Van Vermogen naar Fotonen per seconde

Celine stelde deze vraag op 14 mei 2021 om 01:50.

  Hallo,
Bij een oefenvraag moest ik berekenen hoeveel fotonen uitgezonden werden per sec.
Je kreeg het vermogen en de golflengte. Je moest toen het vermogen delen met de Eel om fotonen/s te krijgen, maar ik snap niet waarom je dit mag/kan doen. Kan iemand mij helpen

Reacties

Theo de Klerk op 14 mei 2021 om 07:08
P = vermogen = energie per seconde
foton energie = hf = h c/λ
aantal fotonen per seconde = energie per seconde / energie 1 foton
Harrie Bours op 18 augustus 2023 om 20:16
IK heb berekend dat de energie van één foton bij 600nm 3,32E-19J is. 
1W komt dan overeen met 3E18 fotonen
Ergens gelezen dat 683 lm~ 1W;    1lm ~ 3E18 / 683 = 4,41E15 fotonen.
Dus 1lm komt dus overeen 4,41 E15 fotonen (bij 600nm)
Is dit juist?
Theo de Klerk op 18 augustus 2023 om 21:27
683 lm kan als lichtstroom door 1 W geleverd worden - zeker doen LED verlichtingen het stukken beter dan de oude gloeilampen die alleen maar straalden omdat ze heet werden. 
Maar ook 10 W kan 683 lm leveren en misschien 50 W ook wel. Hangt helemaal af van welk deel van de energie nuttig gebruikt wordt voor licht.
Dus een lumen waarde kun je niet met een wattage (vermogen) koppelen. Alleen als je een bepaalde soort lamp bedoelt kun je een vergelijking maken.  Op de huidige verpakkingen staat vaak een lumen waarde met een vergelijkbare lumenwaarde van een oude gloeilamp van 40, 60 of 100 W. Omdat mensen een bepaalde associatie hebben met die vermogens en lichtstroom.
(maar wattage en lumen zijn andere grootheden en niet aan elkaar gelijk. Zoals 5 appelen een kilogram kunnen vertegenwoordigen, maar daarmee is een appel niet 0,2 kg. Zijn massa wel.)

Lumen is een lichtstroom-eenheid. Licht zoals je ogen kunnen zien. Alle andere onzichtbare straling (IR, UV) telt niet mee. Een 100 W bron kan alle straling in radiogolven uitstralen: lichtstroom 0 lm. 
Aan de lumen gekoppeld zijn de candela (cd, een SI basis-eenheid) voor 1 lumen/ruimtehoek-eenheid (1 lm/sr) en lux (de helderheid, 1 lx = 1 lm/m2)
Jan van de Velde op 18 augustus 2023 om 23:46

Harrie Bours

Ergens gelezen dat 683 lm~ 1W;   

 Dag Harrie,

Dat zou zomaar kunnen. 
Maar dat geldt dan bij 555 nm golflengte, die waar onze ogen het gevoeligst voor zijn.  

Zie ook deze discussie, al of niet toevallig ook met een Harrie:

https://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/33722/lumen-omrekenen-naar-watt

In de link hieronder kun je overigens "omrekenfactoren" vinden, via een grafiek in een lichtstroom/golflengtegrafiek. in berichten vanaf eind november 2010:

https://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/20801/licht-luxmeter
 
Groet, Jan

Harrie Bours op 19 augustus 2023 om 13:54
Dag Theo, Bedankt voor je reactie maar die 683lm  geldt voor het gemiddelde zichtbare spectrum, dit zou overeen komen met 1W energie, heeft verder niets te maken met rendementen van lichtbronnen. Met dat gegeven van 683 lm~1W, heeft mijn laatste  LED-lamp, P= 8W, 820 lm en CRI= 80, een rendement van 102,5 lm/W of 102,5/683 x 100%= 15%. Opmerkelijk dat lampen met een lagere CRI= 70 en 160 lm/W een veel beter rendement hebben, 23%. Wij lopen nu allemaal weg met LED-lampen, maar weet je dat moderne T5 TL-buizen en type 840; 110lm/W haalden en dat bij een CRI-waarde van 85? Zo slecht was dat nou ook weer niet.
Theo de Klerk op 19 augustus 2023 om 14:09
>Bedankt voor je reactie maar die 683lm geldt voor het gemiddelde zichtbare spectrum

lumenwaarde geldt altijd alleen maar voor het zichtbare spectrum.

