Fotometri Nedir? Bu Büyüklüklerin Matematiksel Tanımları

Fotometri Nedir? Bu Büyüklüklerin Matematiksel Tanımları, Bir ışık kaynağının şiddetinin ölçümü. Aynı tayf bileşimi bulunan ışık kaynağı durumlarında homokrom fotometri; ışık kaynaklarının bileşimi farklıysa, heterokrom fotometri söz konusudur.

Işık Etkinliği

Fotometri, ışığın algılanmasına bağlı büyüklüklerin incelenmesidir. Elektromagnetik ışınımlar bütünü olan ışık, ölçülebilir bir enerji taşır: Işık, sözgelimi, bir termoelektrik çift yardımıyla ölçülebilir bir sıcaklık yükselmesi oluşturur. Bir ışık demetiyle taşınan güç, demete özgü bir büyüklüktür, ama ışınımın, gözün oluşturduğu alıcı üstüne etkisi dalga boyuna da bağlıdır. Göz seçicidir, ağtabakanın duyarlı olduğu ışınımlar yalnızca
0,4-0,8 mikrometre arasındaki dalga boylarındadır. Ayrıca, ağtabakanın duyarlılığı X dalga boyuyla değişir; bu duyarlılık, 0,56 um yakınındaki A için en yüksek düzeydedir. Tekrenkli bir demetin taşıdığı £ enerji akışına, demetin göz üstündeki etkisini belirleyen bir F ışık akışı denk düşer. oranı, gözönüne alınan ışınıma denk düşen ışık etkinliğidir. Bu etkinlik, dalga boyuyla değişir.

Fotometri Büyüklükleri

Gözün birim zaman içinde algıladığı ışık enerjisini niteleyen F ışık akışı, noktasal bir kaynak tarafından yayınlanırsa ya da böyle olduğu göz önüne alınabilirse, bu kaynağın belirli doğrultudaki I ışık şiddeti basit bir koniden yayınlanan akım öğesi aracılığıyla belirlenir; yaygın bir kaynak söz konusu olduğunda, L ışıklılığı olayın nitelendirilmesini sağlar.

Aydınlanan yüzeyler ya da ekranlar, algıladıkları E aydınlanması yoluyla hesaplamalarda etkili olurlar: Burada birim yüzeyin aldığı ışık akışı söz konusudur.

Işık şiddeti birimi olan kandela (simgesi cd) fotometrinin temel birimidir. Bu birim, lümenin (ışık akışı birimi) metrekarede nit’in (ışıklılık birimi) ve lüksün (aydınlatma birimi) tanımlanmasını sağlar. Göz, 10~13 lümenlik bir akıya duyarlıdır. Güneşin zenitteki ışıklılığı 1,6.109 nit, akkor halindeki bir ampul telininkiyse, 0,8.10 B nittir. Güneşin yazın, öğlende, toprağı aydınlatması 105 lükse eşittir; bir iş yerindeyse bunun 300 ile 600 lüks arasında olması gerekir.

Fotometreler

Her ne kadar fotometride kullanılan bütün ölçü aletlerine fotometre deniyorsa da, bu sözcüğün ışık şiddetini ölçmekte kullanılan araçlar için kullanılması daha yerinde olur. Lümenmetreler bir ışık akışının, lüksmetreler de bir aydınlanmanın ölçülmesinde kullanılır. Bütün bu aygıtlar karşılaştırma yöntemine dayanır: İncelenen büyüklük, ayar olarak seçilen büyüklüklerle karşılaştırılır. Karşılaştırma ya görseldir ya da bir fotoselle gerçekleştirilir.

1. FOTOMETRİK BİR TABAKA KULLANILMASINI GEREKTİREN DAĞILIMLI EKRANLI AYGITLAR.

a) Lumıner ve Brodhun fotometresinde P, ve P. dikdörtgen prizmalarını içeren bir Lummer kübünden yararlanılır. Bu prizmalardan birinin tabanı (merkez bölümü dışında) hafifçe eğridir;iki prizma birbirine, tabanlarının merkez bölümünden yapıştırılmıştır. Çizim l’de gösterildiği gibi, ışık demeti prizmalara gelir ve gözlemci, L büyütecinin içinden aydınlanma oranı eşit olmayan iki alan görür: Tabanların merkez bölümünden geçen, Mı aynasının yansıttığı ışıkların oluşturduğu bir merkez alan ve M2’den çıkıp P2 prizmasının tabanının P,’e değmeyen yüzey bölümü üstünden tam bir yansımaya uğrayan ışınlardan kaynaklanan halka biçimindeki bir bölge. S, ve S2, E dağılımlı ekranının iki yüzünü aydınlatan iki ışık kaynağıdır. Ayar-kaynağı sabit kalacak biçimde incelenen ışık kaynağı az ya da çok uzaklaştırılarak bölgenin aydınlanmasında eşitlik gerçekleştirilir.

