Fotometrie (optica ))

het meten van de effecten van elektromagnetische straling werd al aan het einde van de 18e eeuw een studiegebied. De meettechnieken varieerden naar gelang van de bestudeerde Effecten en gaven aanleiding tot een verschillende nomenclatuur. Het totale verwarmingseffect van infraroodstraling zoals gemeten door thermometers leidde tot de ontwikkeling van radiometrische eenheden in termen van totale energie en vermogen. Het gebruik van het menselijk oog als detector leidde tot fotometrische eenheden, gewogen door de reactiekarakteristiek van het oog. Studie van de chemische effecten van ultraviolette straling leidde tot karakterisering door de totale dosis of actinometrische eenheden uitgedrukt in fotonen per seconde.

voor fotometrische metingen worden veel verschillende meeteenheden gebruikt. Mensen vragen soms waarom er zoveel verschillende eenheden moeten zijn, of vragen om conversies tussen eenheden die niet kunnen worden geconverteerd (lumen en Candela ‘ s, bijvoorbeeld). We zijn bekend met het idee dat het bijvoeglijk naamwoord “zwaar” kan verwijzen naar gewicht of dichtheid, die fundamenteel verschillende dingen zijn. Ook kan het bijvoeglijk naamwoord “helder” verwijzen naar een lichtbron die een hoge lichtstroom levert (gemeten in lumen), of naar een lichtbron die de lichtstroom concentreert in een zeer smalle bundel (Candela ‘ s), of naar een lichtbron die wordt gezien tegen een donkere achtergrond. Door de manieren waarop licht zich voortplant door de driedimensionale ruimte-zich uitspreidend, geconcentreerd, reflecterend op glanzende of matte oppervlakken-en omdat licht uit veel verschillende golflengten bestaat, is het aantal fundamenteel verschillende soorten lichtmetingen dat gemaakt kan worden groot, net als de aantallen grootheden en eenheden die ze vertegenwoordigen.

kantoren worden bijvoorbeeld meestal “helder” verlicht door een reeks van vele verzonken TL-lampen voor een gecombineerde hoge lichtstroom. Een laserpointer heeft een zeer lage lichtstroom (hij kon een ruimte niet verlichten) maar is verblindend helder in één richting (hoge lichtsterkte in die richting).

Tabel 1. SI-fotometrie hoeveelheden
Hoeveelheid Apparaat Afmetingen Opmerkingen
Naam Naam
Lichtgevende energie Qv lumen tweede lm⋅s T J Het lumen tweede wordt soms genoemd de talbot.
lichtstroom, lichtgevend vermogen Φv lumen (= candela steradians) lm (= cd⋅sr) J Lichtgevende energie per eenheid van tijd
Lichtsterkte Iv candela (= lumen per steradiaal) cd (= lm/sr) J lichtstroom per eenheid van ruimtehoek
Luminantie Lv candela per vierkante meter cd/m2 (= lm/(sr⋅m2)) L−2J lichtstroom per eenheid van ruimtehoek per eenheid geprojecteerd brongebied. De candela per vierkante meter wordt soms de nit genoemd.
Verlichtingssterkte Ev lux (= lumen per vierkante meter) lx (= lm/m2) L−2J lichtstroom incident op een oppervlak
Lichtgevende exitance, lichtgevende emittance Mv lumen per vierkante meter lm/m2 L−2J lichtstroom uitgestraald door een oppervlak
Lichtgevende blootstelling Hv licht tweede lx⋅s L−2E J Time-geïntegreerde verlichting
Lichtgevende energie dichtheid wv lumen seconde per kubieke meter lm⋅s/m3 L−3T J
lichtefficiëntie (straling) K lumen per watt lm/W M−1L−2T3J Verhouding van de lichtstroom te stralingsstroom
lichtefficiëntie (bron) η lumen per watt lm/W M−1L−2T3J Verhouding van de lichtstroom te stroomverbruik
Lichtgevende efficiëntie, lichtgevende coëfficiënt V 1 lichtefficiëntie genormaliseerd door de maximale werkzaamheid
Zie ook: SI · Fotometrie · Radiometry · (Vergelijk)

