Eficácia luminosa - Luminous efficacy
A eficácia luminosa é uma medida de quão bem uma fonte de luz produz luz visível. É a razão entre o fluxo luminoso e a potência , medida em lúmens por watt no Sistema Internacional de Unidades (SI). Dependendo do contexto, a energia pode ser o fluxo radiante da saída da fonte ou pode ser a energia total (energia elétrica, energia química ou outras) consumida pela fonte. O sentido do termo pretendido geralmente deve ser inferido a partir do contexto e às vezes não é claro. O primeiro sentido às vezes é chamado de eficácia luminosa da radiação , e o último, eficácia luminosa de uma fonte de luz ou eficácia luminosa geral .
Nem todos os comprimentos de onda da luz são igualmente visíveis ou igualmente eficazes para estimular a visão humana, devido à sensibilidade espectral do olho humano ; a radiação nas partes infravermelha e ultravioleta do espectro é inútil para a iluminação. A eficácia luminosa de uma fonte é o produto de quão bem ela converte energia em radiação eletromagnética e quão bem a radiação emitida é detectada pelo olho humano.
Eficácia e eficiência
A eficácia luminosa pode ser normalizada pela máxima eficácia luminosa possível para uma quantidade adimensional chamada eficiência luminosa . A distinção entre eficácia e eficiência nem sempre é mantida cuidadosamente em fontes publicadas, portanto, não é incomum ver "eficiências" expressas em lúmens por watt ou "eficácias" expressas como uma porcentagem.
Eficácia luminosa da radiação
Explicação
Comprimentos de onda de luz fora do espectro visível não são úteis para iluminação porque não podem ser vistos pelo olho humano . Além disso, o olho responde mais a alguns comprimentos de onda da luz do que a outros, mesmo dentro do espectro visível. Esta resposta do olho é representada pela função de luminosidade . Esta é uma função padronizada que representa a resposta de um olho "típico" sob condições brilhantes ( visão fotópica ). Também se pode definir uma curva semelhante para condições de penumbra ( visão escotópica ). Quando nenhum dos dois é especificado, as condições fotópicas são geralmente assumidas.
A eficácia luminosa da radiação mede a fração da potência eletromagnética que é útil para a iluminação. É obtido dividindo o fluxo luminoso pelo fluxo radiante . A luz com comprimentos de onda fora do espectro visível reduz a eficácia luminosa, pois contribui para o fluxo radiante enquanto o fluxo luminoso dessa luz é zero. Os comprimentos de onda próximos ao pico da resposta do olho contribuem mais fortemente do que aqueles próximos às bordas.
A eficácia luminosa fotópica da radiação tem um valor máximo possível de 683,002 lm / W , para o caso de luz monocromática no comprimento de onda de 555 nm (verde). A eficácia luminosa escotópica da radiação atinge um máximo de 1700 lm / W para luz monocromática em um comprimento de onda de 507 nm .
Definição matemática
A eficácia luminosa , denotada K , é definida como
Onde
- Φ v é o fluxo luminoso ;
- Φ e é o fluxo radiante ;
- Φ e, λ é o fluxo radiante espectral ;
- K ( λ ) = K m V ( λ ) é a eficácia luminosa espectral .
