A FÉNY - ALAPFOGALMAK
A fény az emberi szem számára érzékelhető elektromágneses sugárzás. amely a szemben fényérzetet kelt, és ez által látható. Alapmeghatározásai:
- elektromágneses hullám
- frekvenciája meghatározható
- energia (energia által keletkezik és megszűnésekor energiává alakul)
A sugárzást csoportosíthatjuk a frekvencia (hullámhossz) és a láthatóság alapján.
A frekvencia alapján a következő sugárzásokat különböztetjük meg:
- Monokromatikus sugárzás, amelyet egyetlenegy frekvencia jellemez, vagy amelynek olyan kicsi a frekvencia-, ill. a hullámhossz-tartománya (sávja), hogy egyetlenegy frekvenciával jellemezhető.
- Összetett sugárzás az, ha a sugárzás egyidejűleg több hullámhosszon történik.
A láthatóság alapján a következő sugárzásokat különböztetjük meg:
Láthatatlan sugárzás az olyan elektromágneses sugárzás, amely közvetlenül nem képes látásérzetet kelteni, ilyen sugárzás
- az infravörös sugárzás, amely 1mm-nél kisebb hullámhosszúságú monokromatikus sugarakból tevődik össze (a látható sugárzásénál nagyobb a hullámhossza);
- az ultraibolya sugárzás, amelynek hullámhossza kb. 1 - 400 nm (a látható sugárzásénál kisebb a hullámhossza).
Látható sugárzás az olyan elektromágneses sugárzás, amely közvetlenül képes látásérzetet kelteni.
Csak azon elektromágneses sugárzások keltenek a szemben fényérzetet, melyek hullámhossza a 380 nm és 780 nm közé esik. A tartomány frekvenciahatárai: 750 ezer GHz – 375 ezer GHz.
Általánosságban azt mondhatjuk, hogy a látható fény szemünk számára az infravörös tartománytól az ultravioláig tart.
A fény a látható sugárzás érzékelés szerinti megfelelője. A szem által érzékelt, feldolgozott, vagy a szem szerint súlyozott elektromágneses hullámzás.
(A sugárzott energia elemi részecskéje (kvantuma) a foton, amely a h Plank-állandó és az elektromágneses sugárzás f frekvenciájának szorzata.)
 |
| Sugárzások csoportosítása |
A különböző hullámhosszúságú látható sugarakra szemünk érzékenysége más és más. Tehát nemcsak attól függően érzékeli a fényforrás által kibocsátott fénysűrűséget, mekkora kisugárzott teljesítménye, hanem attól függően is, hogy milyen a színösszetétele (hullámhossza). A látható tartományba eső, különböző hullmhosszúságú fény a szemünkbe jutva látáskor különböző színérzetet kelt. Az egyes színekhez az alábbi hullámhossztartományok tartoznak:
 |
| hullámhossztartományok |
A fehér fényben a látható tartományba eső valamennyi hullámhosszúságú fény megtalálható. Azonos fizikai sugárteljesítmény mellett az 550nm hullámhosszú (zöld) fényt sokkal világosabbnak érzékelünk, mint a 400 nm (kék) vagy 700 nm (piros) hullámhosszat.
 |
| A szem spektrális érzékenysége |
A fotometria szűkebb értelemben a 400 nm.-.700 nm hullámhossz spektrumba eső, a szemmel látható vizuális fénynek a fényérzeten alapuló fénytechnikai hatását, mérési módszerét, alapfogalmait tárgyalja.
Fénytani alapfogalmak
Térszög:
A térszög, a síkszög térbeli megfelelője. A térszög nagyságát egy
tetszőlegesen megválasztott gömb tetszőlegesen kijelölt felületrészének
és a gömbsugár négyzetének a hányadosa adja. A térszög azt méri, hogy az
adott pontból nézve milyen nagynak tűnik egy objektum. A fényforrást
pontszerűnek elképzelve a sugárzás térbeli irányultságát a térszöggel
lehet jellemezni.
| Jelölése: | Ω (Omega) |
| Mértékegysége: | szteradián |
| Jele: | sr |
 |
| 1 szteradián = 1 m sugarú gömb 1m² felülete által kijelölt térrész térszöge. |
Fényáram (fényteljesítmény)
A fényáram a fényforrásból időegység
alatt kisugárzott összes látható fény energiája – ez a fényforrások
legfontosabb világítástechnikai jellemzője. Másként megfogalmazva a
fényáram a sugárzott fizikai teljesítmény és a láthatósági tényező
szorzatának az egész színképtartományban összegzett értéke.
