Strumień świetlny - Polski Serwis Naukowy

Funkcja luminancji fotopowej (czarny) oraz skotopowej (zielony). Krzywa fotopowa zawiera standard CIE 1931 (linia ciągła), zmodyfikowane dane Judd-Vos z 1978 roku (linia kreskowana), oraz dane Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle z roku 2005 (linia kropkowana). Linia pozioma to długość fali w nm.

Strumień świetlny – wielkość fizyczna z dziedziny fotometrii wizualnej określająca całkowitą moc światła emitowanego z danego źródła światła mogącego wywołać określone wrażenie wzrokowe.

Strumień promieniowania - w odniesieniu do fal elektromagnetycznych w tym i światła jest to energia promieniowania przenoszona (emitowana, pochłaniana, przechodząca) w jednostce czasu przez promieniowanie przez wybraną powierzchnię. Tak zdefiniowany strumień nazywany jest energetycznym strumieniem promieniowania i jest równy mocy promieniowania.

Oko (Oko proste, oko złożone, plamka oczna, łac. oculus, l.m. oculi) – narządy receptorowe umożliwiające wykrywanie kierunku padania światła i jego intensywności oraz, wraz ze wzrostem złożoności konstrukcji, efektywny proces formowania obrazu, czyli widzenie.

Strumień świetlny oznaczany jest literą Φ. Jego jednostką miary jest lumen. Izotropowe źródło punktowe, którego światłość jest równa 1 kandeli, emituje strumień 4π lumenów.

Strumień świetlny jako miara jasności

Wielkość tę określa się na podstawie stopnia oddziaływania światła na oko standardowego obserwatora. Strumień świetlny charakteryzuje czułość ludzkiego oka, co nie oznacza, że światło o dwukrotnie większym strumieniu jest rejestrowane przez człowieka jako dwukrotnie jaśniejsze. Skala strumienia świetlnego dla danej długości fali świetlnej jest proporcjonalna do energii niesionej przez światło i nie uwzględnia prawa Webera-Fechnera.

Światłość (natężenie źródła światła) jest podstawową wielkością w fotometrii wizualnej. Jednostką światłości jest kandela, która należy do jednostek podstawowych układu jednostek SI i jest definiowana następująco:

Fotometria – dział optyki zajmujący się pomiarem światła tak jak jest ono postrzegane przez ludzkie oko i tym różni się od radiometrii, która mierzy obiektywną wartość fal elektromagnetycznych. Fotometria jest zainteresowana wrażeniem jakie jest percypowane przez ludzkie oko na skutek stymulacji falą elektromagnetyczną. Punktem wyjścia fotometrii jest więc charakter oka jako wybiórczego detektora widma elektromagnetycznego. Jednostki fotometryczne, w przeciwieństwie do radiometrycznych mogą służyć jako wskaźniki w eksperymentach psychofizycznych. Jednostki fotometryczne różnią się w swej naturze od radiometrycznych mniej więcej tak jak fon różni się od bela.

Strumienie świetlne najpopularniejszych źródeł światła

Relacja z energią światła

Strumień świetlny Φ związany jest z mocą promieniowania E, czyli strumieniem energii promieniowania. Relacja ta zależna jest od długości fali świetlnej, ponieważ czułość ludzkiego oka zależy od barwy światła. Miarą tej zależności jest skuteczność świetlna $L(\lambda)$ . Zależność ta ma postać

Widzenie skotopowe (widzenie nocne, sklotopiczne) – termin oznaczający pracę ludzkiego narządu wzroku w warunkach skrajnie niekorzystnych, czyli przy znikomej ilości światła. W odbieraniu bodźców świetlnych biorą wtedy udział wyłącznie pręciki, natomiast czopki są zupełnie nieaktywne. Podczas widzenia skotopowego człowiek widzi świat pozbawiony barw, czyli np. taki jak na czarno-białym filmie. Możliwe jest wtedy wyłącznie rozróżnianie stopnia jasności elementów otoczenia, a i to przy niewielkiej gradacji tych stopni. Znacznie spada również rozdzielczość oka, czyli możliwość rozpoznawania szczegółów obrazu, nie występuje przy tym zjawisko szczególnie wysokiej rozdzielczości obrazu w środku pola widzenia, za które odpowiada plamka żółta (składająca się wyłącznie z czopków).

Nanometr (symbol: nm) – podwielokrotność metra, podstawowej jednostki długości w układzie SI. Jest to jedna miliardowa metra czyli jedna milionowa milimetra. Jeden nanometr równa się zatem 10−9 m. W notacji naukowej można go zapisać jako 1 E-9 m oznaczający 0,000 000 001 × 1 m. Rzadko stosowana jest również stara nazwa milimikron

$\Phi =L(\lambda)\cdot E\,$

Przyjmuje się, że oko ludzkie najwyższą czułość osiąga dla światła o długości 555 nm. Jednemu lumenowi odpowiada wówczas promieniowanie o mocy 0,00147 W.

Definiuje się również współczynnik skuteczności świetlnej określający skuteczność świetlną dla promieniowania dla pewnej długości fali świetlnej w porównaniu do skuteczności świetlnej promieniowania o długości 555 nm. Z definicji wynika, że dla światła o długości fali 555 nm współczynnik ten osiąga wartość maksymalną, czyli 1. Dla światła o długości fali 400 nm i 600 nm współczynnik dąży do 0, co oznacza, że niezależnie od strumienia energii, światło staje się dla człowieka niewidoczne.

Widzenie fotopowe, widzenie dzienne — termin oznaczający pracę ludzkiego narządu wzroku w warunkach normalnych, czyli przy ilości światła wystarczającej do pełnego wykorzystania możliwości zmysłu wzroku. W praktyce widzenie fotopowe dotyczy przeważającej większości sytuacji, w których pracuje ludzkie oko.

Źródła światła - przedmioty emitujące światło. Przedmioty, które widzimy, mogą same wysyłać światło lub odbijać światło padające na nie. Te, które same emitują światło nazywamy źródłami światła. Dla ludzi najważniejszym źródłem światła jest Słońce, bez którego nie istniałoby życie na Ziemi. Źródła światła dzielimy na naturalne oraz sztuczne.

Przypisy

Bibliografia

Jurgen R. Meyer-Arendt: Wstęp do optyki. Wyd. 1. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1977.