Světelné jednotky

Záření vysílané světelným bodovým zdrojem přenáší do prostoru zářivou energii. Podíl zářivé energie E, procházející zvolenou plochou S za čas t se nazývá zářivý tok; jeho jednotkou je watt. Zářivý tok vystupující z plochy zdroje o obsahu 1 m² se označuje jako intenzita vyzařování, její jednotkou je W m^–2.

Tyto veličiny popisují zdroj světla pomocí celkové zářivé energie vysílané zdrojem. Z celkové zářivé energie se však pro zrakový vjem uplatňuje pouze část, přenášená viditelným zářením – světlem. Ve fyzice tyto subjektivní pocity vyjadřujeme objektivními tzv. fotometrickými veličinami. Věda, která se tímto zabývá se nazývá fotometrie. Popis fotometrických jevů je komplikován i tím, že lidské oko vnímá záření různých frekvencí s různou citlivostí, nejcitlivější je na světlo žlutozelené barvy (555 nm). Na obrázku jsou schématicky znázorněny fotometrické veličiny.

Základní fotometrické veličiny.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

Zdroje světla porovnáváme podle jejich svítivosti I. Jednotkou svítivosti je kandela, značka cd (z lat. candelam – svíčka), kterou známe jako základní jednotku SI. Svítivost přibližně 1 cd má vánoční svíčka, žárovka s příkonem 100 W má asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 10²⁸ cd. Praktická realizace zdroje o svítivosti 1 cd se provádí ve světelném etalonu, v jehož křemenné nádobě se udržuje za normálního tlaku platina na teplotě tuhnutí. V ní je ponořena trubička z taveného oxidu thoria, která je zdrojem světelného záření dané svítivosti. Svítivost světelného etalonu se porovnává se svítivostí dalších zdrojů, např. speciálních wolframových žárovek, které se podle výsledků srovnání označují příslušnou hodnotou svítivosti. Tento postup se nazývá kalibrace.

Další fotometrickou veličinou je podíl svítivosti a svítící plochy při kolmém pohledu, která se nazývá jas L.

Jeho jednotkou je nit (nt). Jas některých zdrojů je uveden v následující tabulce.

Další důležitou veličinou je světelný tok, který vyjadřuje světelnou energii, která projde za jednotku času určitou plochou v prostoru.

Světelný tok má jednotku lumen (lm). Jeden lumen je hodnota světelného toku, který vysílá bodový zdroj o svítivosti 1 cd do jednotkového prostorového úhlu.

Veličina, která charakterizuje světlo dopadající na předmět se nazývá osvětlení E. Je definována vztahem

Při kolmém dopadu světelných paprsků počítáme osvětlení jako podíl svítivosti a druhé mocniny vzdálenosti

Dopadá–li světlo na plochu pod úhlem α, pak platí kosinový zákon Lambertův

Jednotkou osvětlení je lux, značka lx (z lat. lux – světlo).

K Lambertovu zákonu.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

Hodnoty osvětlení pro jednotlivé činnosti jsou v následující tabulce

K měření osvětlení se používá luxmetr, v němž je zabudováno čidlo (např. fotorezistor), kterým se osvětlení převádí na elektrický proud a na stupnici měřidla čteme hodnotu osvětlení přímo v luxech. Často je čidlo zabudováno do optických přístrojů (fotoaparátů nebo videokamer) vybavených automatikou, která nastavuje funkci přístroje podle úrovně osvětlení snímaného objektu. Při fotografování je důležité osvětlovat materiál citlivý na světlo po přesně určenou dobu. Proto se používá veličina osvit (expozice) H

Jednotkou osvitu je tedy luxsekunda (lx s); správná expozice se nastavuje pomocí expozimetru.