Fotometrische versus radiometrische quantitiesEdit

Er zijn twee parallelle systemen van hoeveelheden bekend als de fotometrische en radiometrische grootheden. Elke hoeveelheid in het ene systeem heeft een overeenkomstige hoeveelheid in het andere systeem. Enkele voorbeelden van parallelle grootheden zijn::

  • Luminantie (fotometrische) en uitstraling (radiometrische)
  • lichtstroom (fotometrische) en radiant flux (radiometrische)
  • lichtsterkte (fotometrische) en stralende intensiteit (radiometrische)

In fotometrische grootheden elke golflengte wordt gewogen naar hoe gevoelig het menselijk oog is, terwijl de radiometrische grootheden gebruiken ongewogen absolute macht. Bijvoorbeeld, het oog reageert veel sterker op groen licht dan op rood, dus een groene bron zal een grotere lichtstroom hebben dan een rode bron met dezelfde stralingsstroom. Stralingsenergie buiten het zichtbare spectrum draagt helemaal niet bij aan fotometrische grootheden, dus een ruimteverwarmer van 1000 watt kan bijvoorbeeld heel veel stralingsflux uitzenden (1000 watt eigenlijk), maar als lichtbron brengt hij heel weinig lumen uit (omdat de meeste energie in het infrarood zit, waardoor er slechts een lichte rode gloed zichtbaar is).

