A fotometria az elektromágneses spektrum 430 nm – 780 nm hullámhossz-tartományba eső sugárzásának, a látható fény méréstechnikájának és alkalmazásának a tudománya. A Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság a láthatósági függvényt Láthatósági függvény 300 nm-től 830 nm-ig közli.
A fény A fény a fényforrásból minden irányban egyenes vonalak mentén terjed, sugárzik. A pontnak képzelt fényforrás sugarai minden irányban széttartanak, de egyenesek maradnak, és egy tetszés szerint kiválasztott sugárnyaláb nem hagyja el azt a térbeli szöget (kúpot), amelyikben elindult.Karsa Béla: Villamos mérőműszerek és mérések (Műszaki Könyvkiadó 1962)
Története A fénymérés az az eljárás, mellyel különböző fényforrások erejét lehet összehasonlítani.
Peter Bouguer (1698 – 1758) francia matematikus, filozófus végezte el az első tudományos kísérleti vizsgálatot.http://www.magnumarchive.com/c/edinburgh-encyclopedia-4/Peter-Bouguer.html Johann Heinrich Lambert (1728 – 1777) svájci matematikus, fizikus rakta le az elméleti alapokat, melyek ma is a fénymérés mértékei. Otto Weiner 1890-ben megállapította, hogy a fény elektromágneses hullám, és sikerült is nagyszögű interferencia képet regisztrálnia.
Magyarországon három jelentős fellegvára volt az optikai méréstudománynak, Magyar Optikai Művek (1876 – 1998), Egyesült Izzólámpa és Villamossági Rt. /Tungsram/(1896-1996) és a Gamma Optikai Művek (1920), Országos Mérésügyi Hivatal (Lukács Gyula).
A budapesti Műegyetem különböző tanszékein is jelentős optikai kutatások/fejlesztések történtek.
A fenti gyárakban kutató-fejlesztő munka is folyt, és több neves, nemzetközileg is ismert tudós dolgozott a fénnyel kapcsolatos elméleteken, méréstechnikán és alkalmazásokon.
Megemlíthetjük Rott Andor, Bródy Imre, Selényi Pál, Pfeifer Ignác, Vidor Pál, Szigeti György, dr. Urbanek János, Gábor Dénes (Nobel-díjas) neveit.
Fotometria és radiometria Ha a sugárzás teljes sugárzási energiája szerint értékelő mennyiségeket vizsgáljuk, akkor radiometriai mennyiségekről beszélünk, ha azonban a CIE szabványos fénymérő észlelőhttp://www.cie.co.at/ szerint értékelő mennyiségeket vizsgáljuk, akkor fotometriai mennyiségekről beszélünk. Más szóval ez azt jelenti, ha a fényforrások által kisugárzott fényben megjelenő energia terjedésének törvényeit vizsgáljuk, akkor azt a radiometria eszközeivel tesszük. Ha figyelembe vesszük azt, hogy az emberi szem a különböző spektrális összetételű, de azonos teljesítményű fényforrásokat másképpen érzékeli, akkor a jelenségeket a fotometria fogalmaival írjuk le. A radiometria a teljes elektromágneses spektrum vizsgálatára és mérésére vonatkozik; a fotometria ennek csak arra a kis részére, amelyet az emberi látószerv érzékelni képes. Ezért nem tartoznak a fotometria fogalmába azok a frekvenciatartományok, amelyeket más élőlények képesek érzékelni (például a rovarok az ibolyántúli és infravörös sugárzást észlelik, az ember viszont nem).
A szem és a fotometria
Az emberi szem nem egyformán érzékeny a látható fény összes hullám-hosszúságára. A fotometria megpróbálja ellensúlyozni a mért értéket a hullámhossz függvényében. A szem másképpen reagál a fényhez adaptálódott körülmények között, mint a homályos, gyenge fényviszonyok között (lásd Purkinje-jelenség). A fotometria tipikusan jó fényviszonyokhoz adaptálódott szem érzékenységén alapul. A fotometriai mérések nem pontosan jelezhetik a források fényességét gyenge fényviszonyok közt, ahol a színek nem különböztethetők meg, mint például holdfénynél vagy csillagfénynél.
3 fénysűrűség felett jó fényviszonyokról beszélünk. 0,1 cd/m2 alatt szkotpikus látásunk van (sötétben látás), fölötte mezopikus látás.
Fotometriai mennyiségek és mértékegységek Fényáram
A fényáram (Φ) a fényerősség és a besugárzott térszög szorzata. A fényáram származtatott SI-mértékegysége neve lumen, jele lm.
Ahol: cd - kandela sr - szteradián (a térszög SI-mértékegysége)
Azaz 1 lumen, az 1 candela fényerősségű, pontszerű fényforrás 1 szteradián térszögbe kisugárzott fényárama.
Példák: Egy 100 wattos izzólámpa által kibocsátott fényáram 1380 lumen. 1 lumen fényáramot létesít az 1 kandela fényerősségű, minden irányban egyenletesen sugárzó pontszerű fényforrás az 1 méter sugarú gömb 1 m² felületén. A szem maximális érzékenységének megfelelő 550 nm hullámhosszúságú fénysugárzás 1 watt teljesítmény esetén 680 lumen fényáramot létesít.
Fényerősség
A fényerősség (I) a fényforrás által egy meghatározott irányban kibocsátott fénykisugárzás mértékét jelöli. Mértékegysége kandela (cd). A fényerősség a kis térszögben kibocsátott fényáram és a térszög hányadosa.
Egy kandela annak a sugárforrásnak a fényerőssége, amelyet 540×1012 Hz (λ=555 nm) frekvenciájú monokromatikus sugárzást bocsát ki és a kibocsátás irányában, egységnyi térszögben 1/683 watt sugárerősséggel sugároz. Korábban a Hefner-gyertya (HK) volt a fényerősség egysége, amelyet Friedrich von Hefner-Alteneckről (1845-1904) neveztek el. A Hefner–gyertya egy meghatározott körülmények között működő amylacetát-égő nyílt lángja. Átszámítás:
Ennek az etalonnak megfelelő 1 cd fényforrás segítségével hitelesítik a gyakorlati mérésekhez használt normálizzók fényerősségét, ill. ehhez viszonyítják a különböző fényforrások fényerősségét.
Néhány fényforrás fényerőssége Fényforrás Fényerősség (cd) Viaszgyertya 1 Petróleumlámpa 30 100 wattos kriptonizzó 120 Vetítőlámpa 2000 30 amperes ívlámpa 82 000
Megvilágítás jobbra|bélyegkép|300px|Lux mérő A megvilágítás (E) a megvilágított A felületre eső Φ fényáram és a megvilágított A felület nagyságának hányadosa. SI-mértékegysége lux (lx):
A megvilágítási erősség a felületet érő fény mértéke, megadja, hogy egy adott felület mennyire van kivilágítva, vagyis mekkora fényáram jut 1 m² felületegységre lumenben. 1 lux a megvilágítása annak a felületnek, amelynek 1 négyzetméterére merőlegesen és egyenletesen 1 lumen fényáram esik.
Példa: Egy szabadon sugárzó 100 wattos általános izzólámpa 1,5 m magasan felfüggesztve a lámpa alatti felületen hozzávetőleg 100 lx megvilágítási erősséget eredményez. Tapasztalati tény, hogy egy fényforrás annál nagyobb megvilágítást létesít egy felületen, minél nagyobb a fényerőssége. Ha az A felületre Φ fényáram esik, akkor a megvilágítás
vagyis számszerűen megegyezik az egységnyi (1 m²) felületre eső fényárammal.
Jellegzetes megvilágítási értékek Környezet Megvilágítás (lux) Iroda 500 Folyosó 50 Napfény nyáron 100 000 Napfény télen 10 000 Telihold 0,2 Színérzékelés határa 3
Fénysűrűség
A fénysűrűség (L) az a fizikai mennyiség, mely az emberi szemben a világító vagy a megvilágított felületek által keltett fényérzetet határozza meg, azaz a felületegységre jutó fényerősség. Vonatkozhat nemcsak fényforrásra, hanem megvilágított felületre is. Leggyakrabban a vizsgált felületre merőleges irányban mérjük, de meghatározható más irányban is, ilyen esetben a felületnek a mérési irányra merőleges vetületét keli számításba venni. Mértékegysége:
A fénysűrűség értékét úgy kapjuk meg, ha egy fényforrás fényerősség értékét elosztjuk a mérési távolságból mért megvilágítandó felülettel. A fénysűrűség határozza meg a szubjektív fényérzetet. A fénysűrűség azon fénybehatás mértéke, melyet az emberi szem egy önvilágító vagy mesterségesen megvilágított felületről hív elő. A relatív fénysűrűség-különbséget szokás kontrasztnak nevezni.
Fotometrikai mérőeszközök A fotometria és a radiometria megkülönböztetéséhez lehetőséget ad a pirométerek elnevezése. Az összsugárzásmérő pirométer az elektromágneses spektrum bármely részének mérésére szolgál, ez gyakran a hősugárzás tartományát jelenti. A részsugárzás mérő pirométer a spektrum egy kis tartományának mérésére való, ez többnyire a látható fény tartományát jelenti.
Az első fotometriai méréseket szemmel való összehasonlítással végezték. Az ismeretlen fényt (általában megvilágítást) osztott látóterű vizuális fotométerben hasonlították össze ismert fényforrás által létrehozott megvilágítással.
A 20. század elején kifejlesztették az első fotodetektorokat.
Magyarországon először az 1920-as évek végén Dr. Urbanek János munkássága alapján készült szelén fényelem elé helyezett színszűrőkkel felépített fotométer.
A Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal több fotometriai mennyiség hiteles mérését végzi (Optikai mérések, tájékoztató pdf formában) Az objektív fotometria eszközei A fény mérésére szolgáló detektorok általában a detektorra eső fényre válaszul elektromos jelet bocsátanak ki. Ez történhet közvetlenül (fotoelektromos eszköz) vagy közvetett módon (termoelektromos detektor).
Néhány objektív fotometriai eszköz: Vákuum és gáztöltésű fotocella Fotoelektron-sokszorozó Fotodióda Fototranzisztor Termoelektromos detektor Bolométer Optikai pirométer Golay-cella CCD detektor
A szubjektív fotometria eszközei
A szubjektív fotometriában a detektor az emberi szem, mely nem alkalmas annak eldöntésére, hogy egy ismeretlen fényerősség hányszorosa egy hitelesített másiknak. Két egymáshoz közeli felület megvilágítását összevetve azonban igen pontosan megmondható, vajon azok egyenlők-e vagy sem. Ezen alapul a szubjektív fotometria.
Néhány szubjektív fotometriai eszköz: Ritchie-féle fotométer Lummer-Brodhun-féle fotométer
Alkalmazások
Égitestek fényességének mérése, Fotometrikus analizátor, vízszennyezettség mérése (ammónia) Anyagvizsgálat, spektroszkópia (színképelemzés), spektrofotometria Polarimetria, refraktometria, turbidimetria. Opacitás, transzmissziós és mélységi reflexiós fényszóródás mérése, Spektrális fényszóródás mérése: Abbé-féle diszperziós szám mérése, tükröződés mérése Színinger mérés
Irodalom
További információk http://goliat.eik.bme.hu/~antala/docs/radfot.pdf https://web.archive.org/web/20070808080816/http://biochem.szote.u-szeged.hu/edu/actual/hu/pdf/gyak-fotometria.pdf https://web.archive.org/web/20110829101917/http://www.scitech.mtesz.hu/26optika/index2.htm http://www.omikk.bme.hu/archivum/magyarok/htm/selenyirov.htm http://www.sasovits.hu/cnc/irodalom/Fenytan.pdf http://www.pnas.org/content/62/4/1018.full.pdf+html http://stjarnhimlen.se/comp/radfaq.html#10 https://web.archive.org/web/20110531140238/http://webphysics.davidson.edu/faculty/jny/Optics/Burle%20Electro_Optics.pdf https://web.archive.org/web/20080915081229/http://www.optics.arizona.edu/Palmer/rpfaq/rpfaq.htm https://web.archive.org/web/20110707054658/http://www.resourcesmart.vic.gov.au/documents/lux_meter.pdf https://web.archive.org/web/20150421215644/http://vision.vein.hu/~schanda/VIRT-SJ/SJ-Kozl2008/A%20fotometria%20-Elektrotechn101-2008.pdf http://www.knt.vein.hu/staff/schandaj/SJCV-Publ-2005/536.pdf
Jegyzetek
http://www.magnumarchive.com/c/edinburgh-encyclopedia-4/Peter-Bouguer.html
Kategória:Fizikai alapfogalmak