b) Aydınlanma ölçümü için, lüksmetre adı verilen taşınabilir aygıtlar kullanılır. Bir lüksmetre, bir kaynağın şiddetinin ya da ışıklılığının bazı koşullaraltında ölçülmesini sağlar.

c) Lümenmetreler, bir ışık kaynağının toplam akışının ölçülmesinde kullanılır; en tanınmış olanı, Ulbricht’in toplayıcı küresidir. Bu aygıt, merkezine incelenen ışık kaynağının konduğu, 3 m çapında, büyük bir yayıcı küredir. İç yüzeyin küçük bir bölgesindeki aydınlanma, bu bölgeye doğrudan gelen ışınlar bir ekranla engellenerek ölçülür; aydınlanma, iç yüzey tarafından yayınlanan akıyla, yani ışık kaynağının yaydığı akıyla orantılıdır.

2. EKRANI DAĞILIMLI OLMAYAN FOTOMETRELER.

Bu fotometreler ışık yitimini önlerler;incelenen yüzey, bir mercek yüzeyidir. Fabry ve Buisson fotometresi bu ilkeye dayanır (Çiz. 2). Bu aygıtlar taşınabilir olarak yapılmıştır ve lüksmetre olarak da kullanılabilir. Söz konusu aygıtlar daha çok, aynı tayf bileşimindeki ışık kaynaklarının karşılaştırılmasını sağlarlar. Bazı termometrelerde, ışıklılık, sıcaklığa bağlı bir büyüklük olarak kullanılır. Fotoğrafçılıkta, bir fotoseliri aydınlanması, fotoğraf makinesini ayarlar. Ölçülerin doğrudan doğruya gökyüzünde yapıldığı gökbilim fotometrisi, kendine özgü sorunlarla, özellikle yer atmosferinin saydamlık sorunuyla karşı karşıya kalmıştır; bunun da ancak atmosferdışı, özellikle Ay üstündeki gözlemevleri çözümleyebilecektir.

Işık ışınımlarıyla ve daha genel olarak elektromagnetik ışınımlarla bağdaştırılan, yükü ve denge durumundaki kütlesi sıfır olan tanecik.

Fotometri Özellikleri

Madde ile ışıma arasındaki enerji alışverişinin Planck tarafından, fotoelektrik yayınımınsa Einstein tarafından yorumu, XX. yy’ın başında, elektromagnetik enerjinin uzay içinde sürekli biçimde dağılmayıp, foton adı verilen taneciklerde toplandığı varsayımına ulaştırmıştır. Bu fotonlar, ışığın boşluktaki c yayılma hızıyla, yani 300 000 km/sn hızla yer değiştirirler. Enerjileri bir enerji kuvantumununkine, yani ışınımın f frekansı ile h Planck sabitinin (h=6, 62xl0~34 j.s.) çarpımına eşittir. Fotonun hızı c’ye eşit olduğundan, denge durumundaki kütlesi mutlaka sıfır olmalıdır. Fotonun bağıl kütlesi (m) mc2= hf olacak biçimdedir: m = £7 ’dir. Compton deneyi bu taneciğin hareket miktarının saptanmasını sağlar:

DALGA VE FOTON

Louis de Broglie bu formülleri dalga mekaniğinin oluşturulmasında kullandı. özellikle, p hareket miktarı ile
A ışıklı dalga boyu arasında P = y bağıntısı bulunur, f frekanslı her tek bileşenli dalgaya bir W enerji fotonu ve p hareket miktarı bağdaştırılır. Bu frekansın kesin olarak bilinmesi, Heisenberg’in belirsizlik bağıntıları gereğince, fotonun uzayda yayılmasının önlenemeyeceği sonucuna yol açar. Gerçekte, ışık tümüyle tek frekans bileşenli bir dalga değildir ve fotonların konumu belli bir olasılıkla bilinmektedir. Böylece ışığın tanecik ve dalgakııramları bir arada ve birbirini tamamlar biçimdedir.

