11. Sınıf Fizik · Optik
Işık Şiddeti, Işık Akısı ve Aydınlanma
- ışık şiddeti
- ışık akısı
- aydınlanma
- candela
- lümen
- lüks
Işık şiddeti, ışık akısı ve aydınlanma arasındaki fark nedir?
Işık şiddeti, bir kaynağın belirli bir doğrultuda yaydığı ışığın gücünün ölçüsüdür ve birimi candeladır; ışık akısı ve aydınlanma ise ışığın yüzeylere ulaşan miktarını anlatır. Işık akısı (Φ), kaynaktan çıkan ve bir yüzeye ulaşan toplam ışık miktarıdır, birimi lümendir; noktasal bir kaynağın her yöne yaydığı toplam akı Φ = 4π · I ile bulunur. Aydınlanma (E), birim yüzeye düşen ışık akısıdır: E = Φ / A ve birimi lükstür. Işınlar yüzeye dik geliyorsa E = I / r² olur; ışınlar yüzey normaliyle α açısı yapıyorsa E = I · cosα / r² kullanılır. Örneğin 90 cd'lik lambanın 3 m uzağındaki dik yüzeyde aydınlanma 10 lx, π = 3 alınırsa toplam akı 1080 lm olur. Yeterli aydınlatma göz sağlığı, verimli çalışma ve enerji tasarrufu için önemlidir. Kaynaktan uzaklık iki katına çıkınca aydınlanma yarıya değil, dörtte birine iner.
Işık Şiddeti, Işık Akısı ve Aydınlanma: konu anlatımı ve özeti
Optik, ışığın yapısını ve madde ile etkileşimini inceler. Bir ortamın ne kadar aydınlık olduğunu anlatmak için ışık şiddeti, ışık akısı ve aydınlanma kavramları kullanılır.
- Işık şiddeti (I), bir kaynağın belirli bir doğrultuda yaydığı ışığın gücünün ölçüsüdür; birimi candela'dır (cd).
- Işık akısı (Φ), kaynaktan çıkan ve bir yüzeye ulaşan toplam ışık miktarıdır; birimi lümen'dir (lm). Noktasal kaynağın her yöne yaydığı toplam akı Φ = 4π · I'dır ve kaynağı tamamen saran yüzeyin boyutuna bağlı değildir.
- Aydınlanma (E), birim yüzeye düşen ışık akısıdır: E = Φ / A, birimi lüks'tür (lx).
- Işınlar yüzeye dik geliyorsa E = I / r²; aydınlanma uzaklığın karesiyle ters orantılı azalır.
- Işınlar yüzey normaliyle α açısı yapıyorsa E = I · cosα / r²; ışınlar yüzeye paralelse aydınlanma sıfırdır.
- Örnek: 90 cd'lik lambanın 3 m uzağındaki dik yüzeyde E = 90 / 9 = 10 lx olur. Bu lambanın toplam akısı π = 3 alınırsa 4 · 3 · 90 = 1080 lm'dir.
- Yeterli aydınlatma göz sağlığı, verimli çalışma ve enerji tasarrufu için önemlidir.
Unutma: Kaynaktan uzaklık iki katına çıkınca aydınlanma yarıya değil dörtte birine iner.
Bu özet yapay zekâ ile kitabın ilgili sayfalarından hazırlandı; hata içerebilir. Asıl kaynak MEB ders kitabıdır. İçerikler nasıl hazırlanıyor? · Son güncelleme:
Önce temeli pekiştir
Üç kavramı ayırmak için bir masa lambası düşün.
- Işık şiddeti (cd): Lambanın belli bir yöne ne kadar güçlü ışık saldığı. Lambanın kendi özelliğidir.
- Işık akısı (lm): Lambadan çıkan toplam ışık miktarı.
- Aydınlanma (lx): Masanın her metrekaresine düşen ışık. Lambaya olan uzaklığa ve ışığın geliş açısına bağlıdır.
Adım adım örnek: 40 cd'lik lamba, 1 m uzaktaki ve ışığı dik alan yüzeyde E = 40 / 1² = 40 lx aydınlanma oluşturur. Uzaklık 2 m olursa E = 40 / 4 = 10 lx olur. Işık yine 1 m'den ama normalle 60° açıyla gelirse E = 40 · cos60° = 20 lx olur.
Günlük hayattan: Kitabı lambanın tam altına değil de yan tarafa tuttuğunda sayfa daha az aydınlanır; ışınlar sayfaya eğik gelmektedir.
