id02472 10 Sınıf Fizik Işığın Gücü Aydınlanma Şiddeti ve Işık Kaynakları şarkısı 1

Merhaba! Bu derste “ışığın gücü” kavramını, aydınlanma şiddetini ve ışık kaynaklarını konuşuyoruz. Gözümüze düşen ışığın ne kadar parlak olduğunu nasıl belirleriz? İşte bu sorunun cevabı aydınlanma şiddetidir. Aydınlanma şiddeti E, yüzeye düşen toplam ışık akısının (lumen cinsinden) yüzey alanına bölünmesiyle elde edilir: E = Φ / A. Birimimiz lüks (lx). Yani 1 lüks = 1 lümen / m². Yakından daha parlak görürüz; çünkü ışık kaynağından uzaklık arttıkça yüzeye düşen ışık akısı azalır. Noktasal bir kaynağın yakınında bıraktığı aydınlanma şiddeti uzaklığın karesi ile ters orantılıdır: E = I / r². Burada I ışık şiddetidir ve birimi candela (cd). Eğer I, tüm uzaya eşit yayılan bir nokta kaynağın ışık şiddetiyse, toplam akı Φ = 4πI olur. Bu önemli ilişki sınavlarda çok kullanılır. Örneğin 1 cd şiddetindeki tam küresel bir kaynak 1 steradyan başına 1 lümen akı üretir ve tüm uzaya toplam 4π ≈ 12,57 lümen akı yayar. Işık şiddeti (I) ile lümen (Φ) birbirine çok bağlıdır ama anlamları farklıdır. Φ ışık akısı, yani bir kaynağın toplam yaydığı görünür ışık miktarıdır. I ise belirli bir doğrultudaki ışık yoğunluğudur; 1 cd = 1 lm / sr. Bir yüzeye dik olarak düşen ışıkta E = I / r² ile hesaplarız. Yüzey eğik olduğunda ışık “seyrekleşir”; aydınlanma şiddeti yüzey normaliyle gelen ışık arasındaki θ açısının kosinüsü kadar azalır: E = (I / r²) cos θ. Bunun nedeni yüzey alanının “görünür alanı”nın artmasıdır; verilen akı daha büyük bir alana yayılır. Yanılsamaları da tartışalım: Yansıma ve kırılma, geometriye ve yüzeyin optik özelliklerine bağlıdır. Örneğin bir aynaya gelen ışık geliş açısı kadar çıkar; yüzey düzse özel bir durum yok. Kırılma durumunda Snell yasası n₁ sin i = n₂ sin r geçerli. Bu durumlarda lümen akısı korunur; dağılır ama kaybolmaz. Pürüzsüz bir yüzeyde gelen ışık dar bir koniye yönlenirse bir noktadaki E artabilir. Yansıtıcı lambalar (parabolik reflektörlü) ışığı belirli bir doğrultuda odakladığı için o yönde I büyük olur. Şimdi ışık kaynaklarına bakalım. Noktasal bir kaynak tüm uzaya yaklaşık eşit dağılımla ışık yayar. Çizgisel bir floresan boru özellikle paralel bir eksen boyunca güçlü ışık üretir. Küresel emisyon yapan kaynaklar (sıcak gövdeli) Lambert yasasına yakın davranır; ışık şiddetiyle yüzey normali arasındaki açının kosinüsüne bağlıdır. LED’ler yönlendirilebilir yapılarıyla belirli açılarda çok yüksek I değerlerine ulaşır. Lazerler ise tek doğrultulu, uyumlu ışık üretir; burada E ışının çapı ve kavisli yüzeyler nedeniyle değişebilir. Sorularınızda E’yi bulurken üç öğeye dikkat edin: uzaklık, açı ve yön. Eğer E yüksekse ya I büyük, ya r küçük, ya da θ küçüktür. Eğer E yüksek ve r sabitse, I büyüktür; bu da kaynağın “parlaklığını” o doğrultuda yansıtır. Son bir örnek: 1 cd şiddetindeki bir kaynak 1 m mesafede, duvara dik gelirse E = 1/1² = 1 lx. 2 m’de E = 1/4 = 0,25 lx olur. Duvar 30° eğik olsaydı, yüzeyle açı 60° olur ve E = 0,25 · cos 60° = 0,125 lx olurdu. Eğer aynı kaynak tüm uzaya 4π sr dağıtıyorsa toplam akı Φ = 4π·1 ≈ 12,6 lm’dir. Unutmayın: E yüzeye düşen akıyı ölçer; I kaynağın belirli bir doğrultudaki parlaklığını ölçer. Bu iki kavramı birbirine karıştırmayın.