Valgusvoog

Suuruse nimi: valgusvoog

Suuruse tähis: Φ või Φv

SI ühiku nimi: luumen

SI ühiku tähis: lm

Valgusvoog (ingl k luminous flux) on valgussuurus, mis väljendab kiirgusvoo valguslikku toimet silmale.

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).

Valgusvoo matemaatiline määrang

Suhteline spektraalne valgusefektiivsus päevanägemisel V(λ) (punane kõver) ja öönägemisel V'(λ) (sininekõver)

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

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

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

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

Valgusvoo mõõtur avatult

Valgusvoo mõõtmine

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:

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

Valgusvoo ${\mathit {\Phi }}_{\mathrm {v} }$ seoseid teiste fotomeetria ja radiomeetria suurustega

Valgussuurus	Suuruse tähis	Valem	Mõõtühik (tähis)	Vastav suurus radiomeetrias (mõõtühik)
Valgustugevus	$I_{\mathrm {v} }$	$I_{\mathrm {v} }\,=\,{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} \Omega }}$	kandela (cd)	Kiirgustugevus $I_{\mathrm {e} }$ (W/sr)
Valgustustihedus	$E_{\mathrm {v} }$	$E_{\mathrm {v} }\,=\,{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} A}}$	luks (lx)	Kiiritustihedus $E_{\mathrm {e} }$ (W/m²)
Heledus	$L_{\mathrm {v} }$	$L_{\text{v}}={\frac {\mathrm {d} \Phi _{\text{v}}}{\mathrm {d} A\ {\text{cos}}\vartheta \ \mathrm {d} \Omega }}$	kandela ruutmeetri kohta (cd/m²)	Kirkus $L_{\mathrm {e} }$ (W/(m²∙sr)

Valgusallikate valgusvoo näiteid

Hõõglambid (230 V) 40 W: 410–470 lm 60 W: 700–800 lm 75 W: 920–1050 lm 100 W: 1300–1530 lm

Leedlambid 3–4 W: 220–250 lm 5–7 W: 410–470 lm 8–10 W: 700–800 lm 11–12 W: 900–1050 lm 13–14 W: 1300–1500 lm

Luminofoorlambid (Ø 26 mm torud) 15 W: 650 lm 30 W: 1600 lm 36 W: 3550 lm 58 W: 5200 lm

Halogeenlambid (12 V) 10 W: 140 lm 20 W: 350 lm 50 W: 950 lm 100 W: 2300 lm

Muud Jaanimardikas: 0,014 lm/cm2 Leedindikaator: 0,001–1 lm Küünal: ≈ 10 lm Päike: 3,7·1028 lm

Vaata ka

• Fotomeetria