Mjerne jedinice za jakost svjetlosti

Što je optika?

• Optika, u širem smislu, je dio fizike koji proučava elektromagnetske valove; njihova svojstva i pojave.
• Elektromagnetski valovi (ili elektromagnetsko zračenje) predstavljaju najzastupljeniju skupinu valova u prirodi

​

• Optika, u užem smislu, proučava onaj dio elektromagnetskog zračenja koje djeluje na mrežnicu ljudskog oka stvarajući osjet vida.
• Taj dio elektromagnetskog zračenja nazivamo svjetlošću i on predstavlja uski interval valnih duljina; od oko 380 do 780 nm.

​

• Spektar boja koje naše oko vidi čine: crvena, narančasta, žuta, zelena, plava, modra i ljubičasta. Ove boje su poznate i kao dugine boje, te ih vrlo jednostavno možemo uočiti kada pada slabija kiša, a pri tom se kroz oblake probiju zrake sunca.
• Crvena boja ima najveću duljinu vala (780 nm), a ljubičasta najmanju(380 nm). 
• Elektromagnetni valovi, valne duljine veće od svjetlosti su infracrveno zračenje i radiovalovi, a manje valne duljine od svjetlosti su ultraljubičasto, rendgensko i gama zračenje.

​

Ljudsko oko

• Oko je naše najvažnije osjetilo putem kojeg dobivamo do 80% svih informacija.
• Bez svjetla to naravno ne bi bilo moguće, jer je svjetlo medij koji nam omogućava vizualnu percepciju.
• Nadalje, brzina prijenosa informacija vidom gotovo je 10 puta veća nego sluhom.
• Osim što nam svjetlo omogućuje da vidimo, utječe i na naše raspoloženje i osjećaj dobrog stanja. Rasvijetljenost i boja, izmjena svjetla i tame, utjecaj sjene utječu na trenutne osjećaje i naše raspoloženje.

​

Kako vidimo boje

Fotometrija

• Učinkovitost i jednostavnost kojom vidimo stvari ovisi o razini svjetlosti koja je prisutna, jer sve što ljudi rade ovisi o osvjetljenosti radnog i okolnog prostora. Zbog toga je bilo važno razviti znanstveni sustav za mjerenje razina svjetlosti.
• Fotometrija je grana optike koja se bavi mjerenjem svojstava svjetlosti (svojstava izvora svjetlosti, svjetlosnoga toka i osvjetljenja površina).
• Povijesna fotometrijska mjerenja obavljana su s pomoću ljudskog oka, a suvremena fotometrijska mjerenja, iako koriste elektroničke fotometre, prilagođena su osjetljivosti ljudskoga oka.

​

• Mogući problem fotometrijskih mjerenja predstavlja činjenica da je ljudski vid izuzetno subjektivan, te postoje varijacije u percepciji kod različitih promatrača istog podražaja, odnosno izvora.
• Rješenje ovog problema našlo se definiranjem i standardizacijom fotometrijskih jedinica.
• Osjetljivost ljudskog oka ovisi o aktivnosti štapića ili čunjića ili oba istovremeno. Važno je napomenuti i da ljudsko oko nema jednaku osjetljivost za različite valne duljine.
• Kod dnevnog vida većinom su aktivni čunjići u ljudskom oku, dok prilikom niskog osvjetljenja ili noćnog vida većinu podraţaja primaju štapići čija je spektralna osjetljivost pomaknuta prema plavom kraju spektra.

​

Funkcija osjetljivosti oka prikazana je na dijagramu kojemu se na apscisi nalaze valne duljine. Približno je simetrična krivulja s oštrim maksimumom jednakim jedinici na valnoj duljini 555 nm za dnevnu svjetlost (crno) i 507 nm za noćnu osvjetljenost (zeleno). Njezina je vrijednost za valnu duljinu 600 nm 0,63, a za valne duljine 380 i 780 nm iznosi 0.

Osnovne fotometrijske veličine

Jakost izvora svjetlosti

Svjetlosni tok

• Svjetlosni tok je ukupna količina svjetlosne energije koju izvor svjetla emitira u okolni prostor u jednoj sekundi.
• Jedinica za svjetlosni tok je lumen (lm). Broj lumena u nekom fluksu je mjera njegove sposobnosti da izazove osjećaj sjajnosti.
• Jedan lumen je količina svjetlosne energije koja svake sekunde prolazi kroz jediničnu površinu kugle jediničnog radiusa u čijem centru se nalazi izvor svjetla jakosti 1 kandela (cd).

​

Osvijetljenost

• Osvijetljenost (E) je mjerilo za količinu svjetlosnog toka koje pada na određenu površinu.
• Jedinica za osvijetljenost je lux[lx]. Lux je definiran kao osvijetljenost  1 kvadratnog metra na koju pada ravnomjerno raspodijeljen svjetlosni tok od 1 lumena.
• Radi se isključivo o računskoj veličini koju naše oko ne primjećuje.

​

Luminancija

• Luminancija (L)  je sjajnost rasvijetljene ili svjetleće površine kako je vidi ljudsko oko.
• Mjerna jedinica joj je kandela po kvadratnom metru [cd/m²].
• Oko posebno dobro vidi razliku između liminancija. Luminancija je jedina fotometrijska veličina koju ljudsko oko može direktno vidjeti, ona opisuje fiziološki učinak svjetlosti na oko.

​

Opadanje s kvadratom udaljenosti

• Jakost izvora svjetla je definirana kao količina svjetlosne energije koju izvor svjetla emitira u prostorni kut, dok je jakost osvjetljenja (mjerena u luxima) definirana kao količina svjetlosne energije koja pada na jediničnu površinu.
• Iz slike je vidljivo da je za isti prostorni kut na dvostrukoj udaljenosti osvijetljena površina četiri puta veća. Znači da se ista količina svjetla raspoređuije na četiri puta veću površinu, zbog čega je jakost osvjetljenja četiri puta manja.

​

• Osvjetljenje se smanjuje s kvadratom udaljenosti.
• Važno je razumjeti da je jakost izvora svjetlosti uvijek ista.
• Sa udaljenjosti se mijenja samo jakost osvjetljenja

​

Međusobni odnos svjetlosnih veličina u realnom svijetu

Hvala na pažnji!

Ema Trumbić, 8.b

OŠ Mertojak