Grandeurs d'éclairage : flux lumineux, intensité lumineuse, éclairement, luminosité, luminosité

1. Flux lumineux

Flux lumineux - la puissance de l'énergie rayonnante, à en juger par la sensation lumineuse qu'elle produit. L'énergie rayonnante est déterminée par le nombre de quanta émis par l'émetteur dans l'espace. L'énergie rayonnante (énergie rayonnante) est mesurée en joules. La quantité d'énergie émise par unité de temps est appelée flux radiant ou flux radiant. Le flux rayonnant est mesuré en watts. Le flux lumineux est noté Fe.

où : Qе — énergie de rayonnement.

Le flux de rayonnement est caractérisé par une répartition de l'énergie dans le temps et dans l'espace.

Dans la plupart des cas, lorsqu'ils parlent de la répartition du flux de rayonnement dans le temps, ils ne tiennent pas compte de la nature quantique de l'apparition du rayonnement, mais le comprennent comme une fonction qui donne une variation dans le temps des valeurs instantanées. du flux de rayonnement Ф (t). Ceci est acceptable car le nombre de photons émis par la source par unité de temps est très important.

Selon la répartition spectrale du flux de rayonnement, les sources sont divisées en trois classes : à spectre linéaire, en bande et continu. Le flux de rayonnement d'une source à spectre linéaire est constitué de flux monochromatiques provenant de raies individuelles :

où : Фλ — flux de rayonnement monochromatique ; Fe — flux de rayonnement.

Pour les sources à spectre de bandes, l'émission se produit dans des régions spectrales assez larges - des bandes séparées les unes des autres par des espaces sombres. Pour caractériser la distribution spectrale du flux de rayonnement avec des spectres continus et en bandes, une grandeur appelée densité spectrale de flux de rayonnement est utilisée

où : λ est la longueur d'onde.

La densité du flux spectral de rayonnement est une caractéristique de la répartition du flux de rayonnement sur le spectre et est égale au rapport du flux élémentaire ΔFeλ correspondant à une section infinitésimale sur la largeur de cette section :

La densité spectrale de flux de rayonnement est mesurée en watts par nanomètre.

En génie de l'éclairage, où l'œil humain est le principal récepteur de rayonnement, le concept de flux lumineux est introduit pour évaluer l'action effective du flux de rayonnement. Le flux lumineux est le flux de rayonnement estimé à partir de son effet sur l'œil, dont la sensibilité spectrale relative est déterminée par la courbe d'efficacité spectrale moyenne approuvée par la CIE.

La définition suivante du flux lumineux est également utilisée dans la technique d'éclairage : le flux lumineux est la puissance de l'énergie lumineuse. L'unité de flux lumineux est le lumen (lm). 1 lm correspond au flux lumineux émis sous un seul angle solide par une source ponctuelle isotrope d'une intensité lumineuse de 1 candela.

Tableau 1.Valeurs lumineuses typiques des sources lumineuses :

Types de lampes Énergie électrique, W Flux lumineux, lm Efficacité lumineuse lm / w Lampe à incandescence 100 watts 1360 lm 13,6 lm / W Lampe fluorescente 58 watts 5400 lm 93 lm / W Lampe sodium haute pression 100 watts 10000 lm 100 lm / W Faible lampe au sodium sous pression 180 watts 33000 lm 183 lm/W Lampe au mercure haute pression 1000 watts 58000 lm 58 lm/W Lampe aux halogénures métalliques 2000 watts 190 000 lm 95 lm/W Le flux lumineux Ф tombant sur le corps est réparti en trois composantes : réfléchi par le corps Фρabsorbé par Фα et le Фτ manqué... A calculs d'éclairage facteurs d'utilisation : réflexions ρ = Fρ/ F ; absorption α= Fa/F ; transmission τ= Fτ/ Ф.

Tableau 2. Caractéristiques lumineuses de certains matériaux et surfaces

Matériaux ou surfaces Coefficients Comportement de réflexion et de transmission réflexion ρ absorption α transmission τ craie 0,85 0,15 — Diffuse Émail Silicate 0,8 0,2 — Diffuse Miroir Aluminium 0,85 0,15 — Miroir Pointu Verre 0,8 0 ,2 — Dirigé Verre Dépoli 0,1 0,5 0,4 Diffuse dirigée Verre de lait bio 0,22 0,15 0,63 Diffuse dirigée Verre de silicate opale 0,3 0,1 0,6 Diffuse Verre de silicate de lait 0, 45 0,15 0,4 Diffuse

2. Intensité lumineuse

La distribution du rayonnement d'une source réelle dans l'espace environnant n'est pas uniforme.Par conséquent, le flux lumineux ne sera pas une caractéristique exhaustive de la source si la distribution du rayonnement dans différentes directions de l'espace environnant n'est pas déterminée simultanément.

Pour caractériser la distribution du flux lumineux, le concept de densité spatiale du flux lumineux dans différentes directions de l'espace environnant est utilisé. La densité spatiale du flux lumineux, qui est déterminée par le rapport du flux lumineux à l'angle solide avec le sommet au point où se trouve la source, à l'intérieur duquel ce flux est uniformément réparti, est appelée intensité lumineuse :

où : Ф — flux lumineux ; ω — angle solide.

L'unité d'intensité lumineuse est la candela. 1 CD.

