Svetlobni izkoristek

Spekter sevanja črnega telasa. Energija zunaj območja vidne svetlobe (~380–750 nm) je prikazana s prekinjeno črto. Zunaj tega območja je svetlobni izkoristek zmanjšan.

Svetlôbni izkorístek (oznaki $\eta \,$ in $\rho \,$) je merilo za učinkovitost sevanja svetlobnih naprav. Svetlobni izkoristek je razmerje med izsevanim svetlobnim tokom (merjen v lumnih) in močjo (merjeno v vatih) svetlobne naprave. Za moč lahko uporabimo skupni sevalni tok (moč sevanja v vatih) izvora ali pa skupno električno moč (prav tako v vatih), ki jo troši izvor. Oba pojma se uporabljata za malo različne namene in nimata enolično določene uporabe in pomena. Po prvem načinu imenujemo izračunano razmerje učinkovitost sevanja (luminous efficasy of radiation ali LER), po drugem pa učinkovitost izvora (luminous efficasy of a source ali LES).

Definicija svetlobnega izkoristka

Označimo z $\eta \,$ učinkovitost sevanja, potem je

$\eta ={\frac {F}{P}}\!\,,$

kjer je

• $\eta \!$ svetlobni izkoristek (učinkovitost sevanja)
• $F\!$ svetlobni tok, ki ga daje svetlobna naprava (v lumnih)
• $P\!$ moč svetlobne naprave (moč v vatih, običajno se uporablja električna energija).

Vrednost, ki jo dobimo, ima enoto lumen/ W (lumen na vat) .

Svetlobni izkoristek pri sevanju črnega telesa kot funkcija temperature.

Svetlobni izkoristek kot učinkovitost izvora (označimo ga z $\rho \,$) pa lahko izračunamo kot razmerje med skupnim izsevanim svetlobnim tokom (v vatih) in dovedeno močjo (prav tako v vatih):

$\rho ={\frac {\Phi }{P}}\!\,,$

kjer je

• $\rho \!$ svetlobni izkoristek
• $\Phi \!$ svetlobni tok, ki ga daje svetlobna naprava
• $P\!$ moč svetlobne naprave (poraba, običajno električna energija).

Vrednost, ki jo dobimo, pa je v tem primeru brezrazsežna količina in jo običajno izražamo v procentih. Navadno se enote tako izberejo, da imamo največji možen izkoristek pri 683 lm/W, kar je 100 % izkoristek.

Dovzetnost normalnega človeškega očesa na svetlobo po standardu, ki ga je sprejela Mednarodna komisija za osvetljevanje (International Commission on Illumination ali CIE) v letu 1924.
Na abscisni osi je valovna dolžina v nm.

Svetlobni izkoristek in človeško oko

Valovne dolžine svetlobe zunaj vidnega dela spektra so za človeško oko nevidne in jih ne moremo uporabljati za osvetljevanje. Izvor ne oddaja svetlobe samo z eno valovno dolžino. Zaradi tega je svetlobni tok naprave enak. Oko različno reagira na različne valovne dolžine celo v okviru vidnega dela spektra. Svetlobni izkoristek meri samo del elektromagnetnega valovanja, ki je primeren za osvetljevanje

$\Phi =\int \Phi _{\lambda }\,\mathrm {d} \lambda \!\,,$

kjer je

• $\lambda \,$ valovna dolžina izsevane svetlobe
• $\Phi _{\lambda }\,$ svetlobni tok pri valovni dolžini $\lambda \,$.

