Публикации / О СВЕТЕ ДЛЯ ЧАЙНИКОВ

Свет, как и все другие электромагнитные излучения, имеет присущие им параметры. Однако в физике для света определены несколько иные величины чем в радиоэлектронике. Данная статья посвящена процессу осознания сходных, но несравнимых величин.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

Представим радиопередатчик, например, коротких волн. Он излучает в эфир электромагнитные колебания мощность которых измеряется в Ваттах. Также мы знаем что для того чтобы этот радиопередатчик работал ему необходимо электропитание, подводимая мощность которого также измеряется в Ваттах ( 1 Вт = 1 В * 1 А). Теперь о светодиоде. Точнее о его сердцевине – кристалле закрепленном на выводах, либо подложке. Это и есть тот самый электромагнитный передатчик, но работающий в диапазоне световых волн. Для того чтобы он заработал, ему необходимо электропитание, мощность которого измеряется в Ватах. А вот мощность его излучения физики измеряют в люменах и обозначают символом Φ. И назвали они эту мощность излучения световым потоком. Спросите почему? А почему мощность двигателей раньше измеряли в лошадиных силах? Ответ на этот вопрос кроется в сути восприятия человеческим глазом разных цветов светового излучения, а также наличия невидимого излучения. Поскольку это восприятие весьма индивидуально, то было удобно ввести некие необычные единицы измерения. Но в настоящее время мы наблюдаем картину, когда для некоторых типов светодиодов мощность излучения указывают также и в Ваттах. Поприветствуем наметившийся сдвиг в сторону более знакомого восприятия физических величин. Таким образом первоначальной и самой важной характеристикой светодиода является световой поток его кристалла, измеряемый в люменах. Именно этот параметр определяет качество и цену светодиода. Это как в автомобилях – невозможно сравнить мощный «Камаз», который ездит относительно медленно, с маломощной «Таврией», которая спокойно обгоняет «Камаз». Главное – мощность, а скорость достигается другими методами, о чем ниже. Есть ли зависимость между Ваттом и люменом. Есть. Но она нелинейно связана с длиной волны излучения. Таблиц и формул перевода нет. Как установить эту зависимость? Конкретному светодиоду со световым потоком в I люменов соответствует мощность электромагнитного (видимого и невидимого) излучения P Вт, определяемого как разность подводимой к светодиоду мощности (мощности электропитания) и выделяемой светодиодом тепловой мощности (нагрева) этого светодиода (P = Pподв. – Pтепл.). Да, это можно измерить, но только в строгих лабораторных условиях.

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

Что будет если радиопередатчик снабдить направленной антенной? Мы будем слышать его передачи громче. Этот параметр характеризуется напряженностью электромагнитного поля. Можно такую же антенну применить и для радиоприемника (телевизора) и слышимость также возрастет (принцип обратимости). А что будет если светодиод снабдить направленной антенной? Мы будем видеть его ярче. Этот параметр назван освещенностью. Аналогично на приемной стороне можно поставить такую же антенну и сжать весь видимый пучок света в очень яркую точку. Освещенность в ней достигнет очень большой величины. Аналогия очевидна, только вид антенн разный! У светодиода роль направленной антенны выполняет его линза – пластмасса, в которую запрессован кристалл. Эти параметры зависят от расстояния от приемника до источника излучения (до передатчика) и убывают в квадратичной зависимости от этого расстояния. А вот объемный параметр силы направленного излучения, оказалось, удобно измерять другими единицами. Интересно что для радиоизлучения этот параметр не применяют – он бы измерялся единицей Ватт/стерадиан (Вт/ср). Ватт – это уже понятно. А стерадиан – это пространственный угол. Чтоб представить пространственный угол достаточно взять газету и свернуть из нее кулек, вырезающий в пространстве пространственный угол. Кулек может быть шире или уже и каждому из них соответствует строго определенный стереометрией (помните такую науку?) пространственный угол. Так вот продолжая нашу аналогию, для света таким параметром будет люмен/стерадиан (лм/ср) и называется он канделой (1 кд = 1 лм/1 ср). Подобно «Таврии» и «Камазу» можно получить больше кандел при меньшем количестве люменов, но только в меньшем пространственном угле. В пределе можно сжать луч в подобие лазерного луча с огромной силой света при мизерной мощности, но вот комнаты этим лучом не осветить. Поэтому: Кандела – это параметр плотности световой энергии в ограниченном пространстве. Канделу удобно измерять приборами, но она совершенно не характеризует потребительскую ценность светодиода. Скорее это характеристика конкретного луча света. А полезность этого луча определяет потребитель света. К сожалению, из-за удобства измерения, в физике канделу определили как основную величину, а люмен как производную. Но для практических расчетов все выглядит наоборот.

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ

Если рисуемый светодиодом луч направить на поверхность, то мы увидим пятно, которое имеет некую площадь S квадратных метров. Если луч имеет силу света I кд его телесный угол составляет φ ср, тогда световой поток луча составит Ф = Iφ люмен,а освещенность этой поверхности в люксах будет:

Е=Iφ/S,

если поверхность наклонена по отношению к лучу на угол α, то формулу надо дополнить:

E =(Iφ*cosα)/S.

Спросите, а зачем это? Представьте, что вам необходимо подобрать светодиод для настольной лампы. Вот здесь и пригодится эта формула, поскольку в санитарно-гигиенических требованиях вы найдете только один параметр – это минимально необходимую освещенность рабочего места для данной профессии. Все остальные параметры вы сможете определить по этой формуле, конечно же, предварительно прорисовав чертеж расположения этой лампы на столе. Тут вы увидите и требуемый плоский угол излучения светодиода, по которому определите пространственный угол, и расстояние от лампы до стола, и угол наклона освещаемой поверхности, а в конечном итоге подберете светодиод.