ Р 55392 для светильников наружного освещения

Асимметричный тип иногда называют «кососвет». Также существует классификация по типу светораспределения в зоне слепимости, но здесь мы её касаться не будем – всех интересующихся приглашаем ознакомиться с соответствующими ГОСТами.

Для прожекторов же аналогичная классификация выглядит следующим образом:

Виды кривой силы света в экваториальной и меридиональной плоскостях для прожекторов

Какую КСС выбрать для светодиодного светильника

Здесь как всегда всё зависит от того, какой результат необходимо получить. Но есть некоторые общие тенденции:

  • Для освещения офисов, административных и общественных зданий как правило применяются светильники с КСС типа Д и углом излучения 110-120 градусов.
  • Для освещения автомобильных дорог, площадей и прочих открытых пространств – таких как парковки, складские зоны, придомовые территории – КСС типа Ш с углом излучения 135-150 градусов.
  • Для освещения отдельных объектов или открытых пространств с большой высотой установки светильника (например – сортировочных станций железнодорожного транспорта или спортивных сооружений) подходят прожектора с КСС типа Г или К.
  • Для освещения пешеходных и парковых пространств, декоративного и некоторых видов утилитарного освещения – КСС типа М и С.

Неправильный подбор типа кривой силы света светильника даже при условии правильного выбора его мощности может дать на удивление посредственный результат. Например, если для освещения дороги использовать светильники с КСС типа Д, то вам придётся или ставить столбы через каждые 10 метров, или делать их чрезвычайно высокими, а светильники – весьма мощными. В противном случае результат будет примерно как на фото выше.

В то время как со светильниками с КСС типа Ш аналогичная дорога выглядит совершенно иначе:

Автодорога на Северобайкальск

Одним из важных преимуществ светодиодных светильников перед прочими видами освещения является возможность простого, быстрого и недорогого изготовления разнообразных оптических систем, изменяющих светораспределение в соответствии с требованиями проекта. Один и тот же прибор в зависимости от исполнения может быть как уличным светильником с КСС типа Ш и углом излучения 135 градусов, освещающим автодорогу, так и прожектором с КСС типа Г и углом излучения всего в 15 градусов, освещающим фасад здания.

Для того, чтобы избежать досадных (и зачастую дорогостоящих) промахов – перед приобретением светильника желательно сделать светотехнический расчёт, который позволит однозначно ответить на вопрос о целесообразности использования той или иной КСС в каждой конкретной ситуации. У нас, например, светотехнический расчёт можно заказать совершенно бесплатно.

Вторичная оптика

Что такое кривая сила света? Как узнать какая кривая силы света походит к вашему зданию или проекту. В этой простой статье мы попытаемся все разобрать.

Кривая силы света – в технических характеристиках светильников указывается как КСС показывающая в какую область пространства распространяется световой поток. Этот график пытается перенести 3D картинку (рассеивание света осветительным прибором в пространстве) на 2D среду (лист бумаги или экран компьютера).

На светодиодных светильниках Ledplast кривую получаем за счет вторичной оптики или линз. Оптика защищает светодиодный модуль освещения от всевозможных воздействий окружающей среды. При выборе оптики мы выбираем кривую силы света для нашего будущего светильника.

Вторичная оптика представляет собой оптическую систему в виде линзы или рефлектора, предназначенной для концентрации светового потока. Такая система обычно применяется для того, чтобы можно было выбрать высоту подвеса светильника для обеспечения необходимой освещенности и её неравномерности. Чем выше надо повесить светильник, тем меньше угол излучения необходимо выбирать.

Без применения вторичной оптики угол излучения принимается равным 110 градусов (от 90 до 120 градусов у разных производителей светодиодов). Для обеспечения равномерной освещенности светильники должны располагаться на расстоянии друг от друга не больше диаметра светового пятна.