Exemplos
Visão fotópica
Modelo | Eficácia luminosa da radiação (lm / W) |
Eficiência luminosa |
---|---|---|
Lâmpada de tungstênio, típica, 2800 K | 15 | 2% |
Estrela de classe M ( Antares , Betelgeuse ), 3000 K | 30 | 4% |
Corpo negro , 4000 K, ideal | 54,7 | 8% |
Estrela de classe G ( Sun , Capella ), 5800 K | 93 | 13,6% |
Corpo negro, 7000 K, ideal | 95 | 14% |
Corpo negro, 5800 K, truncado para 400-700 nm (fonte "branca" ideal) | 251 | 37% |
Corpo negro, 5800 K, truncado para faixa de sensibilidade fotópica ≥ 2% | 292 | 43% |
Corpo negro, 2800 K, truncado para faixa de sensibilidade fotópica ≥ 2% | 299 | 44% |
Corpo negro, 2800 K, truncado para ≥ 5% da faixa de sensibilidade fotópica | 343 | 50% |
Corpo negro, 5800 K, truncado para ≥ 5% da faixa de sensibilidade fotópica | 348 | 51% |
Fonte monocromática ideal: 555 nm | 683,002 | 100% |
Visão escotópica
Modelo | Eficácia luminosa
de radiação (lm / W) |
Luminoso
eficiência |
---|---|---|
Fonte monocromática ideal de 507 nm | 1699 ou 1700 | 100% |
Eficiência de iluminação
As fontes de luz artificial são geralmente avaliadas em termos de eficácia luminosa da fonte, às vezes também chamada de eficácia do plugue de parede . Esta é a razão entre o fluxo luminoso total emitido por um dispositivo e a quantidade total de energia de entrada (elétrica, etc.) que ele consome. A eficácia luminosa da fonte é uma medida da eficiência do dispositivo com a saída ajustada para levar em conta a curva de resposta espectral (a função de luminosidade). Quando expresso na forma sem dimensão (por exemplo, como uma fracção da eficácia luminosa máxima possível), este valor pode ser chamado a eficiência luminosa de uma fonte , a eficiência luminosa global ou a eficiência da iluminação .
A principal diferença entre a eficácia luminosa da radiação e a eficácia luminosa de uma fonte é que a última é responsável pela energia de entrada que é perdida como calor ou sai da fonte como algo diferente de radiação eletromagnética. A eficácia luminosa da radiação é uma propriedade da radiação emitida por uma fonte. A eficácia luminosa de uma fonte é uma propriedade da fonte como um todo.
Exemplos
A tabela a seguir lista a eficácia luminosa de uma fonte e a eficiência para várias fontes de luz. Observe que todas as lâmpadas que requerem reator elétrico / eletrônico são, a menos que indicado (ver também tensão), listadas sem perdas para isso, reduzindo a eficiência total.
Categoria | Modelo | Eficácia luminosa geral (lm / W) |
Eficiência luminosa geral |
---|---|---|---|
Combustão | Manto de gás | 1-2 | 0,15–0,3% |
Incandescente | 15, 40, 100 W tungstênio incandescente (230 V) | 8,0, 10,4, 13,8 | 1,2, 1,5, 2,0% |
5, 40, 100 W tungstênio incandescente (120 V) | 5, 12,6, 17,5 | 0,7, 1,8, 2,6% | |
Halogênio incandescente | 100, 200, 500 W, halogênio de tungstênio (230 V) | 16,7, 17,6, 19,8 | 2,4, 2,6, 2,9% |
Halogênio de tungstênio 2,6 W (5,2 V) | 19,2 | 2,8% | |
Halogênio-IR (120 V) | 17,7-24,5 | 2,6–3,5% | |
Halogênio de quartzo de tungstênio (12–24 V) | 24 | 3,5% | |
Lâmpadas fotográficas e de projeção | 35 | 5,1% | |
Diodo emissor de luz | Lâmpada base de rosca LED (120 V) | 102 | 14,9% |
Lâmpada de base de parafuso LED de 5–16 W (230 V) | 75-210 | 11-30% | |
Retrofit de LED de 21,5 W para tubo fluorescente T8 (230 V) | 172 | 25% | |
Limite teórico para um LED branco com mistura de cores de fosforescência | 260-300 | 38,1-43,9% | |
Lâmpada de arco | Lâmpada de arco de carbono | 2-7 | 0,29-1,0% |
Lâmpada de arco de xenônio | 30–90 | 4,4–13,5% | |
Mercúrio - lâmpada de arco de xenônio | 50–55 | 7,3-8% | |
Lâmpada de arco de vapor de mercúrio de ultra-alta pressão (UHP) , montada gratuitamente | 58-78 | 8,5-11,4% | |
