Wielkości fotometryczne z symbolami i jednostkami

Wielkości fotometryczne opisują światło tak, jak jest ono odbierane przez ludzkie oko: promieniowanie ważone funkcją skuteczności świetlnej V(λ) w widzialnym zakresie widma od około 380 do 780 nm. Cztery podstawowe wielkości to strumień świetlny Φ w lumenach, natężenie oświetlenia E w luksach, luminancja L i światłość I. Ta dziedzina nazywana jest fotometrią; energetycznymi odpowiednikami są wielkości radiometryczne.

Technika oświetleniowa i wielkości fotometryczne stanowią podstawę do zrozumienia i zastosowania światła oraz promieniowania UV w kontekście naukowym, przemysłowym i codziennym.

Światło jest widzialną formą promieniowania elektromagnetycznego, które leży w widzialnym zakresie widma od około 380 do 780 nanometrów.

Technika oświetleniowa zajmuje się wytwarzaniem, rozprowadzaniem i zastosowaniem światła w celu osiągnięcia określonych efektów wizualnych, efektywnego wykorzystania energii i poprawy jakości życia. Te wielkości nazywane są również wielkościami fotometrycznymi. Ta dziedzina specjalistyczna nazywana jest fotometrią.

Poniższy diagram przedstawia cztery wielkości fotometryczne. Tabela zawiera dla każdej wielkości przedstawienie wizualne, definicję matematyczną, jednostkę oraz krótkie wyjaśnienie.

1. Strumień świetlny Φ
2. Natężenie oświetlenia E
3. Luminancja L
4. Światłość I

Tabela do pobrania: Wielkości i jednostki fotometryczne (XLSX) – ze współczynnikami przeliczeniowymi, symbolami i kątem bryłowym. Odpowiedniki energetyczne wymieniono w części wielkości radiometryczne, wielkości związane z barwą – w części wielkości kolorymetryczne. Wszystkie wielkości razem – z symbolem, jednostką i odpowiednim kalkulatorem – znajdują się w słowniku wielkości optycznych.

Ekspozycja świetlna H_v – natężenie oświetlenia pomnożone przez czas – jest jedyną z pięciu wielkości bez własnej sekcji na tej stronie: pojawia się przede wszystkim w badaniach fotostabilności, gdzie ICH Q1B wymaga 1,2 miliona lux·h. Definicję i rozgraniczenie podano w słowniku wielkości optycznych.

Strumień świetlny

Strumień świetlny jest wielkością fotometryczną opisującą całkowitą ilość widzialnego światła emitowanego przez źródło światła we wszystkich kierunkach. Jest mierzony w lumenach (lm). Strumień świetlny wskazuje, ile energii świetlnej jest emitowane przez źródło w jednostce czasu i stanowi miarę jasności źródła światła.

• Symbol wzoru: Φ
• Jednostka: lumen, lm
• Definicja: Moc promieniowania ważona funkcją V(lambda).

Strumień świetlny to całkowita ilość widzialnego światła emitowanego przez źródło światła. Uwzględnia wszystkie kierunki, w których światło jest emitowane, i jest tym samym miarą całkowitej jasności źródła światła.

Przykład:

Tradycyjna żarówka o poborze mocy 60 watów ma strumień świetlny wynoszący około 900 lumenów. Oznacza to, że lampa emituje łącznie 900 lumenów widzialnego światła we wszystkich kierunkach. Natomiast lampa LED, która ma taki sam strumień świetlny wynoszący 900 lumenów, pobiera jedynie około 10 watów. 

Strumień świetlny jest mierzony za pomocą kuli całkującej.

Natężenie oświetlenia

Natężenie oświetlenia (E) jest wielkością fotometryczną opisującą strumień świetlny padający na powierzchnię. Definiuje się je jako strumień świetlny przypadający na jednostkę powierzchni i mierzy się w luksach (lx). Jeden luks odpowiada jednemu lumenowi na metr kwadratowy (lm/m²).

• Symbol wzoru: E
• Jednostka: lm/m², luks, lx
• Definicja: Iloraz padającego strumienia świetlnego i wielkości powierzchni.

Natężenie oświetlenia wskazuje, ile strumienia świetlnego pada na daną powierzchnię, i tym samym opisuje jasność postrzeganą na tej powierzchni. Jest to ważny parametr w projektowaniu i technice oświetleniowej.

Przykład:

W słoneczny dzień natężenie oświetlenia na zewnątrz może wynosić około 100 000 luksów. Jest to bardzo wysoki poziom natężenia oświetlenia, zapewniający jasne, dobrze oświetlone warunki.

W typowym biurze zalecane natężenie oświetlenia wynosi około 500 luksów, aby zapewnić komfortowe i sprzyjające produktywności środowisko pracy. Osiąga się to często za pomocą oświetlenia sufitowego i lamp biurkowych.
 

Luminancja

Luminancja jest wielkością fotometryczną opisującą wrażenie jasności, jakie źródło światła wywołuje w ludzkim oku, gdy jest obserwowane z określonego kierunku. Definiuje się ją jako strumień świetlny przypadający na jednostkę powierzchni źródła i na jednostkę kąta bryłowego. Jednostką luminancji jest kandela na metr kwadratowy (cd/m²).

• Symbol wzoru: L
• Jednostka: lm/(sr m²), cd/m²
• Definicja: Iloraz emitowanego strumienia świetlnego i iloczynu elementu powierzchni oraz kąta bryłowego.

Luminancja wskazuje, jak jasne wydaje się źródło światła obserwowane z określonego punktu. Uwzględnia kierunek i powierzchnię źródła światła i stanowi miarę postrzeganej jasności.

Przykład:

Ekran komputera może mieć typową luminancję wynoszącą około 300 cd/m². Oznacza to, że ekran zapewnia komfortową i wystarczającą jasność do normalnego oglądania.

Światłość

Światłość jest wielkością fotometryczną opisującą strumień świetlny emitowany przez źródło światła w określonym kierunku w obrębie kąta bryłowego. Jest mierzona w kandelach (cd), przy czym jedna kandela odpowiada jednemu lumenowi na steradian (lm/sr).

• Symbol wzoru: I
• Jednostka: lm/sr, cd
• Definicja: Iloraz strumienia świetlnego emitowanego w danym kierunku i elementu kąta bryłowego.

Światłość wskazuje, ile strumienia świetlnego jest emitowane przez źródło światła w określonym kierunku. Jest szczególnie przydatna do opisywania kierunkowego rozkładu światła.

Przykład:

Mocna latarka LED może mieć światłość 1000 kandeli, aby wytworzyć skupioną wiązkę światła sięgającą daleko.