Люкс
Производная единица СИ · величина: освещённость
01 · Определение
Люкс — освещённость поверхности, на каждый квадратный метр которой падает световой поток в один люмен. Величина описывает не источник, а место: сколько света досталось столу, странице, полу.
Люкс — единственная фотометрическая единица, которую нормируют законом: сколько света должно падать на рабочий стол, операционный стол и школьную доску, прописано в санитарных правилах.
Отсюда главное свойство единицы: одна и та же лампа даёт совершенно разную освещённость в зависимости от того, как высоко она висит и куда направлена. Поток убывает как квадрат расстояния, и лампа, поднятая с метра на два, освещает стол вчетверо слабее. Второй множитель — угол падения: свет, приходящий вкось, размазывается по большей площади, и косинус этого угла входит в расчёт напрямую. Именно поэтому в проектировании освещения считают не лампы, а люксы на рабочей поверхности, а нормативы задают величину на высоте восьмидесяти сантиметров от пола.
Нормы освещённости — не рекомендация, а обязательное требование: триста люксов для офиса, пятьсот для чертёжных работ, двадцать тысяч в операционном поле. Замеры проводят люксметром на высоте рабочей поверхности, а не под потолком.
В пасмурный день под открытым небом бывает пять тысяч люкс, у самого окна — две тысячи, а в четырёх метрах от него уже полсотни: разница в сорок раз на длине комнаты. Глаз этого почти не замечает, потому что подстраивается логарифмически, и субъективно комната кажется освещённой ровно. Строительные нормы поэтому оперируют не люксами напрямую, а коэффициентом естественной освещённости — отношением света в точке к свету под открытым небом, выраженным в процентах.
02 · Пересчёт
Введите освещённость — паспорт разложит её по единицам
Фут-кандела — та же величина, отнесённая к квадратному футу: множитель почти одиннадцать. Фот и нокс — единицы системы СГС, встречающиеся в старой светотехнической литературе.
Последняя строка списка — не пересчёт, а прикидка: если свет падает на матовую белую поверхность, отражающую почти всё, яркость этой поверхности в канделах на квадратный метр примерно втрое меньше освещённости в люксах. Точный множитель равен коэффициенту отражения, делённому на пи, поэтому для серой стены он вчетверо меньше, а для чёрного бархата обращается почти в ноль. Люксметр меряет падающий свет, а глаз видит отражённый — отсюда и разница в ощущениях от одинаково освещённых комнат.
Белый лист при пятистах люксах даёт яркость около ста шестидесяти кандел на квадратный метр — примерно как экран ноутбука в помещении.
| Единица | Название | Значение | Где встречается |
|---|---|---|---|
| lx | люкс, единица СИ | 500 | нормы освещения, светотехника |
| klx | килолюкс | 0,5 | дневной свет, солнце |
| mlx | миллилюкс | 500000 | астрономия, сумерки |
| lm/m² | люмен на квадратный метр | 500 | расчёт по потоку светильников |
| fc | фут-кандела | 46,45 | США, Канада, нормы освещения |
| cd/m² | яркость белой поверхности | 159,15 | оценка того, что видит глаз |
| ph | фот, система СГС | 0,05 | светотехника до 1960-х |
| nx | нокс, тысячная люкса | 500000 | ночная освещённость, светомаскировка |
| метр-свеча | старое название люкса | 500 | литература до 1948 года |
| свеча-фут | русский перевод foot-candle | 46,45 | литература до 1960-х |
| lm/ft² | люмен на квадратный фут | 46,45 | запись фут-канделы через поток |
| lx | люкс | 500 | современная единица |
Множитель косинуса работает для плоской поверхности: наклонённой странице достаётся меньше, чем горизонтальному столу.
03 · Порядки величин
от звёздного неба до операционнойсотни люксов: жильё, офис, класс
04 · Приборы измерения
Чем измеряют освещённость
Кремниевый фотодиод с корректирующим светофильтром: без него прибор видел бы инфракрасное излучение, которого глаз не замечает. Фильтр подгоняет чувствительность под кривую видности, и от точности этой подгонки зависит весь класс прибора.
Молочный купол над фотоприёмником заставляет прибор реагировать на свет с любого направления ровно так, как реагировала бы плоская поверхность. Без такой коррекции люксметр занижает вклад бокового света и в помещении с окном врёт вдвое.
Фотографический родственник люксметра: измеряет тот же свет, но выдаёт не люксы, а пару «выдержка — диафрагма». Шкала экспозиционных чисел логарифмическая, и каждая ступень означает удвоение освещённости — привычка, пришедшая в фотографию из светотехники.