Fotometri Tarihi

Farklı ışık kaynaklarının bağıl şiddetlerini saptamak için yapılmış olan girişimler, XVII. yy’m sonundan başladı: İlk girişimi, Sirius’un ışığını Güneş’inkiyle karşılaştıran Huyghens yaptı. Bu amaçla ucunda çok küçük bir delik açılmış olan bir tüpten yararlandı; deliğe küçük bir küresel mercek tutturulmuştu; aygıt, Güneş diskinin ancak 27 664’te biri kadar bir bölümünün görülmesini sağlamaktaydı. Huyghens diskin bu parçasının Sirius’unkiyle aynı ışıklılıkta bir görüntü vermesinden, yıldızın uzaklığının Güneş’inkinin 27 664 katı olduğu sonucunu çıkardı. Yöntemin birçok hatalı yanı vardı. Çünkü iki ışık şiddetinin oranı çok daha büyüktür ve Sirius yıldızı da çok daha uzaktır. Basit bir fotometre yardımıyla iki ışığın bağıl şiddetlerini ilk kez ölçen Celcius oldu. Lüsimetre adını verdiği aygıt, üstüne küçük çaplı daireler çizilmiş beyaz bir kâğıttan oluşuyordu. Bu daireleri ayırt edebildiği uzaklık yardımıyla şiddeti değerlendiriyordu. Kış ve yaz gündönümlerine göre şiddetlerin saptanmasını araştırarak fotometrinin gerçek temelini atan Bouguer oldu: Bu araştırmaların sonuçlarım Essai d’optique’te (Optik Denemesi, 1729) yayımladı. 1760 yılındaysa, sorunu daha genel bir biçimde inceleyen Lambert’in Photometrie (Fotometri) adlı yapıtı yayımlandı.

KANDELA

Bir kandela, belirli bir doğrultuda, bu doğrultuya dik, alanı 1/60 sm~ olan ve platinin katılaşma sıcaklığında ısıtılmış (2060 K) bir ışıksız cisim ışınımı yayınlayan bir deliğin ışık şiddetidir. Uluslararası fotometrik şiddet ayarı, yüksek frekansta indüklenmiş olan bir ısıtma bobini yardımıyla erime sıcaklığına getirilmiş platini içeren bir potadan yapılmıştır, önceleri, Carcei, Hefner, Harcourt lambaları, şiddet ayar kaynaklarıydı; bunlar günümüzde az kullanılmaktadır. Uluslararası ayar kaynaklarından, tungsten telli lambalar olan ikinci derece ayar kaynakları yapılmaktadır.

FOTOMETRİ BÜYÜKLÜKLERİNİN MATEMATİKSEL TANIMLARI

Fotometri büyüklüklerinin matematiksel tanımları

Fotometri büyüklükleri, bir demete ilişkin enerji büyüklükleri olarak ta-nımlanır. Kaynağın dS yüzey parça-sıyla ve ekranın dS’ yüzey parçasıy¬la sınırlanan bir demetin taşıdığı akı şöyle belirtilir:

Burada r, dS ve dS’ yüzey parçalan arasındaki uzaklık, e ve e de yüzey-lerin normalleriyle demetin AA’ ışın doğrultusunun yaptığı açılardır.. L kaynağın e doğrultusundaki ışıklı-lığını; dS’coıO’ ) yüzey parçasını
gören dQ katı açısını; ı = ^ bölümü de kaynağın 0 doğrultusundaki ışık şiddetini gösterir. Kaynak, nokta biçimindeyse (ya da böyle olduğu kabul edilirse) I şiddeti dfl açısıyla gelen d bölümüne eşit olur. _dF_ bölümü,
ekranının aydınlanmasını gösterir; son olarak, ışık kaynağının gönder¬diği toplam akının, kaynağın yüze¬yine bölümü, kaynağın yayınlama gücüdür.

Hadi Paylaş!Share on FacebookTweet about this on TwitterShare on Google+Share on RedditPin on Pinterest

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir