Svjetlost 1.dio-Svjetlotehničke veličine, mjerne jedinice, vrste rasvjetnih tijela

Najinteresantnije se pozabaviti temama koje nas okružuju, koje su stalno prisutne i o kojima možda ne razmišljamo, jer su tu oko nas i razumljive su same po sebi. Da li je takva situacija i sa svjetlom ? Naravno ! Svjetlo je nešto što obasjava tamu, nešto što nam omogućava vidjeti. Ako je tamno, uključimo izvor svjetla (sijalicu) ne razmišljajući da iza tog običnog pokreta stoji više od stoljeća kontinuiranog tehničkog razvoja.

Za svjetlost bi mogli reći da je to dio elektromagnetnog zračenja koje je vidljivo ljudskom oku. Još od 19. stoljeća bavimo se proučavanjem elektromagnetnih valova, njihovih svojstava i moguće primjene. Svjetlost je zračenje koje djeluje na mrežnicu oka te izaziva osjet vida. Ostale vrste elektromagnetnog zračenja (toplinsko, ultraljubičasto, mikrovalovi, radio valovi) osjećamo na drugi način. Također možemo reći kako svjetlošću nazivamo sva zračenja koje emitiraju izvori svjetlosti, pa kažemo da svjetlost obuhvaća ultraljubičasto, vidljivo i infracrveno zračenje.

Korak 51-2015.inddTablica 1. Valne duljine pojedinih vrsta zračenja
1 nm = 10-9 m

Spektar elektromagnetnog zračenja je veoma širok, a pojedina zračenja se međusobno razlikuju samo po različitim valnim duljinama odnosno frekvencijama. Od ukupnog toka energije što je zrači neki izvor svjetlosti, vizualni osjet svjetline kojeg nazivamo vidljiv dio spektra izaziva samo elektromagnetno zračenje valnih duljina od 380 do 780 nm. Infracrveno (IR) zračenje nalazi se iznad tog dijela spektra (od 780 nm do 1 mm), a ultraljubičasto (UV) zračenje od 100 do 380 nm nalazi se ispod vidljivog dijela.

Naše oko reagira, kao što smo naveli na vrlo ograničeni raspon valnih duljina, ali zato odlično raspoznaje vrlo male razlike unutar tog raspona, a te razlike nazivamo boje.

k051-urednistvo-SVJETLOST-02-300.gifKoja tvar je koje boje?
Bijela svjetlost je sastavljena od kontinuiranog niza svih boja vidljivog spektra. Bojom nekog tijela možemo smatrati boju koje tijelo reflektira kada je osvijetljeno bijelom svjetlošću. Tijelo će biti obojeno nekom bojom ako mu površina apsorbira bijelu svjetlost samo na određenom valnom području, pa prema tome boja ovisi o frekvenciji reflektiranog zračenja. Bijela površina je ona koja u jednakoj mjeri reflektira sva valna područja bijele svjetlosti. Siva površina u jednakoj mjeri reflektira sva valna područja bijele svjetlosti, ali ih apsorbira djelomično, a crna povšina ne ona koja u potpunosti apsorbira bijelu svjetlost.
Tvar koja upija plavo a reflektira crveno izgleda nam crvena kao npr. crvena ruža. Trava upija crvenu i plavu svjetlost, a odbija zelenu pa nam iz tog razloga trava izgleda zeleno. Sve boje koje vidimo na Zemlji samo su pitanje koje valne duljine sunčeve svjetlosti se najbolje reflektiraju.
Nedovoljno svjetla ili njegov potpuni izostanak stvaraju nedostatak informacija. S obzirom na činjenicu da prosječan Europljanin provede 90% svog vremena u zatvorenom prostoru, nenadoknadiva je važnost umjetne rasvjete. S obzirom da je sama svjetlost nevidljiva, sve što želimo vidjeti mora biti osvijetljeno. Zahvaljujući našoj prilagodljivosti oka, ono nam dozvoljava da vidimo i pri rasvijetljenosti od samo 0,2 lx na mjesečini, pa do 100.000 lx koliko ima sunčani dan.

Ljudsko oko
Oko je naše najvažnije osjetilo putem kojeg dobivamo do 80% svih informacija. Bez svjetla to naravno ne bi bilo moguće, jer je svjetlo medij koji nam omogućava vizualnu percepciju. Nadalje, brzina prijenosa informacija vidom gotovo je 10 puta veća bego sluhom. Osim što nam svjetlo omogućuje da vidimo, utječe i na naše raspoloženje i osjećaj dobrog stanja. I sami znate da ste sigurno bolje raspoloženi za vrijeme vedrog sunčanog dana, nego kad oblaci zatamne nebo, kada je oko Vas sve sumorno i otužno. Rasvijetljenost i boja, izmjena svjetla i tame, utjecaj sjene utječu na trenutne osjećaje i naše raspoloženje.

