Μετατροπέας Φωτός
Φως & Φωτομετρία — Από την Καντέλα στο Λούμεν
Κατακτήστε τις φωτομετρικές μονάδες σε 5 κατηγορίες: φωτεινή ένταση (lux), φωτεινότητα (nit), ένταση φωτός (candela), φωτεινή ροή (lumen) και έκθεση. Κατανοήστε τη διαφορά μεταξύ του φωτός ΠΑΝΩ στις επιφάνειες και ΑΠΟ τις επιφάνειες.
Θεμελιώδεις αρχές της Φωτομετρίας
Πέντε Φυσικές Ποσότητες
Η φωτομετρία μετρά 5 ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΑ πράγματα! Φωτεινή ένταση: φως που πέφτει ΠΑΝΩ στην επιφάνεια (lux). Φωτεινότητα: φως ΑΠΟ την επιφάνεια (nit). Ένταση: ισχύς πηγής (candela). Ροή: συνολική απόδοση (lumen). Έκθεση: φως x χρόνος. Δεν μπορούν να αναμιχθούν!
- Φωτεινή ένταση: lux (φως ΠΑΝΩ)
- Φωτεινότητα: nit (φως ΑΠΟ)
- Ένταση: candela (πηγή)
- Ροή: lumen (σύνολο)
- Έκθεση: lux-δευτερόλεπτο (χρόνος)
Φωτεινή ένταση (Lux)
Φως που πέφτει ΠΑΝΩ σε μια επιφάνεια. Μονάδες: lux (lx) = lumen ανά τετραγωνικό μέτρο. Ηλιακό φως: 100.000 lux. Γραφείο: 500 lux. Φως φεγγαριού: 0,1 lux. Μετρά πόσο φωτεινή φαίνεται μια επιφάνεια όταν φωτίζεται.
- lux = lm/m² (lumen/επιφάνεια)
- Ηλιακό φως: 100.000 lx
- Γραφείο: 300-500 lx
- Δεν μπορεί να μετατραπεί σε nit!
Φωτεινότητα (Nit)
Φως που προέρχεται ΑΠΟ μια επιφάνεια (εκπεμπόμενο ή ανακλώμενο). Μονάδες: nit = candela ανά τετραγωνικό μέτρο. Οθόνη τηλεφώνου: 500 nits. Φορητός υπολογιστής: 300 nits. Διαφορετικό από τη φωτεινή ένταση! Μετρά την ίδια τη φωτεινότητα της επιφάνειας.
- nit = cd/m²
- Τηλέφωνο: 400-800 nits
- Φορητός υπολογιστής: 200-400 nits
- Διαφορετικό από τη φωτεινή ένταση!
- 5 διαφορετικές φυσικές ποσότητες - δεν μπορούν να αναμιχθούν!
- Φωτεινή ένταση (lux): φως ΠΑΝΩ στην επιφάνεια
- Φωτεινότητα (nit): φως ΑΠΟ την επιφάνεια
- Ένταση (candela): ισχύς πηγής σε μια κατεύθυνση
- Ροή (lumen): συνολική απόδοση φωτός
- Μετατρέψτε μόνο εντός της ίδιας κατηγορίας!
Επεξήγηση των πέντε κατηγοριών
Φωτεινή ένταση (Φως ΠΑΝΩ)
Φως που προσπίπτει ΠΑΝΩ σε μια επιφάνεια. Μετρά πόσο φως χτυπά μια περιοχή. Βασική μονάδα: lux (lx). 1 lux = 1 lumen ανά τετραγωνικό μέτρο. Foot-candle (fc) = 10,76 lux. Χρησιμοποιείται για το σχεδιασμό φωτισμού.
- lux (lx): μονάδα SI
- foot-candle (fc): αυτοκρατορική
- phot (ph): CGS (10.000 lx)
- Μετρά το λαμβανόμενο φως
Φωτεινότητα (Φως ΑΠΟ)
Φως που εκπέμπεται ή ανακλάται ΑΠΟ την επιφάνεια. Η φωτεινότητα που βλέπετε. Βασική μονάδα: nit = candela/m². Stilb = 10.000 nits. Lambert, foot-lambert είναι ιστορικές μονάδες. Χρησιμοποιείται για οθόνες.
- nit (cd/m²): σύγχρονη
- stilb: 10.000 nits
- lambert: 3.183 nits
- foot-lambert: 3,43 nits
Ένταση, Ροή, Έκθεση
Ένταση (candela): ισχύς πηγής σε μια κατεύθυνση. Βασική μονάδα SI! Ροή (lumen): συνολική απόδοση σε όλες τις κατευθύνσεις. Έκθεση (lux-δευτερόλεπτο): φωτεινή ένταση με την πάροδο του χρόνου για τη φωτογραφία.
- candela (cd): βάση SI
- lumen (lm): συνολική απόδοση
- lux-δευτερόλεπτο: έκθεση
- Όλες είναι διαφορετικές ποσότητες!
Η Φυσική της Μέτρησης του Φωτός
Νόμος του αντίστροφου τετραγώνου
Η ένταση του φωτός μειώνεται με το τετράγωνο της απόστασης. Φωτεινή ένταση E = Ένταση I / απόσταση² (r²). Διπλάσια απόσταση = 1/4 φωτεινότητας. 1 candela σε 1 μέτρο = 1 lux. Σε 2 μέτρα = 0,25 lux.
- E = I / r²
- Διπλάσια απόσταση = 1/4 φωτός
- 1 cd σε 1m = 1 lx
- 1 cd σε 2m = 0,25 lx
Από τη Ροή στη Φωτεινή Ένταση
Φωτεινή ροή κατανεμημένη σε μια επιφάνεια. E (lux) = Ροή (lumen) / Επιφάνεια (m²). 1000 lumen σε 1 m² = 1000 lux. Σε 10 m² = 100 lux. Μεγαλύτερη επιφάνεια = μικρότερη φωτεινή ένταση.
