Μονάδα Φωτός

Το φως είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας που ταξιδεύει στο διάστημα. Τα ευαίσθητα στο φως ζώα, όπως οι άνθρωποι, το χρησιμοποιούν για να δουν και να κατανοήσουν τον κόσμο γύρω τους. Αν και τα φώτα φαίνεται να είναι μοναδικά, στην πραγματικότητα είναι απλώς μια άλλη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας παρόμοια με τα μικροκύματα και τα ραδιοκύματα. Καθώς ορμάει μέσα από τη γη, το φως γενικά ταξιδεύει με ευθείες δέσμες και ανακλάται και διαθλάται με πολύ ακριβείς τρόπους. Επειδή τα αντικείμενα έχουν ήδη διαθλαστεί, το μεγαλύτερο μέρος του φωτός που βλέπουμε με τα μάτια μας είναι σχετικά χαμηλό. Οι ακτίνες φωτός που δημιουργούνται από λέιζερ, από την άλλη πλευρά, είναι υπερβολικά εστιασμένες και αρκετά ισχυρές ώστε να κόβουν μέταλλα.

Η ακτινοβολία μπορεί επίσης να αποτελείται από φωτόνια, τα οποία είναι ενεργειακά σωματίδια ή πακέτα. Το ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος είναι φως. Όταν ένα πρίσμα χρησιμοποιείται για την παροχή λευκού φωτός από τον Ήλιο, περιέχει όλα τα ορατά μήκη κύματος ενέργειας που μπορούν να φανούν. Το φως, όπως όλα τα άλλα είδη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, μπορεί να ανακλαστεί, να αναπηδήσει και να διαθλαστεί με διάφορους τρόπους. Τα δονούμενα σωματίδια θερμών ή καυτών πραγμάτων μπορούν να παράγουν ορατό φως και υπέρυθρη ακτινοβολία.

Φως

Το φως, συχνά γνωστό ως ορατό φως, είναι ένα συστατικό του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που υπάρχει μεταξύ των ραδιοκυμάτων και των ακτίνων γάμμα. Οι διακυμάνσεις των μαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων που μεταδίδουν ενέργεια από τη μια περιοχή στην άλλη είναι γνωστές ως ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες.

Η μόνη διαφορά μεταξύ του ορατού φωτός και άλλων περιοχών του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος είναι ότι το ορατό φως μπορεί να ανιχνευθεί με γυμνό μάτι.

Ένα ρεύμα φωτονίων - σωματίδια χωρίς μάζα που ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός με κυματοειδείς ιδιότητες - χαρακτηρίζεται ως ακτινοβολία ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η μικρότερη ποσότητα ενέργειας που μπορεί να μεταδοθεί είναι ένα φωτόνιο.

Μεταξύ των μεγαλύτερων μηκών κύματος των υπέρυθρων κυμάτων και των μικρότερων μηκών κύματος των ακτίνων UV, το ορατό φως έχει μήκη κύματος που κυμαίνονται από 400 έως 700 nm (νανό μέτρα) ή 4 × 10-7 m έως 7 × 10-7 m. Ένα εύρος συχνοτήτων περίπου 430-750 terahertz αντιστοιχεί σε μήκος κύματος 400-700 nm (THz).

Ιδιότητες φωτός

Οι ακόλουθες είναι οι κύριες ιδιότητες του φωτός:

1. Έχει κατεύθυνση διάδοσης.
2. Το φως έρχεται σε διάφορες εντάσεις.
3. Το φάσμα μήκους κύματος του φωτός έχει μια συγκεκριμένη συχνότητα.
4. Το φως μπορεί να πολωθεί.
5. Στο κενό, η ταχύτητα του φωτός είναι 3 × 108 m/s.
6. Όταν το φως ταξιδεύει από το ένα μέσο στο άλλο, η συχνότητά του παραμένει σταθερή ανά πάσα στιγμή.

Μέτρηση φωτός

Τα ακόλουθα είναι τα δύο σύνολα μονάδων που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του φωτός:

1. Ραδιομετρία: Εστιάζει μετρήσεις φωτεινής ισχύος σε όλα τα μήκη κύματος.
2. Φωτομετρία: Λαμβάνει μετρήσεις του φωτός χρησιμοποιώντας ένα σταθμισμένο ως προς το μήκος κύμα μοντέλο αντίληψης της ανθρώπινης φωτεινότητας. Είναι χρήσιμο για τον υπολογισμό της ποσότητας φωτισμού (φωτισμού) που προορίζεται για ανθρώπινη χρήση.

Μονάδες φωτός

Οι παρακάτω είναι οι τρεις κύριοι τύποι μονάδων φωτός:

1. Καντέλα =Μέτρηση φωτεινής έντασης
2. Lumen =Υπολογισμός της φωτεινής ροής
3. Lux =χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της φωτεινότητας

Καντέλα

Η μονάδα SI της έντασης φωτός είναι το candela. Είναι η φωτεινή έξοδος ανά μονάδα στερεάς γωνίας που εκπέμπεται σε μια ορισμένη κατεύθυνση από μια σημειακή πηγή φωτός. Μετριέται σε cd/m2.

