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流明（描述光通量的物理單位）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-06-01

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流明

描述光通量的物理單位

流明，是描述光通量的物理單位，物理學(xué)解釋為一燭光（cd，坎德拉Candela，發(fā)光強(qiáng)度單位，相當(dāng)于一只普通蠟燭的發(fā)光強(qiáng)度）在一個(gè)立體角（半徑為1米的單位圓球上，1平米的球冠所對(duì)應(yīng)的球錐所代表的角度，其對(duì)應(yīng)中截面的圓心角約65°）上產(chǎn)生的總發(fā)射光通量。

考慮整個(gè)圓球的立體角為4π，1燭光總發(fā)射的光通量為4π（約12.56）流明。任意大小的球總立體角均為4π，因此燭光的總光通量固定為4π，不因距離變化而變化，故“1燭光在其周?chē)s0.28m位置發(fā)射的總光通量為1流明”是錯(cuò)誤說(shuō)法。

基本信息

中文名	流明
外文名	lumen
類(lèi)別	光通量單位
縮寫(xiě)	lm

定義解釋

流明（lumen，符號(hào)lm）是光通量的國(guó)際單位。它是根據(jù)坎德拉球面角度（cd乘以sr）定義的。一流明是相當(dāng)數(shù)量光散發(fā)在1球面角單位，從光源向各個(gè)方向發(fā)散出等量能量，并且強(qiáng)度是1cd。

1流明等于在540太赫茲（540THz或5.40x10赫茲）頻率下1.46毫瓦（1.46x10^-3W）的輻射出的電磁能（EM）?？s減到SI基本單位，1流明等于0.00146千克平方米每秒的三次方（1.46x10公斤乘以m/s）。

流明是一個(gè)小單位。1.46毫瓦的電磁場(chǎng)力水平很小。兒童的玩具雙向收音機(jī)的無(wú)線電頻率（RF）產(chǎn)品的輸出都是它的幾倍。頻率540THz對(duì)應(yīng)于在可見(jiàn)光光譜中大約556毫微米（nm）波長(zhǎng)。球面角度是在三個(gè)維度標(biāo)準(zhǔn)單位的固定角度；球形包含4個(gè)pi（大約12.57）球面角度。

正式確定

1967年法國(guó)第十三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)規(guī)定了以坎德拉、坎德拉/平方米、流明、勒克斯分別作為發(fā)光強(qiáng)度、光亮度、光通量和光照度等的單位，對(duì)統(tǒng)一工程技術(shù)中使用的光學(xué)度量單位有重要意義。

1.燭光、國(guó)際燭光、坎德拉（candela）

在每平方米101325牛頓的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，面積等于1/60平方厘米的絕對(duì)“黑體”（即能夠吸收全部外來(lái)光線而毫無(wú)反射的理想物體），在純鉑（Pt）凝固溫度（約2042K或1769℃）時(shí)，沿垂直方向的發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉。并且，燭光、國(guó)際燭光、坎德拉三個(gè)概念是有區(qū)別的，不宜等同。從數(shù)量上看，60坎德拉等于58.8國(guó)際燭光，亥夫納燈的1燭光等于0.885國(guó)際燭光或0.919坎德拉。

2.發(fā)光強(qiáng)度與光亮度

發(fā)光強(qiáng)度簡(jiǎn)稱(chēng)光強(qiáng)，國(guó)際單位是candela（坎德拉）簡(jiǎn)寫(xiě)cd。發(fā)光強(qiáng)度為1cd的點(diǎn)光源在單位立體角（1球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量為1lm。光源輻射是均勻時(shí)，則光強(qiáng)為I=F/Ω，Ω為立體角，單位為球面度（sr），F(xiàn)為光通量，單位是流明，對(duì)于點(diǎn)光源由I=F/4π。

光亮度是表示發(fā)光面明亮程度的，指發(fā)光表面在指定方向的發(fā)光強(qiáng)度與垂直且指定方向的發(fā)光面的面積之比，單位是坎德拉/平方米。對(duì)于一個(gè)漫散射面，盡管各個(gè)方向的光強(qiáng)和光通量不同，但各個(gè)方向的亮度都是相等的。電視機(jī)的熒光屏就是近似于這樣的漫散射面，所以從各個(gè)方向上觀看圖像，都有相同的亮度感。

以下是部分光源的亮度值：?jiǎn)挝籧d/m。

太陽(yáng)：1.5E5；

日光燈：（5—10）E1；

月光（滿月）：2.5E-1；

黑白電視機(jī)熒光屏：120左右；

彩色電視機(jī)熒光屏：80左右。

3.光通量與流明

光源所發(fā)出的光能是向所有方向輻射的，對(duì)于在單位時(shí)間里通過(guò)某一面積的光能，稱(chēng)為通過(guò)這一面積的輻射能通量。各色光的頻率不同，眼睛對(duì)各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的輻射能通量相等，在視覺(jué)上并不能產(chǎn)生相同的明亮程度，在各色光中，黃、綠色光能激起最大的明亮感覺(jué)。

