Теория о свете

[Стоуныч]

В чем разница между люменом и люксом?

Все мы помним из школьного (или институтского) курса физики, что мощность измеряется в ваттах. В том числе и электрическая, которую потребляют лампы. Часть этой мощности теряется в лампе, часть излучается в виде видимого и невидимого (ультрафиолетового и инфракрасного) излучения. Причем большая часть, в виде теплового, инфракрасного излучения. На долю видимого излучения приходится всего около 5% мощности в лампах накаливания и около 10-15% в люминесцентных лампах. Не густо, прямо скажем. Но пока ничего нового не придумали и всякие источники холодного света (вроде светлячков) недостаточно мощные.

 

Мощность светового потока, излучаемого лампой можно измерять несколькими способами, которые можно разделить на две группы. Первый способ - измерять энергию излучаемую лампой. Так измеряютмя обычно спектральные характеристики ламп - т.е. какая энергия приходится на ту или иную длину волны (точнее на узкий диапазон длин волн, но не будеи вдаваться в тонкости). Данные обычно даются в виде спектральной кривой и измеряются в W/nm. Второй способ - это привязаться к какому-либо приемнику света, самый распространненый приемник света - это человеческий глаз. Достаточно логичный выбор. Поскольку глаз имеет разную чувствительность в разных дипазонах длин волн (максимальная чувствительность в районе 555 nm - желто-зеленый цвет), то очевидно, что одинаковое количество энергии в разных участках спектра будет производить различных эффект на зрительное восприятие. Например, мощный источник излучающий голубой цвет будет казаться нам тусклым (лампа закрытая голубым светофильтром), а источник излучающий мегаватты тепла в инфракрасном диапазоне будет казаться черным. Поэтому вместо энергетических величин используются световых величины в фотометрии. Мощности соответствует световой поток, измеряемый в люменах. Один ватт излучаемый на длине волны 555 нм соответсвует 683 лм. Для остальных длин волн надо просто помножить значение кривой чувствительности глаза на мощность, излучаемую на данной длине волны. Чтобы найти полное количество люменов излучаемое лампой надо просуммировать (или проинтегрировать, для тех кто не боится такого слова) количство люменов для всех длин волн.

 

К сожалению, в реальности, чувствительность глаза гораздно более сложная штука и источники света с одинаковым световым потоком могут казаться для глаза имеющимим разную яркость.

 

Чтобы измерить световой поток лампы используются всякие методы - самый удрбный (но не в домашних условиях) - использование фотометрического шара, еще удобнее - заглянуть в каталог. Для ламп используется понятие светоотдачи (efficacy), характеризующее количество излучаемых люменов на единицу потребляемой (но не излучаемой) мощности - например, для ламп накаливания она равна 17 Лм/Вт (т.е. 100 Вт лампа накаливания излучает световой поток примерно 1700 люменов).

 

Понятно, что лампы одинаковой мощности, но с разными спектрами излучают разный световой поток в люменах, дяже если излучаемые мощности равны между собой. Наиболее эффективна в этом смысле люминесцентная лампа с цветовой температурой в диапазоне 5600K-6500K (соответствует холодно-белому и дневному цветам). Лампы с широким спектром (wide-spectrum), у которых улучшенный коэффициент цветопередачи, обладают более низкой светоотдачей, поскольку в спектре такой лампы должны более или менее присутствовать все спектральные компоненты, при этом голубые и красные цвета имеют малую "производительность" люменов на ватт.

 

С лампами, предназначенными для выращивания растений дело обстоит еще хуже, поскольку в их спектре присутствую синяя и красная компоненты и практически отсцтствует зеленая (поэтому они имеют розовато-фиолетовый цвет). Например, стандартная лампа мощностью 20Вт излучает примерно 1300 Лм, в то время как лампа для растений такой же мощности - только 700-750 Лм.

Надо помнить, что если растения чувствительнее к другим участкам спектра, нежели человеческий глаз и понятие люмен может для них использоваться достаточно условно. Более правильным является понятие PAR, но измерить излучение оампы в этих единицах - практически нереально из-за отсуствия аппаратуры.