Enota za merjenje svetlobnega izkoristka

V sistemu SI merimo svetlobni izkoristek v lumnih/ m² (lumnih na kvadratni meter)

Zgledi

V naslednji razpredelnici so podani svetlobni izkoristki nekaterih virov.

vrsta svetila	tip svetila	svetlobni izkoristek (lm/W)	učinkovitost izvora (%)
gorenje	sveča	0,3	0,04%
	plinska svetilka	1–2	0,15–0,3%
žarnice na žarilno nitko	100–200 W volframova žarnica (220 V)	13,8–15,2	2,0–2,2%
	100–200–500 W volframova steklena žarnica, halogenska (220 V)	16.7–17,6 –19.8	2,4–2,6–2,9%
	5–40–100 W volframova žarnica (120 V)	5–12,6–17.5	0,7–1,8–2,6%
	2,6 W volframova steklena, halogenska (5.2 V)	19,2	2,8%
	volframova kvarčna halogenska (12–24 V)	24	3,5%
	fotografske in projektorske žarnice	35	5,1%
svetleče diode	bele svetleče diode (brez napajanja)	4,5–150	0,66–22,0%
	4,1 W LED Edisonov navoj lamp (120 V)	58,5–82,9	8,6–12,1%
	6,9 W LED z Edisonovim navojem (120 V)	55,1–81,9	8,1–12,0%
	7 W LED parabolični reflektor prevlečen z aluminijem (120 V)	28,6	4,2%
	8,7 W LED svetilka z Edisonovim navojem (120 V)	69,0–93,1	10,1–13,6%
obločne svetilke	ksenonova obločna svetilka	30–50	4.4–7.3%
	živosrebrno-ksenonova obločna svetilka	50–55	7.3–8.0%
fluorescentna sijalka	sijalna cev T12 z magnetnim balastom tube with magnetic ballast	60	9%
	kompaktne fluorescentne sijalke 9–32 W	46–75	8–11,45%
	sijalna cev T8 z elektronskim balastom (balast je naprava, ki se uporablja v sijalkah z razelektritvijo, zagotavlja pogoje za vklop)	80–100	12–15%
	sijalna cev T5	70–104,2	10–15,63%
žarnice na razelektrenje	1400 W sijalka z žveplom	100	15%
	kovinsko-halogenska svetilka	65–115	9,5–17%
	natrijeva svetilka z visokim pritiskom	85–150	12–22%
	natrijeva plinska svetilka	100–200	15–29%
idealni viri	črno telo pri 5800 K	251	37%
	zelena svetloba pri 555 nm (največji možni izkoristek sevanja)	683,002	100%

Zunanje povezave

• Tabela občutljivosti človeškega očesa (angleško)
• Definicija svetlobnega izkoristka (angleško)
• Osvetljevanje (angleško)

