Fotometrija

Fotometrija je grana optike koja se bavi mjerenjem svojstava svjetlosti (svojstava izvora svjetlosti, svjetlosnoga toka i osvjetljenja površina). Povijesna fotometrijska mjerenja obavljana su s pomoću ljudskoga oka, a suvremena fotometrijska mjerenja, iako koriste elektroničke fotometre, prilagođena su osjetljivosti ljudskoga oka. Obuhvaćaju samo onaj dio spektra elektromagnetskih valova koji zamjećuje ljudsko oko, to jest ograničena su na valne duljine od približno 380 do 780 nm. Kako ljudsko oko nije jednako osjetljivo na sve valne duljine vidljive svjetlosti, za svaku se valnu duljinu s pomoću fotometrijskoga ekvivalenta i funkcije osjetljivosti vida određuje ekvivalentna vrijednost standardnog promatrača (prema Međunarodnoj organizaciji za normizaciju ISO). Mjerenjima svojstava cjelokupnoga elektromagnetskoga spektra bavi se radiometrija.^[1]

Podrobniji članak o temi: Fotometar

Fotometar je mjerni instrument za mjerenje jakosti svjetlosti. Temelji se na uspoređivanju osvijetljenosti neke površine poznatim izvorom svjetlosti i osvijetljenosti koja potječe od nepoznatog izvora. Stariji tipovi fotometara mjere zatamnjenje, udaljavanje ili primicanje izvora koje je potrebno da bi se izjednačila osvijetljenost dviju površina; mjeri se pomoću vizualnog uspoređivanja (vizualni fotometar). Danas su u primjeni samo fotoelektrični fotometri s fotoćelijama osjetljivima na zračenje. Za pouzdana mjerenja važno je točno poznavati ovisnosti osjetljivosti fotoćelije (fotoelementa) o valnoj duljini zračenja. Linearna ovisnost postiže se uporabom prikladnih filtara. Kod fotometrije vrlo slabih izvora koriste se fotoćelije s dodatnim elektronskim sklopom za umnožavanje sekundarnih elektrona kako bi se dobila struja mjerljive veličine. Fotoelektrični fotometri primjenjuju se u astronomskim i meteorološkim ispitivanjima (na primjer u aktinometriji), u kemijskim i fizičkim istraživanjima i analizama (na primjer u kolorimetriji i spektrofotometriji) i drugo. Postoje i fotometri za uspoređivanje svjetlosti različitih boja (heterokromni fotometar).^[2]

Podrobniji članak o temi: Fotometrijski ekvivalent

Fotometrijski ekvivalent je normirani odnos između toka zračenja i svjetlosnoga toka monokromatskoga izvora svjetlosti valne duljine 555 nm, to jest normirani odnos između radiometrijske i fotometrijske fizikalne mjerne jedinice, 1 W/sr = 683 lm/sr. Za valne duljine pri kojima svjetlosna učinkovitost nije maksimalna, ekvivalentna se vrijednost dobiva množenjem normiranoga fotometrijskog ekvivalenta vrijednošću funkcije osjetljivosti oka o valnoj duljini (od 0 do 1).

Funkcija osjetljivosti oka prikazana je na dijagramu kojemu se na apscisi nalaze valne duljine približno je simetrična krivulja s oštrim maksimumom jednakim jedinici na valnoj duljini 555 nm za dnevnu osjetljivost i 507 nm za noćnu osjetljivost. Njezina je vrijednost za valnu duljinu 600 nm 0,63, a za valne duljine 380 i 780 nm iznosi 0.^[3]

Količina svjetlosti koju točkasti izvor svjetlosti šalje (emitira) u prostor u svim pravcima u jednoj sekundi, naziva se svjetlosni tok ili luminacijski fluks. Opkolimo li točkasti izvor svjetlosti jakosti 1 kandele (cd) kuglom promjera 1 metar (m), onda je količina svjetlosti što prolazi kroz 1 m² kugle mjerna jedinica za svjetlosni tok i zove se 1 lumen (lm). Prostorni kut koji pripada ploštini od 1 m² je jedinični prostorni kut i zove se steradijan (sr). Budući da je ploština kugle 4r²π, to je ploština jedinične kugle (r = 1 m) jednaka 4π ili 12,57 m². Znači kugla polumjera 1 m ima 12,57 steradijana. Prema tome možemo reći: 1 lumen je onaj svjetlosni tok koji daje točkasti izvor svjetlosti od 1 kandele u prostorni kut od 1 steradijana.

Ako izvor svjetlosti šalje svjetlost t sekunda, onda je ukupna količina svjetlosti koju on daje jednaka umnošku vremena:

${\displaystyle Q_{s}=\Phi _{s}\cdot t}$

Svjetlosna energija mjeri se lumensekundama ili lumen sekundama (lm∙s) ili lumensatima (lm∙ h). Kako izvor svjetlosti jakosti 1 kandela šalje u 1 steradijan tok svjetlosti od 1 lumen, to će kroz ploštinu od 4π = 12,57 m² slati svjetlosni tok 12,57 lm. Općenito, izvor svjetlosti jakosti (svjetlosna jakost) I_s (u kandelama) dat će svjetlosni tok (u lumenima):

${\displaystyle \Phi _{s}=4\cdot \pi \cdot I_{s}}$

a odatle je svjetlosna jakost (u kandelama):^[4]

${\displaystyle I_{s}={\frac {4\cdot \pi }{\Phi _{s}}}\ }$

• atmosferska ekstinkcija^[8]