- E = Φ / A
- 1000 lm / 1 m² = 1000 lx
- 1000 lm / 10 m² = 100 lx
- Η επιφάνεια έχει σημασία!
Φωτεινότητα & Ανακλαστικότητα
Φωτεινότητα = φωτεινή ένταση x ανακλαστικότητα / π. Λευκός τοίχος (90% ανακλαστικότητα): υψηλή φωτεινότητα. Μαύρη επιφάνεια (10% ανακλαστικότητα): χαμηλή φωτεινότητα. Ίδια φωτεινή ένταση, διαφορετική φωτεινότητα! Εξαρτάται από την επιφάνεια.
- L = E × ρ / π
- Λευκό: υψηλή φωτεινότητα
- Μαύρο: χαμηλή φωτεινότητα
- Η επιφάνεια έχει σημασία!
Σημεία αναφοράς επιπέδου φωτός
| Συνθήκη | Φωτεινή ένταση (lux) | Σημειώσεις |
|---|---|---|
| Φως αστεριών | 0.0001 | Το πιο σκοτεινό φυσικό φως |
| Φως φεγγαριού (πανσέληνος) | 0.1 - 1 | Καθαρή νύχτα |
| Φωτισμός δρόμου | 10 - 20 | Τυπικός αστικός |
| Σαλόνι | 50 - 150 | Άνετο σπίτι |
| Χώρος εργασίας γραφείου | 300 - 500 | Τυπική απαίτηση |
| Κατάστημα λιανικής | 500 - 1000 | Φωτεινή προβολή |
| Χειρουργείο | 10,000 - 100,000 | Χειρουργική ακρίβεια |
| Άμεσο ηλιακό φως | 100,000 | Φωτεινή μέρα |
| Πλήρες φως ημέρας | 10,000 - 25,000 | Από συννεφιά έως ηλιοφάνεια |
Φωτεινότητα οθόνης (Φωτεινότητα)
| Συσκευή | Τυπική (nits) | Μέγιστη (nits) |
|---|---|---|
| E-reader (e-ink) | 5-10 | 15 |
| Οθόνη φορητού υπολογιστή | 200-300 | 400 |
| Οθόνη επιτραπέζιου υπολογιστή | 250-350 | 500 |
| Smartphone | 400-600 | 800-1200 |
| Τηλεόραση HDR | 400-600 | 1000-2000 |
| Προβολέας κινηματογράφου | 48-80 | 150 |
| Εξωτερική οθόνη LED | 5000 | 10,000+ |
Εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο
Σχεδιασμός Φωτισμού
Γραφείο: 300-500 lux. Λιανικό εμπόριο: 500-1000 lux. Χειρουργείο: 10.000+ lux. Οι οικοδομικοί κώδικες καθορίζουν τις απαιτήσεις φωτεινής έντασης. Πολύ χαμηλή: καταπόνηση των ματιών. Πολύ υψηλή: θάμβωση, σπατάλη ενέργειας. Ο σωστός φωτισμός είναι κρίσιμος!
- Γραφείο: 300-500 lx
- Λιανικό εμπόριο: 500-1000 lx
- Χειρουργείο: 10.000+ lx
- Ισχύουν οι οικοδομικοί κώδικες
Τεχνολογία Οθονών
Οθόνες τηλεφώνων/tablet: 400-800 nits τυπικά. Φορητοί υπολογιστές: 200-400 nits. Τηλεοράσεις HDR: 1000+ nits. Εξωτερικές οθόνες: 2000+ nits για ορατότητα. Η φωτεινότητα καθορίζει την αναγνωσιμότητα σε συνθήκες έντονου φωτισμού.
- Τηλέφωνα: 400-800 nits
- Φορητοί υπολογιστές: 200-400 nits
- Τηλεόραση HDR: 1000+ nits
- Εξωτερικές: 2000+ nits
Φωτογραφία
Έκθεση κάμερας = φωτεινή ένταση x χρόνος. Lux-δευτερόλεπτα ή lux-ώρες. Οι φωτόμετροι μετρούν lux. Η σωστή έκθεση είναι κρίσιμη για την ποιότητα της εικόνας. Το EV (τιμή έκθεσης) σχετίζεται με τα lux-δευτερόλεπτα.
- Έκθεση = lux x χρόνος
- Φωτόμετροι: lux
- lux-δευτερόλεπτο: φωτογραφική μονάδα
- Το EV σχετίζεται με την έκθεση
Γρήγορα μαθηματικά
Αντίστροφο τετράγωνο
Η φωτεινή ένταση μειώνεται με την απόσταση². 1 cd σε 1m = 1 lx. Σε 2m = 0,25 lx (1/4). Σε 3m = 0,11 lx (1/9). Γρήγορα: διαιρέστε με το τετράγωνο της απόστασης!
- E = I / r²
- 1m: διαιρέστε με 1
- 2m: διαιρέστε με 4
- 3m: διαιρέστε με 9
Κατανομή σε επιφάνεια
Ροή σε επιφάνεια. Λάμπα 1000 lm. Σε απόσταση 1 m, απλώνεται σε μια επιφάνεια σφαίρας 12,6 m². 1000 / 12,6 = 79 lux. Μεγαλύτερη σφαίρα = χαμηλότερο lux.
- Επιφάνεια σφαίρας = 4πr²
- 1m: 12,6 m²
- 2m: 50,3 m²
- Ροή / επιφάνεια = φωτεινή ένταση
Lux σε Foot-Candle
1 foot-candle = 10,764 lux. Γρήγορα: fc x 10 ≈ lux. Ή: lux / 10 ≈ fc. Αρκετά κοντά για εκτιμήσεις!
