Valgusvoog

Valgusallikas muundab mingit liiki energia (peamiselt elektrienergia) elektromagnetkiirguseks. Valgusallika valgusvoog väljendab selle kiirguse nähtava, valgusliku osa võimsust, seepärast lisataksevalgusvoo tähisele Φ tarbe korral indeks v (ladina k sõnast visus ’nägemine’), et seda voogu eristada kiirgusvoost Φ_e.

Kiirgusvoogu mõõdetakse vattides (nagu muudegi energiasuuruste võimsust), valgusvoo mõõtühik aga on luumen. Valgusvoog luumenites sõltub niisiis sellest, kuidas kiirguse valguslik toime silmale oleneb kiirguse lainepikkusest (valguse värvist).

 

Valgustugevuse ühiku kandela (kui SI ühe põhiühiku) definitsioonist tuleneb vahetult, et kui monokromaatilise (ühevärvilise) valguse kiirgusvõimsus lainepikkusel 540·10¹² Hz (vastav lainepikkus õhus 555 nm) on 1 vatt, siis on vastav valgusvoo väärtus 683 luumenit. Nimetatud lainepikkusel on silm kõige tundlikum. Muudel valguse lainepikkustel väheneb valgustundlikkus vastavalt valgusefektiivsuse kõveratele, mis on päeva- ja öönägemise jaoks kindlaks määranud Rahvusvaheline Valgustuskomisjon CIE (lühend prantsuse k nimest Commission Internationale de l'Éclairage).

Kui nt valguse lainepikkus on 430 nm, siis eelmärgitud 1-vatise kiirgusvõimsuse korral on suhteline valgusefektiivsus 0,2 × 683 = 136,6 luumenit. Elektromagnetkiirgus lainepikkustel alla 380 nm ja üle 780 nm silmas enam valgusaistingut esile ei kutsu.

Valgusvoo tuletamiseks kiirgusvoost ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }(\lambda )}$  tuleb spektraalne kiirgusvoog ${\displaystyle \textstyle {\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {e} }(\lambda )}{\mathrm {d} \lambda }}}$  iga lainepikkuse (${\displaystyle \lambda }$ ) jaoks korrutada fotomeetrilise kiirgusekvivalendiga ${\displaystyle K_{\mathrm {m} }V(\lambda )}$ , kus ${\displaystyle K_{\mathrm {m} }}$  on kiirguse maksimaalne valgusefektiivsus ja ${\displaystyle V(\lambda )}$  suhteline valgusefektiivsus. Siis avaldub valgusvoog integraalina antud lainepikkuste vahemikus (nt 380 nm kuni 780 nm:

${\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }=K_{\mathrm {m} }\int _{0}^{\infty }V(\lambda )\ {\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {e} }(\lambda )}{\mathrm {d} \lambda }}\ \mathrm {d} \lambda \ .}$ 

Maksimaalne valgusefektiivsus ${\displaystyle \textstyle K_{\mathrm {m} }\,=\,683\ {\frac {\mathrm {lm} }{\mathrm {W} }}}$  ja kõver ${\displaystyle V(\lambda )}$  (vt joonis) kirjeldavad silma tundlikkust päevanägemisel. Öönägemise puhul on vastavad suurused ${\displaystyle \textstyle K'_{\mathrm {m} }\,=\,1699\ {\frac {\mathrm {lm} }{\mathrm {W} }}}$  ja ${\displaystyle V'(\lambda )}$ .

Samamoodi saab avaldada elektromagnetkiirguse nähtavat osa (valgust fotomeetrilises tähenduses) ka teiste valgussuuruste korral, kusjuures ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }}$  ja ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }}$  asendatakse näiteks vastavalt suurustega ${\displaystyle I_{\mathrm {v} }}$  ja ${\displaystyle I_{\mathrm {e} }}$  (valgustugevuse arvutustes) või suurustega ${\displaystyle E_{\mathrm {v} }}$  ja ${\displaystyle E_{\mathrm {e} }}$  (valgustustiheduse korral).

 

Valgusvoogu mõõdetakse peamiselt nn Ulbrichti kuuliga (ingl k integrating sphere). F. R. Ulbricht oli Saksamaa Dresdeni Tehnikaülikooli professor, kes aastal 1900 esitas valgusvoo fotomeetri ehituspõhimõtte. Eestis võeti seda liiki fotomeeter (läbimõõduga 0,5 m) esmakordselt kasutusele 1923. a Riiklikus Katsekojas.

Nimetatud kuul kujutab endast kahest poolest koosnevat õõneskera, mille sisepind on värvitud mattvalgeks. Uuritav valgusallikas paigutatakse kera sisse ja valgustab korduva peegeldumise teel kogu sisepinda ühtlaselt. Fotoanduriga mõõdetakse selle pinna A valgustustihedust, mis on võrdeline valgusallika integraalse (kogu) valgusvooga:

${\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }\sim \int _{A}E\,\mathrm {d} A.}$ 

• Fotomeetria