Lâmpada de arco de vapor de mercúrio de ultra-alta pressão (UHP), com refletor para projetores | 30–50 | 4,4-7,3% | |
Fluorescente | Tubo 32 W T12 com reator magnético | 60 | 9% |
9–32 W fluorescente compacta (com reator) | 46-75 | 8-11,45% | |
Tubo T8 com reator eletrônico | 80-100 | 12-15% | |
Tubo em U PL-S 11 W, excluindo perda de lastro | 82 | 12% | |
Tubo T5 | 70-104,2 | 10-15,63% | |
Sistema de iluminação sem eletrodo acoplado indutivamente 70-150 W | 71-84 | 10-12% | |
Descarga de gás | Lâmpada de enxofre de 1400 W | 100 | 15% |
Lâmpada de iodetos metálicos | 65-115 | 9,5-17% | |
Lâmpada de sódio de alta pressão | 85-150 | 12–22% | |
Lâmpada de sódio de baixa pressão | 100–200 | 15–29% | |
Painel de plasma | 2-10 | 0,3-1,5% | |
Catodoluminescência | Luminescência estimulada por elétrons | 30-110 | 15% |
Fontes ideais | Corpo preto truncado de 5800 K | 251 | 37% |
Luz verde em 555 nm (eficácia luminosa máxima possível por definição) | 683,002 | 100% |
Fontes que dependem da emissão térmica de um filamento sólido, como lâmpadas incandescentes , tendem a ter eficácia geral baixa porque, como explicado por Donald L. Klipstein, "um radiador térmico ideal produz luz visível de forma mais eficiente em temperaturas em torno de 6300 ° C ( 6600 K ou 11.500 ° F). Mesmo a esta temperatura elevada, grande parte da radiação é infravermelha ou ultravioleta, e a [eficácia] luminosa teórica é de 95 lúmens por watt. Nenhuma substância é sólida e utilizável como filamento de lâmpada em temperaturas em qualquer lugar perto disso. A superfície do sol não é tão quente. " Em temperaturas em que o filamento de tungstênio de uma lâmpada comum permanece sólido (abaixo de 3683 kelvin), a maior parte de sua emissão ocorre no infravermelho .
Unidades de fotometria SI
Quantidade | Unidade | Dimensão | Notas | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Nome | Símbolo | Nome | Símbolo | Símbolo | ||||
Energia luminosa | Q v | segundo lúmen | lm ⋅s | T J | O segundo lúmen às vezes é chamado de talbot . | |||
Fluxo luminoso, poder luminoso | Φ v | lúmen (= candela esteradiana ) | lm (= cd⋅sr) | J | Energia luminosa por unidade de tempo | |||
Intensidade luminosa | Eu v | candela (= lúmen por esteradiano) | cd (= lm / sr) | J | Fluxo luminoso por unidade de ângulo sólido | |||
Luminância | L v | candela por metro quadrado | cd / m 2 (= lm / (sr⋅m 2 )) | L −2 J | Fluxo luminoso por unidade de ângulo sólido por unidade de área de fonte projetada . A candela por metro quadrado é às vezes chamada de nit . | |||
Iluminância | E v | lux (= lúmen por metro quadrado) | lx (= lm / m 2 ) | L −2 J | Fluxo luminoso incidente em uma superfície | |||
Saída luminosa, emitância luminosa | M v | lúmen por metro quadrado | lm / m 2 | L −2 J | Fluxo luminoso emitido de uma superfície | |||
Exposição luminosa | H v | segundo lux | lx⋅s | L −2 T J | Iluminância integrada no tempo | |||
Densidade de energia luminosa | ω v | segundo lúmen por metro cúbico | lm⋅s / m 3 | L −3 T J | ||||
Eficácia luminosa (de radiação) | K | lúmen por watt | lm / W | M −1 L −2 T 3 J | Razão de fluxo luminoso para fluxo radiante | |||
Eficácia luminosa (de uma fonte) | η | lúmen por watt | lm / W | M −1 L −2 T 3 J | Razão de fluxo luminoso para consumo de energia | |||
Eficiência luminosa, coeficiente luminoso | V | 1 | Eficácia luminosa normalizada pela eficácia máxima possível | |||||
Veja também: SI · Fotometria · Radiometria |
Veja também
- Fotometria
- Poluição luminosa
- Eficiência de tomada de parede
- Coeficiente de utilização
- Lista de fontes de luz
Notas
Referências
links externos
- A hiperfísica tem esses gráficos de eficácia que não estão de acordo com a definição padrão
- Lâmpadas economizadoras de energia
- Outro Poder