- 1 fc = 10.764 lx
- fc x 10 ≈ lux
- lux / 10 ≈ fc
- Γρήγορη εκτίμηση
Πώς λειτουργούν οι μετατροπές
- Βήμα 1: Ελέγξτε την κατηγορία
- Βήμα 2: Μετατρέψτε μόνο εντός της κατηγορίας
- Φωτεινή ένταση: lux, fc, phot
- Φωτεινότητα: nit, lambert, fL
- ΠΟΤΕ μην διασταυρώνετε κατηγορίες!
Συνήθεις μετατροπές (εντός κατηγοριών)
| Από | Σε | Παράγοντας | Παράδειγμα |
|---|---|---|---|
| lux | foot-candle | 0.0929 | 100 lx = 9,29 fc |
| foot-candle | lux | 10.764 | 10 fc = 107,6 lx |
| phot | lux | 10,000 | 1 ph = 10.000 lx |
| nit (cd/m²) | foot-lambert | 0.2919 | 100 nit = 29,2 fL |
| foot-lambert | nit | 3.426 | 100 fL = 343 nit |
| stilb | nit | 10,000 | 1 sb = 10.000 nit |
| lambert | nit | 3183 | 1 L = 3183 nit |
| lumen | watt@555nm | 0.00146 | 683 lm = 1 W |
Γρήγορα παραδείγματα
Λυμένα προβλήματα
Φωτισμός γραφείου
Ένα γραφείο χρειάζεται 400 lux. Οι λάμπες LED παράγουν 800 lumen η καθεμία. Το δωμάτιο είναι 5m x 4m (20 m²). Πόσες λάμπες χρειάζονται;
Συνολικά απαιτούμενα lumen = 400 lx x 20 m² = 8.000 lm. Απαιτούμενες λάμπες = 8.000 / 800 = 10 λάμπες. Υποθέτει ομοιόμορφη κατανομή και καμία απώλεια.
Απόσταση φακού
Ένας φακός έχει ένταση 1000 candela. Ποια είναι η φωτεινή ένταση στα 5 μέτρα;
E = I / r². E = 1000 cd / (5m)² = 1000 / 25 = 40 lux. Νόμος του αντίστροφου τετραγώνου: διπλάσια απόσταση = 1/4 φωτός.
Φωτεινότητα οθόνης
Η οθόνη ενός φορητού υπολογιστή είναι 300 nits. Μετατρέψτε σε foot-lamberts;
1 nit = 0,2919 foot-lambert. 300 nit x 0,2919 = 87,6 fL. Το ιστορικό πρότυπο κινηματογράφου ήταν 16 fL, οπότε ο φορητός υπολογιστής είναι 5,5 φορές πιο φωτεινός!
Συνήθη λάθη
- **Ανάμιξη κατηγοριών**: Δεν μπορείτε να μετατρέψετε lux σε nit! Διαφορετικές φυσικές ποσότητες. Lux = φως ΠΑΝΩ στην επιφάνεια. Nit = φως ΑΠΟ την επιφάνεια. Χρειάζεστε ανακλαστικότητα για να τα συσχετίσετε.
- **Ξεχνώντας τον αντίστροφο τετράγωνο**: Το φως μειώνεται με το ΤΕΤΡΑΓΩΝΟ της απόστασης, όχι γραμμικά. 2x απόσταση = 1/4 φωτεινότητας, όχι 1/2!
- **Σύγχυση lumen και lux**: Lumen = συνολική απόδοση (όλες οι κατευθύνσεις). Lux = απόδοση ανά επιφάνεια (μία κατεύθυνση). Μια λάμπα 1000 lm ΔΕΝ παράγει 1000 lux!
- **Αγνοώντας την ανακλαστικότητα**: Ένας λευκός τοίχος έναντι ενός μαύρου τοίχου κάτω από την ίδια φωτεινή ένταση έχουν τεράστια διαφορά στη φωτεινότητα. Η επιφάνεια έχει σημασία!
- **Candela εναντίον ισχύος κεριού**: 1 candela ≠ 1 ισχύς κεριού. Κερί πεντανίου = 10 candela. Οι ιστορικές μονάδες ποικίλλουν!
- **Μονάδες φωτεινότητας οθόνης**: Οι κατασκευαστές αναμιγνύουν nits, cd/m² και % φωτεινότητας. Πάντα ελέγχετε τα πραγματικά nits για σύγκριση.
Διασκεδαστικά Γεγονότα
Η Καντέλα είναι βασική μονάδα του SI
Η Καντέλα είναι μία από τις 7 βασικές μονάδες του SI (μαζί με το μέτρο, το χιλιόγραμμο, το δευτερόλεπτο, το αμπέρ, το κέλβιν, το mole). Ορίζεται ως η ένταση του φωτός μιας πηγής που εκπέμπει φως 540 THz με ακτινοβολούμενη ένταση 1/683 watt ανά στερεοακτίνιο. Η μόνη μονάδα που βασίζεται στην ανθρώπινη αντίληψη!
Το Λούμεν ορίζεται από την Καντέλα
1 λούμεν = φως από πηγή 1 καντέλας σε 1 στερεοακτίνιο στερεάς γωνίας. Δεδομένου ότι μια σφαίρα έχει 4π στερεοακτίνια, μια ισότροπη πηγή 1 καντέλας εκπέμπει συνολικά 4π ≈ 12,57 λούμεν. Το λούμεν είναι παράγωγο, η καντέλα είναι θεμελιώδης!
