ความเข้มของการส่องสว่าง

ความเข้มของการส่องสว่าง
สัญลักษณ์ทั่วไป	I, Iv
หน่วยเอสไอ	แคนเดลา (cd)
มิติ	J

ความเข้มของการส่องสว่าง (อังกฤษ: luminous intensity) เป็นปริมาณทางกายภาพที่ใช้ในการวัดแสง โดยแสดงถึงปริมาณของแสงที่ปล่อยออกมาในทิศทางหนึ่งจากแหล่งกำเนิดแสงที่มีลักษณะเป็นจุด ซึ่งแสดงเป็นอนุพันธ์ของฟลักซ์ส่องสว่างต่อมุมตันรอบแหล่งกำเนิดลำแสง

ความเข้มของการส่องสว่างเป็นหนึ่งในปริมาณทางฟิสิกส์ที่มนุษย์รับรู้ได้ ความเข้มของการส่องสว่างถูกจัดให้เป็นหนึ่งในปริมาณพื้นฐาน มิติของความเข้มของการส่องสว่างแทนด้วย J ในระบบหน่วยเอสไอได้กำหนดให้แคนเดลา (สัญลักษณ์: cd) เป็นหน่วยของความเข้มของการส่องสว่าง

พื้นหลัง

ความเข้มของการส่องสว่างเป็นคำจำกัดความเชิงปริมาณของความสว่างของแสงที่มนุษย์รับรู้ ดังนั้น คำจำกัดความของความเข้มของการส่องสว่างจึงสะท้อนถึงลักษณะของการมองเห็นของมนุษย์

แสงที่มนุษย์มองเห็นเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ชนิดหนึ่ง มนุษย์สามารถรับรู้แสงผ่านจอตาในลูกตา เซลล์รูปกรวย และ เซลล์รูปแท่ง ในเรตินาประกอบด้วย โปรตีน ที่เรียกว่าโฟตอปซินและโรดอปซิน ตามลำดับ และการมองเห็นเกิดขึ้นเมื่อโปรตีนเหล่านี้ได้รับแสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ

ความเข้มของแสงในฐานะคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (พลังงานของแสง) ถูกกำหนดโดยแอมพลิจูดของมัน แต่ในทางกลับกัน ความสว่างที่มนุษย์รับรู้นั้นไม่ได้แปรผันโดยตรงกับความเข้มของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากเซลล์รับแสงที่ประกอบกันเป็นเรตินาของมนุษย์จะตอบสนองต่อแสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ (ช่วงที่มองเห็นได้) เท่านั้น มนุษย์จึงไม่สามารถรับรู้ความสว่างของแสงที่มีความยาวคลื่นในช่วงที่มองไม่เห็น เช่น รังสีอินฟราเรด และ รังสีอัลตราไวโอเลต เนื่องจากลักษณะเฉพาะของการมองเห็นของมนุษย์ วิธีที่เรารับรู้ความสว่างจึงไม่เพียงขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นด้วย

คำนิยาม

ฟลักซ์ส่องสว่าง Φ ทะลุผ่านส่วนตัดขวางของพื้นที่ S โดยจุดกำเนิดแสงที่มีความเข้มการส่องสว่างเป็น I

ถ้าให้ ω เป็นมุมตันบนพื้นผิว S ที่ล้อมรอบจุดกำเนิดแสง เมื่อฟลักซ์ส่องสว่างทะลุผ่านพื้นผิว S เป็น Φ แล้วความเข้มของการส่องสว่างไปยังทิศทางหนึ่งในมุมตันขนาดเล็ก dω คือ

$I={\frac {d\varPhi }{d\omega }}$

และจะได้ว่า

$\varPhi =\int I\,d\omega$

ถ้าให้ค่ามุมจากจุดจอมฟ้า เป็น θ และมุมทิศ เป็น φ แล้ว จะได้ว่า

$\varPhi =\int I(\theta ,\phi )\,\sin \theta \,d\theta \,d\phi$

เราอาจนิยามความเข้มของการส่องสว่างของการแผ่รังสีได้จากค่าความเข้มของการแผ่รังสีโดยถ่วงน้ำหนักด้วยค่าประสิทธิภาพการส่องสว่างตามแต่ละช่วงความยาวคลื่นของฟลักซ์การแผ่รังสี ถ้าความเข้มของการแผ่รังสีสเปกตรัมที่ความยาวคลื่น λ เป็น I_e,λ และให้ K(λ) เป็นประสิทธิภาพการส่องสว่างของแต่ละช่วงคลื่นแล้ว ความเข้มของการส่องสว่างจะคำนวณได้โดย

$I=\int _{0}^{\infty }K(\lambda )\,I_{{\text{e}},\lambda }\,d\lambda$

หรืออาจนิยามจากค่าอัตราส่วนของประสิทธิภาพการส่องสว่าง V=K/K_m เทียบกับประสิทธิภาพการส่องสว่างสูงสุด K_m เป็น

$I=K_{\text{m}}\int _{0}^{\infty }V(\lambda )\,I_{{\text{e}},\lambda }\,d\lambda$

การมองเห็นซึ่งแสดงถึงความรู้สึกของมนุษย์นั้นแตกต่างกันไปในแต่ละคน และแม้แต่บุคคลคนเดียวกันก็เปลี่ยนไปตามสภาพร่างกายขณะนั้น ดังนั้นในการประชุมระหว่างประเทศว่าด้วยน้ำหนักและการวัด (CGPM) ครั้งที่ 16 ในปี 1979 จึงมีการกำหนดประสิทธิภาพการส่องสว่างสัมพัทธ์มาตรฐานสำหรับประสิทธิภาพการส่องสว่างสูงสุดไว้