Luks
Pochodna jednostka SI · wielkość: natężenie oświetlenia
01 · Definicja
Natężenie oświetlenia to strumień podzielony przez powierzchnię; luminancja powierzchni rozpraszającej to współczynnik odbicia razy natężenie oświetlenia, podzielone przez pi; jedna stopokandela to 10,764 luksa
Pomiary w siatce dają mapę natężenia oświetlenia i wskaźnik równomierności: jedna wartość pod lampą nic nie mówi o tym, co dzieje się w kącie. Bez takiej mapy odbiór oświetlenia nie przechodzi.
Stąd główna właściwość jednostki: ta sama lampa daje zupełnie różne natężenia oświetlenia w zależności od tego, jak wysoko wisi i dokąd świeci. Strumień maleje z kwadratem odległości, a lampa podniesiona z metra na dwa oświetla stół czterokrotnie słabiej. Drugim czynnikiem jest kąt padania: światło padające ukośnie rozkłada się na większą powierzchnię, a cosinus tego kąta wchodzi wprost do rachunku. Właśnie dlatego w projektowaniu oświetlenia liczy się nie lampy, lecz luksy na płaszczyźnie pracy, a normy podają wartość na wysokości osiemdziesięciu centymetrów od podłogi.
Normy natężenia oświetlenia nie są zaleceniem, lecz obowiązkiem: trzysta luksów dla biura, pięćset dla prac kreślarskich, dwadzieścia tysięcy w polu operacyjnym. Pomiary wykonuje się luksomierzem na wysokości płaszczyzny pracy, a nie pod sufitem.
W pochmurny dzień pod otwartym niebem bywa pięć tysięcy luksów, tuż przy oknie dwa tysiące, a cztery metry od niego już tylko pięćdziesiąt: różnica czterdziestokrotna na długości pokoju. Oko prawie tego nie zauważa, bo przystosowuje się logarytmicznie, i subiektywnie pokój wydaje się równo oświetlony. Dlatego przepisy budowlane operują nie luksami wprost, lecz współczynnikiem światła dziennego — stosunkiem światła w punkcie do światła pod otwartym niebem, wyrażonym w procentach.
02 · Przeliczanie
Wpisz natężenie oświetlenia — karta rozłoży je na jednostki
Luks to jedyna jednostka fotometryczna regulowana prawem: ile światła ma padać na stół roboczy, stół operacyjny i szkolną tablicę, zapisano w przepisach sanitarnych.
Ostatni wiersz listy nie jest przeliczeniem, lecz oszacowaniem: jeśli światło pada na matową białą powierzchnię odbijającą prawie wszystko, luminancja tej powierzchni w kandelach na metr kwadratowy jest około trzy razy mniejsza od natężenia oświetlenia w luksach. Dokładny czynnik to współczynnik odbicia podzielony przez pi, więc dla szarej ściany jest cztery razy mniejszy, a dla czarnego aksamitu schodzi niemal do zera. Luksomierz mierzy światło padające, a oko widzi odbite — stąd różnica wrażeń w jednakowo oświetlonych pokojach.
Stopokandela to ta sama wielkość odniesiona do stopy kwadratowej: mnożnik prawie jedenaście. Fot i noks to jednostki układu CGS, spotykane w starszej literaturze oświetleniowej.
| Jednostka | Nazwa | Wartość | Gdzie występuje |
|---|---|---|---|
| lx | luks, jednostka SI | 500 | normy oświetlenia, technika świetlna |
| klx | kiloluks | 0,5 | światło dzienne, słońce |
| mlx | milluks | 500000 | astronomia, zmierzch |
| lm/m² | lumen na metr kwadratowy | 500 | obliczenie ze strumienia opraw |
| fc | stopokandela | 46,45 | USA, Kanada, normy oświetlenia |
| cd/m² | luminancja białej powierzchni | 159,15 | ocena tego, co widzi oko |
| ph | fot, układ CGS | 0,05 | technika świetlna do lat sześćdziesiątych |
| nx | noks, tysięczna luksa | 500000 | natężenie oświetlenia nocą, zaciemnienie |
| metroświeca | dawna nazwa luksa | 500 | literatura do 1948 roku |
| stopoświeca | rosyjskie tłumaczenie foot-candle | 46,45 | literatura do lat sześćdziesiątych |
| lm/ft² | lumen na stopę kwadratową | 46,45 | zapis stopokandeli przez strumień |
| lx | luks | 500 | jednostka dzisiejsza |
Biała kartka przy pięciuset luksach ma luminancję około stu sześćdziesięciu kandeli na metr kwadratowy — mniej więcej jak ekran laptopa w pokoju.
03 · Rzędy wielkości
od gwiaździstego nieba do sali operacyjnejPrzelicz na stopokandele i foty
04 · Przyrządy pomiarowe
Czym mierzy się natężenie oświetlenia
Krzemowa fotodioda z filtrem korekcyjnym: bez niego przyrząd widziałby promieniowanie podczerwone, którego oko nie zauważa. Filtr dopasowuje czułość do krzywej czułości oka, a od dokładności tego dopasowania zależy cała klasa przyrządu.
Komisja do spraw oświetlenia uśredniła czułość ludzkiego oka w całym widmie i otrzymała krzywą z maksimum przy 555 nanometrach. Od tej chwili wielkości fotometryczne przestały być czysto fizyczne: wbudowano w nie uśrednionego obserwatora.
Fotograficzny krewny luksomierza: mierzy to samo światło, ale podaje nie luksy, lecz parę «czas naświetlania — przysłona». Skala liczb ekspozycji jest logarytmiczna, a każdy stopień oznacza podwojenie natężenia oświetlenia — nawyk, który przeszedł z techniki świetlnej do fotografii.
