Svietivosť: Definícia, princípy a použitie

Svietivosť je ústredný pojem vo fotometrii — vede o meraní viditeľného svetla tak, ako ho vníma ľudské oko. Kvantifikuje množstvo svetelného toku (viditeľného svetla) vyžarovaného svetelným zdrojom v konkrétnom smere na jednotkový priestorový uhol. Jednotkou SI pre svietivosť je candela (cd), jedna zo siedmich základných jednotiek SI.

Pochopenie svietivosti

Svietivosť odpovedá na otázku: Koľko viditeľného svetla vyžaruje zdroj v určitom smere? Toto meranie je rozhodujúce všade tam, kde záleží na smerovaní svetla, napríklad pri signalizačných lampách, okrajových svetlách dráh, automobilových svetlometoch alebo zaostrených reflektoroch.

Matematicky je svietivosť (( I )) definovaná ako:

[ I = \frac{\Phi}{\omega} ]

kde:

• ( \Phi ) = Svetelný tok vyžiarený v danom smere (v lúmenoch, lm)
• ( \omega ) = Priestorový uhol v steradiánoch (sr)

Jedna candela je svietivosť v danom smere zdroja, ktorý vyžaruje monochromatické svetlo s frekvenciou 540 × 10¹² Hz (vlnová dĺžka 555 nm) s žiarivou intenzitou 1/683 wattu na steradián. Táto definícia zodpovedá maximálnej citlivosti ľudského zraku.

Úloha citlivosti ľudského zraku

Na rozdiel od radiometrie, ktorá meria všetku elektromagnetickú energiu bez ohľadu na ľudské vnímanie, fotometria (a teda aj svietivosť) zahŕňa váženie energie podľa fotopickej krivky citlivosti CIE, ( V(\lambda) ). Táto funkcia modeluje priemernú spektrálnu citlivosť ľudského oka za jasných (denných) podmienok a vrcholí pri 555 nm.

To znamená, že dva zdroje vyžarujúce rovnakú fyzikálnu energiu môžu mať rôznu svietivosť, ak vyžarujú na rôznych vlnových dĺžkach, pretože oko nie je rovnako citlivé na všetky farby.

Priestorový uhol a steradián

Priestorový uhol popisuje, ako veľký sa objekt javí pozorovateľovi z určitého bodu, čím rozširuje koncept rovinného uhla do troch rozmerov. Steradián (sr) je jednotka SI pre priestorový uhol. Celkový priestorový uhol okolo bodu je ( 4\pi ) steradiánov.

Napríklad svetelný zdroj, ktorý vyžaruje 1000 lúmenov rovnomerne do všetkých smerov, má svietivosť v ktoromkoľvek smere:

[ I = \frac{1000, \text{lm}}{4\pi, \text{sr}} \approx 79{,}6, \text{cd} ]

Meranie svietivosti

Svietivosť sa meria pomocou prístrojov, ako sú:

• Goniometer: Otáča zdrojom a meria svetelný výstup pri rôznych uhloch, čím mapuje rozloženie svietivosti.
• Výpočet: Ak je známy celkový svetelný tok a geometria vyžarovania, svietivosť možno vypočítať ako tok delený priestorovým uhlom.

Kalibrácia je nevyhnutná: meracie zariadenia musia zodpovedať spektrálnej citlivosti ľudského oka, čo sa dosahuje optickými filtrami podľa funkcie CIE V(λ).

Schéma znázorňujúca svietivosť ako svetelný tok na jednotkový priestorový uhol (candela).

Použitie v osvetlení a bezpečnosti

Letecká a dopravná technika

V letectve určujú normy svietivosti dráhové, pojazdové a priblížené svetlá. Regulačné orgány ako Medzinárodná organizácia pre civilné letectvo (ICAO) a FAA stanovujú minimálne svietivosti pre letiskové osvetlenie, aby sa zabezpečila bezpečnosť prevádzky lietadiel najmä pri zníženej viditeľnosti alebo v noci.

Napríklad okrajové svetlá dráh musia mať predpísané svietivosti v definovaných horizontálnych a vertikálnych sektoroch, aby boli viditeľné pilotom z priblíženia a počas rozjazdu či pristátia. Nadmerná svietivosť mimo týchto sektorov môže spôsobovať oslnenie alebo zmätok.

Signalizácia a automobilové osvetlenie

Svietivosť je kľúčová pri svetelnej signalizácii, vozidlových svetlometoch, navigačných majákoch a iných signalizačných zariadeniach, kde svetlo musí byť jasne viditeľné z určitých smerov, ale nesmie spôsobovať nepohodlie alebo rozptyľovať v iných.

Všeobecné osvetlenie a displeje

Zatiaľ čo bežné miestnosti sa často hodnotia podľa celkového svetelného toku (lúmeny), smerové osvetlenie — ako reflektory alebo LED pracovné svetlá — sa špecifikuje podľa svietivosti, aby sa opísalo, ako „zaostrený“ je svetelný výstup.

Svietivosť vs. príbuzné veličiny

• Svetelný tok (lm): Celkové vyžiarené viditeľné svetlo do všetkých smerov.
• Svietivosť (cd): Svetlo vyžarované na jednotkový priestorový uhol v určitom smere.
• Osvetlenosť (lx): Svetelný tok na jednotku plochy (koľko svetla dopadá na povrch).
• Jas (cd/m²): Zdanlivý jas povrchu pri pohľade z určitého smeru.

Príklady z praxe

• Štandardná sviečka: ~1 candela do všetkých smerov.
• Okrajové svetlo dráhy: Typicky 50 až 200 candel v požadovaných sektoroch podľa kategórie a špecifikácie.
• Jasná LED baterka: Môže vyžarovať niekoľko tisíc candel v zaostrenom lúči.

Hlavné body a odporúčané postupy

• Svietivosť je kľúčová pre aplikácie, kde záleží na smerovaní svetla (signalizácia, navigácia, bezpečnosť).
• Pri špecifikácii alebo porovnávaní smerových svetiel sa vždy odkazujte na svietivosť.
• Merania musia byť kalibrované podľa fotopickej krivky CIE V(λ), aby odrážali ľudské vnímanie.
• V regulovaných oblastiach (napr. letectvo) zabezpečte súlad s normami rozloženia svietivosti.

Prehľadová tabuľka: Svietivosť v skratke

Ďalšie zdroje a normy

• Fotometrické normy CIE
• ICAO Annex 14: Návrh a prevádzka letísk
• NIST: Candela
• IEC 60050-845: Medzinárodný elektrotechnický slovník – Osvetlenie

Svietivosť zostáva základnou veličinou vo všetkých odvetviach, kde smer a vnímanie svetla výrazne ovplyvňujú bezpečnosť, použiteľnosť a súlad s normami.