Tarih boyunca filozoflar ve bilim insanları ışığın özelliklerini incelemiştir. Işığın kaynağından her yöne doğru büyük bir hız ile ve doğrusal yörüngede yayılan tanecikler olduğu fikri kabul gördü. Zaman içinde kaynaktan yayılan dalgalar şeklindeki fikir benimsendi. Işığın dalgalardan oluştuğu fikri dalga teorisi olarak bilinir. 20. yüzyılın başlarında fizik biliminde yapılan çalışmalar ile ışığın hem tanecik hem dalga özelliği gösterdiği ve birbirinden ayrı düşünülemeyeceği fikri benimsendi. Günümüzde ışığın hem tanecik (foton) hem de dalga (elektromanyetik) özellik yapısında olduğu kabul edilir.
Aydınlanma, ışığın yüzeylerden yansıması, farklı ortamlara geçerken yansıması, ışık demetlerinin birbiri içinden geçebilmesi olayları hem dalga hem tanecik teorisi ile rahatlıkla açıklanabilmektedir.
Işık, doğal veya yapay olarak üretilebilir. Kuanta veya foton adı verilen çok küçük ve kütlesiz enerji paketlerinden oluşur. Işık kaynaktan çıktığı anda doğrusal olarak büyük biz hızla yayılır. Işığın boşluktaki hızı 3.106 m/s’dir. Evrende bu hıza ulaşabilen hiçbir hareketli tanecik yoktur.
Farklı kaynaklar tarafından oluşturulan ışığın rengi, parlaklığı ve aydınlatma miktarı gibi birçok özellik birbirinden farklıdır. Işık kaynaklarının farklı parlaklıkta algılanmasının nedeni ışık şiddetlerinin farklı olmasıdır.
Işık Şiddeti
Işık kaynağının birim zamanda belli bir doğrultuda yaydığı ışık yoğunluğuna ışık şiddeti adı verilir. Işık şiddeti büyük olan kaynaklar daha fazla enerji paketi yani foton yayar. SI birim sistemine göre ışığın şiddetinin birimi candeladır. Sembölü cd’dir.
Işık Akısı
Bir ışık kaynağından birim zamanda her yöne yayılan toplam ışık miktarına ışık akısı denir. Işık akısı (fi) sembolü ile gösterilir ve SI birim sisteminde birimi lümendir (lm). Bir yüzeyin ışık akısı, kaynaktan çıkıp yüzeye düşen toplam ışık miktarıdır. 1 metre yarıçaplı kürenin merkezinde bulunan 1 cd ışık şiddetine sahip kaynaktan çıkan ışığın kürenin 1m2 ‘lik yüzeyinde oluşturduğu ışık akısına 1 lümen denir.
Işık şiddeti I olan kaynağın kapalı yüzeylerde oluşturacağı ışık akısı aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.
: kaynağın ışık akısı (lm), I: kaynağın ışık şiddeti olarak tanımlanır.
Bağıntıdan da görüldüğü gibi kaynağın kapalı bir yüzeyde oluşturduğu ışık akısı sadece kaynağın ışık şiddetine bağlıdır. Yüzeyin büyüklüğü yakalayacağı ışık miktarını etkilemez çünkü bütün ışık miktarı zaten yakalanmıştır.
Kapalı olmayan bir yüzeyde ışık şiddetine, ışığın yüzeye geliş açısına, kaynak ile yüzey arasındaki mesafeye bağlı olarak ışık akısı etkilenir.
Kapalı olmayan yüzeylerde akıyı etkileyen ve etkilemeyen durumları inceleyelim:
- Kaynağın ışık şiddeti artar ise yüzeyden geçen ışık miktarı artacağı için yüzeydeki ışık akısı artar.
- Düz ve birbirine paralel ışınlar yayan bir kaynağın önüne dik olarak yerleştirilen yüzeyde ışık akısı maksimum olur. Eğer ışınlara paralel yerleştirilir ise akı sıfır olur.
- Kaynak şiddeti ve kaynak ile levha arasındaki mesafe sabit tutulurken levha yüzeyi azaltılır ise yüzeyde oluşan akı azalır.
- Kaynaktan çıkan ışınların tamamı yüzeye düşüyor ise yüzey alanı değişimi ışık akısını etkilemez.
- Kaynaktan yüzey uzaklaştığında ise yüzeye düşen ışık miktarı düştüğü için akı azalır.
Aydınlanma Şiddeti
Birim yüzeye düşen ışık akısına aydınlanma şiddeti denir. E sembolü ile gösterilen aydınlanma şiddetinin SI birimi lux(lüks)tır ve lx sembolü ile gösterilir. Kaynaktan çıkan ışınlar yüzeye farklı açılar ile çarptığı için yüzeydeki aydınlanma şiddeti ortalama olarak hesaplanabilir. Yüzeyde oluşan ortalama aydınlanma şiddeti
şeklinde hesaplanır.
- Eort : Aydınlanma şiddeti (lm/m2 =lx)
- : Yüzeydeki akı (lm)
- A: Yüzey alanı (m2)
Işık şiddeti I olan bir kaynağın r yarıçaplı küre yüzeyinin her bir noktasında oluşturduğu aydınlanma şiddetine aşağıdaki gibi ulaşılır.
- : Noktasal aydınlanma şiddeti (cd/m2 )
- I: Kaynağın ışık şiddeti (cd)
- r : Yüzey ile ışık kaynağı arasındaki mesafe (m)
Bu bağıntı, aynı zamanda ışığın yayılma doğrultusuna dik yüzeyin herhangi bir noktasında oluşan aydınlanma şiddetini ifade eder.
