От чего зависит яркость лампочки?

Энергосберегающие лампы — руководство по эксплуатации для начинающих

Пять лет назад я купил свои первые светодиодные лампочки. Они должны были заменить «галогенки» в моей ванной. При этом я потратил на них довольно большую сумму денег. А что при этом получил… Не достаточное количество люмен и слишком много кельвинов. Вы знаете, что я имею в виду? Нет? Прекрасно. Давайте разбираться вместе!

Цоколь в лампочке.
Форма лампочки.
Яркость лампочки.
Теплый или холодный свет.
Светодиодные лампочки — стоит ли сейчас покупать?

Цоколь в лампочке.

В настоящее время есть около сотни разнообразных цоколей. Но, вероятнее всего, в Вашем доме используется не более пяти видов цоколей. У меня в потолочных светильниках используется два вида цоколей — E27 и E14, и ещё пару видов цоколей в настольных лампах.

На изображении ниже представлены некоторые распространённые виды цоколей в России.

Форма лампочки.

При выборе формы лампочки нужно знать, что это не просто выбор её внешнего вида. Главным образом, форма и конструкция лампы определяет в каком направлении будет идти от неё свет.

Существует буквально алфавит описания различных форм лампочек, но я не буду утомлять вас этим. На самом деле, всё, что нужно знать для выбора формы лампочки, находится у Вас в голове.

Для потолочных светильников Вам подойдут всенаправленные лампочки с формой близкой к шару или спиральке. Для настольной лампы Вам понадобиться лампочка с формой свечи с широким распространением. И, если вы устанавливаете лампочку в углублённое место, то Вам нужно выбрать лампочку с отражателем соответствующему ширины нужного Вам луча.

Яркость лампочки.

В настоящее время, если Вам нужно выбрать лампочку по степени яркости, недостаточно знать её мощность в ваттах. Ваттами можно было руководствоваться при выборе традиционных ламп накаливания. Теперь мы должны научиться измерять яркость лампочек в люменах.

Это особенно касается при покупке светодиодных лампочек. К сожалению, продавец не всегда может толкового объяснить, допустим какую светодиодную лампочку Вам нужно купить для замены лампы накаливания, чтобы уровень освещенности у Вас остался на прежнем уровне.

Следующая таблица поможет Вам сопоставить уровни яркости лампочек, изготовленных по разным технологиям.

В верхней части этой таблицы у Вас обозначена яркость лампы в люменах.

Допустим, вы хотите заменить старую 60 Вт лампочку накаливания и получить такое же количество света. Тогда вы знаете, вам нужно получить не менее 700 люменов, чтобы получить яркость подобную старой лампочки.

Таким образом, при замене старой 60 Вт лампы накаливания на современную светодиодную лампочку (LED) с количество люменов равным 700, Вы получите экономию электричества около 80 %.

Теплый или холодный свет.

Температуру света обычно измеряют в Кельвинах. Тёплым светом называют свет более жёлтый по оттенку, такой свет имеет более низкое число Кельвинов, например свет от естественной свечи имеет 1500 К.

Холодным светом называется свет, имеющий оттенок чисто белого света, даже немного с синеватым оттенком. Чем более холоднее свет, тем большее количество Кельвинов он имеет. Холодный свет может иметь более 5000 К.

Когда дело доходит до выбора бытовых ламп, выбор температуры обычно очень прост. Большинство людей очень хорошо воспринимают так называемый «теплый белый» свет 2700 К, который соответствует свечению обычной лампы накаливания.

В кухне, ванной или в других ситуациях вы можете предпочесть немного более белый свет, который иногда называют «естественный белый» — 3000 K. Вы также можете попробовать «холодную белизну» — 4000 K. Или для очень специфичных ситуаций — 5000 K. Всё, что с более высокой световой температурой, имеет немного синеватый оттенок.

Светодиодные лампочки — стоит ли сейчас покупать?

В настоящее время стоит сказать, что энергосберегающие люминесцентные (CFL) лампочки практически приблизились к цене ламп накаливания.

Этого нельзя сказать о цене светодиодных (LED) лампах. Средняя мировая цена обычной светодиодной лампочки в настоящее время составляет 10 долларов США. С другой стороны, цена на светодиодные лампочки неуклонно снижается.

Выбор светодиодной лампочки, как мне кажется, должен зависеть от её срока окупаемости, исходя из экономии электричества, по сравнению с традиционной лампой накаливания.

