Işık şiddeti

Fotometride ışık şiddeti, bir ışık kaynağı tarafından belirli bir yönde birim katı açı başına yayılan, dalga boyuna göre ağırlıklandırılmış gücün bir ölçüsüdür ve insan gözünün hassasiyetini standartlaştıran bir model olan parlaklık fonksiyonuna dayanır. Işık akısı dendiği zaman, kaynaktan yayılan toplam akı, ışık şiddeti dendiği zaman ise bir steradyanlık katı açı içerisindeki akı kastedilir. MKS sistemi içerisinde ışık akısının birimi lumen, ışık şiddetinin birimi ise candela ya da Türkçe söylenişi ile kandeladır.

Dalgaboyu ve frekans

Işınım dalgaboyu veya frekans ile tarif edilebilir.İkisi arasındaki ilişki

$\lambda ={\frac {c}{f}}$

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. (Yukardaki ilişkide frekans GHz cinsinden verilirse, dalgaboyu da nm cinsinden hesaplanabilir.)

Işınım ve dalgaboyu

Gündüz (kırmızı çizgi) ve gece (mavi çizgi) görüşü için bağıl spektral ışık verimliliği.

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

$\lambda ={\frac {b}{T}}$

Burada λ ışınımın maksimum olduğu dalgaboyu, T ise mutlak sıcaklıktır. b sabitinin değeri yaklaşık olarak 2.897769 10⁻³ dir

İnsan gözü

İnsan gözü 380-740 nm (nanometre) arasındaki dalgaboylarına duyarlıdır. Bu bandın uç noktalarında duyarlılık düşüktür. Maksimum duyarlıklık (aydınlık ortamda) 555 nm dalga boyundaki (ya da frekans birimleriyle verilecek olursa 540 THz deki) yeşil renktir. Yani sadece bu frekansta ışınım yapacak (monokromatik) bir ışık kaynağının ışık verimi maksimumdur. Güneş ışığının spektral açılımı incelenecek olursa, Güneş ışığının da insan gözünün duyarlılığının yüksek olduğu bir bölgede yoğunlaştığı görülür.

Işınım kaynakları ve ışık şiddeti

Işık akısı kaynağın ışınım gücüne ve göz duyarlılığına bağlıdır. (Genellikle her iki parametre de dalgaboyuna göre bir eğri oluşturduğundan, bu eğriler duyarlık sınırları içinde entegre edilmelidirler.) Bu şekilde bulunan ışık akısının steradyan cinsinden bir katı açı içine düşen miktarı ışık şiddetini gösterir.

$\mathbf {I} ={\frac {\Phi }{A}}$

Bu denklemde I ile ışık şiddeti, Φ ile toplam ışık akısı ve A ile de steradyan cinsinden alan gösterilirmiştir.

Şayet Düzgün ışık dağılımı olan noktasal bir kaynak söz konusuysa, ışık akısı ışık şiddetinin 4•л katıdır. Ancak yapay ışık kaynakları hemen hemen daima belli bir yönü diğer yönlerden daha çok aydınlattığı için (abajur, projektör vb.) bu iki büyüklük arasındaki ilişki için sistemin geometrisinden yararlanılır.

Bir noktasal kaynağın oluşturduğu kürenin tam yarısı karartılırsa, toplam ışık akısı yarıya düşer. Fakat kapatılımayan bölgede ışık şiddeti değişmez. Bir başka deyişle, bu durumda, ışık akısı ışık şiddetinin 2•л misli olur. Aynı şekilde karartılan bölge arttıkça ışık akısı ile ışık şiddeti arasındaki oran da düşer.

Temel birim olarak ışık şiddeti

Işık şiddeti optik ve fotometri nicelikleri arasında temel nicelik olarak alınmıştır. Uluslararası komisyon Commission internationale de l'éclairage candela birimin yedi temel SI biriminden biri olarak saptamıştır. (diğerleri metre, kilogram, saniye, ampere, Kelvin ve mol)

Aydınlanma ve ışık şiddeti

Aydınlanma kaynakla değil, aydınlanan yüzeyle ilgili bir niceliktir ve birim alan üzerine dik olarak düşen ışık akısı anlamına gelmektedir. Birimi lüks'tür. (lx kısaltmasıyla gösterilir.) Işık şiddeti ile aydınlanma şiddeti arasında şu ilişki vardır.

$E={\frac {I}{r^{2}}}$

Burada E ile aydınlanma şiddeti, I ile de ışık şiddeti ve r ile de aradaki (metre cinsinden) mesafe gösterilmiştir.

Ayrıca bakınız

• Parlaklık
• Radyans