555 nm είναι η μέγιστη ευαισθησία
Το ανθρώπινο μάτι είναι πιο ευαίσθητο στα 555 nm (πράσινο-κίτρινο). 1 watt φωτός 555 nm = 683 λούμεν (το μέγιστο δυνατό). Κόκκινο ή μπλε φως: λιγότερα λούμεν ανά watt. Γι' αυτό η νυχτερινή όραση είναι πράσινη!
Οθόνες HDR = 1000+ Nits
Τυπικές οθόνες: 200-400 nits. HDR (High Dynamic Range): 1000+ nits. Ορισμένες φτάνουν τα 2000-4000 nits! Αντανάκλαση του ήλιου: 5000+ nits. Το HDR μιμείται το εύρος φωτεινότητας του πραγματικού κόσμου για εκπληκτικές εικόνες.
Foot-Candle από πραγματικά κεριά
1 foot-candle = φωτεινή ένταση 1 πόδι από πηγή 1 καντέλας. Αρχικά από ένα πραγματικό κερί σε απόσταση 1 ποδιού! = 10,764 lux. Χρησιμοποιείται ακόμα στους αμερικανικούς κώδικες φωτισμού.
Πρότυπο φωτεινότητας κινηματογράφου
Οι προβολείς κινηματογράφου βαθμονομούνται σε 14-16 foot-lamberts (48-55 nits). Φαίνεται χαμηλό σε σύγκριση με την τηλεόραση/το τηλέφωνο! Αλλά σε ένα σκοτεινό θέατρο, δημιουργεί τη σωστή αντίθεση. Οι οικιακοί προβολείς έχουν συχνά 100+ nits για τον περιβάλλοντα φωτισμό.
Η εξέλιξη της μέτρησης του φωτός: από τα κεριά στα κβαντικά πρότυπα
Αρχαίες πηγές φωτός (πριν από το 1800)
Πριν από την επιστημονική φωτομετρία, οι άνθρωποι βασίζονταν στους φυσικούς κύκλους του φωτός και σε πρωτόγονες τεχνητές πηγές. Οι λάμπες λαδιού, τα κεριά και οι δάδες παρείχαν ασυνεπή φωτισμό που μετριόταν μόνο με σύγκριση.
- Τα κεριά ως πρότυπα: κεριά από ζωικό λίπος, μελισσοκέρι και σπερματσέτο χρησιμοποιούνταν ως πρόχειρες αναφορές
- Χωρίς ποσοτικές μετρήσεις: το φως περιγραφόταν ποιοτικά («φωτεινό σαν το φως της ημέρας», «αμυδρό σαν το φως του φεγγαριού»)
- Περιφερειακές παραλλαγές: κάθε πολιτισμός ανέπτυξε τα δικά του πρότυπα κεριών χωρίς διεθνή συμφωνία
- Περιορισμός ανακάλυψης: καμία κατανόηση του φωτός ως ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ή φωτονίων
Η γέννηση της επιστημονικής φωτομετρίας (1800-1900)
Ο 19ος αιώνας έφερε συστηματικές προσπάθειες για την τυποποίηση της μέτρησης του φωτός, με γνώμονα την υιοθέτηση του φωτισμού με φυσικό αέριο και του πρώιμου ηλεκτρικού φωτισμού.
- 1799 - Φωτόμετρο του Rumford: ο Benjamin Thompson (Κόμης Rumford) εφηύρε το φωτόμετρο σκιάς για τη σύγκριση πηγών φωτός
- Δεκαετία του 1860 - Εμφανίζονται τα πρότυπα κεριών: το κερί σπερματσέτο (λάδι φάλαινας), η λάμπα Carcel (φυτικό έλαιο), η λάμπα Hefner (οξικός αμυλεστέρας) ανταγωνίζονται ως αναφορές
- 1881 - Πρότυπο Violle: ο Jules Violle πρότεινε την πλατίνα στο σημείο πήξης της (1769°C) ως πρότυπο φωτός - 1 τετραγωνικό εκατοστό εκπέμπει 1 Violle
- 1896 - Κερί Hefner: γερμανικό πρότυπο που χρησιμοποιεί ελεγχόμενη φλόγα οξικού αμυλεστέρα, που χρησιμοποιήθηκε μέχρι τη δεκαετία του 1940 (0,903 σύγχρονες καντέλες)
Διεθνής τυποποίηση (1900-1948)
Οι προσπάθειες των αρχών του 20ού αιώνα ενοποίησαν τα ανταγωνιστικά εθνικά πρότυπα στο Διεθνές Κερί, πρόδρομο της σύγχρονης καντέλας.
- 1909 - Διεθνές Κερί: συμφωνία μεταξύ Γαλλίας, Ηνωμένου Βασιλείου και ΗΠΑ ορίζει το πρότυπο ως το 1/20 του ακτινοβολητή μαύρου σώματος πλατίνας στο σημείο πήξης
- 1921 - Προτείνεται η μονάδα Bouger: βασισμένη στο πρότυπο πλατίνας, περίπου ίση με τη σύγχρονη καντέλα
- Δεκαετία του 1930 - Πρότυπο πεντανίου: ορισμένες χώρες χρησιμοποίησαν τυποποιημένη λάμπα πεντανίου αντί για πλατίνα
- Δεκαετία του 1940 - Ο πόλεμος διαταράσσει τα πρότυπα: ο Β' Παγκόσμιος Πόλεμος αναδεικνύει την ανάγκη για μια καθολική, αναπαραγώγιμη μέτρηση ανεξάρτητη από τεχνουργήματα
Η Καντέλα γίνεται βασική μονάδα του SI (1948-1979)
Η μεταπολεμική διεθνής συνεργασία καθιέρωσε την καντέλα ως την έβδομη βασική μονάδα του SI, αρχικά ορισμένη από την ακτινοβολία μαύρου σώματος πλατίνας.