Sık yapılan hata: "Işık akısı ile aydınlanma aynı şeydir." Doğrusu: Işık akısı toplam ışık miktarıdır, aydınlanma ise bu ışığın birim alana düşen kısmıdır.
Derinleş
Cep telefonuna bir ışık ölçer (lüksmetre) uygulaması kurarak sınıfının farklı noktalarındaki aydınlanmayı ölç ve bir aydınlanma haritası çiz. Pencere kenarı ile sınıfın arka sırası arasındaki farkı yorumla. Coğrafya dersindeki Güneş ışınlarının geliş açısı ile mevsimler arasındaki ilişkiyi aydınlanma formülüyle açıkla; sınıfın aydınlatmasını iyileştirmek için enerji tasarrufu da sağlayan bir öneri hazırla.
Öğrenme çıktıları
Bu konunun soruları MEB öğretim programındaki şu öğrenme çıktılarını ölçer.
FİZ.11.3.1Işık şiddeti, ışık akısı ve aydınlanma kavramlarına ilişkin bilimsel çıkarım yapabilme
- a) Işık şiddeti, ışık akısı ve aydınlanma kavramlarının tanımlarını yapar.
- b) Işık şiddeti, ışık akısı ve aydınlanma kavramları ile ilgili veri setlerini inceler.
- c) Veri setlerini kullanarak ışık şiddeti, ışık akısı ve aydınlanma kavramlarını yorumlayarak değerlendirir.
Sorular
Soru bankasından bu konunun soruları, kolaydan zora.
Kolay
1Okul kütüphanesinde okuma masalarının yeterince aydınlık olup olmadığı bir ışıkölçerle kontrol ediliyor. Görevli, cihazı masa yüzeyine yatırıyor ve ekranda lüks cinsinden bir değer okuyor; tavandaki lambaların sayısı arttıkça değer de artıyor. Cihazın ölçtüğü aydınlanma için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
- A) Kaynağın bir doğrultudaki ışık gücüdür.
- B) Kaynaktan çıkan toplam ışık miktarıdır.
- C) Birim yüzeye düşen ışık akısıdır.
- D) Işığın boşluktaki yayılma hızıdır.
- E) Kaynağın birim zamanda harcadığı enerjidir.
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Birim yüzeye düşen ışık akısıdır.
Aydınlanma, bir yüzeyin birim alanına düşen ışık akısıdır (E = Φ / A) ve birimi lüks (lm/m²) olur. Kaynaktan çıkan toplam ışık miktarı ışık akısıdır; aydınlanma ise bu akının yüzeye ne kadar yoğun düştüğünü gösterir.
Kolay
2Bir fotoğrafçı, noktasal bir lambanın ışınlarının dik düştüğü bir fotoğraf kartını önce lambadan 1 m, sonra 2 m uzağa koyuyor. Işıkölçerle iki konumdaki aydınlanmayı karşılaştırıp poz süresini buna göre ayarlayacak. Kart lambadan 2 kat uzağa götürüldüğünde karttaki aydınlanma nasıl değişir?
- A) 2 katına çıkar.
- B) Dörtte birine iner.
- C) Yarıya iner.
- D) Değişmez.
- E) Sekizde birine iner.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Dörtte birine iner.
Noktasal kaynakta dik gelen ışınlar için E = I / d² olduğundan uzaklık 2 katına çıkınca aydınlanma 1/2² = 1/4'üne iner. Yarıya ineceğini düşünmek, aydınlanmanın uzaklığın karesiyle değil uzaklıkla ters orantılı olduğunu varsaymaktır.
Kolay
3Ece, yeni aldığı LED ampulün kutusunda ampulün çevresine her yöne yaydığı toplam ışık miktarını gösteren bir değer olduğunu öğreniyor. Bu değeri eski akkor ampulünkiyle karşılaştırmak için bir tablo hazırlıyor; tablonun sütun başlığına doğru SI birimini yazması gerekiyor. Ece bu sütuna hangi birimi yazmalıdır?
- A) Candela (cd)
- B) Lüks (lx)
- C) Watt (W)
- D) Weber (Wb)
- E) Lümen (lm)
Cevabı göster
Doğru cevap: E) Lümen (lm)
Kaynağın her yöne yaydığı toplam ışık miktarı ışık akısıdır ve birimi lümendir. Watt da ampul kutularında yazdığı için çekici bir çeldiricidir; ancak watt ampulün çektiği elektrik gücünün birimidir, yayılan ışık miktarının değil.