Для справки, приведём Вам таблицу окупаемости одной светодиодной лампочки в различных странах, при замене ею обычной лампочки накаливания. Для составления таблицы использовалось сравнение замены обычной 60 Вт лампы накаливания на 10 Вт LED лампочку, стоимостью 10 долларов США и работая по 2 часа в день.

Из таблице видно, что для России примерный срок окупаемости одной светодиодной лампочки составляет 2,5 года. Заявленный срок службы светодиодных лампочек многими производителями составляет около 10 лет. Но это только заявленный срок службы, гарантию Вам на такой период вряд ли кто-то из продавцов даст.

Таким образом, к сожалению, никто не застрахован от того, что купленная новенькая лампочка LED у Вас не выйдет из строя в течении, допустим, одного года. К тому же внутридомовые сети у нас ещё достаточно изношены, и вечерние скачки напряжения для многих из нас нередки, что пагубно сказывается на жизненный цикл любой лампочки.

Я, пожалуй, пока немного подожду, когда цена светодиодных лампочек ещё немного снизиться, хотя бы до цены сравнимой с ценой энергосберегающих люминесцентных (CFL) лампочек. А потом, пожалуй, куплю).

От чего зависит яркость свечения светодиода: основные параметры, в чем измеряется и как увеличить

Рядового потребителя при покупке осветительного прибора интересует не напряжение или ток, а яркость светодиода, так как она отличается от показателя других ламп. Внедрение новых технологий требует иного подхода к хаpaктеристикам светотехники. Основные параметры, в том числе яркость свечения, хорошие производители обозначают в маркировке, на упаковке, в технической документации. Для правильного выбора необходимо знать значение букв и цифр, уметь определить, какой прибор допускает регулировку яркости, какой – нет.

Что такое яркость светодиода и в чем она измеряется

Яркостью свечения называют показатель света, равный соотношению силы светового потока к косинусу угла, под которым он излучается, и освещаемой площади. Другое определение – освещенность в точке, перпендикулярной к источнику, к углу, в который заключен луч. Яркость свечения обозначается буквой «L», измеряется в милликанделах на метр в минус второй степени (кд*м-2). У обычных светодиодов яркость 20-50 мкд, у сверхярких – до 20 000 мкд. От этого показателя зависит восприятие предметов глазами человека.

Если говорить о светодиодах, то у них яркость свечения – это мощность (сила) света, измеряемая в ваттах и зависящая от угла конуса, основание которого расположено на освещаемой площади, вершина – в источнике света. При равном излучении во всех направлениях яркость свечения будет соотношением потока к прострaнcтвенному углу (в градусах). Чаще всего градусы переводятся в стерадианы: sr = 2 π (1 – cos θ/2), где θ – угол луча.

Параметры, влияющие на яркость

Насколько ярко будет отображаться освещаемый объект, зависит не только от светового потока. Яркость свечения зависит так же от плотности луча и чувствительности наблюдателя.

Сила тока

Во время работы сила тока на светодиоде зависит от напряжения. При незначительном увеличении вольтажа электроток повышается многократно, вместе с ним и яркость свечения. Но этим параметром можно управлять, если включить в схему аналоговый или широко-импульсный модулятор, обеспечивающий функцию диммирования. Читайте также Устройство, виды и подключение RGB светодиодов

Зависимость яркости свечения идеального светодиода от электротока линейная. На пpaктике зависит от потерь на выделении тепла и дифференциального сопротивления кристалла. Существует предел, после которого повышать ток нельзя из-за перегрева p-n-перехода, способного вывести LED из строя.

Технология

Светодиод – это источник света точечного типа, направленность луча определяет конструкция. Параметры меняются в зависимости от оптических свойств и наличия в приборе люминофора, рассеивателей и линз. Независимо от устройства интенсивность свечения регулируется минимальными изменениями тока.

У светодиода при высокой плотности луча (небольшом угле излучения) яркость свеяения увеличивается независимо от объема потока.

Внимание! При покупке необходимо учитывать, что источник с тысячей милликандел и углом излучения 45 градусов будет давать такой же поток, как с углом 12 градусов, но при втором варианте луч будет ярче.

Площадь кристалла

Еще один показатель, от которого напрямую зависит объем светового потока и яркость свечения – величина кристалла. Например, площадь СМД 3528 3,5х2,8 мм, площадь СМД 5630 – 5,6х3 мм, световой поток соответственно 6-8 и 50 люмен. Самые новые кристаллы отличаются большими размерами и высокими показателями интенсивности свечения. Это объясняется тем, что излучение в любом чипе зависит от величины р-n перехода.

