Jednostki SI | kandela (cd) |
---|---|
Wymiar | jot |
Natura | Rozkład kątowy rozległy |
Zwykły symbol | lub |
Link do innych rozmiarów |
Natężenie światła to wielkość, która wyraża zdolność punktowego źródła światła do świecenia w określonym kierunku.
Jest to wielkość fotometryczna . Promieniowanie elektromagnetyczne , które jest lekkie , nie jest także odczuwana przez ludzkiego oka ; wyrażanie natężenia światła obejmuje ważenie długości fali za pomocą funkcji wydajności światła spektralnego , która uwzględnia wrażliwość wzrokową człowieka.
W międzynarodowym układzie jednostek natężenia światła mierzy się w kandelach ( cd ), jednej z podstawowych jednostek; określa się ją na podstawie luminancji . Intensywność nie jest mierzona bezpośrednio; ale z biegiem czasu byliśmy w stanie zdefiniować na kilka sposobów standard . Służy głównie do obliczania natężenia oświetlenia i określania rozkładu światła emitowanego przez oprawę lub oświetlaną powierzchnię zgodnie z kierunkiem.
Biorąc pod uwagę definicję luminancji i zakresu geometrycznego , natężenie światła wyraża się w następujący sposób:
gdzie jest intensywnością elementarną odpowiadającą elementowi powierzchni , jest kątem między kierunkiem namiaru a normalną do powierzchni źródłowej i kątem długości geograficznej liczonym względem dowolnego początku.
Średnia światłość w przedziale skończonego kąta bryłowego wyrażona jest ze strumienia świetlnego zawartego w tym kącie przez:
Uważamy, że wyrażenie to jest niewłaściwie zapisane w formie , co sugeruje wyprowadzenie. Złoto jest niezależne od (jest przepływem ) i dlatego .
Ludzkie oko jest wrażliwe tylko na niewielką część widma elektromagnetycznego ( domena widzialna ) i nie ma takiej samej wrażliwości na różne długości fal, na które jest wrażliwe. W jasnym otoczeniu (widzenie dzienne, zwane fotopowym ) oko ludzkie jest najbardziej wrażliwe na zakres długości fal odpowiadający percepcji zielono-żółtej , około 555 nanometrów . Zatem dwa źródła światła o tej samej mocy promieniowanej w radiometrii i znajdujące się w równej odległości od obserwatora niekoniecznie mają takie samo natężenie światła w fotometrii . Źródło monochromatyczne promieniujące na zielono-żółty będzie miało postrzegane natężenie światła większe niż źródło promieniujące na czerwono lub niebiesko .
W ciemniejszym otoczeniu ludzki wzrok nie rozróżnia już kolorów, a względna czułość widmowa jest przesunięta w kierunku niebieskiego. Mówimy o wizji skotopowej . Pomiędzy dwiema domenami świetlistości mówimy o widzeniu mezopowym .
O ile nie określono inaczej, natężenie światła odnosi się do pola widzenia fotopowego.
Z definicji wyprowadzamy relację między natężeniem a oświetleniem elementu powierzchniowego prostopadłego do kierunku strumienia w odległości d od źródła. Element powierzchni przecina kąt bryłowy
w związku z tym
Ponieważ natężenie oświetlenia jest równe ilorazowi strumienia elementarnego przez element powierzchniowy, strumień jest iloczynem , a
Jeśli element powierzchniowy nie jest prostopadły do strumienia, ten ostatni jest rozłożony ukośnie, a oświetlenie staje się
gdzie jest kątem między normalną do elementu powierzchniowego a kierunkiem strumienia świetlnego.
Źródło nieskończoności ma pozorną jasność, ale wynosi zero, promienie światła są równoległe. Luminancja jest wtedy definiowana w sensie rozkładów w postaci iloczynu rozkładów Diraca dla wiązki orientacyjnej . Natężenie światła jest nadal określane przez:
Tak jest w przypadku oświetlenia, światłem słońca lub księżyca; znane jest wówczas oświetlenie bezpośrednio odsłoniętych powierzchni w różnych warunkach. W astronomii The pozorna wielkość gwiazdy są określane na podstawie promieniowania , niezależnie od części promieniowania widzialnego.