如果用綠色光作水準(zhǔn)，令它的光通量等于輻射能通量，則對(duì)其它色光來(lái)說(shuō)，激起明亮感覺(jué)的本領(lǐng)比綠色光為小，光通量也小于輻射能通量。

光通量的單位是流明，是英文lumen的音譯，簡(jiǎn)寫(xiě)為lm。

絕對(duì)黑體在鉑的凝固溫度下，從5.305*103cm2面積上輻射出來(lái)的光通量為1lm。為表明光強(qiáng)和光通量的關(guān)系，發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉的點(diǎn)光源在單位立體角（1球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量為1流明。一只40W的日光燈輸出的光通量大約是2100流明。

4.光照度與勒克斯

光照度可用照度計(jì)直接測(cè)量。光照度的單位是勒克斯，是英文lux的音譯，也可寫(xiě)為lx。

被光均勻照射的物體，在1平方米面積上得到的光通量是1流明時(shí)，它的照度是1勒克斯。有時(shí)為了充分利用光源，常在光源上附加一個(gè)反射裝置，使得某些方向能夠得到比較多的光通量，以增加這一被照面上的照度。例如汽車(chē)前燈、手電筒、攝影燈等。

流明

應(yīng)用介紹

一個(gè)40瓦的普通白熾燈泡，其發(fā)光效率大約是每瓦10流明，因此可以發(fā)出約400流明的光。光通量反映的是單位時(shí)間內(nèi)光源輻射產(chǎn)生的視覺(jué)響應(yīng)的強(qiáng)弱，單位是流明，也叫明亮度。表示投影儀光通量的單位是ANSI流明，ANSI流明是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)制定的測(cè)量投影儀光通量的標(biāo)準(zhǔn)，它測(cè)量屏幕"田"字形九個(gè)交叉點(diǎn)上的各點(diǎn)照度，乘以面積，再求九點(diǎn)的平均值，即為該投影儀的ANSI流明，ANSI為AmericanNationalStandardsInstitute（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局）的縮寫(xiě)。流明值越高表示越亮，明亮度若足夠高，投影時(shí)就不需要關(guān)燈。

同樣，這個(gè)量是對(duì)光源而言，是描述光源發(fā)光總量的大小的，與光功率等價(jià)。光源的光通量越大，則發(fā)出的光線越多。

對(duì)于各向同性的光（即光源的光線向四面八方以相同的密度發(fā)射），則F=4πI。也就是說(shuō)，若光源的I為1cd，則總光通量為4π=12.56lm。要想被照射點(diǎn)看起來(lái)更亮，我們不僅要提高光通量，而且要增大會(huì)聚的手段，實(shí)際上就是減少面積，這樣才能得到更大的強(qiáng)度。

要知道，光通量也是人為量，對(duì)于其它動(dòng)物可能就不一樣的，更不是完全自然的東西，因?yàn)檫@種定義完全是根據(jù)人眼對(duì)光的響應(yīng)而來(lái)的。

人眼對(duì)不同顏色的光的感覺(jué)是不同的，此感覺(jué)決定了光通量與光功率的換算關(guān)系。對(duì)于人眼最敏感的555nm的黃綠光，1W=683lm，也就是說(shuō)，1W的功率全部轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為555nm的光，為683流明。這個(gè)是最大的光轉(zhuǎn)換效率，也是定標(biāo)值，因?yàn)槿搜蹖?duì)555nm的光最敏感。對(duì)于其它顏色的光，比如650nm的紅色，1W的光僅相當(dāng)于73流明，這是因?yàn)槿搜蹖?duì)紅光不敏感的原因。對(duì)于白色光，要看情況了，因?yàn)楹芏嗖煌墓庾V結(jié)構(gòu)的光都是白色的。例如LED的白光、電視上的白光以及日光就差別很大，光譜不同。

至于電光源的發(fā)光效率，是另外一個(gè)相關(guān)的話題，是說(shuō)1W的電功率到底能轉(zhuǎn)化成多少光通量。如果全部轉(zhuǎn)換成555nm的光，那就是每瓦683流明。但如果有一半轉(zhuǎn)換成555nm的光，另一半變成熱量損失了，那效率就是每瓦341.5流明。白熾燈能達(dá)到1W=20lm就很不錯(cuò)了，其余的都成為熱量或紅外線了。測(cè)量一個(gè)不規(guī)則發(fā)光體的光通量，要用到積分球，比較專(zhuān)業(yè)而復(fù)雜。

發(fā)光效率

白熾燈，15

日光燈，50

節(jié)能燈，60-80

太陽(yáng)燈，94

鈉燈，120

LED燈，80-130

白色LED，80-200

照度值

單位lux

黑夜：0.001—0.02；

月夜：0.02—0.3；

陰天室內(nèi)：5—50；

陰天室外：50—500；

晴天室內(nèi)：100—1000；

夏季中午太陽(yáng)光下的照度：約為10*9次方；

閱讀書(shū)刊時(shí)所需的照度：500—600；

家用攝像機(jī)標(biāo)準(zhǔn)照度：1400。

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