Вторым широко используемым фотометрическим понятием является освещенность, измеряемая в люксах. С этой величиной знакомы все, занимающиеся фотографией - именно она определяет экспозицию и ее меряет экспонометр. Освещенность равна отношению величини светового потока, проходящего через плоскую площпдку, к площади этой площадки, подразумевая, что поток параллельный и постоянный по площадке. Отсюда и единица измерения освещенности - люкс, равный одному люмену деленному на один квадратный метр. Иногда , в англоязычной литературе встречается единица footcandle (fc), она равна одному люмену на квадратный фут (примерно 10 люкс).

 

К освещенности применимы несколько практических законов.

 

Правило косинусов - освещенность площадки, наклонненой на определенный угол между перпендикуляром к поверхности и направлением параллельного потока, равна освещенности площадки, находящейся под углом 90 градусов к направлению потока, умноженному на косинус этого угла. Достаточно просто, например, если повернуть площадку так, что она будет параллельная лучам света, то освещенность на ней будет равна нулю.

 

Правило обратных квадратов - освещенность площадки обратно пропорциональная квадрату расстояния между источником и площадкой. Это верно только для точеченых источников света, например при удалении настольной лампы от стола на вдвое дальнее расстояние, освещенность на столе уменьшится в 4 раза.

 

Об этих правилах надо помнить, когда вы проектируете системы освещения для аквариума.

 

Остальные фотометрические величины (сила света, ярокость и т.д.) можно найти в любом справочнике по фотометрии.

 

 

Что такое CCT, CRI и цветовые координаты?

Эти два значения можно встретить во многих каталогах ламп, но далеко не все понимают, что они обозначают.

 

CCT (Correlated Color Temperature, цветовая температура) и CRI (Color Rendering Index, коэффициент цветопередачи) - два параметра, используемые для характеристики цвета источников света.

 

 

Здесь изображен спектр видимого диапазона (длина волны в нанометрах).

 

 

 

Цвет источника света можно выразить с помощью двух цветовых координат - x,y. На рисунке изображен цветовой треугольник в системе координат МКО (CIE). Поскольку монитор компьютера (как и телевизор) не может передать все цвета на этом треугольнике, то некоторые цвета выглядят неверно.

 

Например, точка (0.3, 0.33) примерно соответствует белому цвету, точка (0.2, 0.15) - синему и т.д.

 

На границе фигуры изображены цвета, соответствующие длинам волн - чистым тонам

 

Черная линая на диаграмме цветов - black body locus - линия, вдоль которой меняется цвет абсолютно черного цвета при его нагревании. Точками отмечены некоторые люминесцентные лампы. Температура черного тела измеряется в градусах Кельвина (K)

 

 

ССT лампы - это температура абсолютно черного тела, которое имеет "ближайший" цвет к данной лампе. Она ничего не говорит о том как нагрето тело накала или дуга лампы, а характеризует цвет только лишь. Достаточно просто, но данное понятие ничего не говорит о том, насколько близки цвета лампы и абсолютно черного тела. Поэтому его можно использовать только для определения цвета лампы в общем, например лампы с CCT - 2880-3200K имеют желтоватый оттенок ("теплый", "warm" цвет), лампы с CCT 3500K - "нейтральный" белый цвет, лампы с CCT 4100K - "холодный", "cool" белый цвет, лампы с CCT - 6500-10000 - голубоватый оттенок.

 

Не надо путать CCT с цветовой температурой, используемой широко в курсах физике, которая определяется как температура абсолютно черного тела, спектральная кривая которого наиболее близка к кривой данного источника. Такое определение хорошо работает для источников, где рабочим тело является нить накал и спектр непрерывный. Для люминесцентных ламп с линейчатым спектром данное определение не имеет никакого смысла

 

Второе значение - CRI, коэффициент цветопередачи, характеризует насколько близки к "истинным" будут видны цвета объектов, при рассматривании их при свете лампы. Под "истинными" понимаются цвета при рассматривании с использованием тестового источника. Для определения CRI вычисляется среднее значение отклонения цветовых координат x,y при рассматривании набора тест цветов. CRI принимает значения от 0 до 100. CRI, равный нулю, соответствует свету, который не передает цветов вообще, например, черно-белому телевидению. CRI, равный 100, соответствует источнику, который передает цвета также как и тестовый источник - лампа накаливания (для источников с CCT<5000K) или "daylight" (для ламп с CCT>5000K).

 

Сравнивать значения CRI можно только для ламп с одинаковым значением CCT, иначе такое сравнение теряет смысл

 

Кратко о фотосинтезе

Фотосинтез - процесс, в результате которого энергия света превращается в энергию, используемую биологическими системами.