Oprawy, oświetlone powierzchnie odbijające światło i ogólnie źródła światła nie świecą z taką samą intensywnością we wszystkich kierunkach. Wskaźnik emisji źródła jest proporcjonalny do obszaru, którego odległość od źródła jest proporcjonalna do natężenia światła w tym samym kierunku. Długość punktu na tej krzywej na początku reprezentuje luminancję . Poza normalizacją ten wykres odpowiada pojęciu rozkładu kątowego .
Aby ustalić to dla prawdziwego źródła, musi być przyrównane do źródła punktowego; mierzy się średnie natężenie oświetlenia elementu powierzchniowego umieszczonego dostatecznie daleko od źródła iz tej wartości oblicza się intensywność emisji. Wykres często przedstawia intensywność w stosunku do tej widocznej w głównym kierunku. Wykorzystanie cyfrowe wymaga raczej standaryzacji na pół przestrzeni, przy czym standard jest zdefiniowany przez
Znajomość natężenia światła w danym kierunku umożliwia obliczenie natężenia oświetlenia elementu powierzchniowego znajdującego się w pewnej odległości od źródła. Położenie powierzchni w układzie współrzędnych biegunowych w oparciu o osie źródłowe podaje kierunek i odległość. Wskaźnik emisji dla kierunku podaje intensywność.
Wskazano już na związek pomiędzy intensywnością a oświetleniem. Jeżeli oświetlana powierzchnia nie jest prostopadła do kierunku źródła, należy wziąć pod uwagę kąt między prostopadłą do elementu powierzchni a kierunkiem źródła.
Gdy wiele źródeł przyczynia się do oświetlenia elementu powierzchniowego, dodaje wynik każdego obliczenia.
Oprogramowanie przeznaczone dla projektantów oświetlenia lub do modelowania trójwymiarowego wykonuje te obliczenia automatycznie.
Strumień świetlny z izotropowego źródła światła jest równomiernie jej natężenie jest taki sam we wszystkich kierunkach. Bryłowy kąt emisji to steradiany , co prowadzi do następującej zależności między strumieniem a natężeniem światła w dowolnym kierunku: . Obwiednią wskaźnika jest sfera , ogólnie reprezentowana przez jej okrągły przekrój .
Ortotropowe źródło światłaOrtotropowe źródło światła ma taką samą luminancji we wszystkich kierunkach. Wskaźnik jest zdefiniowany jako: . Tak jest w przypadku źródeł dyfuzyjnych, które respektują prawo Lamberta.
Wskaźnik parabolicznyNiektóre systemy oświetleniowe oparte na diodach elektroluminescencyjnych mają wskaźnik w kształcie parabolicznym.
Jednostką natężenia światła jest kandela ( cd ). Kandela jest jedną z siedmiu podstawowych jednostek systemu międzynarodowego (SI) .
„Kandela, symbol cd, jest jednostką SI natężenia światła w danym kierunku. Określa się ją przyjmując stałą wartość liczbową skuteczności świetlnej promieniowania monochromatycznego o częstotliwości 540 × 10 12 herców , K cd , równej 683, wyrażonej w lm W- 1 , jednostka równa cd sr W- 1 lub cd sr kg -1 m -2 s 3 , kilogram, metr i sekunda są zdefiniowane jako funkcja h , c i Δν Cs . "
Pomimo doprecyzowania definicji jednostki, pomiar wielkości fotometrycznych pozostaje zależny od zastosowanych środków technicznych. Wykonanie filtrów w celu osiągnięcia funkcji spektralnej skuteczności świetlnej , pomiaru temperatury dla pomiarów energii promieniowania, ograniczają efektywną precyzję do około 1%. Ta dokładność jest znacznie niższa niż ludzka zdolność do wykrycia zmian w oświetleniu sceny.
Świeca ma natężenie światła rzędu jednej kandeli w kierunku poziomym.
Przed definicją kandeli ustanowioną w 1948 r. , kilka jednostek odniosło sukces lub współistniało, wykorzystując jako punkt odniesienia różne standardowe źródła światła: wszystkie są przestarzałe.
Jeżeli cała moc strumienia świetlnego jednego lumenów jest skoncentrowana i równomiernie rozłożona w stożku o kącie stałym jeden steradian , natężenie światła w tym stożku będzie równe wartości średniej i będzie z definicji wynosić 1 kandelę . Jeśli zmienimy urządzenie optyczne, aby skoncentrować tę wiązkę w jednej dziesiątej steradianu, natężenie światła w stożku wzrośnie do dziesięciu kandeli. Przy stałym strumieniu świetlnym im większe natężenie światła, tym węższa wiązka światła.