Fotometria

Fotometria to dział optyki zajmujący się badaniem promieniowania zarówno widzialnego, jak i niewidzialnego oraz wyznaczaniem świetlnych wielkości i jednostek. Fotometria dzieli się na: fotometrię obiektywną (zwaną również fotometrią fizyczną albo energetyczną) i na fotometrię subiektywną (wizualną). [Gajewski A.S. 2003, s. 298] Zadaniem fotometrii energetycznej jest obiektywny, ilościowy opis światła (również promieniowania podczerwonego i nadfioletowego) jako procesu przenoszenia energii [Duda I. 1995]

W fotometrii wizualnej określa się tzw. skuteczność świetlna - jest to stosunek strumienia świetlnego promieniowania o danej długości fali do strumienia energii tego promieniowania. Podstawowymi wielkościami, używanymi w fotometrii wizualnej są:

• natężenie źródła światła w określonym kierunku (inaczej światłość)
• strumień świetlny
• oświetlenie [Bilnowski J. Trylski J. 1974, s. 533].

Opis źródeł światła

W celu ilościowego opisu źródeł światła i promieniowania świetlnego wprowadzono wielkości fotometryczne i ich jednostki.

• Moc promieniowania jest to ilość energii wypromieniowanej przez świecące ciało w jednostce czasu.
• Strumieniem świetlnym nazywamy ilość energii świetlnej, ocenianej na podstawie odczuć ludzkiego oka, przechodzącej przez dowolna powierzchnie S w jednostce czasu.
• Światłością (natężeniem źródła światła) nazywamy wielkość fizyczna równą stosunkowi promienia świetlnego ɸ do wartości kąta bryłowego w którym strumień ten się rozchodzi.
• Natężeniem oświetlenia (oświetleniem) nazywamy wielkość fizyczna równa stosunkowi strumienia świetlnego ɸ padającego na dowolna powierzchnie do wartości tej powierzchni S.
• Luminacja (jaskrawość, blask) jest to stosunek światłości I źródła światła do elementów pola powierzchni promieniującego źródła S widzianego przez nas.
• Jednostka strumienia świetlnego jest 1 lumen (1 lm). Źródło punktowe o natężeniu 1 kandeli, promieniujące równomiernie we wszystkich kierunkach, wysyła w przestrzeń (to jest w pełny kąt bryłowy 4π) strumień świetlny równy 4π lumenów [Cedrik M.S. 1974, s. 398-399]
• Jednostką natężenia źródła światła jest kandela. Jest to natężenie promieniowania wysyłane przez ciało doskonale czarne o powierzchni 1 600 000 m² prostopadle do swojej powierzchni, pod ciśnieniem normalnym, w temperaturze topnienia platyny [Beier W. 1970, s. 121]

Pomiar i kalibracja w fotometrii

Fotometria punktowa polega na pomiarze jednego punktu na powierzchni badanego obiektu, podczas gdy fotometria powierzchniowa obejmuje pomiar całej powierzchni. Fotometria punktowa jest stosowana w przypadku, gdy interesuje nas intensywność światła w konkretnym punkcie, natomiast fotometria powierzchniowa pozwala na analizę rozkładu światła na całej powierzchni.

Metody bezpośrednie polegają na pomiarze natężenia światła bezpośrednio przy użyciu fotometrów. Natomiast metody pośrednie wykorzystują inne wielkości fotometryczne, takie jak strumień świetlny, do określenia natężenia światła.

Fotometryczne pomiary mogą być wykonywane przy użyciu specjalistycznych urządzeń, takich jak fotometry i spektrofotometry. Fotometry służą do pomiaru natężenia światła, podczas gdy spektrofotometry umożliwiają analizę widma światła.

Pomiar natężenia źródła światła polega na określeniu ilości emitowanego przez nie światła na jednostkę powierzchni. Natężenie światła jest istotne w wielu dziedzinach, takich jak oświetlenie, fotografia czy przemysł filmowy. Pomiar strumienia świetlnego natomiast pozwala na określenie całkowitej ilości światła emitowanego przez źródło.

Wyniki pomiarów fotometrycznych mogą być pod negatywnym wpływem różnych czynników zewnętrznych, takich jak temperatura, wilgotność czy zakłócenia elektromagnetyczne. Dlatego ważne jest uwzględnienie tych czynników i odpowiednie zabezpieczenie pomiarów.

Wzorce świetlne i kalibracja przyrządów pomiarowych

Wzorce świetlne są wykorzystywane jako punkt odniesienia do pomiarów fotometrycznych. Pozwalają na porównanie wyników pomiarów i kalibrację przyrządów.

Istnieje wiele rodzajów wzorców świetlnych, takich jak standardowe źródła światła, lampy wzorcowe czy filtry o znanej charakterystyce. Każdy z tych wzorców ma swoje unikalne właściwości i jest stosowany w określonych celach.

Kalibracja przyrządów pomiarowych jest niezwykle istotna, ponieważ zapewnia precyzyjność i dokładność pomiarów. Proces ten obejmuje porównanie wyników pomiarów przyrządu z wynikami wzorców świetlnych i dostosowanie parametrów przyrządu, aby uzyskać dokładne wyniki.

Walidacja kalibracji przyrządów pomiarowych jest ważnym etapem, który potwierdza poprawność i dokładność kalibracji. Istnieją różne metody walidacji, takie jak porównanie wyników pomiarów przyrządów przed i po kalibracji oraz analiza powtarzalności wyników.

Precyzyjna kalibracja przyrządów pomiarowych jest kluczowa dla uzyskania wiarygodnych wyników pomiarów fotometrycznych. Bez odpowiedniej kalibracji, wyniki pomiarów mogą być błędne i nieodpowiednie do dalszej analizy.

Znaczenie dokładnego pomiaru w fotometrii

Dokładny pomiar jest istotny w badaniach fotometrycznych, ponieważ pozwala na uzyskanie precyzyjnych danych, które są niezbędne do dalszej analizy i interpretacji. Dokładne pomiary są również istotne w celu określenia parametrów oświetleniowych i spełnienia określonych standardów. Niedokładne pomiary mogą prowadzić do błędnych wyników analiz fotometrycznych, co może mieć negatywny wpływ na podejmowane decyzje i działania. Dlatego ważne jest, aby dbać o dokładność pomiarów i uwzględniać wszelkie czynniki, które mogą wpływać na ich precyzję. Istnieje wiele metod, które mogą poprawić precyzję pomiarów fotometrycznych, takich jak zastosowanie odpowiednich przyrządów pomiarowych, eliminacja zakłóceń zewnętrznych czy kalibracja przyrządów. Ważne jest również dbanie o odpowiednie warunki pomiarowe i przestrzeganie standardów i norm. Standaryzacja i normy odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu dokładności pomiarów fotometrycznych. Określają one procedury, metody i wymagania, które należy spełnić podczas wykonywania pomiarów, aby uzyskać wiarygodne i porównywalne wyniki. Precyzyjne pomiary fotometryczne mają szerokie zastosowanie w praktyce, na przykład w oświetleniu drogowym, gdzie dokładne pomiary mogą być użyte do projektowania oświetlenia ulicznego. W medycynie natomiast precyzyjne pomiary światła są ważne w badaniach fototerapeutycznych czy w ocenie wpływu światła na organizm człowieka.