Tabel 2. SI eenheden radiometry
Hoeveelheid Apparaat Afmetingen Opmerkingen
Naam Naam
Stralingsenergie Qe joule J M⋅L2⋅T−2 Energie van de elektromagnetische straling.
stralingsenergie dichtheid we joule per kubieke meter J / m3 M⋅L-1 T T-2 stralingsenergie per volume-eenheid.
stralingsflux Φe watt W = J / s M⋅L2 T T-3 stralingsenergie uitgestoten, gereflecteerd, verzonden of ontvangen, per tijdseenheid. Dit wordt soms ook wel “stralende kracht”genoemd.
spectrale flux Φe, ν watt per hertz W / Hz m⋅L2 T T-2 stralingsflux per eenheid frequentie Of golflengte. Deze laatste wordt gewoonlijk gemeten in w nm nm−1.
Φe,λ watt per meter W/m M⋅L⋅T−3
Stralende intensiteit Ie,Ω watt per steradiaal W/sr M⋅L2⋅T−3 stralingsstroom uitgestraalde, gereflecteerde verzonden of ontvangen, per eenheid van ruimtehoek. Dit is een gerichte hoeveelheid.
spectrale intensiteit Ie, Ω, ν watt per steradiaal per hertz W⋅sr-1 Hz Hz-1 M⋅L2 T T-2 stralingsintensiteit per eenheid frequentie Of golflengte. Deze laatste wordt gewoonlijk gemeten in W S sr−1 nm nm-1. Dit is een gerichte hoeveelheid.
dat wil zeggen,Ω,λ watt per steradiaal per meter W⋅sr−1⋅m−1 M⋅L⋅T−3
Glans Le,Ω watt per steradiaal per vierkante meter W⋅sr−1⋅m−2 M⋅T−3 stralingsstroom uitgestraalde, gereflecteerde verzonden of ontvangen door een oppervlak per eenheid van ruimtehoek per eenheid geprojecteerd gebied. Dit is een gerichte hoeveelheid. Dit wordt soms ook verwarrend “intensiteit”genoemd.
spectrale straling Le, Ω, ν watt per steradiaal per vierkante meter per hertz W⋅sr-1 m m-2 Hz Hz-1 M⋅T-2 straling van een oppervlak per frequentie-eenheid of Golflengte. Deze laatste wordt gewoonlijk gemeten in W S sr-1 m M-2 nm nm-1. Dit is een gerichte hoeveelheid. Dit wordt soms ook verwarrend “spectrale intensiteit”genoemd.
Le,Ω,λ watt per steradiaal per vierkante meter, per meter W⋅sr−1⋅m−3 M⋅L−1⋅T−3
Bestralingssterkte
Flux dichtheid
Ee watt per vierkante meter W/m2 M⋅T−3 stralingsstroom ontvangen door een oppervlak per oppervlakte-eenheid. Dit wordt soms ook verwarrend “intensiteit”genoemd.
spectrale bestralingssterkte
spectrale fluxdichtheid
Ee, ν watt per vierkante meter per hertz W⋅m-2⋅Hz-1 M T T-2 bestralingssterkte van een oppervlak per frequentie-eenheid of Golflengte. Dit wordt soms ook verwarrend “spectrale intensiteit”genoemd. Niet-SI-eenheden van spectrale fluxdichtheid omvatten jansky (1 Jy = 10-26 W⋅m-2 Hz Hz−1) en zonne−flux-eenheid (1 sfu = 10-22 W⋅m-2⋅Hz-1 = 104 Jy).
Ee,λ watt per vierkante meter, per meter W/m3 M⋅L−1⋅T−3
Radiosity Je watt per vierkante meter W/m2 M⋅T−3 stralingsstroom verlaten (uitgestraalde, gereflecteerde en overgedragen door) een oppervlak per oppervlakte-eenheid. Dit wordt soms ook verwarrend “intensiteit”genoemd.
spectrale radiositeit je, ν watt per vierkante meter per hertz W⋅m-2 Hz Hz-1 M⋅T-2 Radiositeit van een oppervlak per frequentie-eenheid of Golflengte. Deze laatste wordt gewoonlijk gemeten in W m m-2 nm nm-1. Dit wordt soms ook verwarrend “spectrale intensiteit”genoemd.
Je,λ watt per vierkante meter, per meter W/m3 M⋅L−1⋅T−3
Radiant exitance Me watt per vierkante meter W/m2 M⋅T−3 Radiant flux die wordt uitgezonden door een oppervlak per oppervlakte-eenheid. Dit is de uitgezonden component van radiositeit. “Radiant emittance” is een oude term voor deze hoeveelheid. Dit wordt soms ook verwarrend “intensiteit”genoemd.
spectrale exitantie me, ν watt per vierkante meter per hertz W⋅m-2 Hz Hz-1 M T T-2 stralingsuitgang van een oppervlak per frequentie-eenheid of Golflengte. Deze laatste wordt gewoonlijk gemeten in W m m-2 nm nm-1. “Spectrale emissie” is een oude term voor deze hoeveelheid. Dit wordt soms ook verwarrend “spectrale intensiteit”genoemd.
Mij,λ watt per vierkante meter, per meter W/m3 M⋅L−1⋅T−3
Bestralingsdosis Hij joule per vierkante meter J/m2 M⋅T−2 Stralende energie ontvangen door een oppervlak per oppervlakte-eenheid, oftewel bestralingssterkte van een oppervlak geïntegreerd over de tijd van de bestraling. Dit wordt soms ook wel “stralende fluentie”genoemd.
