Moc światła

Fizyczny rozmiar
Nazwisko	Moc światła
Symbol formuły	${\ Displaystyle \ eta, \, \ eta _ {\ mathrm {v}} \,}$
Rozmiar i system jednostek jednostka wymiar SI lm · W −1 M −1 · L −2 · T 3 · J

Skuteczność świetlna jest lampa jest ilorazem strumienia świetlnego emitowanego przez lampę i mocy zużywanej przez nią . Twoja jednostka SI to lumen na wat (lm / W). ${\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {v}}}$ ${\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}}}$ ${\ displaystyle P}$

${\ Displaystyle \ eta _ {\ mathrm {v}} \, = \, {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {v}}} {P}}}$

Im większa jego wartość, tym większy strumień świetlny, jaki może wykorzystać oko przy danym zużyciu energii przez lampę.

definicja

Na moc świetlną lampy składają się dwa czynniki: moc wyjściowa lampy (proporcja pobranej mocy, która jest emitowana jako promieniowanie) i fotometryczny odpowiednik emitowanego promieniowania (wrażliwość oka na to promieniowanie): ${\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {e}}}$ ${\ displaystyle K}$

${\ Displaystyle \ eta _ {\ mathrm {v}} \, = \, \ eta _ {\ mathrm {e}} \ cdot K = \, {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {e}}} { P}} \ cdot {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {v}}} {\ Phi _ {\ mathrm {e}}}}}$.

Angielski termin skuteczność świetlna może oznaczać (skuteczność świetlną promieniowania) lub (ogólna skuteczność świetlną, skuteczność świetlna źródła światła), w zależności od kontekstu . ${\ displaystyle K}$ ${\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {v}}}$

Moc promieniowania

Moc promieniowania ( angielska efektywność promieniowania to) źródła światła ilorazu mocy promieniowania emitowanego ze źródła światła i zarejestrowanej mocy (zwykle elektrycznej) :${\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {e}}}$ ${\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}}}$${\ displaystyle P}$

${\ Displaystyle \ eta _ {\ mathrm {e}} \, = \, {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {e}}} {P}}}$

Im większa ta liczba, tym większa część pobranej mocy, która jest emitowana jako promieniowanie elektromagnetyczne. Zwykle tylko część emitowanej mocy promieniowania znajduje się w widzialnym zakresie widmowym i dlatego może być wykorzystywana jako „światło” dla oka.

Równoważnik promieniowania fotometrycznego

Oko ludzkie ma różną wrażliwość w zależności od długości fali światła. Aby opisać zakres, w której promieniowanie elektromagnetyczne może być używany jako światło widzialne, promieniowanie mierzy moc w watach jest mnożona przez współczynnik , który opisuje się czułość oka i jest silnie zależny od długości fali . Ten czynnik jest równoważnikiem promieniowania fotometrycznego. Wynikiem jest strumień świetlny , który jest określony w jednostce lumenów w układzie SI : ${\ textstyle \ Phi _ {\ mathrm {e}}}$${\ textstyle K}$${\ textstyle \ lambda}$ ${\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}}}$

${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}} = K \ cdot \ Phi _ {\ mathrm {e}} \ \,}$.

Im większe K , tym większy strumień świetlny, który może wykorzystać oko dla danej mocy promieniowania źródła światła. Oko jest najbardziej wrażliwe na światło zielone o długości fali 555 nm; Dla światła monochromatycznego o tej długości fali K ma maksymalną możliwą wartość 683 lm / W. Zwykle jednak światło jest mieszaniną promieniowania elektromagnetycznego o różnych długościach fal. K jest wówczas średnią ważoną („średnią”) fotometrycznego równoważnika promieniowania dla poszczególnych długości fal.

Skuteczność świetlna niektórych źródeł światła

Moc promieniowania grzejnika Plancka w różnych temperaturach. Duża część emitowanego promieniowania znajduje się poza widzialnym zakresem widmowym

Żarówka przekształca moc elektryczna zużyta prawie całkowicie na promieniowanie elektromagnetyczne. Można go w przybliżeniu uznać za grzejnik Plancka . W takim przypadku ekwiwalent promieniowania fotometrycznego zależy w dużym stopniu od temperatury promiennika. Dopiero wraz z pojawieniem się czerwonego ciepła część promieniowania jest postrzegana jako światło widzialne, ale nadal ma ono czerwone długości fal, na które oko jest mniej wrażliwe. W temperaturze 2800  K (temperatura żarnika żarówki) promiennik Planckian ma równoważnik promieniowania 15 lm / W, przy czym 6% promieniowania jest emitowane w zakresie widzialnym od 400 do 700 nm. W temperaturze 6640 K promiennik Plancka osiąga 96,1 lm / W, maksymalny możliwy ekwiwalent promieniowania fotometrycznego dla promieniowania Plancka.

Temperatura drutu żarowego (górna krzywa) i względna skuteczność świetlna (dolna krzywa) żarówki 12 V / 60 W w zależności od napięcia roboczego. Moc światła jest mniej więcej podwojona przy 20-procentowym wzroście napięcia roboczego, ale żywotność jest drastycznie zmniejszona.