Световой поток

В техническом паспорте (даташите) к осветительному оборудованию есть графическое изображение распределения света. Представляется в виде графика, где углы распространения светового потока:

  • а – в продольной плоскости
  • b – в поперечной плоскости

Если фигура вытянута вертикально то концентрация света в точке (центре) светового пятна будет больше, но меньше площадь охвата освещения. И наоборот если фигура широкая то количество света будет распределено больше, но с меньшим свечением.

Симметричное распределение света

Давайте начнем с середины диаграммы. Это отмечает положение лампы . Обычно вы видите две линии, идущие от центра, сплошную линию и пунктирную линию. Эти линии показывают распределение и интенсивность света под разными углами. Сплошная линия обозначает вид спереди (C0 / 180), пунктирная линия – вид сбоку (C90 / 270). Форма обеих линий обычно одинакова для большинства ламп. В приведенном выше примере две кривые перекрываются. Вы можете увидеть, почему на 3D-графике. Распределение света одинаково как на фронтальной, так и на боковой проекциях. Две кривые пересекаются с правой стороны графика, поэтому пунктирная линия не видна.

Асимметричное распределение света

В случае удлиненного подвесного светильника с двумя отдельными лампами, две кривые будут иметь различную форму. Мы проиллюстрируем это на примере выше. Если вы смотрите прямо на светильник, то есть, если вы позиционируете себя вдоль оси 0-180 °, вы можете видеть, что восходящий луч сферический (вверху справа). Нисходящий луч, однако, разделен на две сферические плоскости из-за встроенного отражателя. Свет блокируется отражателем в центре. Если вы посмотрите на светильник сбоку, то есть, если вы расположитесь вдоль оси 90-270 °, вы увидите сферическую плоскость вверх и вниз. Это означает, что светильник равномерно распределяет свет. Удлиненная форма светильника не означает, что кривая плоская или удлиненная. Распределение света измеряется от центральной точки светильника. Сечение кривой распределения света PS: иногда видны три или четыре линии, например, при 0 °, 30 °, 60 ° и 90 °. Это позволяет показать еще больше деталей (все вокруг лампы).

Вверх и / или вниз Линии кривой показывают, как и где распространяется свет

Кривая полностью расположена под осью 90 °? Тогда это светильник, свет только светит вниз. В случае восходящего / нисходящего света, подобного этой лампе, кривая располагается как выше, так и ниже оси 90 °. Кроме того, мы можем определить интенсивность света в различных углах, на которые излучается свет. Всегда измеряется, начиная с центральной точки источника света. Интенсивность света выражена в канделах (кд) и обозначена кружками на графике. Чем больше круг, тем выше значение канделы. Это, вероятно, станет понятнее, если мы посмотрим на картинку пример. Точка A на диаграмме выше говорит нам, что интенсивность света при 30 ° составляет 400 кандел. В точке B угол составляет 20 °, что дает значение 800 кандел.

Обозначение КСС

Кривая распределения интенсивности света или кривая распределения силы света представляет собой графическое представление измерения силы света светильника. Здесь предполагается, что светильник подвешен центрально в стандартной комнате и может свободно излучать свой световой поток во всех направлениях. Сила света светильника определяется с помощью гониофотометра. Расстояние от контура кривой распределения силы света до центра светильника дает информацию о силе света в соответствующем направлении. Этот трехмерный контур прорезан в двух вертикальных плоскостях для простого двумерного представления. Сплошная линия показывает кривую распределения силы света в направлении, поперечном к светильнику, пунктирная линия представляет кривую распределения силы света в продольном направлении светильника. Плоскость резки в поперечном направлении обозначена (C0-C180) , плоскость резки в продольном направлении (C90-C270) . Число после «С» указывает угол, под которым лежит плоскость, если смотреть на кривую распределения света сверху. Система C-плоскости описана в EN 13032-1: 2004. Используя кривую распределения силы света, проектировщик освещения может оценить пригодность светильника по назначению. Для светильников с асимметричным распределением света может потребоваться проложить более подходящие плоскости резки через корпус распределения силы света.

