Svítivost: Definice, pojmy a využití

Svítivost je základní pojem ve fotometrii a osvětlovací technice, který určuje, kolik viditelného světla zdroj vyzařuje v určitém směru do jednotkového prostorového úhlu. Vyjadřuje se v kandelách (cd) a tvoří základ norem a předpisů v oblasti letectví, architektury, silniční signalizace i veřejné bezpečnosti.

1. Základy svítivosti

Svítivost (symbol: I_v) měří výkon viditelného světla vyzařovaného zdrojem v určitém směru, normalizovaný na prostorový úhel (steradián, sr). Je odvozena z celkového světelného toku (Φ_v, v lumenech) vyzařovaného do daného prostorového úhlu:

[ I_v = \frac{\Phi_v}{\Omega} ]

• (I_v): Svítivost (cd)
• (\Phi_v): Světelný tok (lm) v daném směru
• (\Omega): Prostorový úhel (sr)

Tato směrová povaha odlišuje svítivost od světelného toku, který představuje celkový světelný výstup do všech směrů.

2. Jednotka: Kandela (cd)

Kandela je základní jednotkou SI pro svítivost. Její současná definice, stanovená Mezinárodním výborem pro míry a váhy (CIPM), zní:

“Kandela je svítivost v daném směru zdroje, který vyzařuje monochromatické záření o frekvenci 540 × 10¹² hertzů (přibližně 555 nm) a má v tomto směru zářivostní intenzitu 1/683 wattů na steradián.”

Tato definice zajišťuje dohledatelnost a konzistenci fotometrických měření po celém světě.

3. Směrovost a prostorový úhel

Prostorový úhel kvantifikuje trojrozměrné úhlové rozpětí světla, měří se ve steradiánech (sr). Plná koule zahrnuje 4π sr. Svítivost popisuje, jak velká část světelného toku zdroje je soustředěna do určitého směru, což je zásadní tam, kde záleží na tvaru a směrovosti svazku – například u přibližovacích světel letišť, automobilových světlometů nebo pátracích reflektorů.

4. Fotometrická vs. radiometrická intenzita

Zatímco zářivostní intenzita (W/sr) měří celkovou elektromagnetickou energii vyzařovanou v určitém směru (bez ohledu na vlnovou délku nebo citlivost lidského oka), svítivost aplikuje spektrální zohlednění lidského vidění (funkce V(λ)), aby kvantifikovala vjem viditelného světla.

[ I_v = 683 \int_{380,nm}^{780,nm} V(\lambda) \cdot I_{e,\lambda}(\lambda) , d\lambda ]

• (V(\lambda)): Fotopická světelná účinnost
• (I_{e,\lambda}(\lambda)): Spektrální zářivostní intenzita při vlnové délce λ

Díky tomu svítivost odpovídá skutečnému lidskému vizuálnímu vjemu.

5. Aplikace a význam

Letectví

Návrh letištních osvětlovacích systémů – okrajová světla dráhy, přibližovací světla i výstražné majáky – se řídí konkrétními hodnotami svítivosti, aby byla zajištěna viditelnost a rozpoznatelnost za všech provozních a povětrnostních podmínek. Mezinárodní normy, jako ICAO Annex 14, stanovují minimální a maximální svítivosti pro různá světla a úhly s cílem optimalizovat reakci a bezpečnost pilotů.

Silniční a veřejná bezpečnost

Dopravní signalizace a výstražné majáky využívají přesně řízenou svítivost, aby byla zajištěna viditelnost na požadované vzdálenosti bez vzniku nadměrného oslnění nebo záměny.

Architektonické a zobrazovací osvětlení

Reflektory, nápisy a displeje vyžadují směrové řízení svítivosti pro vizuální komfort a efektivní komunikaci.

6. Měření

Goniofotometrie

Goniofotometr otáčí buď zdroj světla, nebo detektor, aby změřil svítivost v různých úhlech a vytvořil mapu prostorového rozložení světla. Toto je nezbytné pro ověření souladu s regulačními fotometrickými požadavky.

Fotometrické detektory

Kalibrované fotodiody a fotometry vybavené filtry odpovídajícími funkci V(λ) poskytují bodová měření svítivosti. Pravidelná kalibrace dle národních etalonů je nezbytná pro přesnost a dohledatelnost.

7. Normy a předpisy

ICAO, FAA a CIE

• ICAO Annex 14: Stanovuje požadované svítivosti a úhlové rozložení pro dráhová a pojížděcí světla.
• Poradní cirkuláře FAA: Definují profily svítivosti pro navigační pomůcky.
• Publikace CIE: Poskytují osvědčené postupy a definice fotometrických měření.

Dodržení norem zajišťuje jednotné vizuální podněty pro bezpečnostně kritické aplikace.

8. Příklady výpočtů

Příklad 1:
Zdroj světla vyzařuje 600 lumenů rovnoměrně do prostorového úhlu 2 steradiánů. Jeho svítivost je:

[ I_v = \frac{600,\text{lm}}{2,\text{sr}} = 300,\text{cd} ]

Příklad 2:
Okrajové světlo dráhy musí podle ICAO vyzařovat nejméně 10 000 cd ve směru hlavního svazku. Pomocí goniofotometru byla v předepsaném úhlu naměřena svítivost 10 500 cd – požadavek je tedy splněn.

9. Související fotometrické veličiny

• Světelný tok (lm): Celkové množství vyzařovaného viditelného světla bez ohledu na směr.
• Osvětlenost (lx): Světelný tok na jednotku plochy dopadající na povrch.
• Jas (cd/m²): Zdánlivý jas povrchu.

Pochopení těchto vztahů je zásadní pro komplexní návrh osvětlení a bezpečnostní posouzení.

10. Často kladené otázky

Q: Mohou mít dva zdroje se stejným světelným tokem různou svítivost?
A: Ano. Pokud jeden zdroj vyzařuje světlo v úzkém svazku (malý prostorový úhel), jeho svítivost bude vyšší než u zdroje, který rozptyluje stejný tok do širšího úhlu.

Q: Jak je svítivost v produktech regulována?
A: Mezinárodní a národní normy stanovují požadované rozložení svítivosti pro klíčové osvětlovací aplikace. Výrobci musejí prokázat shodu standardizovanými fotometrickými testy.

Q: Co se stane, pokud je svítivost příliš vysoká?
A: Nadměrná svítivost může způsobit oslnění, zrakový diskomfort nebo dokonce dočasné oslepení. Normy stanovují nejen minimální, ale i maximální hodnoty, aby tomu zabránily.

11. Shrnutí

Svítivost, měřená v kandelách, je klíčovým parametrem fotometrické specifikace pro směrové osvětlovací aplikace. Její měření, regulace a pochopení jsou nezbytné pro bezpečný a efektivní návrh osvětlovacích systémů v letectví, dopravě, architektuře i veřejné bezpečnosti. Zvládnutí problematiky svítivosti zajišťuje, že světlo plní svůj vizuální a signalizační účel – spolehlivě, efektivně a bezpečně.