Faydalı Bilgiler | Aydınlatma Terimleri

Dalgaboyu ve frekans

Işınım dalgaboyu veya frekans ile tarif edilebilir. İkisi arasındaki ilişki:

Dalgaboyu ve frekans

Burada λ dalga boyu, f frekans ve c de ışık hızıdır. Işık hızı boşlukta 299 792 458 m/s'dir. MKS sisteminde dalgaboyu birimi metre (m), frekans birimi ise Hertz (Hz)'dir (yukarıdaki ilişkide frekans GHz cinsinden verilirse, dalgaboyu da nm cinsinden hesaplanabilir).

Elektromanyetik güç ve ışık gücü

Bütün ışık kaynakları elektromanyetik spektrumunda ışınım yaparlar. Bu ışınımın gücü watt birimiyle ölçülür. Ancak bu ışınımın tamamı insan gözüyle algılanamaz. Işık insan gözüyle algılanan ışınıma verilen bir addır. Işık gücüne ışık akısı denilir. Işık akısının birimi lumen'dir (lm ile gösterilir).

Işık şiddeti

Noktasal bir ışık kaynağında bir steradyanlık katı açı içine düşen ışık akısı ışık şiddeti olarak bilinir. Noktasal kaynak için,

Işık şiddeti

Burada Φ ile ışık akısı, I ile ışık şiddeti gösterilmiştir. Işık şiddetinin birimi Batı dillerinde candela, dilimizde ise kandela'dır (kısaltması cd).

Işık verimliliği

İnsan gözü 380-740 nm arasındaki elektromanyetik spektruma duyarlıdır. Ama bu spektrumdaki her dalgaboyuna aynı derecede duyarlı değildir. Maksimum duyarlık aydınlık ortamda 555 nm dalga boyundaki ışığadır. Sadece bu dalga boyunda ışıma yapan ve 1 W elektromanyetik güç yayan bir kaynak 683.002 lm ışık akısı oluşturur. Diğer bütün dalga boylarında 1 W elektromanyetik gücün ürettiği ışık akısı (ve dolayısıyla ışık şiddeti) bundan daha azdır.

SI birim olarak kandela

Fizikte kullanılan bütün birimler yedi temel birimden türetilebilirler. SI temel birim adını alan bu birimler uluslararası bir organizasyon olan Conférence générale des poids et mesures tarafından tanımlanmaktadır. Kandela da bu yedi temel birimden biridir (diğerleri metre, kilogram, saniye, amper, kelvin, mol). 1948 yılında kandela tanımı şu şekilde yapıldı: Donma noktasında ve 101.325 N/m2 atmosfer basıncı altındaki platinin 1/600.000 m2lik yüzeyinin ışık şiddeti. Ne var ki, bu ölçüm çok güç bir ölçümdür. Teknolojinin ilerlemesiyle 1979 yılından itibaren birim radyometrik ölçülerle ve güç birimi watt’a dayandırılarak ölçülmeye başlanmıştır.

Bazı SI türeme birimleri için özel isimler ve semboller

Fiziksel
Nicelik
SI Biriminin
Adı
SI Birimi
için Sembol
SI Biriminin
Tanımı
Kuvvet newton N kg m s -2
Basınç pascal Pa N/m2 = kg m -1 s-2
Enerji joule J N m = kg m2 s-2
Güç (fizik) watt W J/s = kg m2 s-3
Elektrik yükü coulomb C A · s
Elektriksel Potansiyel Farkı volt V W/A = J/C = kg m2 A-1 s-3
Elektriksel Direnç ohm ? V/A = kg m2 A-2 s-3
İletkenlik (Elektrik) siemens S ?-1 = kg-1 m-2 A2 s3
Elektriksel Sığa farad F C/V = A2 s4 kg-1 m-
Manyetik Akı weber Wb kg m2 s-2 A-1
İndüktans henry H Wb/A = kg m2 A-2 s-2
Manyetik Akı Yoğunluğu tesla T Wb/m2 = kg s-2 A-1
Işık akısı lümen lm cd · sr
Aydınlanma şiddeti lüks lx lm/m2 = cd sr m-2
Frekans hertz Hz s-1 (saniyede salınım)
Radyoaktivite bekerel Bq s-1 (saniyede bozunma)

Işık akısı

Işık akısı bir fiziksel niceliktir ve insan gözünün algıladığı ışık gücünün miktarını ifade eder. Bu tariften de anlaşıldığı gibi, ışık akısı hem ışınım yapan kaynağın gücüne hem de insan gözünün özelliğine bağlıdır. SI birimi MKS sisteminde lumen dir.(lm kısaltmasıyla gösterilir.)

Işınım ve dalgaboyu

Işınım yapan kaynaklar sıcaklığa bağlı olarak elektromanyetik spektrumun her noktasında ışınım yapabilirler. Işınım tek bir dalgaboyunda değil, çok geniş bir bant içersindedir. Fakat sıcaklığa bağlı olarak ışınımın maksimum olduğu bir dalgaboyu vardır. İdeal karacisim için bu dalga boyu Alman fizikçi Wilhelm Wien (1964-1928) tarafından hesaplanmıştır.

