개념 한 쪽
전기공사기사 조명의 기초 — 광속·광도·조도·휘도와 발광 원리
조명의 기초 세트는 빛의 양을 재는 네 단위와 광원이 빛을 내는 방식을 함께 묻는다. 광속은 광원이 사방으로 내보내는 빛의 총량(lm)이고, 광도는 한 방향의 세기(cd), 조도는 비춰진 면의 밝기(lx), 휘도는 눈에 보이는 면의 밝기다. 광원의 모양에 따라 총광속 공식이 달라져 점광원은 4πI0, 평면광원은 πI0, 긴 원통 광원은 π²I90을 쓴다. 방 전체의 평균조도는 광속법 E=N·F·U/(A·M)로 구하며, 열복사 광원과 루미네슨스(방전) 광원을 갈라 놓는 문제도 반복 출제된다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
뜻
빛의 단위는 묻는 대상이 다르다. 광속(lm)은 광원이 내보내는 빛의 총량, 광도(cd)는 특정 방향으로의 세기, 조도(lx)는 빛을 받는 면의 밝기, 휘도는 빛을 내거나 반사하는 면이 눈에 얼마나 밝게 보이는가다. 문제에 "광원이 내보내는 총량"이 나오면 광속, "어떤 방향의 세기"가 나오면 광도, "바닥에 도달한 밝기"면 조도, "면이 빛나 보이는 정도"면 휘도를 고른다.
광원의 모양은 총광속 공식을 가른다. 점광원(구면 배광)은 F=4πI0, 평면광원은 F=πI0, 직선광원(원통 배광)은 F=π²I90이다. 긴 원통 광원의 축 중앙 수직 방향 광도가 100cd이면 F=π²×100≈986lm이고, 점광원 공식 4πI를 그대로 적용한 1256lm은 함정이다. 구면광도에서 전광속으로 갈 때는 4π가 붙는다.
방의 평균조도는 광속법 E=N·F·U/(A·M)로 구한다. N은 등 수, F는 등 1개의 광속, U는 조명률, A는 바닥면적, M은 감광보상률이다. 조명률은 등에서 나온 빛이 바닥에 도달하는 비율이라 분자에 곱하고, 감광보상률은 등이 오래되어 어두워지는 것을 보상하는 계수라 분모에서 나눈다. 500lm 전등 10개를 500m² 방에 켜고 조명률 0.5, 감광보상률 1.5를 적용하면 E=10×500×0.5/(500×1.5)=약 3.3lx다.
발광 원리는 크게 둘로 갈린다. 필라멘트를 뜨겁게 달구어 빛을 내는 열복사(백열발광)와, 방전 같은 열 이외의 에너지로 빛을 내는 루미네슨스다. 백열전구는 열복사 광원이고 형광등·수은등·네온전구는 방전을 이용하는 루미네슨스 광원이다. 광효율은 형광등이 약 60~80 lm/W로 탄소아아크등과 백열전구·자동차전구(10~20 lm/W)보다 높다. 나트륨등은 효율이 좋고 휘도가 낮으며 투과성이 양호해 터널·도로·광장 조명에 쓰이고, 네온전구는 직류에서 음극만 빛나는 성질로 극성 판별에 쓰인다.
예제
출제 패턴은 다섯 가지다. ① 광원 모양 판별 — "긴 원통 광원"이면 π²I, "점광원"이면 4πI를 골라야 하고, 축 중앙 수직 방향 광도 100cd에서 전광속을 물으면 π²×100≈986lm다. ② 광속법 대입 — 1500lm 형광등 20개를 6×10m 교실에 켜고 조명률 0.45, 감광보상률 1.3이면 E=(20×1500×0.45)/(60×1.3)=약 173lx다. ③ 등 개수 — 목표 조도 100lx, 면적 120m², 2500lm, 조명률 0.5, 감광보상률 1.5이면 N=(100×120×1.5)/(2500×0.5)=14.4이므로 올림해 15개다. ④ 발광 원리 — 루미네슨스를 이용하지 않는 광원을 고르라면 백열전구를 고른다. ⑤ 극성 판별 — "음극만 발광" 키워드가 나오면 네온전구다.
자주 묻는 물음
- 광속·광도·조도·휘도는 어떻게 구분하나요?
- 광속(lm)은 광원이 내보내는 빛의 총량, 광도(cd)는 한 방향의 세기, 조도(lx)는 빛을 받는 면의 밝기, 휘도는 면이 눈에 밝게 보이는 정도입니다. 문제에서 묻는 대상이 무엇인지 먼저 확인합니다.
- 광원의 모양에 따라 전광속 공식은 어떻게 달라지나요?
- 점광원(구면 배광)은 F=4πI0, 평면광원은 F=πI0, 직선광원(원통 배광)은 F=π²I90입니다. 긴 원통 광원의 축 중앙 수직 방향 광도가 100cd이면 전광속은 약 986lm이고, 4πI를 적용한 1256lm은 점광원 공식을 잘못 쓴 값입니다.
- 평균조도 광속법에서 조명률과 감광보상률은 어디에 놓나요?
- E=N·F·U/(A·M)에서 조명률 U는 분자에 곱하고 감광보상률 M은 분모에서 나눕니다. 조명률은 바닥에 도달하는 빛의 비율이고, 감광보상률은 등이 오래되어 어두워지는 것을 보상하는 값이기 때문입니다.
전기공사기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.