Важно! При покупке необходимо знать, что неизвестные китайские производители это используют. Вместо больших кристаллов на 1 Вт они ставят маленькие на 0,75 или 0,5 Вт, при подаче заявленного тока их срок службы значительно сокращается или они перегорают.

Что можно узнать из маркировки

У именитых производителей маркировка достаточно длинная, поэтому размещается на упаковке или в технической документации. Ленты поставляются с маркировкой на катушке. Данные можно спросить у продавца, если их нельзя найти.

Для обычных светодиодов не существует стандартных обозначений, каждый производитель использует свои. Яркость свечения всегда указывается в маркировке мощных ламп.

На SMD указываются только размеры чипа, определить интенсивность свечения можно только из техдокументации. Philips на своей продукции указывает световой поток в люменах, Samsung кодирует этот показатель под цифрами, значение которых можно найти в специальных таблицах. На изделиях CREE из маркировки можно узнать только цветопередачу, обозначенную как CRI.

Важно! Маркировка является одним из факторов, затрудняющих выбор светодиодных источников света при отсутствии определенного уровня знаний.

Способы регулировки яркости

Зная, что яркость свечения любого светодиода зависит от тока, можно сделать логический вывод, что хаpaктеристики луча меняются одновременно с увеличением или уменьшением подаваемых на кристалл ампер. При аналоговом регулировании резисторами интенсивность свечения регулируется ступенчато, поэтому в схему необходимо включить стабилизатор LM317, фиксирующий ток и напряжение. Такой способ регулирования используется в трaнcпортных средствах и при подключении светодиодов к источнику постоянного напряжения.

Лучшим способом считается широтно-импульсной модуляции с включением в схему резистора и контроллера (если диоды цветные). На светодиод подаются импульсы определенной частоты, то есть, питание включается и выключается очень быстро, светодиод открывается каждый раз, но глаза это не улавливают.

Важно! Интенсивность свечения ламп с цоколем на основе светодиодов нельзя регулировать, если они не специальные (на упаковке возможность диммирования не указана). Для обычных ламп используется балластный блок питания на основе конденсаторов.

Основные выводы

Измерить интенсивность свечения светодиода в домашних условиях невозможно. Этот показатель редко указывается в маркировке, для правильного выбора необходимо знать его зависимость от размеров кристалла, потока света и угла излучения.

Возможность менять яркость (использовать диммирование) широко используется в быту для экономии электроэнергии и устройства специальных систем освещения. Интенсивность свечения можно уменьшить при просмотре телевизионных программ, во время отдыха, для ночного освещения детских комнат. Удобство использования повышает возможность управления диммированием при помощи пульта управления или автоматически (с учетом движения и времени).

Кружок радиоэлектроники

Неофицальный сайт кружка радиоэлектроники Клайпедского MSC

Закон Ома

— пожалуй самый наиболее используемый закон в электронике.

Многих начанаяющих отпугивает его строгая книжная формулировка, за которой кроется простота его применения.

Закон Ома гласит: величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению:

U = I x R ; R = U / I ; I = U / R ;
где I — это ток в цепи, измеряется в Амперах
U — это напряжение, измеряется в Вольтах
R — это сопротивление, измеряется в Омах

Данная формула очень проста, чтобы было проще её запомнить, вы можете нарисовать себе на лююбом листке бумаги треугольник, котрый вы видите ниже. Это магический треугольник закона Ома — закрыв величину, которую вам необходимо найти, на оставшейся части треугольника вы увидите необходимую вам формулу.

например, мы знаем рабочий ток и напряжение лампы (на лампочках для фонариков они указываются прямо на цоколе). Как же найти сопротивление нити накаливания этой лампы? Все просто, закрываем сопротивление в треугольнике и видим, что остается напряжение деленное на ток:

Источник тока 6.3 В (Вольта) (Аккамулятор)

Лампа на 6.3 Вольта, 100 мА (мили Ампер)

Согластно формуле получаем ответ: 6.3/100 = 0.63 Верблюда.

Лирическое отступление 1:

Почему верблюды? Да потому что Вольты нужно делить на амперы, а мили Волты делить на мили амперы, а микро Вольты делать на микро Амперы. При несоблюдении данного условия итог у нас будет выражен верюлюдами и кол-вом съеденных вашей бабушкой яблок, на её шестнадцатилетие.

Ну так вот, сделаем правильно – 6.3 В / 0.1 А,если кому понравится 6300 мВ делим на 100 мА – должен получится искомый результат. А ежли уж и совсем невтерпёж всё это можно перевести микро Вольты и микро Амперы.

