Elektrik akımının ışık etkisi anlatılmaya başlamadan önce bazı temel tanımlar ve aydınlatma tekniğinin temel büyüklüklerinin bilmesi gerekmektedir. Önce buradan başlayalım.

Temel tanımlar

Işık: Işık bir tür elektromanyetik dalgadır ve saniyede 300 000 km gibi büyük bir hızla yayılır. Dalga boyları 400-800 nanometre (nm) olan elektromanyetik dalgalar insan gözü tarafından ışık duyusu halinde algılanırlar. Algılanma sahası içindeki ışık 7 ana renkten oluşmuş olup her bir rengin dalga boyu farklıdır. Ancak ışık niteliğinde olup da insan gözünün algılamadığı ışınlar da vardır. Bunlar örneğin: ultraviyole (mor ötesi), infraruj (kızıl ötesi) röntgen ve x-ışınlarıdır.

Ultraviyole ışınları mor rengin üstündeki sahada bulunan soğuk ışınlardır. Mikro organizmalar üzerinde öldürücü, insan derisi üzerinde güneş yanığı etkisi yapar. Güneş önemli bir ultraviyole kaynağıdır.

Kırmızı rengin altındaki ışınlar infraruj ışınları olup, ısıtma etkisi oluşturduklarından sıcak ışınlar niteliğini taşırlar. Isınan her maddenin çevresine yaydığı sıcaklık infraruj ışınlarının bir sonucudur. Röntgen ışınları çok kısa dalga boyları nedeniyle cisimlerin içinden kolaylıkla geçtiğinden, tıpta ve çatlak kontrol aygıtlarında uygulama alanı bulmaktadır. Gamma ışınları atom çekirdeğinin parçalanması sonucu oluşurlar. Radyum tedavisi bu ışınlar yardımıyla yapılmaktadır. Ancak gerek röntgen gerekse gamma ışınları yaşam için son derece tehlikelidir. Bu nedenle bu ışınları üreten aygıtlar son derece sıkı bir kontrol altında işletilirler. Kozmik ışınlar uzayda bulunan çok yüksek frekanslı ışınlardır.

Laser ışını görülebilir ışığın çok özel yöntemlerle şiddetlendirilmiş şeklidir. Lazer ışını tek renkli ve ince bir huzme içinde yayılan son derece keskin bir bıçak gibidir. Uygulamada metallerin kesilmesinde, uzay haberleşmesinde vb. kullanılmaktadır.

Işığın ve Aydınlatma Tekniğinin Büyüklükleri

Elektrik akımının ışık etkisi aydınlatma tekniğinde bazı büyüklük kavramlarının ortaya çıkmasını sağlamıştır. Söz konusu insan gözü tarafından algılanan ışık olduğunda bunun şiddetini ve derecesini ölçülebilir büyüklüklere bağlamak gerektiğinden aşağıdaki tanımlar oluşturulmuştur.

Işık akısı: Elektrikli ışık kaynakları ( elektrik lambası vb.) elektrik gücünü alırlar ve ve bunu ışık gücü olarak verirler. Bir ışık kaynağının her yöne yaymış olduğu ışık gücü, ışık akısı (Φ) olarak anılır. Işık akısı Lümen (Latince: ışık) (lm) biriminde ölçülür.

Işık verimi (luminous efficacy) : Bir ışık kaynağında verilen elektrik gücünün ancak belirli bir kısmı ışık gücüne dönüştürülebilmektedir. Geri kalan kısmı ısı gücü halinde ortaya çıkmaktadır.

Bir ışık kaynağından yayılan ışık akısının çekilen elektrik gücüne oranı ışık verimini verir. Işık veriminin birimi lümen/watt dır (lm/w). Bir ışık kaynağının ışık veriminden yararlanarak 1 W’lık bir güç karşılığında kaç lümenlik ışık akısı vereceği saptanabilir.

Aydınlatma şiddeti: Gelen ışık akısı ne kadar büyük ve aydınlatma yüzeyi ne kadar küçük olursa, yüzey o denli parlak görünür.

Aydınlatılan yüzeyin ışık akısına oranı aydınlatma şiddetini (E) verir. Bunun birimi Lüxdür (Latince: ışık).

E= (Φ . ƞ) / A

E: aydınlatma şiddeti (lx)  Φ: ışık akısı (lm)   ƞ_A: aydınlatma verimi  A: aydınlatma yüzeyi (m²)

Aydınlatma şiddeti pozometre ya da luxmetre denilen aletlerle ölçülmektedir. Bu aletin içinde bir fotoselül ve bir döner bobinli ölçü aleti vardır. Fotoselül üzerine düşen ışığı elektrik akımına çevirerek ölçü aletine gönderir. Ölçü aleti bu akım değerini skalasında lüx biriminde gösterir.