1948 Definition: 1948 (9η CGPM): Η Καντέλα ορίστηκε ως η ένταση του φωτός του 1/600.000 m² πλατίνας στο σημείο πήξης. Για πρώτη φορά, η 'καντέλα' αντικατέστησε επίσημα το 'κερί'. Καθιέρωσε τη φωτομετρία στο πλαίσιο του SI μαζί με το μέτρο, το χιλιόγραμμο, το δευτερόλεπτο, το αμπέρ, το κέλβιν και το mole.
Challenges:
- Εξάρτηση από την πλατίνα: απαιτούσε ακριβή έλεγχο της καθαρότητας και της θερμοκρασίας της πλατίνας (1769°C)
- Δύσκολη υλοποίηση: λίγα εργαστήρια μπορούσαν να διατηρήσουν τη συσκευή του σημείου πήξης της πλατίνας
- Φασματική ευαισθησία: ο ορισμός βασίστηκε στη φωτοπική όραση (καμπύλη ευαισθησίας του ανθρώπινου ματιού)
- Εξέλιξη της ορολογίας: το 'nit' υιοθετήθηκε ανεπίσημα για το cd/m² το 1967, αν και δεν είναι επίσημος όρος του SI
Κβαντική Επανάσταση: Σύνδεση του Φωτός με Θεμελιώδεις Σταθερές (1979-Σήμερα)
Ο επαναπροσδιορισμός του 1979 απελευθέρωσε την καντέλα από τα υλικά τεχνουργήματα, συνδέοντάς την αντ' αυτού με το watt μέσω της ευαισθησίας του ανθρώπινου ματιού σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος.
1979 Breakthrough: Η 16η CGPM επαναπροσδιόρισε την καντέλα με βάση τη μονοχρωματική ακτινοβολία: «Η ένταση του φωτός, σε μια δεδομένη κατεύθυνση, μιας πηγής που εκπέμπει μονοχρωματική ακτινοβολία συχνότητας 540 × 10¹² Hz (555 nm, κορυφή ευαισθησίας του ανθρώπινου ματιού) και έχει ακτινοβολούμενη ένταση 1/683 watt ανά στερεοακτίνιο.» Αυτό καθιστά τα 683 λούμεν ακριβώς ίσα με 1 watt στα 555 nm.
Advantages:
- Θεμελιώδης σταθερά: συνδεδεμένη με το watt (μονάδα ισχύος SI) και την ανθρώπινη φωτοπική συνάρτηση φωτεινότητας
- Αναπαραγωγιμότητα: οποιοδήποτε εργαστήριο μπορεί να υλοποιήσει την καντέλα χρησιμοποιώντας λέιζερ και βαθμονομημένο ανιχνευτή
- Χωρίς τεχνουργήματα: δεν απαιτείται πλατίνα, σημεία πήξης, φυσικά πρότυπα
- Ακρίβεια μήκους κύματος: τα 555 nm επιλέχθηκαν ως η κορυφή της φωτοπικής όρασης (όπου το μάτι είναι πιο ευαίσθητο)
- Ο αριθμός 683: επιλέχθηκε για να διατηρηθεί η συνέχεια με τον προηγούμενο ορισμό της καντέλας
Modern Impact:
- Βαθμονόμηση LED: κρίσιμη για τα πρότυπα ενεργειακής απόδοσης (αξιολογήσεις lumen ανά watt)
- Τεχνολογία οθονών: τα πρότυπα HDR (nits) βασίζονται στον ακριβή ορισμό της καντέλας
- Κώδικες φωτισμού: οι απαιτήσεις των κτιρίων (επίπεδα lux) είναι ανιχνεύσιμες στο κβαντικό πρότυπο
- Αστρονομία: οι μετρήσεις της αστρικής φωτεινότητας συνδέονται με τη θεμελιώδη φυσική
Τεχνολογικές Επαναστάσεις στον Φωτισμό (δεκαετία 1980-Σήμερα)
Η σύγχρονη τεχνολογία φωτισμού έχει μεταμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο δημιουργούμε, μετράμε και χρησιμοποιούμε το φως, καθιστώντας τη φωτομετρική ακρίβεια πιο σημαντική από ποτέ.
Εποχή LED (δεκαετίες 2000-2010)
Τα LED έφεραν επανάσταση στον φωτισμό με 100+ lumen/watt (έναντι 15 lm/W για τους λαμπτήρες πυρακτώσεως). Οι ενεργειακές ετικέτες απαιτούν πλέον ακριβείς αξιολογήσεις lumen. Ο δείκτης απόδοσης χρωμάτων (CRI) και η θερμοκρασία χρώματος (Kelvin) γίνονται προδιαγραφές για τον καταναλωτή.
Τεχνολογία Οθονών (δεκαετίες 2010-Σήμερα)
Οι οθόνες HDR φτάνουν τα 1000-2000 nits. Έλεγχος σε επίπεδο pixel OLED. Πρότυπα όπως το HDR10, Dolby Vision απαιτούν ακριβείς προδιαγραφές φωτεινότητας. Η ορατότητα των smartphone σε εξωτερικούς χώρους οδηγεί σε μέγιστη φωτεινότητα 1200+ nits. Ο κινηματογράφος διατηρεί 48 nits για σωστή αντίθεση.
Έξυπνος Φωτισμός & Σχεδιασμός με επίκεντρο τον Άνθρωπο (δεκαετία 2020)
Η έρευνα για τον κιρκάδιο ρυθμό οδηγεί στον ρυθμιζόμενο φωτισμό (ρύθμιση CCT). Φωτόμετρα στα smartphone. Οι οικοδομικοί κώδικες καθορίζουν τη φωτεινή ένταση για την υγεία/παραγωγικότητα. Η φωτομετρία είναι κεντρική στον σχεδιασμό ευεξίας.
