Światłość

Wielkością  opisującą  źródło  światła  (odpowiednik  natężenia promieniowania w radiometrii) jest  światłość Iv, która jest kątową (przestrzenną) gęstością strumienia świetlnego w danym kierunku.

Światłość jest ilorazem strumienia świetlnego  wysyłanego przez źródło w danym kierunku, w stożku o nieskończenie małym kącie rozwarcia obejmującym ten kierunek, do kąta bryłowego Ω tego stożka

 

Ilustracja przedstawiająca schematycznie pojęcie światłości.

 

Światłość jest wielkością wektorową, tzn. że ten sam punkt świecącej powierzchni może mieć różną światłość w różnych kierunkach.

Jednostką światłości jest kandela


podstawowa jednostka układu SI wprowadzona w roku 1948 przez Międzynarodowy Komitet Miar i Wag. 

Kandela (z łac. candela – świeca) jest to światłość, jaką ma w określonym kierunku źródło emitujące promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 5,4 · 1014 Hz (długość fali 555,17 nm) i o natężeniu energetycznym wynoszącym w tym kierunku



Według tej definicji kandelę można odtworzyć z dokładnością 0,5 % (dawniej nieosiągalną). Nazwa jednostki kandela wywodzi się od świecy (np., łac.: candela, ang.: candle), bo światłość zbliżoną do 1 kandeli ma płomień świecy woskowej lub stearynowej, podczas gdy światłość niektórych innych źródeł:

  • 100 cd - żarówka 100 W,
  • 500 cd - lampa sodowa wysokoprężna 70 W,
  • 3 · 1027 cd - Słońce na granicy atmosfery ziemskiej.

Starsza definicja:

Kandela jest to światłość, którą ma w kierunku normalnym pole 1\60 cm2 powierzchni ciała doskonale czarnego, promieniującego w temperaturze krzepnięcia platyny (2042 K) pod ciśnieniem 1013,25 hPa (1 atm).

 

 


Źródła światła rozsyłają strumień świetlny w poszczególnych kierunkach w różny sposób co wynika z budowy źródła lub kształtu oprawy. W katalogach lamp i opraw przestrzenny rozsył światła jest przedstawiany w formie tzw. krzywych rozsyłu światłości będących przekrojami bryły fotometrycznej strumienia świetlnego wysyłanego przez daną lampę.

Aby przedstawić, jaki rozsył światła posiada oprawa (czasami również źródło światła), dokonywane są pomiary jej światłości w różnych kierunkach. Krzywą rozsyłu światłości zwykle rysuje się we współrzędnych biegunowych, w postaci zredukowanej - dla strumienia świetlnego źródła 1  000 lm. W oprawie można umieszczać źródła o różnym strumieniu i wobec tego wartość światłości kierunkowej odczytanej z wykresu należy przeliczyć proporcjonalnie do wartości strumienia źródła.

 

Krzywa światłości świetlówki liniowej wraz z bryłą fotometryczną.

 

Bryła fotometryczna światłości (powierzchnia rozsyłu światłości) jest to miejsce geometryczne końców wektorów światłości wychodzących ze wspólnego bieguna, z optycznego środka źródła światła. W taki sposób, za pomocą
trójwymiarowej bryły, można opisać dowolnie złożony rozsył światłości i zawrzeć go w komputerowym programie projektowania oświetlenia, ale poglądowe przekazywanie go na rysunku dwuwymiarowym jest kłopotliwe.

Bryła fotometryczna dla klasycznego źródła światła - żarówki.

 

Krzywa rozsyłu światłości Iα = f(α) jest to zazwyczaj krzywa przedstawiająca światłość w płaszczyźnie pionowej przechodzącej przez środek optyczny źródła (oprawy) w funkcji kąta płaskiego liczonego względem pionu. Jeśli bryła fotometryczna światłości jest bryłą obrotową, to krzywa rozsyłu światłości w pełni charakteryzuje przestrzenny rozsył strumienia świetlnego. Obracając krzywą rozsyłu światłości o 360o względem przyjętej osi otrzymuje się bryłę fotometryczną światłości.

 Krzywa rozsyłu światłości dla klasycznego źródła światła - żarówki.

 

Zadanie

Projektor, traktowany jako punktowe źródło światła, wytwarza wiązkę światła w obrębie stożka o płaskim kącie rozwarcia 10o i jednakowej światłości Iv = 400 kcd w każdym kierunku.

Oblicz jego strumień świetlny.

Zadanie

Żarówka elektryczna ma moc P=200 W. Wiedząc, że skuteczność świetlna żarówki η=10 lm/W, oblicz światłość żarówki. Żarówka promieniuje równomiernie we wszystkich kierunkach.

Ireneusz Owczarek   ©  CMF PŁ 2014