spectrale blootstelling he, ν joule per vierkante meter per hertz J⋅m-2 Hz Hz-1 M T T-1 blootstelling aan straling van een oppervlak per frequentie-eenheid of Golflengte. Deze laatste wordt gewoonlijk gemeten in J m m−2 nm nm-1. Dit wordt soms ook wel “spectrale fluentie”genoemd.
Hij,λ joule per vierkante meter, per meter J/m3 M⋅L−1⋅T−2
Halfronde stralingsvermogen ε N/A 1 Radiant exitance van een oppervlak, gedeeld door die van een zwart lichaam op dezelfde temperatuur als die aan de oppervlakte komen.
spectrale hemisferische emissiviteit εν
of
ελ
N / A 1 spectrale exit van een oppervlak, gedeeld door dat van een zwart lichaam bij dezelfde temperatuur als dat oppervlak.
directionele emissiviteit εΩ N / A 1 straling uitgezonden door een oppervlak, gedeeld door die uitgezonden door een zwart lichaam bij dezelfde temperatuur als dat oppervlak.
spectrale directionele emissiviteit εΩ, ν
of
εΩ, λ
N / A 1 spectrale straling uitgezonden door een oppervlak, gedeeld door die van een zwart lichaam bij dezelfde temperatuur als dat oppervlak.
hemisferische absorptie a N. v. t. 1 stralingsflux geabsorbeerd door een oppervlak, gedeeld door die ontvangen door dat oppervlak. Dit moet niet worden verward met”absorptie”.
spectrale hemisferische absorptie Av
of
N / A 1 spectrale flux geabsorbeerd door een oppervlak, gedeeld door die ontvangen door dat oppervlak. Dit moet niet worden verward met”spectrale absorptie”.
Richtingsabsorptie N. v. t. 1 straling geabsorbeerd door een oppervlak, gedeeld door de straling incident op dat oppervlak. Dit moet niet worden verward met”absorptie”.
spectrale directionele absorptie AΩ, ν
of
AΩ, λ
N / A 1 spectrale straling geabsorbeerd door een oppervlak, gedeeld door de spectrale straling incident op dat oppervlak. Dit moet niet worden verward met”spectrale absorptie”.
halfronde reflectie R N. v. t. 1 stralende flux gereflecteerd door een oppervlak, gedeeld door die ontvangen door dat oppervlak.
spectrale hemisferische reflectie Rv
of
N. v. t. 1 spectrale flux gereflecteerd door een oppervlak, gedeeld door die ontvangen door dat oppervlak.
Richtingsreflectie N. v. t. 1 straling gereflecteerd door een oppervlak, gedeeld door dat ontvangen door dat oppervlak.
spectrale richtingsreflectie RΩ, ν
of
RΩ, λ
N / A 1 spectrale straling gereflecteerd door een oppervlak, gedeeld door die ontvangen door dat oppervlak.
hemisferische doorlaatbaarheid T N. v. t. 1 stralingsflux uitgezonden door een oppervlak, gedeeld door die ontvangen door dat oppervlak.
spectrale hemisferische transmissie Tv
of
N. v. t. 1 spectrale flux uitgezonden door een oppervlak, gedeeld door die ontvangen door dat oppervlak.
Richtingdoorlaatbaarheid N. v. t. 1 de straling die door een oppervlak wordt overgebracht, gedeeld door de straling die door dat oppervlak wordt ontvangen.
spectrale doorlaatbaarheid TΩ, ν
of
TΩ, λ
N / A 1 spectrale straling uitgezonden door een oppervlak, gedeeld door die ontvangen door dat oppervlak.
hemisferische dempingscoëfficiënt μ reciproque meter m-1 L-1 stralingsflux geabsorbeerd en verstrooid door een volume per lengte-eenheid, gedeeld door het door dat volume ontvangen volume.
spectrale hemisferische dempingscoëfficiënt μν
of
μλ
reciproque meter m-1 L-1 spectrale stralingsflux geabsorbeerd en verstrooid door een volume per lengte-eenheid, gedeeld door het door dat volume ontvangen volume.
Richtingsdempingcoëfficiënt μΩ reciproque meter m-1 L-1 straling geabsorbeerd en verstrooid door een volume per lengte-eenheid, gedeeld door het ontvangen door dat volume.
spectrale richtingsdempingcoëfficiënt μΩ, ν
of
μΩ, λ
reciproque meter m-1 L-1 spectrale straling geabsorbeerd en verstrooid door een volume per lengte-eenheid, gedeeld door het door dat volume ontvangen.
zie ook: SI * Radiometrie * fotometrie *(vergelijk)