Az emberi szem spektrális (a fény
hullámhosszától függő) érzékenysége miatt a fényteljesítmény
mértékegységét nem watt-ban, hanem lumenben fejezik ki.
A pontszerű fényforrás minden irányban sugárzott fényáramának mennyisége az összfényáram (Total Luminous Flux).
| Jelölése: | Φ (Phi) |
| Mértékegysége: | Lumen |
| Jele: | lm |
Minden egyéb világítástechnikai mértéket
a fényáramhoz viszonyítanak. Ennek ellenére a fényáram nem fotometriai
alapegység, hanem a fényerősségből származtatott egység, amelyet így
határoztak meg az SI nemzetközi mértékrendszerben:
 |
| 1 lumen fényáramot létesít az 1 kandela fényerősségű, minden irányban egyenletesen sugárzó pontszerű fényforrás az 1 méter sugarú gömb 1m2 felületén. |
1 lumen mennyiségű fényáram a minden
irányban 1 candela (cd) fényerősséggel egyenletesen sugárzó pontszerű
fényforrás 1 szteradián térszögbe kibocsátott teljesítménye.
1 lumen = 1 cd · sr Így a teljes 4π térszögben minden irányban 1 cd fényerősségű fényforrás fényárama = 4π lm, vagyis 12,56 lumen.
Eszerint az I = 1 cd erősségű pontszerű fényforrás az 1 m sugarú gömb 4π m2 felületen át a térbe
Φ = 4π lm fényáramot sugároz, vagyis Φ = 4πI.
A fényáram és a fényerősség között a következő összefüggés áll fenn
Φ = IΩ.
A szem maximális érzékenységének megfelelő 550 nm hullámhosszúságú fénysugárzás 1 watt teljesítmény esetén 680 lumen fényáramot létesít.
Néhány fényforrás fényárama:
| Fényforrás | A fényforrás névleges fényárama (lm) |
| Izzólámpa 230 V, 60 W | 710 |
| Izzólámpa 230 V, 100 W | 1400 |
| Izzólámpa 230 V, 1000 W | 20000 |
| Halogén izzólámpa 12 V, 100W | 2350 |
| Fénycső 18W, F33 | 1150 |
| Nátriumlámpa LU250/T/40 | 27500 |
Fényerősség
A fényforrás a tér minden irányába sugározza ki fényáramát. Az adott
irányú térszögbe kisugárzott fényáramnak és a térszögnek a hányadosa,
azaz a fényáramnak a térszög szerinti sűrűsége a fényerősség.
A fényerősség a fénymérés alapegysége (SI-ben).
| Jelölése: | I |
| Mértékegysége: | Candela (lm/sr) |
| Jele: | cd |
| Meghatározó egyenlete: | I = Φ / Ω |
Évtizedeken keresztül a gyertya fényéhez viszonyították a fényforrások
fényességét. Az etalonként használt gyertyafény egy bizonyos
meghatározott méretű és zsiradék-összetételű gyertya fényét jelentette.
Természetesen a pontos előírások ellenére sem volt könnyű tökéletesen
azonos fényerejű gyertyákat előállítani. A fényerősség mértékegysége is a
gyertya latin nevéből, a candelából származik. A XX. század második
felében már a fényerősség egzaktabb definícióját is megfogalmazták.
A szakirodalomban a mai napig kétféle hivatalos definícióval találkozunk, ami abból adódik, hogy az Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia (GPCM) először 1967-ben, majd 1979-ben is definiálta a fényerősséget:
GPCM 1967 SI meghatározás:A kandela a feketetest sugárzó 1/600000 m² felületének fényerőssége a felületre merőleges irányban, a platina dermedési hőmérsékletén (2042 K), 101 325 Newton / m² nyomás alatt. (A megadott nyomásérték megfelel a normál légköri nyomásnak, a 60 cd/cm² terület meghatározás célja pedig, hogy a kandela fényerőssége ne térjen el a régi kandela mennyiségtől.)CGPM 1979 SI meghatározás:A kandela azon 540×1012 hertz frekvenciájú (~555 nm) monokromatikus sugárzást kibocsátó fényforrás fényerőssége adott irányban, amelynek sugárerőssége ebben az irányban 1/683 watt / szteradián.