Elektrikle aydınlatmada, aydınlatma şiddeti ölçek olarak sık sık kullanılmaktadır. Örneğin: saatçi çalışma masası = 1000 lx, ressam masası = 500 lx, montaj sahası = 250 lx, oturma odaları= 60 – 120 lx şiddetinde aydınlatılmaları gerekir.

Işık şiddeti: Belirli bir yönde olan ışık akımı ( yayılma açısı başına ışık akısı ) ışık şiddeti olarak anılır. Bir mumun verdiği ışıktan esinlenerek saptanmıştır. Birimi bu nedenle candeladır. (latince:kandil)

Aydınlatma yoğunluğu: Işık şiddetinin aydınlatma yüzeyine oranı aydınlatma yoğunluğunu verir. Birimi cd/cm². Aydınlatma yoğunluğu ışığın parlaklık derecesidir. Güneş aydınlatma yoğunluğu en yüksek kaynaktır. Hiçbir halde çıplak gözle bakılamaz. Aydınlatma yoğunluğu iyi ayarlanmamış yerlerde yorgunluk belirtileri olur ve görüşleri kısıtlanır.

Işık dağıtımı: Şekilde görülen ışık dağıtım diyagramı çeşitli yayılma açılarında lamba gruplarının ya da yalnız bir lambanın ışık şiddetini vermektedir.

Işık kaynağı ekseni üzerinden geçen bir düzlem düşünülmüş ve bu düzlem üzerinde her yöne olan ışık şiddeti ölçülmüştür. Ölçü değerleri bir noktadan başlayarak uygun yönlere yayılan doğrular üzerine işlenmiştir. İşlenen bu değerler birbirleri ile birleştirildiğinde ışık dağıtım eğrisi elde edilmiş olur.

1000 lümenlik çeşitli ışık kaynakları ve aydınlatma şekilleri için bu eğri tek tek çıkarıldığında en ekonomik ışık dağıtma türü şekilden seçilebilir.

Işık dağıtımı direkt, tam direkt, eşit, indirekt ve tam indirekt olmak üzere 5 ana grupta yapılmaktadır. Çeşitli dekorasyon, reklam ve eğlence amaçlarına göre ışık dağıtımı artık çağdaş uygarlığın vazgeçilmez bir ögesi olmuştur.

Aydınlatma Verimi

İç aydınlatma bugün genellikle aydınlatma verimi yöntemine göre hesaplanmaktadır.

Φ = ( E₀. A. 1,25 ) / ƞ_A

Φ: ışık akısı (lm)  E₀: ortalama aydınlatma şiddeti (lux) A: odanın taban alanı (m²)   ƞ_A:aydınlatma verimi

Formüldeki 1,25 katsayısı kirlenmeden ve aydınlatma şiddetinin azalmasından dolayı göz önüne alınmıştır.

Örnek: Bir işyerinin tabanı 11×4 m ve 3 metre yüksekliğindedir. Tavan ve duvarlar beyaz badanalıdır. Tam direkt bir aydınlatma istenmekte olup elde 3800 lümenlik ve 65 W’lık flouresans lambaları mevcuttur. Aydınlatma verimi oda koşullarına göre ve tam direkt aydınlatma için fabrikasyon verilerinden ƞ_A: %40 çıkarılmıştır. Aydınlatma şiddeti bürolar için 500 lx olduğuna göre kaç adet lamba kullanılmalıdır.

Φ (toplam ışık akısı) = (500 lx . 44 m² . 1,25 ) / 0,4 =69000 lümen

Lamba sayısı = toplam ışık akısı / bir lambanın ışık akısı = 69000/3800 =18 lamba gerekir.

Elektrikli Işık Kaynakları

Elektrik akımının ışık etkisi somut bir şekilde ışık kaynakları ile ortaya konmaktadır. Bu ışık kaynakları temelde ikiye ayrılır: Sıcak ışımalı lambalar , Soğuk ışımalı lambalar.

Elektrik enerjisinden ışık üretimi flemanlı lambalar ve gazışıl lambalar kullanılmak suretiyle iki şekilde olanaklıdır. Flemanlı ya da akkor lambalarda elektrik akımı ince bir telden (fleman) geçerken yüksek ısı oluşturmakta ve bunun sonucu ince tel akkor hale gelip ışıldamaktadır. Bunlar sıcak ışımalı lambalar olarak da tanınır.

Gazışıl lambalarda ise ışığın oluşması elektrik akımının gaz ve metal buharlarını iyonize etme ve flouresans maddeleri ışıldatma özelliğine dayanır. Bu lambalarda ışık oluşurken çok az ısı ortaya çıkar. Bu nedenle bunlara soğuk ışımalı lambalar da denilir.