En of het met 1W energie overeenkomt kan ik niet zeggen: 6 appels kunnen 1 kg massa hebben, 8 appels ook. TL-balken zijn altijd al veel beter geweest dan gloeilampen (maar meer "fabriekshal" atmosfeer dan huiskamer). Ik zie bij Gamma ook 14W LED lampen in TL-vorm met 1200 lumen. En niet al die 14W geven 1200 lumen (maar zowel: 1200/14 = 85 lm/W  En als maar 10W effectief (rendement 83%) is wordt dat al 120 lm/W)
Harrie Bours op 19 augustus 2023 om 21:59
Dag Theo,
Nee, 683 lm bij een gemiddeld spectrum van 5600K is gewoon evenveel vermogen als 1W, daar valt niks van af te dingen, het zijn gewoon twee verschillende eenheden voor energie/sec. Nou die fabriekshal atmosfeer valt geweldig mee, als je lampen met een kleurtemperatuur van 2700K neemt in een leuk armatuur valt er niks te klagen.
Jan van de Velde op 19 augustus 2023 om 22:52
dag Harrie,

Die bewering klopt niet, daar valt alles van af te dingen.

683 lm is de hoogst haalbare lichtstroom bij 1W lichtvermogen, en daarvoor zul je zuiver 555 nm licht moeten gebruiken. 
De lichtstroom in lumen bij 1W lichtvermogen vind je per golflengte in deze grafiek weergegeven:


Het zichtbare spectrum van zonlicht loopt ongeveer van 400 tot 700 nm (logischerwijs blijft die lumenschaal hierboven daartoe ook beperkt, want die lumen hangt vast aan het menselijk oog) 
Hoeven we nu alleen nog te weten hoe het vermogen van zonlicht is verdeeld over de zichtbare golflengten: 


De onderste curve geldt op zeeniveau, en dan blijkt er, afgezien van een dipje in het diepblauw van 400-450 nm, van elke golflengte wel ongeveer evenveel vermogen binnen te komen.

Combineren we die twee observaties, dan zien we dat 1W van een spectrum van 5600K maar ongeveer 250 lm lichtstroom geeft, want dat is ongeveer het gemiddelde. Grafisch bepaald door alles boven die lijn te gebruiken om alles onder die lijn bij te vullen:  


Als we die schatting dan even dubbelchecken, dan valt er op zeeniveau op een zonnige dag een lichtvermogen van ongeveer 1000 W/m² op het aardoppervlak. Ongeveer 40% daarvan zit in het zichtbare gebied, 400 W/m². 
Met ongeveer 250 lm/W betekent dat een lichtstroom van ongeveer 400 x 250 = 100 000 lumen/m² 

https://en.wikipedia.org/wiki/Sunlight
-----------------------------------------------------------------------
Direct sunlight has a luminous efficacy of about 93 lumens per watt of radiant flux. This is higher than the efficacy (of source) of artificial lighting other than LEDs, which means using sunlight for illumination heats up a room less than fluorescent or incandescent lighting. Multiplying the figure of 1,050 watts per square meter by 93 lumens per watt indicates that bright sunlight provides an illuminance of approximately 98,000 lux (lumens per square meter) on a perpendicular surface at sea level.
-----------------------------------------------------------

Niet 683 lm/W. Zelfs niet eens in de buurt. 

Groet, Jan
Harrie Bours op 21 augustus 2023 om 13:33
Dag Jan,
Als die waarde klopt van 400W/m2 in het zichtbare gebied heb je gelijk. Ik mat  in de volle zon om 13.00 uur 108000 lx of 108.000 lm/m2 en als het vermogen in het zichtbare gebied 400W/m2 is kom je uit op 270 lm/W, maar ........... Philips publiceerde in de jaren 70 dat een TL-buis met een rendement van 100lm/W een elektrisch rendement haalde van 15%, met een HF voorschakelapparaat. 
Ga je hier mee rekenen dan kom je uit op 667lm/W. Ook met een recente LED-schijnwerper van 30W en CRI van 70 kom ik uit op 160 lm per Watt opgenomen vermogen. Met 270lm/W zou die lamp een elektrisch rendement hebben van 59%, maar bij 667 lm/W 24%. Eerlijk gezegd neig ik toch naar het laatste, 24% is al een ongelooflijke prestatie. 
Ik vraag me af of die waarde van 400W/m2 in het zichtbare gebied wel juist is.
Wie kunnen we nog meer vragen, aankloppen bij NASA of het Lab voor sterren- en ruimtevaart kunde in Utrecht? 
Groetjes Harrie uit Stein

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Ariane heeft zes appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Ariane nu over?

Antwoord: (vul een getal in)