Pregled fotometričnih količin in enot SI

količina			enota SI		razsežnost	opombe
ime	oznaka	definicija	ime	oznaka
svetlobna energija	$Q_{\rm {v}}\!\,$, $W\!\,$	${\textstyle Q_{\rm {v}}=\int \!{\mathit {\Phi _{\rm {v}}}}(t)\,\mathrm {d} t\!\,}$	lumensekunda	lm⋅s	${\mathsf {T}}\cdot {\mathsf {J}}\!\,$	lumensekunda se včasih imenuje talbot.
gostota svetlobne energije	$\omega _{\rm {v}}\!\,$	${\textstyle \omega _{\rm {v}}={\frac {\partial Q_{\rm {v}}}{\partial V}}\!\,}$	lumensekunda na kubični meter	lm⋅s/m3	${\mathsf {L}}^{-3}\cdot {\mathsf {T}}\cdot {\mathsf {J}}\!\,$	svetlobna energija na enoto prostornine
svetlobni tok svetlobna moč	${\mathit {\Phi }}_{\rm {v}}\!\,$, $P\!\,$, $F\!\,$	${\textstyle {\mathit {\Phi }}_{\rm {v}}=\!\int {\frac {\partial {\mathit {\Phi }}_{\rm {e}}(\lambda )}{\partial \lambda }}K(\lambda )\,\mathrm {d} \lambda \!\,}$	lumen (= kandela steradian)	lm (= cd⋅sr)	${\mathsf {J}}\!\,$	svetlobna energija na časovno enoto
svetilnost svetlobna jakost	$I_{\rm {v}}\!\,$	${\textstyle I_{\rm {v}}={\frac {\partial {\mathit {\Phi }}_{\rm {v}}}{\partial {\mathit {\Omega }}}}\!\,}$	kandela (= lumen na steradian)	cd (= lm/sr)	${\mathsf {J}}\!\,$	osnovna enota SI. Svetlobni tok na enoto prostorskega kota.
svetlost	$L_{\rm {v}}\!\,$	${\textstyle L_{\rm {v}}={\frac {1}{\cos \theta }}{\frac {\partial ^{2}{\mathit {\Phi }}_{\rm {v}}}{\partial {\mathit {\Omega }}\,\partial S}}\!\,}$	kandela na kvadratni meter	cd/m2 (= lm/(sr⋅m2))	${\mathsf {L}}^{-2}\cdot {\mathsf {J}}\!\,$	svetlobni tok na enoto prostorskega kota na enoto projicirano površino vira. Kandela na kvadratni meter se zunaj SI včasih imenuje nit.
osvetljenost	$E_{\rm {v}}\!\,$	${\textstyle E_{\rm {v}}={\frac {\partial {\mathit {\Phi }}_{\rm {v}}}{\partial S}}\!\,}$	luks (= lumen na kvadratni meter)	lx (= lm/m2)	${\mathsf {L}}^{-2}\cdot {\mathsf {J}}\!\,$	za osvetljenost površine. Vpadni svetlobni tok na površino.
gostota svetlobnega toka	$j_{\rm {v}}\!\,$	${\textstyle j_{\rm {v}}={\frac {\partial {\mathit {\Phi }}_{\rm {v}}}{\partial S}}\!\,}$	lumen na kvadratni meter	lm/m2	${\mathsf {L}}^{-2}\cdot {\mathsf {J}}\!\,$	svetlobni tok oddan, odbit in prenešen na površino na enoto površine.
svetlobna eksitanca svetlobna emitanca	$M_{\rm {v}}\!\,$	${\textstyle M_{\rm {v}}={\frac {\partial {\mathit {\Phi }}_{\rm {v}}}{\partial S}}\!\,}$	lumen na kvadratni meter	lm/m2	${\mathsf {L}}^{-2}\cdot {\mathsf {J}}\!\,$	oddani svetlobni tok s površine
osvetlitev (svetlobna) ekspozicija	$H_{\rm {v}}\!\,$	${\textstyle H_{\rm {v}}=\int \!E_{\rm {v}}(t)\,\mathrm {d} t\!\,}$	luks sekunda	lx⋅s	${\mathsf {L}}^{-2}\cdot {\mathsf {T}}\cdot {\mathsf {J}}\!\,$	časovno integrirana osvetljenost
svetlobni izkoristek (sevanja)	$K\!\,$	${\textstyle K(\lambda )={\frac {{\mathit {\Phi }}_{\rm {v}}}{{\mathit {\Phi }}_{\rm {e}}}}\!\,}$	lumen na vat	lm/W	${\mathsf {L}}^{-1}\cdot {\mathsf {L}}^{-2}\cdot {\mathsf {T}}^{3}\cdot {\mathsf {J}}\!\,$	razmerje med svetlobnim tokom in sevalnim tokom. Znaša lahko do 683,002.
svetlobni izkoristek (vira)	$\eta \!\,$, $\eta _{\rm {v}}\!\,$, $\rho \!\,$	${\textstyle \eta ={\frac {{\mathit {\Phi }}_{\rm {v}}}{P}}\!\,}$	lumen na vat	lm/W	${\mathsf {L}}^{-1}\cdot {\mathsf {L}}^{-2}\cdot {\mathsf {T}}^{3}\cdot {\mathsf {J}}\!\,$	razmerje med svetlobnim tokom in porabo energije
svetlobna učinkovitost svetlobni koeficient	$V\!\,$				1	svetlobni izkoristek, normaliziran z največjim možnim izkoristkom
Glej tudi: mednarodni sistem enot (SI) fotometrija radiometrija