Например, плоскость, повернутая на 45 °, обозначена как C45-C225.

виды КСС

Существует семь основных видов КСС:

  • (Д) косинусная 120 градусов (0°-35°; 180°-145°)
  • (Г) Глубокая 60 градусов (0°-30°; 180°-150°)
  • (К) Концентрированная 25 градусов (0°-15° )
  • (Ш) Широкая 135 градусов по оси Х, 65 градусов по оси Y
  • (Л) Полуширокая 35°-55°; 145°-125°
  • (М) Равномерная 0°-180°
  • (С) Синусная 70°-90°; 110°-90°

. На Рис.1 видно, что чем уже световой поток светильника, тем ярче будет световое пятно на освещаемой поверхности, при этом диаметр этого пятна будет меньше.

Почему кривые силы света так важны?

Эти кривые распределения силы света неоценимы при составлении плана освещения пространства. Они позволяют дизайнерам выбрать правильное освещение для нужной комнаты и применения. Представьте, что вы разрабатываете легкий план офисного здания. У вас есть офис открытой планировки, с различными столами рядом, как на фото “Офисное освещение” Как только вы узнаете, сколько света требуется для каждого рабочего места станции ( для максимальной производительности ), вы можете легко выбрать правильные светильники и выбрать, как их лучше установить, основываясь на кривой распределения света.

КСС – как правильно определить нужную кривую силы света.

При создании различных видов освещения (архитектурное, ландшафтное, интерьерное, уличное, промышленное и т.д.), один из самых главных вопросов это выбор правильного распределения (направления) света. Верно подобранные светильники, не только обеспечивают нужную освещенность, но и позволяют эффективно осветить нужное нам место. Примером может служить акцентное освещение в интерьере, или рабочее освещение на предприятии и в офисе.

На что же стоит обратить внимание? В первую очередь, на такой светотехнический параметр как КСС – кривая силы света.

При создании различных видов освещения (архитектурное, ландшафтное, интерьерное, уличное, промышленное и т. д.), один из самых главных вопросов это выбор правильного распределения (направления) света. Верно подобранные светильники, не только обеспечивают нужную освещенность, но и позволяют эффективно осветить нужное нам место. Примером может служить акцентное освещение в интерьере, или рабочее освещение на предприятии и в офисе.

На что же стоит обратить внимание? В первую очередь, на такой светотехнический параметр как КСС – кривая силы света. Данная характеристика показывает, как распределяется свет в пространстве и какой угол излучения у источника света.

Существует большое количество видов КСС, но чаще всего встречаются четыре из них:

  • Косинусная (Д) – угол излучения 120 градусов
  • Глубокая (Г) – угол излучения 60 градусов
  • Концентрированная (К) – угол излучения 25 градусов
  • Широкая (Ш) – угол излучения вдоль одной оси 135 градусов, вдоль перпендикулярной оси 65 градусов

Более наглядно они представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Основные виды КСС.

Какие преимущества дают различные КСС, и где они применяются, мы рассмотрим далее.

Первое на что хочется обратить внимание это зависимость высоты подвеса и угла излучения. Чем меньше угол излучения, тем меньше освещаемая площадь, но при этом увеличивается яркость (освещенность) поверхности и расстояние которое проходит луч света, а соответственно и максимальная высота подвеса (установки) светильника. Поэтому чем выше мы устанавливаем светильник, тем меньше должен быть угол излучения. Конечно же, не только от угла излучения зависит высота подвеса, но и от мощности самого источника света.

Примеры зависимости освещенности и высоты подвеса приведены на рисунках 2 и 3:

Рисунок 2. Зависимость освещенности от высоты подвеса светильников с одинаковой КСС. Рисунок 3. Зависимость ушла излучения от высоты подвеса светильников с разными КСС.

