波・光・量子大学の物理で出てくる

照度の単位 ルクス(lx) の意味|基本単位で表すと cdm2

lx=cdm2
次元 [L⁻² J]
検算のポイント

答えが照度なら、右辺の単位は lx(= cdm2) になっているはず。ならなければ、どこかが間違っています。

このページでわかること
  • 照度を言葉でどう言い表すか
  • その言葉を単位に置き換えると、なぜ lx になるのか
  • lx のいろいろな書き方と、その根拠になる公式

照度とは? 言葉で意味をつかむ

照度とは 面 1 m² あたりに届く光束。

言葉の式
照度 = 届く光束 ÷ 照らされる面積

言葉の式に出てくるそれぞれの言葉は、すでに単位がわかっている量です。言葉を単位に置き換えてみましょう。

言葉何の量か単位
届く光束光束lm
照らされる面積面積m2
[照度] =lm÷m2
   =lmm2
   =cdm2
   =lx
ルクス(lx)は、この組み合わせ lmm2 に付けられた名前です。
1 m² の面に 1 lm の光束が当たるときの照度が 1 lx。

基本単位までたどる

言葉の式に出てきた量も、さらに言葉の式で分解できます。面積 → 立体角 → 光束 → 照度 の順にたどると、すべて基本単位(m・kg・s・A・K・mol・cd)だけで表せます。

前提:面積の単位(知っていれば飛ばしてOK)

面積は長さ×長さなので m² です。

[S] =m2

立体角は「球面上の面積 ÷ 半径の2乗」。m² を m² で割るので、sr も次元をもちません。

[Ω] =m2÷m2=1=sr
光束 — 光束と光度 Φv=IvΩ

光束は「光度 × 立体角」。cd に sr をかけた cd·sr が lm(ルーメン)です。sr には次元がありません。

[Φv] =cd×sr=cd=lm
照度 — 照度 Ev=ΦvS

照度は「面積あたりの光束」。lm を m² で割った lmm2 が lx(ルクス)です。

[Ev] =lm÷m2=lmm2=cdm2=lx

lx の別の書き方

同じ量でも、使う公式によって単位の見え方が変わります。どれも基本単位にすると一致します。

書き方根拠になる公式
lx=lmm2照度
Ev=ΦvS

照度が出てくる公式

まとめ
  • 照度とは、面 1 m² あたりに届く光束。
  • 言葉の式 照度 = 届く光束 ÷ 照らされる面積 を単位に置き換えると lmm2。
  • 基本単位だけで書くと cdm2。

練習問題:分子と分母を見きわめる

問題文には単位が書いてあります。計算はしなくてかまいません。どの単位が分子(上)に、どの単位が分母(下)に来るかだけを考えて選んでください。

問1照度は「届く光束 ÷ 照らされる面積」で求められます。「届く光束」[lm]、「照らされる面積」[m2] のとき、照度の単位はどれ?

答えと解説

正解:B lmm2

かける量(届く光束)の単位が分子、割る量(照らされる面積)の単位が分母に来ます。まとめると lmm2 = lx。

問2照度 = 届く光束 ÷ 照らされる面積 です。「照度」[lx]、「照らされる面積」[m2] のとき、「届く光束」の単位はどれ?

答えと解説

正解:D lx·m2

言葉の式を「届く光束」について解き直すと「届く光束 = 照度 × 照らされる面積」。単位を入れると lx·m2 = lm。

問3照度 = 届く光束 ÷ 照らされる面積 です。「照度」[lx]、「届く光束」[lm] のとき、「照らされる面積」の単位はどれ?

答えと解説

正解:C lmlx

言葉の式を「照らされる面積」について解き直すと「照らされる面積 = 届く光束 ÷ 照度」。単位を入れると lmlx = m2。