Mrežnica je najvažniji dio oka koji se sastoji od:
– čunjića – osjetljivih na boju, koji preuzimaju ulogu u dnevnom viđenju pri jačoj sjajnosti i njihova maksimalna osjetljivost se nalazi u žuto-zelenom području na 555 nm
– štapića – osjetljivih na sjajnost a manje na boju, pa su aktivniji pri manjoj sjajnosti (noćno viđenje) i njihova maksimalna osjetljivost se nalazi u plavo-zelenom području na 507 nm.

Čunjići u oku dijele svjetlo u tri različita područja spektra – crveni, zeleni i plavi (RGB), te pobuđuju mozak na miješanje boja. Iz tog razloga ljudsko oko nije jednako osjetljivo na sve dijelove vidljivog spektra.

Mrežnica predstavlja “projekciono platno” sa 130 milijuna receptorskih stanica, koje su uključene u proces viđenja ovisno o svjetlosnom nivou. 120 milijuna štapića osjetljivo je na svjetlo, i koristi se za rasvijetljenost manju od 1 lx, a 7 milijuna čunjića koristi se za prepoznavanje boja.

Viđenje ima tri aspekta: prizor koji se gleda, slika tog prizora na mrežnici i njegov konačni vidni doživljaj u mozgu. Poznati objekti prepoznaju se brže od novih objekata.

k051-urednistvo-SVJETLOST-04-300.gif

Trikromatski dijagram:
x – mjerilo za crvenu boju
y – mjerilo za zelenu boju
z – mjerilo za plavu boju
x+y+z=1

Svjetlost i boja
Vidljivo zračenje ljudsko oko ne opaža samo po jačini svjetlosti već i po bojama. Taj se osjećaj naziva podražaj boja. Nema razlike da li se radi o zračenju izvora (boja svjetlosti) ili osvijetljenom objektu (boja predmeta), jer je upravo svjetlost jedini izvor boje na svijetu. Zastupnjenost pojedinih boja može se odrediti analizom pojedinih valjnih duljina. Teorija tri boje (RGB), koje nadražuju pojedine čepićaste receptore u k051-urednistvo-SVJETLOST-05-300.gifoku osnova je kolorimetrije te temeljem teorije triju boja sve se boje mogu prikazati u dvodimenzionalnom koordinatnom sustavu, ako svaka točka sustava predstavlja određenu boju, na čemu se zasniva trikromatski dijagram. Uz njegovu pomoć moguće je precizno odrediti svaku boju izvora svjetlosti uz poznate udjele barem dviju osnovnih boja (x i y).

k051-urednistvo-SVJETLOST-06-300.gifTemperatura boje
Za označavanje boje nekog izvora svjetlosti uz trikromatski dijagram koristi se i pojam temperature boje.Ona označava boju izvora svjetlosti usporedbom s bojom svjetlosti koju zrači idealno crno tijelo. Temperatura idealnog crnog tijela u Kelvinima, pri kojoj ono emitira svjetlost kao mjereni izvor, naziva se temperatura boje tog izvora svjetlosti.
Zbog standardizacije, temperature boje izvora svjetlosti podijeljene su u tri grupe:
– dnevno svjetlo (>5.000 K)
– neutralno bijelo (3.500 – 5.000 K)
– toplo bijelo (<3.500 K)

k051-urednistvo-SVJETLOST-08-300.gifUzvrat boje
Ovisno o primjeni, umjetno svjetlo treba omogućiti da se boje vide kao da su obasjane prirodnim svjetlom. Ova kvaliteta izvora svjetla naziva se uzvrat boje, i izražava se faktorom uzvrata boje (Ra faktorom). Uzvrat boje nije povezan s temperaturom boje, te se ne može na osnovu temperature boje izvoditi zaključak o kvaliteti svjetla.

Faktor uzvrata boje je mjera podudaranja boje objekta osvijetljenog izvorom koji se mjeri i boje tog objekta pod referentnim izvorom svjetla (s Ra=100). Što je Ra faktor izvora niži, to je uzvrat boje tog izvora lošiji.

k051-urednistvo-SVJETLOST-09-300.gif

Vid i percepcija
Mogućnost oka da se prilagođuje na više ili manje razine sjajnosti naziva se adaptacija. Adaptacija ljudskog oka kreće se unutar omjera sjajnosti od 1: 10 milijardi. Trajanje procesa adaptacije ovisi o sjajnosti na početku i na kraju procesa. Adaptacija na manju sjajnost traje dulje od adaptacije na višu sjajnost. Proces adaptacije omogućuje složena mreža ganglija – živčanih stanica, koje prenose informacije do mozga.

k051-urednistvo-SVJETLOST-07-300.gifOštrina vida je sposobnost razlikovanja finih detalja na nekom predmetu ili prizoru. Na nju utječe razina rasvijetljenosti, ali isto tako i starost promatrača.