Watt versus lumenedit

watt zijn eenheden van stralingsflux, terwijl lumen eenheden van lichtstroom zijn. Een vergelijking van watt en lumen illustreert het onderscheid tussen radiometrische en fotometrische eenheden.

de Watt is een vermogenseenheid. We zijn gewend om te denken van gloeilampen in termen van vermogen in watt. Dit vermogen is geen maat voor de hoeveelheid lichtopbrengst, maar geeft aan hoeveel energie de lamp zal gebruiken. Omdat gloeilampen die worden verkocht voor” general service”, vrijwel dezelfde kenmerken hebben (dezelfde spectrale verdeling van het vermogen), biedt het stroomverbruik een ruwe leidraad voor de lichtopbrengst van gloeilampen.

watt kan ook een directe meting van het vermogen zijn. In radiometrische zin is een gloeilamp ongeveer 80% efficiënt: 20% van de energie gaat verloren (bijvoorbeeld door geleiding door de lampvoet). De rest wordt uitgezonden als straling, meestal in het infrarood. Zo straalt een lamp van 60 watt een totale stralingsflux uit van ongeveer 45 watt. Gloeilampen worden, in feite, soms gebruikt als warmtebronnen (zoals in een kuiken incubator), maar meestal worden ze gebruikt voor het doel van het verstrekken van licht. Als zodanig zijn ze zeer inefficiënt, omdat de meeste stralingsenergie die ze uitzenden onzichtbaar infrarood is. Een compacte fluorescentielamp kan licht leveren dat vergelijkbaar is met een 60 watt gloeilamp terwijl het slechts 15 watt elektriciteit verbruikt.

het lumen is de fotometrische eenheid van de lichtopbrengst. Hoewel de meeste consumenten nog steeds denken aan licht in termen van stroom verbruikt door de lamp, in de VS is het een handelseis voor meerdere decennia dat gloeilamp verpakking geven de output in lumen. Het pakket van een 60 watt gloeilamp geeft aan dat deze ongeveer 900 lumen levert, net als het pakket van de 15 watt compacte fluorescerende lamp.

het lumen wordt gedefinieerd als de hoeveelheid licht die in een steradiaal wordt gegeven door een puntbron met één candela-sterkte; terwijl de candela, een basis SI-eenheid, wordt gedefinieerd als de lichtsterkte van een bron van monochromatische straling, met frequentie 540 terahertz, en een stralingsintensiteit van 1/683 watt per steradiaal. (540 THz komt overeen met ongeveer 555 nanometer, de golflengte, in het groen, waaraan het menselijk oog het meest gevoelig is. Het nummer 1/683 werd gekozen om de candela ongeveer gelijk te maken aan de standaard kaars, de eenheid die het vervangt).

door deze definities te combineren, zien we dat 1/683 watt van 555 nanometer groen licht één lumen levert.

de relatie tussen watt en lumen is niet alleen een eenvoudige schaalfactor. Dat weten we al, omdat de 60 watt gloeilamp en de 15 watt compacte fluorescerende beide 900 lumen kunnen leveren.

de definitie vertelt ons dat 1 watt zuiver groen 555 nm licht 683 lumen “waard” is. Het zegt niets over andere golflengten. Omdat lumen fotometrische eenheden zijn, hangt hun relatie met watts af van de golflengte volgens hoe zichtbaar de golflengte is. Infrarood en ultraviolette straling zijn bijvoorbeeld onzichtbaar en tellen niet mee. Een Watt infrarode straling (dat is waar de meeste straling van een gloeilamp valt) is de moeite waard nul lumen. Binnen het zichtbare spectrum, golflengten van licht worden gewogen volgens een functie genaamd de ” fotopische spectrale lichtefficiëntie.”Volgens deze functie is 700 nm rood licht slechts ongeveer 0,4% zo efficiënt als 555 nm groen licht. Zo is één watt van 700 nm rood licht” de moeite waard ” slechts 2,7 lumen.

door de optelling over het visuele gedeelte van het EM-spectrum dat deel uitmaakt van deze weging, is de eenheid “lumen” kleurenblind: er is geen manier om te bepalen welke kleur een lumen zal verschijnen. Dit staat gelijk aan het evalueren van boodschappen per aantal zakken: er is geen informatie over de specifieke inhoud, alleen een getal dat verwijst naar de totale gewogen hoeveelheid.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.