Η φωτεινή ένταση, από την άλλη πλευρά, είναι παρόμοια με την ένταση της ακτινοβολίας. Αντί να συνοψίζονται οι συνεισφορές κάθε μήκους κύματος φωτός στο φάσμα των πηγών, χρησιμοποιείται η τυπική συνάρτηση φωτεινότητας για τη στάθμιση της συμβολής κάθε μήκους κύματος.

Η επιλεγμένη συχνότητα ορατού φάσματος είναι σχεδόν πράσινη, που αντιστοιχεί σε μήκος κύματος περίπου 555 nm. Εάν το ανθρώπινο μάτι είναι προσαρμοσμένο για φωτεινές ρυθμίσεις, είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο κοντά σε αυτήν την ακριβή συχνότητα. Σύμφωνα με την απόκριση συχνότητας του ανθρώπινου ματιού, σε άλλες συχνότητες, απαιτείται πολύ μεγαλύτερη ένταση ακτινοβολίας για να επιτευχθεί η ίδια φωτεινή ένταση. Η ακόλουθη είναι η φωτεινή ένταση για το φως του μήκους κύματος:

Iv (λ)=683.002 lm/W.y (λ). le (λ)

Πού

Iv (λ)=Φωτεινή ένταση

y (λ)=Συνάρτηση φωτοπικής φωτεινότητας

le (λ)=Ένταση ακτινοβολίας

Εάν υπάρχουν πολλά μήκη κύματος, η συνολική φωτεινή ένταση πρέπει να υπολογιστεί ολοκληρώνοντας το φάσμα των μηκών κύματος.

Lumen

Η μονάδα SI για τη φωτεινή ροή είναι ο αυλός, ο οποίος μετρά τον ρυθμό με τον οποίο εκπέμπεται ορατό φως από μια πηγή. Η φωτεινή ροή ποικίλλει από τη ροή ακτινοβολίας (ισχύς) καθώς η ροή ακτινοβολίας περιλαμβάνει όλα τα ακτινοβολούμενα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ενώ η ροή μετράται ως συνάρτηση φωτεινότητας της ευαισθησίας σε διάφορα μήκη κύματος ορατά στο ανθρώπινο μάτι.

Ο αυλός ορίζεται ως εξής σε σχέση με το candela:

1lm =1cd · sr

Εδώ, 

lm=Lumen

cd =Candela

sr=Στεραδικό 

Μια πηγή φωτός που εκπέμπει ένα καντέλα προς όλες τις κατευθύνσεις έχει συνολική φωτεινή ροή τεσσάρων στεράδων και μια πλήρης σφαίρα έχει γωνία τεσσάρων στεράδων.

1 cd x 4 π sr =4 π cd x sr =12,57 lumens

Lux

Η μονάδα SI για τον φωτισμό και τη φωτεινή εκπομπή είναι το lux. Είναι ίσο με ένα φως ανά τετραγωνικό μέτρο και μετρά τη ροή ανά μονάδα επιφάνειας. Το lux είναι μια μέτρηση της ποσότητας φωτός που διέρχεται ή προσκρούει σε μια επιφάνεια στη φωτομετρία.

Όταν μια δεδομένη ποσότητα φωτός διασκορπίζεται σε μια σχετικά μεγαλύτερη περιοχή, η επιφάνεια φωτίζεται πιο αμυδρά. Ως αποτέλεσμα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η φωτεινότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη της περιοχής όταν η φωτεινή ροή είναι σταθερή. Το lux συνδέεται με τον αυλό με τέτοιο τρόπο ώστε ένα lux να ισούται με ένα lumen ανά τετραγωνικό μέτρο και εκφράζεται ως:

1 lx=1 lm/m2 =1 cd.sr/m2

Συμπέρασμα

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που μπορεί να αναγνωριστεί από το ανθρώπινο μάτι αναφέρεται ως φως. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία έχει ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος, που κυμαίνονται από ακτίνες γάμμα με μήκη κύματος μικρότερα από 110-11 m έως ραδιοκύματα με μήκη κύματος μετρημένα σε μέτρα. Τα μήκη κύματος που είναι ορατά στον άνθρωπο καταλαμβάνουν μια πολύ μικρή ζώνη εντός αυτού του μεγάλου φάσματος, που κυμαίνεται από περίπου 700 νανόμετρα (nm, δισεκατομμυριοστά του μέτρου) για το κόκκινο φως έως περίπου 400 nm για το ιώδες φως.

Επειδή το φως δεν είναι φυσικό μέγεθος, η μέτρησή του δεν φαίνεται να είναι πρακτική. Ωστόσο, το φως έχει μια ποικιλία φυσικών χαρακτηριστικών όπως το μήκος κύματος, την ένταση και την ταχύτητα, τα οποία μπορούν να ποσοτικοποιηθούν σε lux, lumens και candela. Ως αποτέλεσμα, οι φυσικές ιδιότητες του φωτός μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατά προσέγγιση μέτρησή του.