Но не только высота подвеса определяет тип КСС. Не маловажную роль играет и назначения света, т. е. для каких целей мы его используем.

Если нам необходимо получить общее или заливное освещение, то выбор стоит остановить на косинусной КСС. Причем стандартный угол излучения светодиода составляет как раз 120 градусов, соответственно в таких светильниках не требуется установка дополнительной оптики или отражателей.

Если мы говорим о рабочем или местном освещении, то здесь лучше подойдут источники света с глубокой КСС, которые позволяют осветить меньшую площадь, но с большей яркостью, чем в первом случае. Это может быть рабочее освещение офисного или кухонного стала, а также выставочной зоны в магазине или зоны отдыха в кафе.

А вот акцентное освещение позволяют получить светильники с концентрированной КСС, что часто применяется не только в интерьерном, но и архитектурном освещении. И здесь установкой обычных отражателей не обойтись, необходимо использование специальных линз, которые устанавливаются непосредственно на светодиод.

С первыми тремя видами КСС все предельно просто, но для чего применяется последний тип – широкая КСС? Для начала необходимо разобраться, какое световое пятно мы получим. С учетом того, что в одной плоскости угол излучения больше, чем в другой, соответственно и радиусы освещаемой площади будут различными. В данном случае мы получаем овальное световое пятно, т. е. оно будет вытянуто вдоль одной линии. Такое освещение применяется для освещения протяженных объектов: дорог, проездов, проходов, проемов, коридоров, прилегающей территории и т. д. Это дает не только выгоду в освещенности, но и увеличивает эффективность самого освещения.

Рисунок 4. Схема распределения света широкой КСС.

Теперь понимая, какое распределение света вам необходимо, вы сможете сделать правильный выбор.

Как правильно рассчитать оптимальное освещение для комнаты

На комфортное пребывание человека в квартире особое внимание оказывает свет. Ему любой дизайнер и домашний мастер уделяют особое внимание. Начинать это необходимо еще на стадии создания проекта, используя научные данные и разработанные методики расчета.

Конечно, можно положиться на собственный вкус и выполнить освещение комнаты своими руками, учитывая индивидуальные пристрастия и наклонности или использовать в интерьере одну современную светодиодную люстру с пультом дистанционного управления. Но, будет ли это правильно? Ведь одни люди любят яркий свет, а другие — полумрак.

Грамотно рассчитать освещенность комнаты позволяют:

  • знания основ фотометрии — прикладного раздела оптики, учитывающего энергетические характеристики света;
  • применение научных методик по выбору подходящих светильников и способов их распределения.

Основные физические величины фотометрии

Для правильного выбора оборудования освещения необходимо учитывать его характеристики:

  • направление телесного угла;
  • величину светового потока;
  • значение освещенности;
  • силу света;
  • форму кривой силы света.

Телесный угол источника и световой поток в нем

Это два основополагающих термина фотометрии.

Телесный угол

Является безразмерной величиной. Он представлен конусом, который образован частью пространства, исходящим из центра сферы. В его вершине расположен источник, испускающий свет.


Если мысленно смотреть по направлению лучей, то внутренний объем, видимый из центра и ограниченный кривой пересечения со сферой, как раз и будет телесным углом. Когда площадь основания конуса составляет величину R 2 , а R — радиус сферы, то это выделенное пространство в системе СИ называют «стерадиан» и используют для сравнения с другими углами.

Наиболее характерно использование телесного угла для выбора различных конструкций светодиодных ламп.

Световой поток источника F

Это количество энергии, которую излучает светильник в пространство телесного угла за определённое время. Единицей измерения является люмен.

Необходимо четко разделять мощность излучения, измеряемую в ваттах и световой поток. Первая характеристика является чисто техническим параметром энергии источника, а вторая (поток) — учитывает особенности восприятия его значения нашим организмом.