Megvilágítás
A megvilágítás a felületre beeső fényáramnak és a felületnek a hányadosa, azaz a fényáramnak a felületen eloszló sűrűsége.
A megvilágítási erősség a felületet érő
fény mértéke. Megadja, hogy egy adott felület mennyire van kivilágítva,
vagyis mekkora fényáram jut 1m² felületegységre lumenben. A gyakorlati
felhasználás szempontjából talán ez a
legfontosabb világítástechnikai fogalom.
| Jelölése: | E |
| Mértékegysége: | Lux (lumen/m²) |
| Jele: | lx |
| Meghatározó egyenlete: | E = Φ / A (ahol A a felületet jelöli) |
A megvilágítás erőssége a fényerősséggel egyenesen, a fényforrástól való
távolság négyzetével fordítottan arányos. Ez utóbbi érthető, hiszen
ugyanakkora térszöghöz kétszer akkora távolságban négyszer akkora
felület tartozik. Vagyis a megvilágítás a negyedére csökken.
| Fényforrás | A megvilágítás (lx) |
| A szem érzékenységi küszöbe | 0,0000001 |
| Felhős éjszakai égbolt | 0,00005 |
| Csillagos éjszaka | 0,0001 |
| Negyed hold | 0,02 |
| Telihold | 0,05-0,2 |
| Szürkület | 4-10 |
| Utcai világítás | 1-10 |
| Gyertyafény | 10-15 |
| A szem korrekt színlátása | 50 |
| Napkelte, napnyugta | 500 |
| Áruházak eladótere | 500-800 |
| Otthoni és irodai megvilágítás | 100-1000 |
| Napfény erősen felhős időben | 20000 |
| Napfény enyhén felhős időben | 70000 |
| Felhőtlen napsütés | 100000-1000000 |
Fénysűrűség
A fénysűrűség a világító felület vizsgált irányú vetülete
felületegységének fényerőssége. Fogalmazhatunk úgy is, hogy a
fénysűrűség a megvilágított felületnek a szem által világosságként
érzékelt látszólagos fényessége.
| Jelölése: | L |
| Mértékegysége: | candela / m² |
| Jele: | cd / m² |
Színhőmérséklet
A színhőmérséklet a látható fény egy jellegzetessége. Egy fényforrás színhőmérsékletét az általa okozott színérzet és egy hipotetikus feketetest-sugárzó által létrehozott színérzet alapján határozzák meg. Izzólámpák esetében, lévén, hogy a fény izzásból származik, a színhőmérséklet jól egybe esik az izzószál hőmérsékletével. A nem hőmérsékleti sugárzás elvén működő fényforrások, mint például a fénycsövek
esetében közvetlen fizikai jelentése nincsen. Ezért ilyenkor inkább
„korrelált színhőmérsékletről” beszélünk. Elterjedt jelölése: CCT
(Correlated Color Temperature)
A különböző színhőmérsékletek befolyásolják az ember hőérzetét és
koncentrálóképességét. Tradicionális okokból a színhőmérséklet fordított
hőmérsékleti asszociációkat okoz. A kékebb árnyalatok, bár magasabb
színhőmérsékletűek, alacsonyabb hőmérséklet érzetét keltik. Hasonlóképp a
vörösebb árnyalatok melegebbnek tűnnek. Ennek oka, hogy vörössel az izzást, és tüzet hozzák összefüggésbe, míg a kékkel inkább a jeget, vagy a vizet.
Ezért hideg munkahelyeknél az alacsonyabb színhőmérsékletű
(melegfehér), míg meleg munkahelyeken inkább a magasabb színhőmérsékletű
(hidegfehér) árnyalatokat alkalmazzák. További hatása, hogy a melegebb
árnyalatok pihentetőbben hatnak, míg munkahelyeken a hidegebb fehér
árnyalatokat használják, ugyanis segítik a koncentrációt.