Akomodacija je sposobnost oka da se prilagodi predmetu koji se nalazi na određenoj udaljenosti i da ga oštro vidi, što se postiže promjenom oblika očne leće.

Da bi se objekt prepoznao, potrebna je razlika sjajnosti ili boje između objekta i neposredne okoline, što se naziva minimalni kontrast.

Zadatak rasvjetnog sustava je da stvori dobre vizualne uvjete poznavajući način rada oka – npr. postizanjem odgovarajuće rasvijetljenosti i njene ravnomjerne raspoređenosti.

k051-urednistvo-SVJETLOST-10-300.gifOsnovne svjetlotehničke veličine
Osnovne svjetlotehničke veličine su veličine koje se najčešće upotrebljavaju i u koje se ubraja: svjetlosni tok, jakost svjetlosti, rasvjetljenost i sjajnost.
Također trebamo razlikovati kut od prostornog kuta.
Pojam kuta je opće poznat dvodimenzionalni pojam. Kut ima 2Pi radijana.
Prostorni kut ima 4Pi steradijana. Predstavlja omjer dijale površine kugle (A) i vadrata njenog polumjera (R).

k051-urednistvo-SVJETLOST-11-300.gifJedinica za jakost svjetlosti je: candela (cd). Candela (cd) je osnovna mjerna jedinica SI sustava, a definirana je kao svjetlosna jakost, usmjerena prema određenom smjeru od izvora, koji emitira monokromatsko (jednobojno) zračenje, frekvencije 540 x 1012 Hz, i da je svjetlosna jakost u tom smjeru 1/683 W po steradijanu (pomoćna jedinica SI, za mjerenje prostornog kuta). Jakost svjetlosti se može predstaviti vektorom. Spajanjem svih vektora u jednoj ravnini izvora svjetlosti dobiva se krivulja distribucije jakosti svjetlosti (fotometrijska krivulja).

k051-urednistvo-SVJETLOST-12-300.gifJedinica za svjetlosni tok je: lumen (Im).
Lumen (Im) je izvedena jedinica 1 lumen je svjetlosni tok, kojeg u prostorni kut 1 steradijana zrači točkasti izvor svjetlosti, čija je svjetlosna jačina u svim smjerovima prostora jednaka 1 candeli.

k051-urednistvo-SVJETLOST-14-200.gifJedinica za rasvijetljenost je: lux (Ix). Lux (Ix) je izvedena jedinica. 1 lux je osvijetljenost površine 1 kvadratnog metra na koju pada ravnomjerno raspodijeljen svjetlosni tok 1 lumena.

Jedinica za sjajnost (LUMINANCIJU) je: candela na kvadratni metar (cd/m2). Candela na kvadratni metar (cd/m2) je izvedena jedinica. 1 candela na kvadratni metar definirana je kao sjajnost homogenog izvora svjetlosti ravne površine veličine 1 kvadratnog metra, koji zrači svjetlosnom jačinom 1 candele pravokutno na tu površinu. Sjajnost je jedina svijetlotehnička veličina, koju čovječje oko neposredno osjeća. Ona predstavlja i mjerilo za svjetlinu, to jest za svjetlosni osjet o manjoj ili većoj sjajnosti svjetleće ili osvijetljene površine. Sjajnost je definirana omjerom između: svjetlosnog toka, koji napušta plošni element s promatranom točkom, ili dolazi na taj element ili ga pak prolazi, i koji se u danom smjeru širi unutar elementa prostornog kuta i umnoška elementa prostornog kuta i ortogonalne projekcije plošnog elementa na ravninu, koja je pravokutna na smjer zračenja:

Jk051-urednistvo-SVJETLOST-13-300.gifedinica za svjetlosnu iskoristivost je: lumen po wattu (Im/W).
Ta se svjetlotehnička veličina upotrebljava prilikom označavanja stupnja ekonomičnosti izvora svjetlosti. Svjetlosna iskoristivost izvora svjetlosti je omjer između emitiranog svjetlosnog toka () i primIjene električne snage (P):

Uredništvo stručnog časopisa Korak

Literatura:
– Fizikane osnove svjetlosti, prof.dr.sc. Slavko Krajcar, Aljoša Šribar, dipl.ing.
– Modul 2, Izobrazba za energetske certifikatore, Električna rasvjeta u zgradi i javna rasvjeta, Davor Perić, dipl.ing.el.

PODIJELI