Точка рядом с фронтальной камерой — тот же фотодиод, управляющий яркостью экрана. Приложения-люксметры используют именно его, но косинусной коррекции у датчика нет, стекло экрана искажает спектр, и погрешность легко достигает тридцати процентов.
Замеры по сетке дают карту освещённости и коэффициент неравномерности: одно значение под лампой ничего не говорит о том, что делается в углу. Без такой карты приёмка освещения не проходит.
Для растений люксы бесполезны: кривая видности описывает человеческий глаз, а не фотосинтез. Считают поток фотонов в микромолях на квадратный метр в секунду, и меряет его отдельный датчик.
05 · Правила записи
Обе буквы строчные
Символ единицы — две строчные латинские буквы lx, набранные прямым шрифтом. Единица названа не в честь человека, а от латинского слова «свет», поэтому прописных букв в ней нет. Русское обозначение — лк.
Обозначение величины освещённости — курсивная E. Самая частая ошибка каталогов — приписать люксы лампе: у лампы есть световой поток в люменах, а люксы появляются только на поверхности и зависят от расстояния. Наоборот, у прожектора и фонаря указывают силу света в канделах, а иногда и освещённость на заданном удалении — тогда расстояние обязано стоять рядом с числом. Дольные приставки применяются свободно: миллилюкс встречается в астрономии, килолюкс — в описаниях дневного света.
06 · Соседние единицы
Четыре световые величины описывают путь света от источника к глазу: кандела — сила источника, люмен — весь его поток, люкс — что досталось поверхности, кандела на метр — яркость, которую видит глаз.
Из паспортов Simetrium к люксу примыкают люмен и кандела из определения, фут-кандела как англо-американский двойник, стерадиан из телесного угла и ватт, к которому световой поток привязан через кривую видности.
07 · Исторический раздел
Свет, который научились нормировать
Эталоном служила свеча из спермацета определённой толщины, горящая с определённой скоростью, а освещённость выражали в свече-футах. Воспроизводимость была скверной: пламя зависело от воздуха, фитиля и погоды в лаборатории.
Международный конгресс электриков принял метрические световые единицы: люкс, люмен и фот. Название взято от латинского lux — свет: одно из немногих в системе, происходящих прямо от слова, а не от фамилии, — как люмен, радиан и катал.
Комиссия по освещению усреднила чувствительность человеческого глаза по спектру и получила кривую с максимумом на 555 нанометрах. С этого момента световые величины перестали быть чисто физическими: в них встроен усреднённый наблюдатель.
Свечной эталон окончательно заменили определением через мощность излучения: монохроматический источник на частоте 540 терагерц даёт 683 люмена на ватт. Люкс, как производная от канделы, получил ту же точную привязку.
Единица с человеком внутри
Люкс — редкий случай физической единицы, определение которой содержит биологию. Световой поток получается взвешиванием спектра мощности по кривой видности, а та выведена в двадцатые годы из опытов на нескольких десятках наблюдателей, сравнивавших яркость мельканий разного цвета. Кривая усреднена, стандартизована и с тех пор почти не менялась, хотя известно, что у реальных людей максимум чувствительности гуляет, а с возрастом хрусталик желтеет и синюю часть спектра пропускает всё хуже. Отсюда практическое следствие: два источника с одинаковой освещённостью в люксах могут выглядеть по-разному, если различаются спектрально — светодиод с провалом в области циана и лампа накаливания дадут одно и то же число на приборе и разное ощущение в комнате. По этой причине к освещённости в нормативах всегда прилагают требования к цветовой температуре и индексу цветопередачи: одних люксов для описания света недостаточно.
Глаз обманывает: между сумерками и полднем разница в миллион раз
Человек уверенно читает и при пятидесяти люксах, и при пяти тысячах, не замечая разницы в сто раз: зрачок сужается, а мозг подстраивает восприятие. Именно поэтому нормы освещённости приходится задавать числом, а не на глаз — люксметр видит то, что человек ощущает лишь как «светло». Отсюда же обычная ошибка при выборе ламп для дома: комната кажется освещённой, тогда как на рабочем столе нет и половины нормативных трёхсот люкс.
Каталог · единицы измерения
Паспорт на каждую величину
Семь базовых единиц СИ, двадцать две производные с собственными именами и внесистемные единицы, без которых не обходится ни техника, ни быт. Каждая — отдельный лист: определение, пересчёт, приборы, правила записи. На 36 языках.