golflengte nm. Fig.1 De gevoeligheidskarakteristiek van het menselijk oog. (1nm = 1 x 10 9 m)

Transcriptie

1 Diagnose Technicus Deel: Veiligheid, toegang en comfort Licht-eigenschappen Watt, lumen en candela In de elektriciteitsleer wordt vermogen uitgedrukt in Watts. Ook bij verlichtingseenheden wordt dit gedaan. Dit zegt echter niets over de lichtopbrengst maar over het opgenomen elektrische vermogen. Wil men de hoeveelheid licht uitdrukken dan gelden daarvoor andere eenheden. Een veelgebruikte eenheid is de lumen (lm). De lumen is een zgn. fotometrische eenheid waarmee de lichtstroom van een lichtbron wordt aangeduid. Fotometrisch wil zeggen dat de lichtgevoeligheidskromme van het menselijk oog wordt meegenomen. Bij een lichtbron is het namelijk belangrijk hoe het menselijk oog de lichthelderheid ervaart. Deze is afhankelijk van de golflengte van het licht. Ultraviolet licht (golflengte kleiner dan 450 nm) is voor het menselijk oog nauwelijks zichtbaar. Dit geldt ook voor het infrarode licht met zijn golflengte van 700 nm. Voor licht met een golflengte van 550 nm (geel-groen) is het menselijk oog het meest gevoelig. Fig % 50% golflengte nm Fig.1 De gevoeligheidskarakteristiek van het menselijk oog. (1nm = 1 x 10 9 m) Een monochrome (één kleur) lichtbron van 550 nm met een opgenomen vermogen van 1 Watt geeft een lichtstroom van bijv. 683 lumen. Dit is de som van al het uitgestraalde licht ongeacht de richting waarin het licht straalt. Wordt dezelfde lichtbron gebruikt maar nu met een golflengte van 650 nm dan bedraagt de lichtopbrengst nog maar 73 lumen. Bij lampen wordt de lichtopbrengst vaak uitgedrukt in lumen/per watt. Dit is de verhouding tussen de hoeveelheid licht en het opgenomen vermogen. (In verlichting met voorschakelapparaten wordt ook het verbruik van het 1

2 voorschakelapparaat meegenomen.) Toch zien we ook vaak dat de lichteigenschappen in candela (cd) worden uitgedrukt. De candela houdt rekening met de hoek waarin het licht wordt uitgestraald. De hoek die gebruikt wordt is een 3 dimensionale hoek de wel een ruimtehoek wordt genoemd. Deze ruimtehoek wordt uitgedrukt in sterradialen. Voor de eenvoud wordt ook nog wel de twee dimensionale hoek gebruikt in graden. Vergelijk 3600 = 2π radialen. Vergelijkbare ruimtehoek = 4π sterradialen (sr). Fig. 2 laat een omrekeningstabel zien. Definitie: Er is sprake van een lichtsterkte van 1 cd als in een ruimtehoek van 1 sterradiaal een lichtstroom van 1 lumen vloeit. openingshoek in graden ruimtehoek in radialen ,57 (4pi) 180 6,28 (2pi) 60 0, , , ,1 10 0,024 Fig. 2 Omrekeningstabel van openingshoek naar ruimtehoek. Het zal duidelijk zijn dat de aanduiding van de lichtsterkte in candela vooral gebruikt wordt bij lichtbronnen die het licht in een bepaalde richting uitstralen. Dit is bijv. het geval bij leds en halogeenlampen. Laserlicht is vooral bekend om zijn extreem hoge lichtsterkte omdat al het licht wordt uitgestraald in een bijzonder kleine openingshoek. De tabel van fig. 3 geeft een aan aantal voorbeelden. lichtbron gloeilamp buisvormige TL lagedruk natrium halogeen 12 V halogeen met 60 graden refector led opgenomen vermogen (W) lichtstroom candela lm/w (lm) fig. 3 2

3 Voorbeeld 1 Fietslampje. Het fietslampje is een 3 Watt lampje. Het opgenomen vermogen bedraagt dus 3 Watt. De lichtstroom bedraagt 30 lm. De lichtopbrengst is dus 10 lm/watt. Als het lampje rondom zou stralen met een openingshoek van 3600 (=ruimtehoek 4π sr) dan zou de lichtsterkte 2,4 cd bedragen (30 lm : 4π). Wordt dit lampje gemonteerd in een reflector dan kan de lichtsterkte in het midden van de bundel worden verhoogd tot 250 cd. Voorbeeld 2 Halogeenlamp 12V De halostart-lamp van Osram is een rondom stralende 35 Watt zonder reflector. De lichtstroom bedraagt 900 lumen. De lichtopbrengst van 26 lm/w is behoorlijk hoog en karakateristiek voor een halogeenlamp. Bij reflectorlampen wordt gewoonlijk de lichtsterkte en de openingshoek gespecificeerd. Vaak is een reflectorlamp met een bepaald elektrisch vermogen verkrijgbaar in diverse uitvoeringen met een verschillende openingshoek. Wel is het zo dat het bundelen van licbt met grote verliezen gepaard kan gaan. In tabel van fig. 4 zijn een aantal gegevens opgenomen van een witte led van de fabrikant Nichia openingshoek graden lichtsterkte (cd) lichtstroom (lm) opbrengst (lm/w) 20,0 6,40 0,611 7,64 50,0 1,80 1,060 13,25 70,0 0,48 0,545 6,82 Fig. 4 Ontwikkeling leds Het zal ongetwijfeld opgevallen zijn dat ook in de motorvoertuigentechniek steeds meer leds als verlichtingselementen worden toegepast. Veelal is er sprake van hoogvermogensleds. Nu leverbare witte leds hebben een opgenomen vermogen van 1 Watt. Bij een spanningsval van 3,4 Volt is het stroomverbruik 330 ma. Door de zeer steile diodekarakteristiek moeten deze leds aangestuurd worden vanuit een spanningsbron met stroombegrenzing. De levensduur bedraagt 10 jaar bij continu-bedrijf. Wanneer leds vanuit een 12 Volt installatie moeten worden gevoed wordt veelal pulsbreedte modulatie toegepast. 3

4 Vragen en opgaven 1. Het opgenomen vermogen van een gloeilamp uitgedrukt in Watts zegt niet veel omtrent de hoeveelheid licht van de lamp. Verklaar dit. 2. Wat kunt u vertellen omtrent de richting van het uitgestraalde licht bij de hoeveelheid licht uitgedrukt in lumen? 3. Welke rol speelt de golflengte van het licht bij de bepaling van de lichthoeveelheid in lumen? 4. Wat stelt nu lumen/watt voor? 5. Wat is het verschil tussen een lichthoeveelheid uitgedrukt in lumen of candela? 6. Wat verstaat men onder een ruimtehoek uitgedrukt in sterradialen? 7. Welke eenheid van licht verandert wanneer we een reflector toepassen? 8. Wat verstaat men onder een hoogvermogen-led? 9. Mogen we deze leds zonder meer op een spanningsbron aansluiten? Ep Gernaat. Bewerking artikel elektuur. Copyright (c) This material may be distributed only to the terms and conditions set forth in the Open Publication License, v1.0 or later.the latest version is presently available at : 4

5 Mogelijke prakticum-opdrachten Met behulp van een lichtmeter ( lux/candela meter voor 115 euro) kan licht worden gemeten. Meter gezien bij ATP tel of Met behulp van een dergelijke meter zouden we de diverse koplampen kunnen meten. Denk aan diverse lamptypen, kwaliteit van reflectoren etc. 5