Свет представляет собой поток электромагнитных волн различной частоты. Человеческое зрение воспринимает их спектр не одинаково. Лучшей восприимчивостью обладает светло желтый фон на границе с зеленым.


При оценке световой восприимчивости значение этого участка принимается за единицу.

Освещенность поверхности Е

С помощью этого критерия, измеряемого в люксах, оценивают степень освещения поверхности от попадающего на нее светового потока.


Расположение поверхности под прямым углом обеспечивает наилучшее освещение, а под косым — изменяется в зависимости от ее наклона. При удалении от источника она снижается обратно пропорционально квадрату расстояния.


В расчете следует учитывать, что различные типы источников света, потребляя одинаковую мощность, способны по разному создавать поток, освещать рабочую поверхность.

Сила света источника I

Это величина световой энергии, заключенной внутри телесного угла распространения светового потока. Ее измеряют в канделах.


Для ее анализа приведена зависимость источника с мощностью 80 ватт, распределяющего световой поток на три позиции.

Приведенная картинка наглядно демонстрирует, что при удалении от источника площадь освещения возрастает, а освещенность падает. Свет тускнеет.

Формы кривых силы света

Внутри жилых помещений светильники распространяют свет не вкруговую, как обычно принято рассматривать в фотометрии, а в половине сферы, ограничивая проникновение светового потока на верхнюю часть потолка в горизонтальной плоскости у подвешенной люстры или на заднюю часть стены у настенного бра.


С учетом этих особенностей и рассмотрим кривые силы света. Они представляются графическим изображением световых линий в пространстве, зависящих от радиальных углов.

По части светового потока, освещающего рабочее место, светильники классифицируют на источники с:

  1. прямым светом, направляющими более 80% потока в заданном направлении;
  2. преимущественно прямым — 60÷80%;
  3. рассеянным — 40÷60%;
  4. отраженным — менее 20%.

Они создают различное направление максимальной силы света и характеризуются семью различными кривыми характеристик. Для домашнего мастера важно знать две:

  1. косинусную закономерность, выражаемую кривой света Д;
  2. равномерную — кривая М.


По кривой силы света оценивают:

  • возможности светильников;
  • их способность создавать зону максимального освещения;
  • удаление высоты подвеса;
  • расстояния между источниками;
  • общее количество.

Например, светильники с характеристикой Д при подвешивании на высоте 2÷3 метра обеспечивают яркое и ровное освещение довольно большой площади.

Критерии выбора осветительных приборов

Хорошие условия для искусственного освещения создаются при комплексном учете трех критериев:

  1. комфорта;
  2. безопасности;
  3. эстетики.

Обеспечение комфорта

Техническими характеристиками светильников по этому показателю являются:

  • цветовая температура;
  • показатель дискомфорта;
  • индекс цветопередачи.
Что такое цветовая температура

Этим показателем характеризуют интенсивность излучения волны света оптического диапазона, зависящую от ее частоты колебаний.


Измеряют в градусах Кельвина.

Показатель дискомфорта

С его помощью оценивают слепящее действие светильника, когда создается блескость, формирующая неприятное восприятие света из-за неравномерного распределения яркостей.

Для выравнивания блескости используют экраны, фильтры, рассеиватели или светильники с отраженным светом.

Индекс цветопередачи

Это показатель соответствия между уровнем восприятия цвета предметов при нормальном, естественном освещении и при использовании конкретного искусственного источника. Он характеризует степень отклонения цветов светильниками от обычного состояния.

Для солнечного спектра принят коэффициент цветопередачи Ra=100. Чем он ниже у светильника, тем больше происходит искажение цвета.

Критерии безопасности

По условиям воздействия на зрение человека они делятся на:

  • коэффициент пульсаций;
  • уровень освещенности, который мы уже рассмотрели выше.
Что такое коэффициент пульсаций

Рассмотрим на примере работы светодиода, который излучает свет только при соблюдении полярности подключенного напряжения.