 

6CO2 + 6H2O + фотоны + хлорофилл -> C6H12O2 + 6O2 + хлорофилл

 

Фотосинтез осуществляют различные организмы - от растений до бактерий (например, сине-зеленые водоросли являются на самом деле циано-бактериями). Большинство организмов (исключая всякие экзотические виды бактерий, которые вряд ли имеют значение в аквариуме) в процессе фотосинтеза поглощает углекислый газ, восстанавливая из него углерод для получения органических соединений. Электроны для такой восстановительной реакции беруться из воды. В результате фотосинтеза образуется кислород. Энергия используется за счет поглощения света различными пигментами - в основном, хлорофилом (поглощающий свет в синем и красном участках спектра) и каротином (поглощает синий и зеленые участки спектра). Некоторые виды бактерий содержат другие пигменты, которые способны поглощать инфракрасный свет. При этом они не выделяют кислород.

 

Поскольку растения не очень хорошо поглощают желтые и зеленые участки спектра, то поэтому растения нам кажутся зелеными - они либо отражают, либо пропускают зеленый свет. Различные растения по-разному поглощают различные участки спектра. Например темно-зеленые листья имеют большее поглощение.

Другой характеристикой фотосинтеза является квантовый выход (quantum yield). Который показывает насколько хорошо или плохо используются поглощенный свет различных длин волн. Растения в этом смысле очень эффективны - практически каждый поглощенный фотон используется в химической реакции. На этом основаны единицы измерения светового потока, принятые в биологии - PAR, которые измеряют свет в количсетве фотонов.

Что немаловажно, помимо фотосинтеза существуют и другие процессы в растениях, на которые свет различных участков спектра оказывает свое влияние. Подбором спектра, чередованием длительности светлого и темного периодов удается у наземных растений ускорять или замедлять развитие, сокращать вегетационный период и повышать их продуктивность

 

Например, пигменты, пик чувствительности которых в красной области спектра отвечают за рост корневой системы, созревание плодов, цветение растений (добавьте лампу накаливая, если вам хочется увидеть цветы вашего апоногентона в аквариуме). Поэтому в теплицах, где конечная цель - получить тюлпаны к 8 марта и не раньше и не опзже, используют натриевые лампы, у которых излучение сосредоточено в красной области спектра.

 

Пигменты, с пиком в синей области, отвечают за развитие листьев, рост растения и т.д. Поэтому растения, выросшие с недостаточным количеством синего света, более высокие - они тянутся вверх, стараясь получить побольше этого синего света (если вы выращиваете розы в теплице на продажу, то вам нужны такие растения, с длинными стеблями). Пигмент, который отвечает за "поворот" растения к свету, также чувствителен к синим лучам.

 

Войдите или зарегистрируйтесь для просмотра содержимого. Купить семена конопли.

[banansky]

вот это да. Почти дессертация :)

[Gorez]

Это что-то новенькое!!! надо внимательней изучить.В любом случае-молодец!

Изменено 8 октября 2008 пользователем Gorez

[kardinal]

Завтра на ВВЦ выставка растеневодство в 26 павильоне с 10 го по 14 е до 17.00 СИДОР-100 стоит 8200р. Будет там выставлен. Я им звонил, говорят к Вавилову все вопросы, о как...

[Gorez]

Ну ни фига себе-Кулибины.!!!

[kardinal]

Это что-то новенькое!!! надо внимательней изучить.В любом случае-молодец!

Узнал что о светодиодах???

[Gorez]

Нет-тему не подымал!

[Стоуныч]

Войдите или зарегистрируйтесь для просмотра содержимого. Купить семена конопли.

Что скажите? Осветитель СИДОР-100

Имхо не пришло еще время светодиодов. По-прежнему ДНаТ рулит. По чему рулит? По светоотдаче, например.

[kardinal]

Имхо не пришло еще время светодиодов. По-прежнему ДНаТ рулит. По чему рулит? По светоотдаче, например.

Производитель утверждает насыщенность светопотока приближается к 100%!!! т.е солнечному!!! Что стало возможным при изобретении 4 лет назад сверхярких диодов... Более того уже изобретены "ультраяркие" светодиоды!!! КАк известно растение потребляет красный и синий спектры определенной частоты. В технологии производства светодиодов увеличивая или уменьшая длинну кристалла тем самым меняют спектр в какую угодно сторону!!! Производитель утверждает в производстве изделия используются специальные светодиоды из США от ведущего производителя на рынке! Вспомните много-ли синего и красного цета в солнечном свете??? А в США и др развитых странах экономиа переходит на светодиодное освещение. В "Мерседесе" уже перешли, уличное, стадионы да везде где освещение энергоёмко...