A fehér fény mint tudjuk, különböző színű fények keveréke. A
különféle fényforrások fényei nem azonos arányban tartalmazzák a fehér
fény összetevőit, tehát színük is különbözik egymástól. Az emberi szem
bizonyos határok között alkalmazkodik az adott fény színéhez, így a
kisebb mértékű eltéréseket mi nem érzékeljük. A fényforrások valós színe
az adott fényforrás által kisugárzott energia hullámhossz szerinti
eloszlásával írható le. Ez a jelleggörbe megmutatja, hogy az adott
fényforrás mennyi energiát sugároz ki a különböző színű komponensekből.
Az ábrán néhány fényforrás jelleggörbéje látható. A kisugárzott energia
nagyságát a görbe alatti terület adja meg.
A látható tartományban kisugárzott energia hullámhossz szerinti eloszlására jellemző szám a színhőmérséklet. Egysége: Kelvin, K (A színhőmérséklet jele 1972 előtt kelvin (K) volt. A színhőmérsékletet régebben miredben adták meg, mired = 1 000 000 / K.
Egy ideális termikus fényforrás által kisugárzott fény
színhőmérséklete megegyezik annak kelvinben kifejezett hőmérsékletével. A
nem ideális termikus sugárzók (például izzószál) és a nem termikus
sugárzók (például fénycső) színhőmérséklete megegyezik annak az ideális
termikus sugárzónak hőmérsékletével, amellyel azonos színű fényt sugároz
ki. Az izzólámpák színhőmérséklete csak kevéssé tér el az izzószál
hőmérsékletétől. A termikus sugárzók közös tulajdonsága, hogy az általuk
kisugárzott energia hullámhossz szerinti eloszlását leíró
jelleggörbéjük folytonos. Ilyen folytonos jelleggörbék az ábra a., b. és
c. görbéi.
A színhőmérséklet emelkedésével a fény vörös összetevői csökkennek,
míg kék összetevői növekedek, tehát minél magasabb a fény
színhőmérséklete, annál "kékebb", és minél alacsonyabb a fény
színhőmérséklete annál "vörösebb" lesz a színe. Az ábra c. görbéjén egy
magas színhőmérsékletű fényforrás (10000 K), míg b. görbéjén egy
alacsony színhőmérsékletű fényforrás (2800 K) hullámhossz szerinti
energiaeloszlása látható. Az a. görbe közepes színhőmérsékletet jelöl.
(5600 K)
A lumineszcens sugárzók (például fénycső, kompakt fénycső, Na lámpa,
Hg-gőz lámpa, stb.) sávos színképpel sugároznak. Az egyes sávok élesen
elkülönülnek egymástól, valamint az átlagos energiaszintből magasan
kiemelkednek, tehát az ilyen fényforrások fénye jellegzetesen elszínezi a
fotónyersanyagot, így nem (nagyon) alkakmasak fotográfiai használatra.
Ilyen fényforrásra mutat példát az ábrán d.-vel jelölt színkép. A
színhőmérséklet fogalmát a lumineszcens fényforrásokra is
kiterjesztették, de természetesen nem fotográfiai értelemben.
A napfény színhőmérséklete évszaktól, napszaktól függően folyamatosan
változik. Derült időben, átlagos napsütés esetén ez kb. 5600 K.
Hajnalban vagy naplementekor a színhőmérséklet 2500 K-re is csökkenhet,
viszont borult, párás, ködös időben 6-10000 K-re is növekedhet. Nyílt
tengeren, ill. magas hegyekben a színhőmérséklet 10-20000 K-t is
elérheti.
Néhány színhőmérsékleti adat:
- Gyertya: 1900 K
- Háztartási izzólámpa: 2800 K
- Fotoizzó: 3200 K
- Reggeli, délutáni alacsony napállás: 4800 K
- Átlagos napfény, vaku: 5600 K
- Napos idő, árnyékban: 6000 K
- Nappal, kissé felhős égbolt: 8000 K
- Borult, ködös idő: 10000 K
források:
| http://hu.wikipedia.org/ | ||||||||||
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése