Işık verimi

Işık gözün algıladığı elektromanyetik ışınıma verilen isimdir. Işık gücünün toplam elektromanyetik ışınım gücüne olan oranı ise Batı dillerinde efficacy olarak adlandırılır. Bu terim dilimize ışık verimliliği ya da ışık etkinliği olarak çevrilebilir. Elektromanyetik ışınımın kızılötesi ve morötesi kısımları aydınlatma için kullanılamaz. Bir kaynağın tam ışık verimi, elektromanyetik ışınımın insan gözü tarafından ne derece algılandığı ile ilgilidir.

Işınım dalgaboyu veya frekans ile tarif edilebilir. İkisi arasındaki ilişki

${\displaystyle \lambda ={\frac {c}{f}}}$

Burada λ dalga boyu, f frekans ve c de ışık hızıdır.

Işık hızı boşlukta 299.792.458 m/s'dir. MKS'de dalga boyu birimi m, frekans birimi ise Hz'dir. (Yukarıdaki ilişkide frekans GHz cinsinden verilirse, dalga boyu da nm cinsinden hesaplanabilir.)

Bir ışık kaynağı çevreye çeşitli dalga boylarında ışınım yayar. Göz bu ışınımın sadece bir bölümünü algılar. İnsan gözü 380-740 nm (nanometre) arasındaki dalga boylarına duyarlıdır. Bu bandın üç noktalarında duyarlılık düşüktür. Maksimum duyarlıklık (aydınlık ortamda) 555 nm dalga boyundaki (ya da frekans birimleriyle verilecek olursa 540 THz'deki) ışınıma karşı durarlılıktır. (Bu rakamlar aydınlık ortam içindir. Renklerin ayırt edilemediği kadar karanlık ortamda maksimum duyarlılık 507 nm'dedir.)

Işık gücüne ışık akısı denilir. Bu niceliğin birimi lumendir (lm kısaltmasıyla gösterilir). 1 W gücünde elektromanyetik ışınım yapan ve sadece 555 nm dalga boyunda ışık üreten ışık kaynağı 683.002 lm kadar ışık akısı üretir. Diğer dalga boylarında ise 1 W'lık kaynak daha düşük ışık akısı üretir.

Işık verimliliği iki farklı şekilde gösterilebilir:

• Bir kaynağın ürettiği ışık akısı kaynağın ürettiği toplam elektromanyetik güce bölünür Sonuç lm/W birimiyle verilir.

${\displaystyle \eta ={\frac {\Phi }{P}}}$

• Bir kaynağın ürettiği ışık akısı sadece 555 nm dalga boyunda üretim yapan aynı güçteki bir kaynağın ışık akısına (Gücün 683 misli) bölünür. Sonuç % oranıyla ifade edilir.

${\displaystyle \eta ={\frac {\Phi }{680\cdot P}}}$

Burada Φ kaynağın ürettiği ışık akısı ve P de kaynağın gücüdür.

Yıldızların ışık verimliliği ölçülmüştür. Buna göre yıldız yüzeyinin sıcaklığı arttıkça ışık verimliliği de artmaktadır. Mesela Akrep burcundaki Antares gibi M sınıfı kırmızı yüzeyli yıldızların ışık verimliliği 30 lm/W civarındayken, G sınıfı bir yıldız olan Güneş’te verimlilik 80 lm/W'tır.

Bir ışık kaynağı sadece elektromanyetik ışınım üretmez. Gücün bir bölümü de ısı, ses hatta bazı durumlarda titreşim şeklinde mekanik harekete gider. Yapay ışıklandırma araçlarında, bütün bu kayıplar kaynağın elektrik şebekesinden çektiği güç olarak rahatlıkla ölçülebilir. Kaynağın ürettiği toplam elektromanyetik gücün ölçülmesi zor olduğu halde, kaynağın elektrik şebekesinden çektiği gücün ölçülmesi kolaydır. Bu sebeple, genellikle verimlilik bütün kayıpları göz önüne alınan toplam verimlilik (priz verimliliği) olarak hesaplanır. Doğal olarak, bu verimlilik ışık verimliliğinden daha düşüktür.

Şebekeden 5 W çeken bir kaynak 1366 lm ışık akısı üretirse, kaynağın aydınlık ortamda verimliliği şu şekilde bulunur.

${\displaystyle \eta ={\frac {\Phi }{P}}={\frac {1366}{5}}\approx 273\ {\mbox{lm/W}}}$

${\displaystyle \eta ={\frac {\Phi }{680\cdot P}}={\frac {1366}{680\cdot 5}}\approx \%\ {\mbox{ 40}}}$

Toplam verimlilik mumda 0,3 lm/W, gaz lambasında ise 2 lm/W dolaylarındadır. Akkor flamanlı ampullerde verimlilik genellikle 10 ile 20 lm/W arasında değişmektedir. Floresan lambalarda 50 ile 100 lm/W, sodyum buharlı lambalarda ise 100 ile 200 lm/W verimlilik değerlerine ulaşılabilmektedir. Ancak yüksek verimlilik 555 nm civarındaki bir bant anlamına gelmektedir ki, bu durum renk algılamasını bozduğundan, bu tür aydınlatma araçları verimlilik avantajına rağmen, fazla rağbet görmemektedir. Buna karşılık geliştirilme aşamasındaki LED tipi lambaları renk algılamasını bozmadan yüksek toplam verimlilik sağlaması beklenmektedir.

• Fotometri
• Işık akısı
• Elektromanyetik spektrum