- Η μόνη μονάδα του SI που βασίζεται στην ανθρώπινη αντίληψη: η καντέλα ενσωματώνει μοναδικά τη βιολογία (ευαισθησία του ματιού) στον ορισμό της φυσικής
- Από τα κεριά στα κβάντα: ταξίδι από πρωτόγονα κέρινα ραβδιά σε πρότυπα που ορίζονται με λέιζερ σε 200 χρόνια
- Ακόμα εξελίσσεται: η τεχνολογία LED και οθονών συνεχίζει να οδηγεί τη φωτομετρική καινοτομία
- Πρακτικός αντίκτυπος: η φωτεινότητα της οθόνης του τηλεφώνου σας, ο φωτισμός του γραφείου και οι προβολείς του αυτοκινήτου σας ανάγονται όλα στα 683 λούμεν = 1 watt στα 555 nm
- Μέλλον: πιθανή περαιτέρω βελτίωση καθώς κατανοούμε καλύτερα την επιστήμη της όρασης, αλλά ο τρέχων ορισμός είναι εξαιρετικά σταθερός από το 1979
Επαγγελματικές Συμβουλές
- **Ελέγξτε πρώτα την κατηγορία**: Πάντα επιβεβαιώνετε ότι μετατρέπετε εντός της ίδιας κατηγορίας. Lux σε fc: Εντάξει. Lux σε nit: ΛΑΘΟΣ!
- **Γρήγορος αντίστροφος τετράγωνος**: Απόσταση x2 = φωτεινότητα /4. Απόσταση x3 = φωτεινότητα /9. Γρήγορα νοητικά μαθηματικά!
- **Lumen ≠ Lux**: Μια λάμπα 1000 lumen απλωμένη σε 1 m² = 1000 lux. Σε 10 m² = 100 lux. Η επιφάνεια έχει σημασία!
- **Γρήγορο foot-candle**: fc x 10 ≈ lux. Αρκετά κοντά για πρόχειρες εκτιμήσεις. Ακριβές: fc x 10,764 = lux.
- **Σύγκριση οθονών**: Πάντα χρησιμοποιείτε nits (cd/m²). Αγνοήστε τις προδιαγραφές % φωτεινότητας. Μόνο τα nits είναι αντικειμενικά.
- **Εκτίμηση φωτισμού δωματίου**: 300-500 lux είναι τυπικό για γραφείο. Συνολικά απαιτούμενα lumen = lux x επιφάνεια (m²). Στη συνέχεια διαιρέστε με τα lumen ανά λάμπα.
- **Αυτόματη επιστημονική σημειογραφία**: Τιμές ≥ 1 εκατομμύριο ή < 0,000001 εμφανίζονται αυτόματα σε επιστημονική σημειογραφία (π.χ., 1.0e+6) για αναγνωσιμότητα!
Πλήρης Φωτομετρική Αναφορά
Φωτισμός
Light falling ON a surface - lux, foot-candle, phot. Units: lm/m². Cannot convert to other categories!
| Μονάδα | Σύμβολο | Σημειώσεις & Εφαρμογές |
|---|---|---|
| lux | lx | Μονάδα SI φωτεινής έντασης. 1 lx = 1 lm/m². Γραφείο: 300-500 lux. Ηλιακό φως: 100.000 lux. |
| kilolux | klx | 1000 lux. Φωτεινές εξωτερικές συνθήκες. Εύρη άμεσου ηλιακού φωτός. |
| millilux | mlx | 0,001 lux. Συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Επίπεδα λυκόφωτος. |
| microlux | µlx | 0,000001 lux. Πολύ σκοτεινές συνθήκες. Επίπεδα φωτός αστεριών. |
| ποδο-κερί | fc | Αυτοκρατορική φωτεινή ένταση. 1 fc = 10,764 lux. Χρησιμοποιείται ακόμα στους κώδικες των ΗΠΑ. |
| phot | ph | Μονάδα CGS. 1 ph = 10.000 lux = 1 lm/cm². Σπάνια χρησιμοποιείται πλέον. |
| nox | nx | 0,001 lux. Νυχτερινός φωτισμός. Από το λατινικό 'νύχτα'. |
| lumen ανά τετραγωνικό μέτρο | lm/m² | Ίδιο με το lux. Άμεσος ορισμός: 1 lm/m² = 1 lux. |
| lumen ανά τετραγωνικό εκατοστό | lm/cm² | Ίδιο με το phot. 1 lm/cm² = 10.000 lux. |
| lumen ανά τετραγωνικό πόδι | lm/ft² | Ίδιο με το foot-candle. 1 lm/ft² = 1 fc = 10,764 lux. |
Φωτεινότητα
Light emitted/reflected FROM a surface - nit, cd/m², foot-lambert. Different from illuminance!