Пульсации образуются за счет прохождения тока сменяющегося направления. Таким же эффектом обладают отдельные конструкции люминесцентных ламп.

Законодательство требует использовать в офисных помещениях светильники, создающие пульсации не более 10%. Для жилых помещений и рабочих мест с компьютерной техникой этот показатель жестче — до 5%.

Критерии эстетики

  • оформление;
  • распределение света.

Обычно этими вопросами занимаются дизайнеры и художники-осветители. Домашний мастер вполне может перенять их опыт и сделать расчет средств, посмотрев несколько выставленных в свободный доступ работ.

Как выполнить расчет освещения

Для его проведения можно воспользоваться:

  1. популярными ручными методиками:
  2. специализированными компьютерными программами.

Способы ручного расчета освещения

Наиболее доступными являются методы:

  1. коэффициентов;
  2. удельной мощности;
  3. точечного распределения;
  4. использования прототипов.
Способ использования коэффициентов

Он позволяет вычислить количество необходимых для хорошего освещения светильников N по выражениям, представленным на картинке.


Числитель Е∙S∙Kз характеризует отсвечивание, а знаменатель U∙n∙Фл — яркость.

Коэффициент отражения учитывает состояние поверхностей, выражается в процентах и принимается:

  • 70÷80 — для белых оттенков;
  • 50 — светлых цветов;
  • 30 — серых;
  • 20 — темно-серых;
  • 10 — темных поверхностей.

Коэффициент запаса выражается в единицах от идеальных условий, зависит от типа помещения и принимается:

  • 1,25 — внутри очень чистых пространств и осветительных установок с небольшим временем эксплуатации;
  • 1,50 — в чистых помещениях;
  • 1,75 — для наружного освещения;
  • 2,00 — при сильном загрязнении наружного или внутреннего освещения.

Подставив в верхнюю формулу все выбранные коэффициенты, можно простыми арифметическими действиями вычислить количество светильников.

Расчет по удельной мощности

Для использования этой методики необходимо пользоваться специальной справочной документацией. Такой способ обычно предусматривает создание определённого запаса светильников. За счет этого он не является экономным.

Расчет точечным методом

Способ основан на составлении плана или эскиза помещения и графического нанесения на нем рабочей поверхности и светильников для ее освещения.


Метод довольно непростой, он применяется в основном для потолков или стен различных сложных форм и конфигураций, создаваемых дизайнерами. Расчет выполняется точно, считается экономным в плане электроснабжения.

Расчет на основе прототипов

Метод использует таблицы в справочниках, подготовленные для типовых помещений. Расчеты многократно опробованы на практике и в них внесены коррективы. За счет этого получается довольно хорошая точность.

Способы расчета освещения компьютерными программами

Довольно доступный метод, рассчитанный на уровень учеников, представлен в видеоролике владельца Mordovskysvet “on-line калькулятор”. Рекомендуем ознакомиться с ним для использования в домашних целях.

Профессионально выполнять эти же действия можно с помощью популярной программы DIALux.

Особенности применения расчетов на практике

Закончив все необходимые вычисления рекомендуется проанализировать полученные результаты для того, чтобы:

  • учесть задачи комфорта, надежности и безопасности;
  • выполнить требования строительных нормативов и правила электрической безопасности.

При этом также учитывают специфику помещения. Например, в детской комнате для ребенка оптимальное освещение делают на меньшей высоте, чем в гостиной. При подсветке рабочих мест на кухне берут во внимание особенности приготовления пищи.

Расчет освещения, как и планирование всей электропроводки, лучше всего делать при составлении проекта здания или квартиры. Тогда материальные затраты на его создание будут минимальными.

Различные светотехнические решения, предназначенные для повторения домашним мастером своими руками, представлены в видеоролике владельца «Для себя, для дома, для семьи» “Дизайн освещения в квартире”.

Если у вас остались вопросы по теме статьи, то задавайте их в комментариях.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: