2011年11月2日水曜日

ルーメンとワット

みなさん、こんばんは。
柳村です。

前回、”明るさというのは消費電力ではなく光束で評価される”とお話いたしました。
ですので、まずは光束について簡単にお話させて頂きますが、
その前に・・・「明るさ」について、お話しておきます。

私たちが明るい・暗いと感じるのは、光が網膜を刺激することによって明るさを認識しています。
つまり、人の目というセンサーによって明るさを測っているのです。
しかし人の目で認識できる光というのは可視光線だけで、それ以外の光を見ることはできません。
また、可視光線と言うのは電磁波の一種で他にもガンマ線や電波など、波長によって区別されています。

可視光線は言わば、虹色の範囲の波長の電磁波です。
紫外線や赤外線という言葉を聞いたことがあると思いますが、
紫外線は虹の紫色よりも波長の短い電磁波。
赤外線は虹の赤色よりも波長の長い電磁波です。

これらの可視光線以外の電磁波も物理的には可視光線と同じ性質を持っているので、
これらすべてをまとめて、「光」と呼びます。

ですから人の目で感じ取れる光というのは、すごく狭い領域なのです。
これに対して機械では、赤外線カメラやレントゲンのように、可視光線外の光を感じることができます。
人の目には見えなくても、物理的なエネルギーがそこに存在しているので、機械には見えるのです。

このように、人の目で感じとる光の刺激の「明るさ」(刺激を受ける側)と、物理的な光のエネルギー(刺激を与える側)と言う、2つの定義が存在しています。

そして人の目で感じる光の明るさを「測光量」、光の物理的なエネルギー量は「放射量」と言います。
※人の目と言うと人によって違うなどとなるのですが、国際的に決められた基準によって測定されています。

これを踏まえて、「光束」のお話へ進みます。

光は、空間をエネルギーとして流れていきます。
このエネルギーの流れの強さを人の目で見た時の明るさが光束なのですが、
光束を説明するには、シャワーに例えるとわかりやすいと思います。
また、光束は人の目で見たときの明るさなので、測光量に分類されます。

光というのはとても小さな粒子で無数の束になってビームのように、光源からあちらこちらに飛んでいると考えてみてください。
これをシャワーに置き換えると、シャワーヘッドが光源、噴き出す水しぶきが光です。
蛇口を開くと勢いよく水が噴き出して、閉じると勢いが弱くなります。
この”噴き出す勢い”そのものが光束です。



上の画像の電球の場合で考えてみますと、
電球がシャワーヘッド、そして明るさが噴き出す水しぶきの勢いです。
この勢いの強さ(光束)の単位はルーメン(lm)で表記されていて、左下に810ルーメンと書かれています。

最近では電球の明るさの指標として、W(ワット)からlm(ルーメン)に変わってきているようです。
前回もお話しましたが、消費電力のW(ワット)と明るさは、必ずしも比例しないからでしょうか。
ちなみに、このLED電球は11.0Wの消費電力で810lmの明るさがあるので、
従来の白熱電球で考えると、60W相当の明るさです。

さて、ここで物理的に考えて見ます。
光束はシャワーに例えると、”シャワーの勢いの強さ”でしたが、物理的エネルギー量の放射量で考えると、
一体どれだけの量の水が1秒間に噴き出しているのか?と言うことになります。
つまり、光エネルギーが1秒間にどれだけ空間に放出(とある地点を通過)しているのか?と言うことです。

測光量の光束に対して、放射量では放射束と言います。

放射束の単位ですが、前回でエネルギーの量(仕事量)の単位はジュール(J)とお話しました。
そして、放射束は1秒間あたりのエネルギー量(仕事率)なので、ジュール毎秒(J/s)。
ということは放射束の単位は、ワット(W)となります。

光束と放射束の関係をまとめますと・・・

放射束を人の目で見たときの明るさが、光束と言うことです。

光束と放射束は、測光量と放射量を考える上での基本となっています。

ちなみに、放射束1Wを光束に換算すると683lmとなります。
ここで言う1Wは消費電力ではなく、エネルギー量の1Wです。

1Wのエネルギーの放射束を人の目で見ると、683lmの明るさと言うことですね。

いかがでしょうか?
ここでもW(ワット)が登場してきました。
W(ワット)はエネルギーの単位だと言うことが、なじんできましたでしょうか?

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