Kandela – co to jest światłość?
Wybierając oświetlenie do domu często nie spodziewamy się, jak wiele terminów fizycznych przyjdzie nam poznać. Teoretycznie możemy zdać się na wiedzę obsługi sklepu i za jej radami wybrać odpowiednie żarówki do salonu czy sypialni. Warto jednak znać najważniejsze parametry żarówki. Jednym z nich jest światłość.
Fotometria – co to takiego?
Większość pojęć dotyczących parametrów oświetlenia znajduje się w obszarze zainteresowań działu optyki jakim jest fotometria. Ocenia ona źródła światła pod względem ich zdolności świecenia i oświetlania przedmiotów. Innymi słowy, dotyczy pomiarów wielkości charakteryzujących światło i postrzeganych przez ludzkie oko. Ważnym czynnikiem w fotometrii są właśnie oczy jako wybiórczy detektor widma elektromagnetycznego. Badania światła fotometria opiera na założeniu, że oko pracuje w normalnych warunkach, czyli przy ilości światła wystarczającej do pełnego wykorzystania możliwości zmysłu wzroku. Należy jednak pamiętać, że ludzkie oko ma różną wrażliwość na światło o różnych długościach fal. Największa wrażliwość dotyczy zielonkawo-żółtego światła o długości fali 555 nanometrów. Światło o tej samej intensywności promieniowania przy innych długościach fal ma mniejszą intensywność świecenia. Od długości fali światła zależą też nasze wrażenia wzrokowe, a więc postrzegana barwa światła.
Do wielkości i jednostek fotometrycznych zaliczamy:
Fotometrię możemy podzielić na dwa rodzaje: fotometrię energetyczną (radiometrię) oraz fotometrię wizualną, która jest ważniejsza z punktu widzenia oświetlenia domu. To właśnie w kręgu zainteresowań fotometrii wizualnej znajduje się światłość.
Czym jest światłość?
Światłość to najprościej mówiąc natężenie źródła światła. Źródłem tym może być zarówno tradycyjna żarówka, żarówka dekoracyjna, itp. Z punktu widzenia fotometrii światłość jest wielkością charakteryzującą wizualną jasność danego źródła światła i wiąże się bezpośrednio z zależnością strumienia świetlnego i kąta bryłowego. Światłość jest bowiem równa stosunkowi strumienia świetlnego dΦ (Phi) emitowanego w nieskończenie mały kąt bryłowy dω (omega) do wartości tego kąta.
Kąt bryłowy Ω w fotometrii
O kątach była mowa już na lekcjach matematyki w szkole podstawowej. Wyznaczają go na płaszczyźnie dwie przecinające się proste. Ale mowa tutaj o kącie płaskim [α].
Kąt bryłowy [Ω/ω] natomiast stanowi część przestrzeni trójwymiarowej i jest ograniczony przez powierzchnię stożkową. W geometrii kąt bryłowy jest miarą wielkości pola widzenia z danego punktu, które obejmuje określony obiekt. Prościej rzecz ujmując – kąt bryłowy to miara tego, jak duży obiekt wydaje się obserwatorowi patrząc z danego punktu. Punkt, z którego patrzy obserwator nazywany jest wierzchołkiem kąta bryłowego. Obiekt zastępuje swój kąt bryłowy od tego punktu.
Światłość a kąt bryłowy
Przyjmując założenie, że światłość (Iα) jest stosunkiem wielkości strumienia świetlnego (Φα) rozchodzącego się w pewien obszar przestrzeni do kąta bryłowego (Ωα) obejmującego tę przestrzeń, to można ją zobrazować następująco:
Im mniejszy kąt bryłowy, w którym promieniuje źródło, tym większa jest światłość. Uproszczając: światłość określa, jak daleko możesz stać od danego źródła światła i nadal je dostrzegać. Im dalej się znajdujesz, tym światło wydaje się być słabsze. Każda lampa czy żarówka emituje zbyt słabe światło, by można je było dostrzec z określonej odległości. Stąd prosta konkluzja, że największą światłością cechują się te źródła światła, które skupiają je w jednym kierunku – na przykład wskaźniki laserowe czy reflektory do ogrodu.
Co to jest kandela?
Kandela [cd] jest jednostką światłości. Jej nazwa pochodzi od łacińskiego słowa candela oznaczającego świecę. Jest to podstawowa jednostka w układzie SI. Kandela to światłość z jaką świeci dane źródło światła w określonym kierunku emitując promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 5,4*1014 Hz i wydajności energetycznej w tym kierunku równej 1/683 W/sr. Dlaczego akurat 5,4*1014 Hz? Bo odpowiada to długości fali 555 nm, na którą – jak już wiemy – nasze oko jest najbardziej wrażliwe. Wartość 1/683 W/sr została zaś wybrana w celu zachowania ciągłości z poprzednimi definicjami kandeli.
Ciekawostka: Poprzednią jednostką światłości była… świeca. W 1984 roku Międzynarodowy Komitet Miar i Wag zastąpił ją kandelą. Warto jednak wiedzieć, że zwykła świeca woskowa wytwarza około 1 kandelę światłości.
Do 1979 roku kandelą określano światłość jako 1/600 000 m² powierzchni ciała doskonale czarnego w temperaturze krzepnięcia platyny pod ciśnieniem 1 atmosfery fizycznej. Wykonywanie układu pomiarowego zgodnie z tą definicją było jednak dość trudne i drogie, a wyniki pomiaru były nieprecyzyjne.
Gdzie w oświetleniu znaleźć kandele?