Лирическое отступление 2:

Для пытливых умов будет нелишним знать, что полученный результат будет верен для работающей (включенной) лампочки. Сопротивление же холодной нити накала будет гораздо меньше.

Лирическое отступление 3:

Кстати лампы накаливания иногда используются как стабилизаторы тока.

Чтобы лучше понять слова напряжение, сопротивление приведу пример:

Представим насос, у которого есть вход и выход для воды – пусть это будет у нас источником тока с производительностью 12 литров воды. Извиняюсь – 12 Вольт. Далее трубой соединяем вход с выходом помпы и заливаем в систему воду. Итак, мы получаем самую простую гидравлическую систему. Когда насос включен, вода начинает циркулировать по кругу, чем больше мы даем мощности насосу, тем быстрее эта вода циркулирует. Так вот в данном случае скорость воды на определенном участке — это ток, а толщина трубы, от которой зависит сколько воды пройдет через её сечение это сопротивление цепи, а напряжение это количество этой воды во всей системе, являющееся по своей сути мощностью насоса, выраженной в литрах на отрезок времени.

Читайте также Чем опасны ртутные лампы?

Данный пример я привел в качестве показательного и все характеристики цепи нельзя представить в виде воды и помпы.

Теперь есть такое понятие как мощность, P — эта величина характеризует количественный показатель выполняемой работы так сказать. P = U x I ; P = I 2 x R , тоесть ток в квадрате.

А теперь давайте разберемся, что же это все-таки значат все эти примудрости в простой форумуле, а именно, два сложноватых для понимания выражения: прямо пропорциональна и обратно пропорциональна.

Что же значит «величина тока прямо пропорциональна напряжению»? А это значит, что при увеличении напряжения цепи, увеличивается и сила тока. То есть, чем больше напряжение, тем больше ток. Всё это справедливо для участка цепи при неменяющимся напряжении.

Что касается «обратно пропорциональна его сопротивлению», то здесь все наоборот. Чем больше сопротивление цепи, тем меньше в ней ток. Это справедливо при неизменяющимся сопротивлении.

Рассматривая этот закон применительно к фонарику с лампой накаливания и тремя круглыми батарейками начертаем схему:

Электрическая схема фонарикус-вульгарус (фонарик обыкновенный):

GB 1 — GB 3 — источник тока (три батарейки)

S 1 — выключатель

Согластно закону Ома: величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению. Рассмотрим участок цепи, состоящий их лампочки.

Теперь простой вопрос: от чего зависит яркость лампочки? Правильно — от силы тока, проходящего через нить накаливания этой лампочки. То есть яркость свечения лампочки мы можем использовать как наглядный показатель силы тока в цепи фонарика.

И действительно, какова будет яркость лампочки если заменить одну батарейку перемычкой?

«Естественно. она будет гореть тусклее!» — скажите Вы и будете правы. Вот собственно это и есть демонстрация фразы: «величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению». Чем больше батареек мы подключим (то есть чем большее напряжение приложим) к одной и той же лампочке, тем ярче она будет гореть ( и тем больший ток по ней протекает).

Лампа накаливания – светоотдача люминесцентных лампочек в ватта

Самое привычное для нас световое устройство это обычная лампочка накаливания. Она представляет собой источник освещения, состоящий из стеклянной колбы, тела накаливания, электродов, цоколя и изолятора.

В наше время стали популярны галогенные лампы накаливания. Они просты, надежны, и приобрести их можно по очень невысокой цене. Несмотря на популярность ламп накаливания, они обладают рядом недостатков. КПД такого прибора около 2%, низкая светоотдача в пределах 20 Лм/Вт и короткий, около 1000 часов, срок службы.

Принцип работы

При подключении к электрической сети лампа накаливания преобразует электрическую энергию в световую, посредством нагревания проводника (нити) накала. Изготовленная из тугоплавкого вольфрама или его сплавов, нить находится в стеклянной колбе, заполненной инертным газом или вакуумом (для маломощных ламп до 25 Вт).

Колба служит для защиты от воздействия внешних факторов, а инертный газ (криптон, азот, ксенон, аргон и их смеси) не позволяет вольфрамовому проводнику окислиться и уменьшает теплопотери. Нить раскаляется под действием проходящего через нее тока до температуры порядка 3000ºС (такая высокая температура со временем приводит к истончению и перегоранию проводника).