[Стоуныч]

Производитель утверждает насыщенность светопотока приближается к 100%!!! т.е солнечному!!!

при всем уважении, мне сложно въехать в эту фразу что такое насыщеность светопотока? и причем тут солнце? растениям не нужен весь спектр, только синий и красный. в доказательство тому - твои шишки, которые выросли под красным спектром короче, либо ссылку на понятные выражения, либо не нада

Кстати,

Войдите или зарегистрируйтесь для просмотра содержимого. Купить семена конопли.

дает нам 4 000 Лм, а дает нам 9 500 Лм.... Об чем разговор та?

[kardinal]

при всем уважении, мне сложно въехать в эту фразу что такое насыщеность светопотока? и причем тут солнце? растениям не нужен весь спектр, только синий и красный. в доказательство тому - твои шишки, которые выросли под красным спектром короче, либо ссылку на понятные выражения, либо не нада

Кстати,

Войдите или зарегистрируйтесь для просмотра содержимого. Купить семена конопли.

дает нам 4 000 Лм, а дает нам 9 500 Лм.... Об чем разговор та?

Ссылки дать не могу, ибо разговаривал с представителем на ВВЦ, выставка "Золотая осень". Насыщенность -я подразумевал интенсивность. Утверждает что в спектре потребляемом растениями света(другого цвета растения не видят!), на ДНаТ-е много улетает мимо, на вегу рекомендуется ДРиЗ(больше синего). Стоныч за что купил за то и продаю, 2-е суток в сети, всё сходится, но понятно надо еще многое узнать...

[Стоуныч]

на вегу рекомендуется ДРиЗ(больше синего).

Ну да, все правильно. ДНаТ используют на весь цикл по трем причинам:

- более высокая светоотдача, по сравнению с ДРИ

- нет желания/средств, менять лампы на веге и на цвете

- ну и поскольку цель все-таки шишки, то красный спектр в освещении более важен

Короче говоря, круче ДНаТ на данный момент может быть только... правильно! ДНаТ GreenPower, с увеличеной долей синего в спектре. Хотя диоды вещь интересная и возможно мы застанем то время, когда они будут эффективнее натриевых ламп.

[kardinal]

Ну да, все правильно. ДНаТ используют на весь цикл по трем причинам:

- более высокая светоотдача, по сравнению с ДРИ

- нет желания/средств, менять лампы на веге и на цвете

- ну и поскольку цель все-таки шишки, то красный спектр в освещении более важен

Короче говоря, круче ДНаТ на данный момент может быть только... правильно! ДНаТ GreenPower, с увеличеной долей синего в спектре. Хотя диоды вещь интересная и возможно мы застанем то время, когда они будут эффективнее натриевых ламп.

 

 

Osram Opto Semiconductors представила следующее поколение светодиодов марки Ostar Lighting LED которые позволяют создать световой поток более 1000 люмен, что сопоставимо с 50 ваттной галогеновой лампой. Мощный светодиод Ostar состоит из 6 кристаллов общей площадью 6 квадратных миллиметров, большая плотность монтажа которых позволила получить большую удельную яркость. Продажи светодиодов компания Osram планирует начать этим летом. По данным компании при токе 1000 ма, светоотдача светодиода составляет около 1100 люмен при эффективности около 50 люмен/ватт. Потребляемая мощность при этом около 22 ватт. При 700 ма и 350 ма светоотдача составляет 65 люмен/ватт и 75 люмен/ватт, соответственно.

 

В настоящее время световой поток светодиода Ostar Lighting составляет 420 люмен с фокусирующей линзой и 300 люмен без нее, при токе 700 ма и потребляемой мощности 15 Ватт

 

Высокая светоотдача новых светодиодов результат оптимизации чипа и компоновки. На практике, светодиод Ostar Lighting с отражателем позволяет создать освещенность более 500 люкс с высоты 2 метра.

 

Я правильно понимаю, что таких, но со спектром свечения 400-450нм и560-650нм, нужно 8 штук на кв метр, что-бы полностью обеспечивать потребность растения в свете???