Światłość jest wielkością charakteryzującą przede wszystkim wszelakie źródła światła i oprawy oświetleniowe. Dlatego też kandele znajdziemy w zarówno w oświetleniu LED do salonu jak i tradycyjnych żarówkach w piwnicy. Własny poziom światłości ma także słońce, gwiazdy czy ogień. Można więc powiedzieć, że kandele można znaleźć zarówno w sztucznych jak i naturalnych źródłach światła. Teoretycznie, pod kątem aranżacji wnętrz, ważniejszymi parametrami żarówek i oświetlenia jest natężenie oświetlenia, od którego zależy jak jasna będzie oświetlana powierzchnia, oraz strumień świetlny. Najczęściej liczba kandeli ma znaczenie w tam, gdzie zależy nam na widoczności z daleka. Dlatego też światłość jest niezwykle istotna w oświetleniu pojazdów, latarkach, wskaźnikach laserowych oraz np. latarniach morskich.
Jak sprawdzić ile kandeli ma lampa?
Kandela jest jedyną jednostką układu SI przeznaczoną do ilościowego określenia ludzkiej percepcji obiektywnej rzeczywistości fizycznej. Mierzenie światłości jest często spotykane w astronomii przy badaniu gwiazd oraz podczas opracowywania odpowiedniego oświetlenia do domu i nie tylko. Także projektowanie lamp samochodowych, latarek itp. wymaga od konstruktorów umiejętności mierzenia światłości. Wykorzystywane są do tego różne urządzenia jak na przykład ława fotometryczna. Jest to bezpośrednia metoda mierzenia światłości lub luminacji. Zakłada ona, że lampa o danej światłości i lampa, której parametry zamierzamy zmierzyć znajdują się na dwóch końcach ławy fotometrycznej. Pomiędzy lampami przesuwany jest wózek z głowicą fotometryczną. Źródła światła mogą obracać się o określony kąt dookoła osi pionowej lub poziomej, prostopadłej do osi optycznej ławy.
Jak sprawdzić w domu ile kandeli ma lampa?
Jak widać, sprawdzanie światłości żarówki w warunkach domowych nie jest niestety proste bez odpowiedniego sprzętu. Porównywanie żarówek do palącej się świecy woskowej również nie jest zbyt precyzyjne. Nie oznacza to jednak że sprawdzenie ile kandeli ma lampa jest niemożliwe. Jak zmierzyć światłość lampy w domu? Za pomocą wzoru, o ile znasz wartość strumienia świetlnego lampy oraz kąt bryłowy. Wówczas wystarczy wykonać obliczenia podstawiając dane pod wzór:
I = Φ : Ω
gdzie:
I – światłość,
Φ – strumień świetlny,
Ω – kąt bryłowy.
Niekiedy błędnie staramy się przeliczyć różne jednostki charakteryzujące światło na kandele zapominając, że nie zawsze jest to możliwe.
Czy światłość to to samo co luminacja?
Światło ma wiele różnych właściwości, które określają różne zjawiska i parametry. Często są one ze sobą mylone lub łączone. Stąd na przykład niemożliwe próby przeliczenia luksów na waty (czyli dwóch jednostek reprezentujących dwie różne wielkości). Wydawać się może również, że światłość jest tym samym co luminacja, co jednak nie jest prawdą. Luminacja jest bowiem miarą natężenia oświetlenia padającego w danym kierunku. Co to oznacza? Żeby dostrzec dany obiekt lub powierzchnię, musi być ona oświetlona lub emitować własne światło. Jeśli powierzchnia jest oświetlona przez dane źródło, to światło z tego źródła odbija się od powierzchni i trafia do naszych oczu. Powierzchnia posiada więc pewną luminację widzialną dla ludzkiego oka. Różnice między luminacją, światłością, strumieniem świetlnym oraz natężeniem światła najłatwiej zrozumieć na podstawie poniższej grafiki.
Jaką światłość ma oświetlenie LED?
Światłość oświetlenia LED jest różna w zależności od rodzaju lampy lub żarówki. Jej wartość zawsze warto sprawdzić przed zakupami oświetlenia do domu. Warto zauważyć, że liczba kandeli jest uzależniona od oprawy, do której zostanie zamontowana żarówka. Jeśli włożymy świetlówkę do oprawy, która nie skupia światła, to oprawa ze świetlówką będą miały w sumie tyle samo kandeli co sama świetlówka. Jeśli jednak świetlówka zostanie umieszczona w oprawie skupiającej światło, to razem będą miały więcej kandeli niż sama świetlówka.
Jak znaleźć informacje o liczbie kandeli? Zwykle przedstawia się je za pomocą wykresu oraz w postaci tabelarycznej. Stosowanie wykresu ułatwia zrozumienie, jaką światłość ma oświetlenie LED oraz określenie szerokości wiązki światła. Widząc wykres łatwiej jest też określić natężenie źródła światła.
Na powyższym wykresie widać, że maksymalne natężenie źródła światła, które zaznaczono na żółto, znajduje się tuż poniżej lampy (0°). Natężenie maleje wraz ze wzrostem kąta świecenia i zanika powyżej kąta 15° (pionowe linie na wykresie).
Na co jeszcze zwracać uwagę wybierając żarówkę LED?
Wybierając oświetlenie do domu nie powinniśmy myśleć jedynie o światłości. Ważnymi parametrami, które warto znać są:
- strumień świetlny,
- temperatura barwowa,
- skuteczność świetlna,
- rodzaje żarówki,
- rodzaj gwintu,
- efektywność energetyczna.
Zawsze przed zakupem oświetlenia do salonu czy innych pomieszczeń zastanów się, jaki rodzaj oświetlenia będzie najbardziej odpowiedni. Pamiętaj, że ważna jest funkcja – czy szukasz lampy do czytania, żarówki dekoracyjnej czy może oświetlenia nad blat w kuchni? Jeśli Twoje dany pokój podzielony jest na różne strefy, warto zastanowić się nad oświetleniem wielopunktowym.