| Μονάδα | Σύμβολο | Σημειώσεις & Εφαρμογές |
|---|---|---|
| candela ανά τετραγωνικό μέτρο (nit) | cd/m² | Σύγχρονη μονάδα φωτεινότητας = nit. Οι οθόνες αξιολογούνται σε nits. Τηλέφωνο: 500 nits. |
| nit | nt | Κοινή ονομασία για το cd/m². Πρότυπο φωτεινότητας οθόνης. HDR: 1000+ nits. |
| stilb | sb | 1 cd/cm² = 10.000 nits. Πολύ φωτεινό. Σπάνια χρησιμοποιείται πλέον. |
| candela ανά τετραγωνικό εκατοστό | cd/cm² | Ίδιο με το stilb. 1 cd/cm² = 10.000 cd/m². |
| candela ανά τετραγωνικό πόδι | cd/ft² | Αυτοκρατορική φωτεινότητα. 1 cd/ft² = 10,764 cd/m². |
| candela ανά τετραγωνική ίντσα | cd/in² | 1 cd/in² = 1550 cd/m². Μικρή επιφάνεια, υψηλή φωτεινότητα. |
| lambert | L | 1/π cd/cm² = 3.183 cd/m². Τέλεια διάχυτη επιφάνεια. |
| millilambert | mL | 0,001 lambert = 3,183 cd/m². |
| ποδο-lambert | fL | 1/π cd/ft² = 3,426 cd/m². Πρότυπο κινηματογράφου ΗΠΑ: 14-16 fL. |
| apostilb | asb | 1/π cd/m² = 0,318 cd/m². Μονάδα CGS. |
| blondel | blondel | Ίδιο με το apostilb. 1/π cd/m². Ονομάστηκε από τον André Blondel. |
| bril | bril | 10^-7 lambert = 3,183 x 10^-6 cd/m². Όραση προσαρμοσμένη στο σκοτάδι. |
| skot | sk | 10^-4 lambert = 3,183 x 10^-4 cd/m². Μονάδα σκοτοπικής όρασης. |
Φωτεινή Ένταση
Light source strength in a direction - candela (SI base unit), candle power. Different physical quantity!
| Μονάδα | Σύμβολο | Σημειώσεις & Εφαρμογές |
|---|---|---|
| candela | cd | Βασική μονάδα SI! Ένταση φωτός σε μια κατεύθυνση. LED: 1-10 cd τυπικά. |
| kilocandela | kcd | 1000 candela. Πολύ φωτεινές πηγές. Προβολείς. |
| millicandela | mcd | 0,001 candela. Μικρά LED. Ενδεικτικά φώτα: 1-100 mcd. |
| hefnerkerze (κερί hefner) | HK | 0,903 cd. Γερμανικό πρότυπο κεριού. Φλόγα οξικού αμυλεστέρα. |
| διεθνές κερί | ICP | 1,02 cd. Πρώιμο πρότυπο. Πλατίνα στο σημείο πήξης. |
| δεκαδικό κερί | dc | Ίδιο με την candela. Πρώιμος γαλλικός όρος. |
| κερί πεντανίου (10 candle power) | cp | 10 cd. Πρότυπο λάμπας πεντανίου. 10 ισχύς κεριού. |
| μονάδα carcel | carcel | 9,74 cd. Γαλλικό πρότυπο λάμπας. Λάμπα λαδιού Carcel. |
| bougie decimal | bougie | Ίδιο με την candela. Γαλλικό δεκαδικό κερί. |
Φωτεινή Ροή
Total light output in all directions - lumen. Cannot convert to intensity/illuminance without geometry!
| Μονάδα | Σύμβολο | Σημειώσεις & Εφαρμογές |
|---|---|---|
| lumen | lm | Μονάδα SI φωτεινής ροής. Συνολική απόδοση φωτός. Λάμπα LED: 800 lm τυπικά. |
| kilolumen | klm | 1000 lumen. Φωτεινές λάμπες. Εμπορικός φωτισμός. |
| millilumen | mlm | 0,001 lumen. Πολύ αμυδρές πηγές. |
| watt (στα 555 nm, μέγιστη φωτεινή απόδοση) | W@555nm | 1 W στα 555 nm = 683 lm. Μέγιστη φωτεινή απόδοση. Μέγιστο πράσινου φωτός. |
Φωτομετρική Έκθεση
Light exposure over time - lux-second, lux-hour. Illuminance integrated over time.
| Μονάδα | Σύμβολο | Σημειώσεις & Εφαρμογές |
|---|---|---|
| lux-δευτερόλεπτο | lx⋅s | Φωτεινή ένταση με την πάροδο του χρόνου. Φωτογραφική έκθεση. 1 lx για 1 δευτερόλεπτο. |
| lux-ώρα | lx⋅h | 3600 lux-δευτερόλεπτα. 1 lx για 1 ώρα. Μεγαλύτερες εκθέσεις. |
| phot-δευτερόλεπτο | ph⋅s | 10.000 lux-δευτερόλεπτα. Φωτεινή έκθεση. |
| ποδο-κερί-δευτερόλεπτο | fc⋅s | 10,764 lux-δευτερόλεπτα. Foot-candle για 1 δευτερόλεπτο. |
| ποδο-κερί-ώρα | fc⋅h | 38.750 lux-δευτερόλεπτα. Foot-candle για 1 ώρα. |
Βέλτιστες πρακτικές μετατροπής φωτομετρίας
Βέλτιστες πρακτικές
- Γνωρίστε την ποσότητα: Lux (ΠΑΝΩ στην επιφάνεια), nit (ΑΠΟ την επιφάνεια), candela (πηγή), lumen (σύνολο) - ΠΟΤΕ μην τα αναμιγνύετε!
- Μετατρέψτε μόνο εντός της ίδιας κατηγορίας: lux↔foot-candle ΕΝΤΑΞΕΙ, lux↔nit ΑΔΥΝΑΤΟ χωρίς δεδομένα επιφάνειας
- Για lumen σε lux: χρειάζεστε επιφάνεια και μοτίβο κατανομής φωτός (όχι απλή διαίρεση!)