Zastosowania fotometrii w praktyce

• Fotometria odgrywa kluczową rolę w projektowaniu oświetlenia ulicznego i terenów publicznych. Pozwala na analizę rozkładu światła, dobór odpowiednich opraw oświetleniowych oraz ocenę jakości oświetlenia.
• Fotometria umożliwia ocenę jakości oświetlenia zewnętrznego poprzez analizę parametrów fotometrycznych, takich jak natężenie światła czy równomierność oświetlenia. Dzięki temu można zapewnić odpowiednie warunki oświetleniowe w przestrzeni publicznej.
• Fotometria jest również wykorzystywana do oceny efektywności energetycznej oświetlenia miejskiego i identyfikacji możliwości zastosowania energooszczędnych technologii, takich jak diody LED.
• Fotometria ma duże znaczenie przy projektowaniu oświetlenia architektonicznego, ponieważ pozwala na osiągnięcie równowagi między efektywnością energetyczną a estetyką oświetlenia. Pozwala również na ocenę wpływu oświetlenia na otoczenie i atmosferę miejsca.
• Fotometria jest również ściśle związana z trendami i innowacjami w oświetleniu miejskim i architektonicznym. Nowe technologie, takie jak inteligentne oświetlenie czy oświetlenie adaptacyjne, wymagają precyzyjnych pomiarów fotometrycznych w celu optymalnego wykorzystania ich potencjału.
• Fotometria odgrywa ważną rolę w projektowaniu oświetlenia wnętrz. W zależności od rodzaju pomieszczenia i jego funkcji, należy uwzględnić różne czynniki, takie jak ilość światła, równomierność oświetlenia czy kolor światła.
• Fotometria pozwala na dokonanie właściwego wyboru źródeł światła i opraw oświetleniowych, aby zapewnić odpowiednie warunki oświetleniowe w danym pomieszczeniu. Warto uwzględnić parametry fotometryczne, takie jak strumień świetlny czy temperatura barwowa.
• Fotometria umożliwia przeprowadzenie analizy fotometrycznej, która pozwala na ocenę rozkładu światła i równomierność oświetlenia w danym pomieszczeniu. Symulacje komputerowe pozwalają na wizualizację efektów oświetlenia przed jego wykonaniem.
• Fotometria pozwala na analizę parametrów kolorystycznych światła, takich jak temperatura barwowa czy wskaźnik oddawania barw. Kolor światła ma duży wpływ na atmosferę w pomieszczeniach i może być dostosowywany do konkretnych potrzeb.
• Nowoczesne trendy w oświetleniu wnętrzarskim, takie jak oświetlenie inteligentne czy oświetlenie biodynamiczne, wymagają precyzyjnych pomiarów fotometrycznych w celu zapewnienia optymalnych warunków oświetleniowych.
• Fotometria jest niezwykle istotna w przemyśle filmowym i fotografii, ponieważ pozwala na odpowiednie naświetlenie filmu lub matrycy. Poprzez dokładne pomiary natężenia światła, można uzyskać odpowiednią ekspozycję i jakość obrazu.
• W studiach filmowych i fotograficznych, fotometria jest wykorzystywana do pomiaru i analizy poziomu oświetlenia. Pozwala to na precyzyjne dostosowanie parametrów oświetleniowych i uzyskanie pożądanych efektów w produkcji.
• Fotometria odgrywa istotną rolę w kontroli jakości obrazu w produkcji filmowej i fotograficznej. Precyzyjne pomiary światła pozwalają na monitorowanie i ocenę parametrów oświetleniowych, co jest kluczowe dla uzyskania wysokiej jakości obrazu.
• Fotometria ma również znaczenie w procesie retuszowania i korekcji zdjęć. Dokładne pomiary światła pozwalają na precyzyjne dostosowanie parametrów oświetleniowych w celu uzyskania pożądanego efektu w postprodukcji.
• Istnieje wiele przykładów zastosowania fotometrii w filmach i fotografiach znanych artystów. Poprzez precyzyjne pomiary światła, można osiągnąć unikalne efekty oświetleniowe i atmosferę w obrazach.

Rozwój technologii w fotometrii

Fotometria jako dziedzina nauki ciągle się rozwija, a nowe technologie mają duży wpływ na pomiary fotometryczne. Wraz z rozwojem technologicznym, tradycyjne fotometry są coraz częściej zastępowane przez cyfrowe systemy pomiarowe. Fotometria cyfrowa oferuje wiele zalet, takich jak większa precyzja, szybkość pomiarów czy możliwość automatycznej analizy danych.

Fotometria — artykuły polecane

Kolorymetria — Parametr — Próba (Towaroznawstwo) — Pomiar bezpośredni — Statystyka opisowa — Analiza statystyczna — Skala pomiarowa — Wzorcowanie — PH

Bibliografia

• Beier W. (1970), Fizyka - podstawy dla medyków biologów i farmaceutów, Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich, Stuttgard
• Bilnowski J., Trylski J. (1974), Fizyka dla kandydatów na wyższe uczelnie, PWN, Warszawa
• Cedrik M. (1974), Ćwiczenia z fizyki dla kandydatów na wyższe uczelnie, PWN, Warszawa
• Duda I. (red.) (1995), Słownik pojęć towaroznawczych, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Krakowie, Kraków
• Gajewski S. (2003), Wybrane zagadnienia z fizyki, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Krakowie, Kraków

Autor: Legutko Dagmara