В результате нагрева происходит электромагнитное излучение, небольшая доля которого находится в видимом спектре, основная часть представляет собой инфракрасное излучение. Световой поток возникает, когда очень высокая температура нити накала преобразует электромагнитное излучение в видимый свет лампы.

Потребляемая лампой энергия частично преобразуется в видимое глазом излучение. Основная часть под действием конвекции внутри колбы рассеивается в процессе теплопроводности.

Возникающий в лампах накаливания свет находится в части желтого и красного спектра лучей, поэтому близок к дневному свету.

Световой поток

Прямое назначение любого светового прибора – освещение. В лампе накаливания оно создается путем преобразования тепловой энергии в световой поток.

Определение и правила измерения

Световой поток — величина, которая характеризует световую мощность (световая энергия, которая переносится через некоторую поверхность за единицу времени излучением) видимого излучения в потоке этого излучения, то есть по производимому на глаз человека световому ощущению.

Чувствительность этого ощущения можно определить по кривой спектральной эффективности, которая утверждена МКО. Единицей измерения светового потока в Международной системе единиц является люмен (лм или lm), который рассчитывается по формуле:

1 лм = 1 кд*ср (1 лк × м2), где:

кд – кандела;
телесный угол, 1 стерадиан.

Энергия в пучке света имеет временное и пространственное распределение. Источники, излучающие световой поток, различают по распределению цветов спектра:

линейчатый спектр (отдельные линии);
полосатый спектр (рядом расположенные разграниченные линии);
сплошной спектр.

Спектральная плотность светового пучка характеризуется распределением лучистого потока по спектру. Измеряется в Вт/нм.

Соотношение с мощностью элемента

Возрастание светового потока напрямую зависит от мощности лампы. На графике (см. рисунок ниже) прослеживается четкая зависимость возрастания яркости пропорционально возрастанию мощности.

Таблица – Зависимость уровня светового потока и мощности лампочки накаливания

Лампа накаливания, Вт	Световой поток (лм)	Напряжение на лампе, В
40	610	12
40	570	36
40	340	230
40	400	240
60	955	36
60	735	225
60	645	230
60	711	235
60	670	240
75	940	220
75	960	225
100	1581	36
100	1381	225
100	1201	230
100	1361	235
150	2151	230
150	2181	240
200	2951	225
200	3051	230
300	3361	225
300	4801	230
300	4851	235
500	8401	220
750	13100	220
1000	18700	220

Лампы накаливания одинаковой мощности могут излучать разный световой поток. Чем выше напряжение, тем выше значение светового потока.

Сравнение с другими типами ламп

Сравнительный анализ светового потока ламп накаливания с более совершенными люминесцентными и светодиодными лампочками позволяет оценить его эффективность.

Таблица – Сравнение лампочки накаливания со светодиодной и люминесцентной (энергосберегающей лампочкой)

Лампа накаливания, мощность, Вт	Светодиодная лампа, мощность, Вт	Люминесцентная лампа, мощность, Вт	Световой поток, Лм (приблизительное значение)
20	2-3	4-7	251
40	3-5	10-14	399
60	7-11	14-16	701
75	11-13	19-21	899
100	13-16	25-35	1205
150	16-21	41-55	1805
200	21-30	59-80	2505

Видео

Данное видео расскажет Вам о том, что такое световой поток.

Несмотря на преимущества лампочек накаливания, таких, как моментальное включение, низкая стоимость, большой выбор форм и мощности, отсутствие мерцания, эффективность светового потока по отношению к потребляемой мощности очень низкая, по сравнению с изделиями нового поколения. За рубежом доля вольфрамовых элементов в общем потоке составляет порядка 10 %.

От чего зависит яркость свечения светодиода и как ее регулировать

Рядового потребителя при покупке осветительного прибора интересует не напряжение или ток, а яркость светодиода, так как она отличается от показателя других ламп. Внедрение новых технологий требует иного подхода к характеристикам светотехники. Основные параметры, в том числе яркость свечения, хорошие производители обозначают в маркировке, на упаковке, в технической документации. Для правильного выбора необходимо знать значение букв и цифр, уметь определить, какой прибор допускает регулировку яркости, какой – нет.

Что такое яркость светодиода и в чем она измеряется

Если говорить о светодиодах, то у них яркость свечения – это мощность (сила) света, измеряемая в ваттах и зависящая от угла конуса, основание которого расположено на освещаемой площади, вершина – в источнике света. При равном излучении во всех направлениях яркость свечения будет соотношением потока к пространственному углу (в градусах). Чаще всего градусы переводятся в стерадианы: sr = 2 π (1 – cos θ/2), где θ – угол луча.