Işınım ve dalgaboyu

Burada λ ışınımın maksimum olduğu dalgaboyu, T ise mutlak sıcaklıktır. (T sıcaklığı kelvin cinsinden) b sabitinin değeri yaklaşık olarak 2.897769 10-3 dir Yukardaki ilişkiden görüldüğü gibi, sıcaklık arttıkça maksimum dalgaboyu da kısalır.Yandaki şekilde sıcaklık arttıkça maksimum noktanın daha kısa dalgaboyuna (daha yüksek frekansa) doğru kaydığı görülmektedir.

İnsan gözü

İnsan gözü 380-740 nm (nanometre) arasndaki dalgaboylarına duyarlıdır. Bu bandın uç noktalarında duyarlılık düşüktür. Maksimum duyarlıklığın olduğu dalgaboyu (aydınlık ortamda) 555 nm tedir. ( Ya da frekans birimleriyle verilecek olursa 540 THz) Bu dalgaboyu yeşil renk bölgesindedir. Güneş ışığının spektral açılımı incelenecek olursa, Güneş ışığının da insan gözünün duyarlılığının yüksek olduğu bir bölgede yoğunlaştığı görülür.

Işınım kaynakları ve ışık akısı

Mutlak sıfır derecenin üstündeki bütün cisimler ışınım kaynağı iseler de gözün duyarlık ölgesi sınırlı olduğundan bu ışınımların büyük bölümünü ışık olarak değerlendiremeyiz.Bu sebepten ışınım gücü ile gözün algıladığı ışınım gücünü birbirinden ayırtetmek gerekir. Işık akısı sadece gözün algıladığı ışınım için geliştirilmiş bir niceliktir. Tek bir dalgaboyunda yani 555 nm de 1 wattlık ışınım yapan ideal bir ışınım kaynağı 683.002 lm ışık aksı yayar. (Hiçbir ışık kaynağı tek frekansta ışınım yapmaz, ama lazer tekniği ile çok dar bantlı ışınım yapılabilmektedir.) Ama aynı kaynak farklı bir dalgaboyunda ışınım yaparsa, ışınım gücü aynı olduğu halde ışık akısı daha az olur. Hele 380 nm den daha kısa veya 740 nm den daha uzun dalgaboylarında yapılan ışınımda ışık akısı sıfıra iner.

Çeşitli ışık kaynakları

Yıldızların ürettikleri ışık akısı renklerine bağlıdır. Kırmızı yıldızlar her W lık güç için 30 lm civarında ışık aksı üretirken, çok daha verimli olan Güneş gibi yıldızlar her W lık güç içim 80 lm ışık akısı üretebilirler. İnsan yapısı aydınlatma araçlarından akkor flamanlı lambalar her W başına 10-20 lm üretirken, floresan lambalar genellikle her W başına 50 -100 lm arasında bir ışık üretebilirler. Sodyum buharlı lambalar W başına 100 lm i geçen ışık akısı üretebilirler. Henüz gelişme aşamasında olan LED li lambalarda ise ışık akı verimliliğinin daha da iyi olması beklenmektedir.

Işık şiddeti ve ışık akısı

Bir ışık kaynağının toplam ışık akısını ölçmek için o kaynağı bir küre içine alıp küre duvarından geçen akı toplamını bulmak gerekir. Kürenin yüzey alanı 4?r2 olduğundan yüzey alanının 4? ye bölümü r2 genişliğinde bir alanı gösterir. Bu alanı oluşturan katı açıya da steradyan denilir. Bir steradyandan geçen ışık akısı da ışık şiddetidir.(Kısaltması cd) Işık şiddetinin birimi candela veya Türkçe okunuşuyla kandela dır. (cd kısaltmasıyla gösterilir. )Candela uluslar arası SI birimler arasında temel birimlerden biridir. (diğerleri metre, kilogram, saniye, ampere, Kelvin ve mol) Düzgün (alanın her noktasına eşit dağılımlı) ışınım için,

Işık şiddeti ve ışık akısı

Burada I ile ışık şiddeti, Φ ile toplam ışık akısı ve A ile de steradyan cinsinden alan gösterilirmiştir. Her yöne eşit ışınım yapan bir kaynak için,

Işık şiddeti ve ışık akısı

Ama şayet kaynak noktasal değilse bu takdirde aydınlık şiddeti kaynağın geometrisine göre hesaplanır. Mesela yarım küre içinde ışınım yapan bir kaynakta

Işık şiddeti ve ışık akısı

Aydınlanma ve ışık akısı

Aydınlanma (ışık akısı yoğunluğu) kaynakla değil, aydınlanan yüzeyle ilgili bir niceliktir ve birim alan üzerine dik olarak düşen ışık akısı anlamına gelmektedir. Birimi lüks’tür. (lx kısaltmasıyla gösterilir.)

Aydınlanma ve ışık akısı

Burada S ışığın aydınlattığı alandır; Şayet bu alan ışık geliş yönüne dik değil ise

Aydınlanma ve ışık akısı

Burada θ ışığın geldiği yön ile alan arasındaki açıdır. Noktasal kaynakta ve r yarıçaplı bir küre yüzeyinde alan 4•?•r2 olduğundan;

Aydınlanma ve ışık akısı

Işık şiddetiyle aydınlanma arasındaki ilişki ise;

Aydınlanma ve ışık akısı