- Φωτεινότητα οθόνης σε nits: 200-300 σε εσωτερικούς χώρους, 600+ σε εξωτερικούς χώρους, 1000+ περιεχόμενο HDR
- Οι κώδικες φωτισμού χρησιμοποιούν lux: γραφείο 300-500 lx, λιανικό εμπόριο 500-1000 lx, επαληθεύστε τις τοπικές απαιτήσεις
- Φωτογραφία: lux-δευτερόλεπτα για την έκθεση, αλλά οι σύγχρονες κάμερες χρησιμοποιούν την κλίμακα EV (τιμή έκθεσης)
Συνήθη λάθη προς αποφυγή
- Προσπάθεια άμεσης μετατροπής lux σε nit: Αδύνατο! Διαφορετικές ποσότητες (ΠΑΝΩ εναντίον ΑΠΟ την επιφάνεια)
- Μετατροπή lumen σε lux χωρίς επιφάνεια: Πρέπει να γνωρίζετε τη φωτισμένη επιφάνεια και το μοτίβο κατανομής
- Αγνόηση του νόμου του αντίστροφου τετραγώνου: η ένταση του φωτός μειώνεται με την απόσταση² (διπλάσια απόσταση = 1/4 φωτός)
- Ανάμιξη κατηγοριών: Σαν να προσπαθείτε να μετατρέψετε μέτρα σε χιλιόγραμμα - φυσικά παράλογο!
- Χρήση λάθος μονάδας για την εφαρμογή: οι οθόνες χρειάζονται nits, τα δωμάτια χρειάζονται lux, οι λάμπες αξιολογούνται σε lumen
- Σύγχυση της candela με την ισχύ του κεριού (candlepower): παλιά αυτοκρατορική μονάδα, δεν είναι το ίδιο με τη σύγχρονη candela (cd)
Συχνές Ερωτήσεις
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ lux και nit;
Εντελώς διαφορετικά! Lux = φωτεινή ένταση = φως που πέφτει ΠΑΝΩ σε μια επιφάνεια (lm/m²). Nit = φωτεινότητα = φως που προέρχεται ΑΠΟ μια επιφάνεια (cd/m²). Παράδειγμα: ένα γραφείο έχει 500 lux φωτεινή ένταση από τα πάνω φώτα. Η οθόνη του υπολογιστή έχει 300 nits φωτεινότητα που βλέπετε. Δεν μπορείτε να τα μετατρέψετε μεταξύ τους χωρίς να γνωρίζετε την ανακλαστικότητα της επιφάνειας! Διαφορετικές φυσικές ποσότητες.
Μπορώ να μετατρέψω lumen σε lux;
Ναι, αλλά χρειάζεστε την επιφάνεια! Lux = lumen / επιφάνεια (m²). Μια λάμπα 1000 lumen που φωτίζει 1 m² επιφάνειας = 1000 lux. Η ίδια λάμπα που φωτίζει 10 m² = 100 lux. Επηρεάζεται επίσης από την απόσταση (νόμος του αντίστροφου τετραγώνου) και το μοτίβο κατανομής του φωτός. Δεν είναι άμεση μετατροπή!
Γιατί η candela είναι βασική μονάδα του SI;
Για ιστορικούς και πρακτικούς λόγους. Η ένταση του φωτός είναι θεμελιώδης - μπορεί να μετρηθεί απευθείας από μια πηγή. Το lumen, το lux προκύπτουν από την candela με τη χρήση της γεωμετρίας. Επίσης, η candela είναι η μόνη μονάδα του SI που βασίζεται στην ανθρώπινη αντίληψη! Ορίζεται με βάση τη φασματική ευαισθησία του ανθρώπινου ματιού στα 555 nm. Είναι ξεχωριστή μεταξύ των μονάδων του SI.
Ποια είναι μια καλή φωτεινότητα οθόνης;
Εξαρτάται από το περιβάλλον! Σε εσωτερικούς χώρους: 200-300 nits είναι επαρκή. Σε εξωτερικούς χώρους: χρειάζεστε 600+ nits για ορατότητα. Περιεχόμενο HDR: 400-1000 nits. Πολύ φωτεινό στο σκοτάδι = καταπόνηση των ματιών. Πολύ αμυδρό στο ηλιακό φως = δεν μπορείτε να δείτε. Πολλές συσκευές προσαρμόζονται αυτόματα. Τα τηλέφωνα έχουν συνήθως 400-800 nits, ορισμένα φτάνουν τα 1200+ για έντονο ηλιακό φως.
Πόσα lumen χρειάζομαι;
Εξαρτάται από το δωμάτιο και το σκοπό! Γενικός κανόνας: 300-500 lux για γραφεία. Υπνοδωμάτιο: 100-200 lux. Κουζίνα: 300-400 lux. Πολλαπλασιάστε τα lux x την επιφάνεια του δωματίου (m²) = συνολικά lumen. Παράδειγμα: ένα γραφείο 4m x 5m (20 m²) στα 400 lux = απαιτούνται 8.000 lumen. Στη συνέχεια διαιρέστε με τα lumen ανά λάμπα.
Γιατί δεν μπορώ να αναμίξω αυτές τις κατηγορίες;
Είναι θεμελιωδώς διαφορετικές φυσικές ποσότητες με διαφορετικές διαστάσεις! Σαν να προσπαθείτε να μετατρέψετε χιλιόγραμμα σε μέτρα - αδύνατο! Η φωτεινή ένταση είναι ροή/επιφάνεια. Η φωτεινότητα είναι ένταση/επιφάνεια. Η ένταση είναι candela. Η ροή είναι lumen. Όλα σχετίζονται με τη φυσική/γεωμετρία αλλά ΔΕΝ είναι άμεσα μετατρέψιμα. Χρειάζεστε πρόσθετες πληροφορίες (απόσταση, επιφάνεια, ανακλαστικότητα) για να τα συσχετίσετε.
Πλήρης Κατάλογος Εργαλείων
Όλα τα 71 εργαλεία που είναι διαθέσιμα στο UNITS