Punkt obok przedniego aparatu to ta sama fotodioda, która steruje jasnością ekranu. Aplikacje luksomierze używają właśnie jej, ale czujnik nie ma korekcji cosinusowej, szkło ekranu zniekształca widmo, a błąd łatwo sięga trzydziestu procent.
Dla roślin luksy są bezużyteczne: krzywa czułości opisuje ludzkie oko, a nie fotosyntezę. Liczy się strumień fotonów w mikromolach na metr kwadratowy na sekundę, a mierzy go osobny czujnik.
Luks to natężenie oświetlenia powierzchni, na której każdy metr kwadratowy pada strumień świetlny jednego lumena. Wielkość opisuje nie źródło, lecz miejsce: ile światła dostało się stołowi, stronie, podłodze.
05 · Zasady zapisu
Obie litery małe
Wzorzec świecowy zastąpiono ostatecznie definicją przez moc promieniowania: źródło monochromatyczne o częstotliwości 540 teraherców daje 683 lumeny na wat. Luks, jako jednostka pochodna od kandeli, otrzymał to samo dokładne zakotwiczenie.
Oznaczeniem wielkości natężenia oświetlenia jest kursywne E. Najczęstszym błędem katalogów jest przypisywanie luksów lampie: lampa ma strumień świetlny w lumenach, a luksy pojawiają się dopiero na powierzchni i zależą od odległości. Odwrotnie, przy reflektorach i latarkach podaje się światłość w kandelach, a czasem natężenie oświetlenia na podanej odległości — i wtedy ta odległość musi stać obok liczby. Przedrostki stosuje się swobodnie: milluks pojawia się w astronomii, kiloluks w opisach światła dziennego.
06 · Jednostki sąsiednie
Symbolem jednostki są dwie małe litery łacińskie lx, pismem prostym. Jednostka nosi nazwę nie od człowieka, lecz od łacińskiego słowa «światło», dlatego nie ma w niej wielkich liter. Po polsku słowo się odmienia: pięćset luksów.
Spośród kart Simetrium sąsiadują z luksem lumen i kandela z definicji, stopokandela jako anglo-amerykański odpowiednik, steradian z kąta bryłowego i wat, z którym strumień świetlny wiąże krzywa czułości.
07 · Dział historyczny
Światło, które nauczono się normować
Siedem jednostek podstawowych SI, dwadzieścia dwie pochodne z własnymi nazwami i jednostki spoza układu, bez których nie obywa się ani technika, ani życie codzienne. Każda ma swoją kartę: definicja, przeliczanie, przyrządy, zasady zapisu. W 18 językach.
Międzynarodowy Kongres Elektryków przyjął metryczne jednostki fotometryczne: luks, lumen i fot. Nazwa pochodzi od łacińskiego lux — światło: jedna z nielicznych w układzie, która wywodzi się wprost od słowa, a nie od nazwiska, jak lumen, radian i katal.
Mleczna kopuła nad odbiornikiem sprawia, że przyrząd reaguje na światło z dowolnego kierunku dokładnie tak, jak reagowałaby płaska powierzchnia. Bez tej korekcji luksomierz zaniża udział światła bocznego i w pokoju z oknem myli się dwukrotnie.
Wzorcem była świeca ze spermacetu o określonej grubości, paląca się z określoną szybkością, a natężenie oświetlenia wyrażano w stopokandelach. Powtarzalność była kiepska: płomień zależał od powietrza, od knota i od pogody w laboratorium.
Jednostka z człowiekiem w środku
Luks to rzadki przypadek jednostki fizycznej, której definicja zawiera biologię. Strumień świetlny otrzymuje się, ważąc widmo mocy krzywą czułości oka, a tę krzywą wyprowadzono w latach dwudziestych z doświadczeń na kilkudziesięciu obserwatorach, którzy porównywali jasność migotań o różnej barwie. Krzywą uśredniono, znormalizowano i od tamtej pory prawie się nie zmieniła, choć wiadomo, że u rzeczywistych ludzi maksimum czułości wędruje, a z wiekiem soczewka żółknie i coraz gorzej przepuszcza niebieską część widma. Stąd praktyczny wniosek: dwa źródła o tym samym natężeniu oświetlenia w luksach mogą wyglądać różnie, jeśli różnią się widmowo — dioda z zapadnięciem w obszarze cyjanu i żarówka dadzą tę samą liczbę na przyrządzie i inne wrażenie w pokoju. Dlatego normy zawsze dokładają do natężenia oświetlenia wymagania co do temperatury barwowej i wskaźnika oddawania barw: same luksy nie opisują światła.
Oko myli: między zmierzchem a południem różnica jest milionkrotna
Człowiek czyta pewnie i przy pięćdziesięciu luksach, i przy pięciu tysiącach, nie zauważając stukrotnej różnicy: źrenica się zwęża, a mózg dostraja postrzeganie. Właśnie dlatego normy oświetlenia trzeba zadawać liczbą, a nie na oko — luksomierz widzi to, co człowiek odczuwa jedynie jako «jasno». Stąd też zwykły błąd przy wyborze lamp do domu: pokój wydaje się oświetlony, a na blacie roboczym nie ma nawet połowy wymaganych trzystu luksów.
Katalog · jednostki miary
Karta dla każdej wielkości
Siedem jednostek podstawowych SI, dwadzieścia dwie pochodne z własnymi nazwami oraz jednostki spoza układu, bez których nie obejdzie się ani technika, ani życie codzienne. Każda ma osobny arkusz: definicja, przeliczanie, przyrządy, zasady zapisu. W 18 językach.