Lumen, lux a ti druzí

S těmito pojmy se každý potápěč dříve či později nevyhnutelně prakticky seznámí, pokud tedy své dovednosti neomezuje pouze na denní ponory někde v čisté vodě a bez foťáku. Jedná se o pojmy spojené se světelnými zdroji. Ty tam jsou doby, kdy se i u baterek jako jediný údaj uváděl příkon žárovky ve watech a všichni jsme měli jakési povědomí o tom jak to svítí (ve valné většině to svítilo  bídně). Současní výrobci světelných zdrojů se snaží uvádět i další údaje, které však při známé a všeobecné „oblibě“ fyziky v naší populaci  situaci spíše zatemňují. Pojďme tedy do názvosloví a problematiky vůbec vnést trochu světla.

Základní jednotkou mezinárodního systému SI sloužící k porovnání intenzity světla z různých zdrojů je kandela (cd). Svítivost je vlastností zdroje světla. Prakticky je to jednotka těžko uchopitelná a pro naše účely si vystačíme s jednotkami odvozenými.

Lumen (lm), je jednotkou světelného toku a udává kolik světla daný světelný zdroj vyprodukuje a vyšle požadovaným směrem, používá se k popisu „výkonu baterky“.  K němu by se měl udávat vždy vyzařovací úhel zdroje.

Lux (lx) , je jednotkou osvětlenosti a udává množství světla dopadající na osvětlenou plochu. Jednotka 1 lux udává osvětlenost plochy 1 m^2, , na kterou dopadá rovnoměrně tok 1 lm ( tj. osvětlována zdrojem 1 cd ze vzdálenosti 1 m). Osvětlenost předmětů a scenérií je právě to co nás při pozorování a fotografování (nejen) pod vodou zajímá. Jen pro informaci, norma na osvětlení, požaduje 500 lx pro administrativní činnost a 50 lx odpovídá např. osvětlení podchodů.

Ne právě začínající potápěči, kteří nestartovali rovnou na LED, rovněž dobře chápou pojem měrný výkon (lm/W), který udává účinnost přeměny elektrické energie na světelnou. Hodnota udává poměr světelného toku vyzařovaného zdrojem k elektrickému příkonu zdroje. Tento poměr se naštěstí  pro nás potápěče neustále zlepšuje. Zatímco první žárovkové baterky měly měrný výkon cca 10 lm/W (halogenky 15), kvalitní ledky mají přes 120 lm/W, v praxi to znamená, že stejnou „práci“ nám místo 50W halogenky s 9 Ah olověným gelovým akumulátorem udělá třeba i kvalitní jeskyňářská čelovka téměř zanedbatelné váhy a objemu.

Ani když má baterka hodně lumenu, nemusí nám ještě nutně zajistit dostatečnou osvětlenost žádaného objektu. U zdroje totiž závisí, v jakém kuželu daný počet lumenu vyzařuje. Čím větší kužel světla, tím větší osvětlená plocha, která je v případě osvětlenosti ve jmenovateli a výslednou osvětlenost tedy zmenšuje (viz výše, lx=lm/m²).

Je to jako s hasičskou proudnicí, kde stejný proud, tentokrát vody, jednou úzký dosáhne dál a větší intenzitou, podruhé široký namočí větší plochu, ale méně.

Navíc čím dále od zdroje, tím je rovněž osvětlená plocha větší, tady lze zvídavějším zájemcům doporučit oprášení učiva základní školy (goniometrické funkce + obsah kruhu). Orientačně platí:

Pokud si snad někdo oprášil funkci „tg“, tak si může vypočítat osvětlenost daného předmětu či stěny v předpokládané vzdálenosti při zvoleném kuželu vyzařování pro každý konkrétní případ. Samozřejmě, takovýto výpočet je více méně teoretické cvičení pro lepší pochopení výše naznačené problematiky, v praxi je to, kam dosvítíte, limitně závislé na čistotě vody.

Budete-li už oprašovat zasuté vědomosti nechoďte úplně moc do hloubky, protože narazíte na lom světla na rozhraní průhledných prostředí s jinou optickou hustotou. Tady se jedná o prostředí nejméně tři vzduch – sklo/plast – voda; šťoura objeví i víc, např. halogenová atmosféra – sklo – vzduch – sklo/plast – voda atd. To je ale zvláště pro malé vyzařovací úhly – bodovky zbytečná práce, protože se zmenšujícím se úhlem je tento vliv stále menší. Krom toho tato úvaha přestává být obecná, protože je třeba zahrnout i tvarové a materiálové vlivy předního „okna“ konkrétní baterky.

Chceme-li tedy hledat pokračování prostorné jeskynní chodby, musíme světelný tok (lm),zkoncentrovat do úzkého kužele. Chceme-li naopak sledovat předměty blízké, spíše upřednostníme široký úhel před bodovým světlem, které může způsobovat až oslnění. Oko adaptované převážně na tmavou scénu pak jasný bod vnímá jako „přepal“ zejména pokud se svítí na předmět s vyšší odrazivostí (typicky manometr, počítač), pokud se oko adaptuje (zacloní) na jasný bod, není schopné vnímat okolí osvětleného „bodu“. Ideální je moci přizpůsobit vyzařovací úhel zdroje účelu jeho použití nebo našemu zornému úhlu v masce, protože tak neplýtváme kapacity zdroje osvětlováním toho co nevidíme a naopak se nedíváme do černého tunelu se světlem na konci. V praxi je pak nejčastější bodovka s širokým „sekundárním“ kuželem, ten v čisté vodě vytváří dostatečný prostorový efekt, ve špinavé nás pak tolik neoslňuje nasvícený kal atd.

Závěrem ještě trochu úvah o energetice a délce ponoru. Máme-li LED světlo se světleným tokem 1000 lm a měrném výkonu 100 lm/W, bude mít toto světlo teoretický příkon 10W. Při stejnosměrném zdroji na 12 V bude odběr proudu teoreticky 0,83 A (výkon je součin napětí a proudu, tedy P=U*I). Pokud chceme, aby světlo vydrželo svítit 4 hod, potřebujeme kapacitu akumulátoru minimálně 3,3 Ah (skutečná kapacita záleží kromě velikosti odebíraného proudu také na teplotě, typu aku…). Naopak, známe-li vybíjecí proud a kapacitu akumulátoru (při daném vybíjecím proudu, teplotě…), můžeme přibližně „dopočítat“ zbývající dobu svitu. Tento faktor není dobré podcenit, protože ani jasná mysl nastalou tmu nerozptýlí a svit fluorescenčních ciferníků rychle pohasne.

Petrové