C'est l'intensité lumineuse émise perpendiculairement par un élément de surface de corps noir de surface 1:600 ​​000 m2 à la température de solidification du platine.
L'unité d'intensité lumineuse est la candela, cd est l'une des grandeurs principales du système SI et correspond à un flux lumineux de 1 lm uniformément réparti dans un angle solide de 1 stéradian (cf.). Un angle solide est la portion d'espace enfermée dans une surface conique. Un angle solide ω mesuré par le rapport de la surface qu'il découpe d'une sphère de rayon arbitraire au carré de celle-ci.

3. Éclairage

L'illumination est la quantité de lumière ou de flux lumineux tombant sur une surface unitaire. Elle est désignée par la lettre E et se mesure en lux (lx).

L'unité d'éclairement lux, lx, est mesurée en lumens par mètre carré (lm/m2).

L'éclairement peut être défini comme la densité du flux lumineux sur la surface éclairée :

L'éclairement ne dépend pas du sens de propagation du flux lumineux vers la surface.

Voici quelques indicateurs de luminance couramment acceptés :

• L'été, une journée sous un ciel sans nuage — 100 000 lux

• Éclairage public — 5-30 lux

• Pleine lune par une nuit claire — 0,25 lux

4. La relation entre l'intensité lumineuse (I) et l'éclairement (E).

Loi du carré inverse

L'éclairement en un certain point de la surface, perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière, est défini comme le rapport de l'intensité lumineuse au carré de la distance de ce point à la source lumineuse. Si nous prenons cette distance comme d, alors ce rapport peut être exprimé par la formule suivante :

Par exemple : si une source lumineuse émet une lumière d'une puissance de 1200 cd dans une direction perpendiculaire à la surface à une distance de 3 mètres de cette surface, alors l'éclairement (Ep) au point où la lumière atteint la surface sera de 1200 /32 = 133 lux. Si la surface est à une distance de 6 m de la source lumineuse, l'éclairement sera de 1200/62 = 33 lux. Cette relation s'appelle la loi du carré inverse.

L'éclairement en un certain point d'une surface qui n'est pas perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière est égal à l'intensité lumineuse dans la direction du point de mesure divisée par le carré de la distance entre la source lumineuse et un point du plan multiplié par le cosinus de l'angle γ (γ est l'angle formé par la direction d'incidence de la lumière et la perpendiculaire à ce plan).

Donc:

C'est la loi des cosinus (Figure 1.).

Riz. 1. À la loi des cosinus

5. Eclairage horizontal

Pour calculer l'éclairement horizontal, il est recommandé de modifier la dernière formule en remplaçant la distance d entre la source lumineuse et le point de mesure par la hauteur h de la source lumineuse à la surface.

Figure 2:

Alors:

On a:

Cette formule calcule l'éclairement horizontal au point de mesure.

Riz. 2. Eclairage horizontal

6. Éclairage vertical

L'éclairement d'un même point P dans un plan vertical orienté vers la source lumineuse peut être représenté en fonction de la hauteur (h) de la source lumineuse et de l'angle d'incidence (γ) de l'intensité lumineuse (I) (Figure 3 ).

On a:

Riz. 3. Éclairage vertical

7. Éclairage

Pour caractériser les surfaces qui brillent en raison du flux lumineux qui les traverse ou qu'elles réfléchissent, on utilise le rapport du flux lumineux émis par l'élément de surface à la surface de cet élément. Cette grandeur est appelée luminosité :

Pour les surfaces aux dimensions limitées :

L'éclairement est la densité du flux lumineux émis par la surface lumineuse. L'unité d'éclairement est le lumen par mètre carré de la surface lumineuse, ce qui correspond à une surface de 1 m2 qui émet uniformément un flux lumineux de 1 lm. Dans le cas du rayonnement total, la notion de luminosité énergétique du corps rayonnant (Me) est introduite.

L'unité de lumière rayonnante est le W/m2.

La luminosité dans ce cas peut être exprimée par la densité spectrale de la luminosité énergétique du corps émetteur Meλ (λ)

Pour une évaluation comparative, nous apportons les luminosités énergétiques dans les luminosités de certaines surfaces :

• Surface solaire — Me = 6 • 107 W/m2 ;

• Filament incandescent — Me = 2 • 105 W/m2 ;

• La surface du soleil à son zénith — M = 3,1 • 109 lm/m2 ;

• Ampoule fluorescente — M = 22 • 103 lm / m2.

8. Luminosité

Luminosité La luminosité de la lumière émise par une unité de surface dans une certaine direction. L'unité de mesure de la luminosité est la candela par mètre carré (cd/m2).

La surface elle-même peut émettre de la lumière, semblable à la surface d'une lampe, ou réfléchir la lumière provenant d'une autre source, telle qu'une surface de route.

Des surfaces avec des propriétés réfléchissantes différentes sous le même éclairage auront des degrés de luminosité différents.

La luminosité émise par la surface dA sous un angle Φ par rapport à la projection de cette surface est égale au rapport de l'intensité de la lumière émise dans une direction donnée sur la projection de la surface émettrice (Fig. 4).

Riz. 4. Luminosité

L'intensité de la lumière et la projection de la surface émettrice sont indépendantes de la distance. Par conséquent, la luminosité ne dépend pas non plus de la distance.

Quelques exemples pratiques :

• Luminosité de la surface solaire — 2 000 000 000 cd/m2

• Luminosité des lampes fluorescentes — de 5000 à 15000 cd/m2

• Luminosité de surface d'une pleine lune — 2500 cd/m2

• Éclairage routier artificiel — 30 lux 2 cd / m2