今回は、光の明るさ関係の話をしていきます!
ただ、いきなり細かい解説をしても、なかなか伝わりにくいかと思いますので、今回は身近なものを使って概念を解説しようと思います!
ポイントは、
・照度:手の平にかかる消毒液の噴射量
・光度:単位立体角あたりの消毒液の噴射量
さて、全く意味がわからないと思います笑
なんのことか気になる方は是非、続きをご覧ください!
光束、照度、光度の概念を消毒液噴霧器で例える
さて皆さん、最近お店に入るたびにこの機械を使用すると思います。
消毒液の噴霧器です!
手をかざすと自動的に検知して、消毒液を手に噴射してくれる装置ですね。
たまにすごい量の消毒液を噴射されてびしょびしょになったり、感知してくれなかったりしますよね笑
噴霧器で例えるのが、結構わかりやすいなと思ったので、これを使って解説していきます。
光束(lm)とは
まず光束ですが、光束とは光源から発せられた人間の目が感じる光の総量のことです。
そして、この光束の単位にはルーメン(lm)を使用します。
さて、これは噴霧器で例えると、噴射された消毒液の量に相当します。
そして、光を感知するのは”目”であるのに対し、消毒液を感知するのは”手”ですよね。
消毒液の噴射量が多いほど手は濡れるように、光束(lm)が大きいほど目が光を眩しいと感じます。
さて、光束(lm)はわかったと思いますので、続いて照度(lx)について解説していきます!
照度(lx)とは
照度とは、受照面(光が当たった面)に対する光束の入射面積密度のことです。
単位はルクス(lx)を使用しますが、光束の入射面積密度ですので
$$lx = lm/m^{2}$$
となります。
もっと具体的に言うと、机とか床面1m2あたりにどれだけ光束が入射しているかを表したものです。
これを先ほどの消毒液で例えると、手の平にかかる消毒液の量に対応します(ただし、手の平1m2あたりです笑)
さて、たまに物凄い量の消毒液をぶっかける噴霧器ありますよね。
行きつけの店の噴霧器がすごい量の消毒液をかけることを知っていたらどうしますか?
手のひらの位置を下にしますよね!(下の図でいうと①→②にずらす)
当然、②の方が手のひらにかかる量が少なくなります。
光束(ルーメン)は光源から発せられた、人間の目が感じる光の総量のことですので、光源のみで大きさが決まります。
一方、照度は光源のみでは大きさは決まらず、光源と対象物との距離で大きさが変化します。
一般に照度は光源からの距離rの二乗に反比例して減衰することが知られており、これは照度の逆二乗則と言われています。
ですので、懐中電灯やヘッドライトは○○ルーメンと書いてありますが、〇〇ルクスとは書かれてないですよね。
もし〇〇ルクスと書いてある場合は、対象物との距離を何かしら仮定しています。
光度(cd)とは
光度とは、光源から射出される単位立体角あたりの光束のことです。
単位はカンデラ(cd)を使用します。
立体角をなんとか簡単に説明しようとしたのですが、ブログで端的に説明するは難しいですね、、
例えば、次の図をご覧ください!
スプレー缶から内容物が噴射されている図です!
このように噴射口から噴き出される、ある一定の噴射の領域角のことを立体角といい、図の①と②の立体角は同じとなります。
また、図の①の領域の内容物の量と②の領域の内容物の量は同じになるのがわかると思います。
このように立体角が同じ場合、その部分に流れる量は一定となります。
さて、光度の単位であるカンデラ(cd)とは単位立体角(str:ステラジアンと呼びます)あたりの光束(lm)のことですので、
$$ cd=lm/str $$
となります。
(ちょっとカッコつけると、カンデラを立体角で積分するとルーメンが計算できます。)
要はどれだけぎっしり光束を放出しているかの度合いですね。
左は消毒液を広く分散させて噴射しているイラスト、右は消毒液を集中して噴射しているイラストです。
噴射量はどちらも同じですが、右は手のひらのある部分にピンポイントにかかるのに対し、左は手のひらに全体的にかかりますよね。
これをライトで置き換えると、噴射量は同じ=光束(lm:ルーメン)は同じですが、光度(cd:カンデラ)が異なっている状態です。
同じルーメンでも右の光度の大きな状態の方が眩しいと感じます。
また、レンズなどで集光すれば同じ光束でも光度を増加させることが可能です。
まとめ
さて、今回は
・光束(lm:ルーメン )
・照度(lx:ルクス)
・光度(cd:カンデラ)
について例えを用いながら解説しました。
エネルギー管理士の勉強をしているときに、いろいろなサイトを覗いたのですが、どれもピンとくる説明がなかったので、自分で記事を作成してみました。
ただ、説明難しいですね笑
自分でもうまくできたか不安です。
ご意見、修正点などコメントくだされば、励みになります。