Ponieważ większość emitowanego promieniowania znajduje się poza widzialnym zakresem widmowym, emitery termiczne mają na ogół tylko niski ekwiwalent promieniowania fotometrycznego i pomimo wysokiej wydajności promieniowania osiągają jedynie niską wydajność świetlną. Dzięki wyższym temperaturom moc światła można zwiększyć, ale w tym celu należy zaakceptować inne wady. Na przykład w przypadku żarówek wzrost napięcia roboczego o 1% prowadzi do wzrostu mocy wyjściowej o 1,5 do 1,6%, a strumienia świetlnego o 3,4 do 4% (tj. Lepszej wydajności świetlnej), ale także skrócenie żywotności o 12 do 16%. Przepięcie wynoszące około 10% skraca żywotność do około 50%.

W przypadku niektórych żarówek, które są włączane na krótko, można zaakceptować znacznie krótszą żywotność w celu uzyskania jak największej mocy świetlnej. Podczas gdy normalna żarówka ogólnego zastosowania (100 W) osiąga około 14 lm / W przy żywotności 1000 godzin, kinowe lampy projekcyjne osiągają 27 lm / W, ale mają tylko 100 godzin żywotności. Wąskie lampy foliowe osiągają 27,7 lm / W, ale ich żywotność jest ograniczona do 25 godzin. Górna granica mocy świetlnej, jaką można osiągnąć za pomocą lamp żarowych, wynosi około 40 lm / W.

Źródła światła, takie jak lampy fluorescencyjne lub lampy LED, osiągają znacznie niższe wydajności promieniowania ze względu na wymaganą elektronikę statecznika stratnego, a także generowanie światła, konwersję i wewnętrzne straty pochłaniania. Emitują jednak dużą część promieniowania generowanego w zakresie widzialnym i dzięki temu uzyskują znacznie lepsze wydajności świetlne niż żarówki.

Najwyższą skuteczność świetlną osiągają diody elektroluminescencyjne (120 lm / W, 120 lm / W, 180 lm / W), świetlówki (ok. 100 lm / W, 110 lm / W) oraz niskoprężne lampy sodowe (do 183 lm / W). Wadą tych ostatnich jest jednak słabe oddawanie barw.

Klasa efektywności energetycznej na etykiecie energetycznej UE zawiera informacje o odpowiedniej skuteczności świetlnej żarówek, lamp fluorescencyjnych i lamp halogenowych, które mogą być pomocne przy zakupie źródeł światła . Klasa efektywności energetycznej A oznacza produkty o wysokiej skuteczności świetlnej.

W artykule Źródło światła # przykłady znajduje się obszerna tabela z wydajnością światła .

Uwagi

1. ↑ Przy bardzo małej jasności oko ma inną krzywą wrażliwości. Równoważnik promieniowania fotometrycznego dla widzenia w nocy jest oznaczony przez K ′ .
2. ↑ Arbitralnie wyznaczona wartość liczbowa 683 lm / W wynika z definicji jednostki „lumen” z 1979 r. Została ona dobrana tak, aby jednostki miary fotometryczne jak najbardziej odpowiadały ich definicji obowiązującej do 1979 r.

Zobacz też

Skuteczność świetlna unijnych klas efektywności energetycznej lamp

Indywidualne dowody

1. ↑ ^{a b} Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC): International Electrotechnical Vocabulary , ref. 845-21-089, Skuteczność świetlna (źródła światła) (dostęp: 29 marca 2021)
2. ↑ Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC): International Electrotechnical Vocabulary , ref. 845-21-090, Skuteczność świetlna promieniowania (dla określonych warunków fotometrycznych) (dostęp 30 marca 2021)
3. ↑ Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC): International Electrotechnical Vocabulary , ref. 845-21-087, Wydajność promieniowania (źródła promieniowania) (dostęp 29 marca 2021)
4. ↑ ^{a b} T.W. Murphy, Jr .: Maksymalna widmowa skuteczność świetlna światła białego. Journal of Applied Physics 111 (2012), 104909 doi : 10.1063 / 1.4721897
5. ↑ ^{a b c d e} H.-J. Hentschel: Światło i oświetlenie - teoria i praktyka technologii oświetleniowej. Wydanie 4, Hüthig Buch, Heidelberg 1994, ISBN 3-7785-2184-5 , str.129
6. ↑ H.-J. Hentschel: Światło i oświetlenie - teoria i praktyka technologii oświetleniowej. Wydanie 4, Hüthig Buch, Heidelberg 1994, ISBN 3-7785-2184-5 , str.128
7. ↑ ^{a b} Wydajność i skuteczność świetlna diod LED , informacje od firmy Schweizer Licht Gesellschaft, dostęp 5 grudnia 2020 r.
8. ↑ https://www.cree.com/led-components/media/documents/LEDModules_LMH2.pdf Wiadomość od Cree Inc .: Karta danych rodziny LMH2 + LED-Module , dostęp 6 grudnia 2020 r.
9. ↑ ^{a b} [1] Komunikat Centralnego Stowarzyszenia Przemysłu Elektrycznego i Elektronicznego eV dotyczący skuteczności świetlnej tradycyjnych źródeł światła, dostępny 6 grudnia 2020 r.
10. ↑ http://elektro-wissen.de/Elektrotechnik/Natriumdampflampen.php Stefan Schmid-Gaiser: Informacje o lampach sodowych , dostęp 5 grudnia 2020 r.