Kolay
4Bir el fenerinin tanıtımında, fenerin ışığı dar bir koni içinde topladığı ve bu nedenle ön tarafa doğru çok güçlü ışık verdiği belirtiliyor. Satıcı, fenerin yalnızca baktığı yöndeki ışık gücünü anlatan büyüklüğü vurgulamak istiyor. Satıcının vurgulaması gereken büyüklük ve birimi aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Aydınlanma – lüks
- B) Işık şiddeti – candela
- C) Işık akısı – lümen
- D) Manyetik akı – weber
- E) Elektrik gücü – watt
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Işık şiddeti – candela
Bir kaynağın belirli bir doğrultuda yaydığı ışığın gücü ışık şiddetidir ve birimi candeladır. Işık akısı (lümen) kaynağın her yöne yaydığı toplam ışığı anlatır; tek bir doğrultudaki yoğunluğu değil.
Kolay
5Bir sınıfın 3 m²'lik panosuna toplam 600 lm ışık akısı düzgün olarak düşüyor. Panodaki aydınlanma kaç lx'tir?
- A) 1800
- B) 50
- C) 600
- D) 100
- E) 200
Cevabı göster
Doğru cevap: E) 200
E = Φ / A = 600 / 3 = 200 lx. Akıyı alanla çarpan öğrenci 1800 lx gibi yanlış bir sonuç bulur.
Kolay
6Bir fotoğraf stüdyosunda noktasal bir lamba, bir yüzeyi dik olarak aydınlatıyor. Uzaklık değiştirilmeden lamba, ışık şiddeti 2 katı olan bir lambayla değiştiriliyor. Yüzeydeki aydınlanma nasıl değişir?
- A) Değişmez.
- B) Yarıya iner.
- C) 2 katına çıkar.
- D) 4 katına çıkar.
- E) Dörtte birine iner.
Cevabı göster
Doğru cevap: C) 2 katına çıkar.
E = I / r² bağıntısına göre uzaklık sabitken aydınlanma ışık şiddetiyle doğru orantılıdır. Kare ilişkisi uzaklık için geçerlidir, ışık şiddeti için değil.
Kolay
7Bir çalışma masasının üzerindeki bir noktayı iki lamba aynı anda dik olarak aydınlatıyor. Lambalardan biri tek başına 50 lx, öbürü tek başına 30 lx aydınlanma oluşturuyor. İki lamba birlikte yandığında bu noktadaki aydınlanma kaç lx'tir?
- A) 20
- B) 40
- C) 50
- D) 1500
- E) 80
Cevabı göster
Doğru cevap: E) 80
Aynı noktaya düşen ışık akıları toplandığı için aydınlanmalar da toplanır: 50 + 30 = 80 lx. Farkı alan öğrenci 20 lx bulur.
Kolay
8Bir öğrenci ışıkla ilgili büyüklükleri ve birimlerini bir tabloya yazıyor. Aşağıdaki eşleştirmelerden hangisi doğrudur?
- A) Işık şiddeti – lümen
- B) Işık akısı – lüks
- C) Aydınlanma – candela
- D) Işık akısı – lümen
- E) Aydınlanma – lümen
Cevabı göster
Doğru cevap: D) Işık akısı – lümen
Işık akısının birimi lümen (lm), ışık şiddetinin candela (cd), aydınlanmanın lüks (lx) birimidir. Lümen ile lüksü karıştırmak sık yapılan bir hatadır.
Kolay
9Defne, akşam ders çalışırken kitabını zor okuduğunu fark ediyor ve masa lambasını kitabına yaklaştırıyor. Lambanın ışınları kitaba hep dik geliyor. Kitabın daha rahat okunmasının nedeni nedir?
- A) Lambanın ışık şiddeti artmıştır.
- B) Uzaklık azaldığı için kitaptaki aydınlanma artmıştır.
- C) Lambanın toplam ışık akısı artmıştır.
- D) Kitabın yüzey alanı büyümüştür.
- E) Işınların kitapla yaptığı açı değişmiştir.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Uzaklık azaldığı için kitaptaki aydınlanma artmıştır.
Aydınlanma uzaklığın karesiyle ters orantılıdır; lamba yaklaşınca aydınlanma artar. Lambanın kendi ışık şiddeti ve toplam akısı değişmez.
Kolay
10Işık şiddeti 64 cd olan noktasal bir lamba, bir okuma kartından 2 m uzaktadır ve ışınlar karta dik geliyor. Karttaki aydınlanma kaç lx'tir?
- A) 8
- B) 32
- C) 16
- D) 128
- E) 4
Cevabı göster
Doğru cevap: C) 16
E = I / r² = 64 / 4 = 16 lx. Uzaklığın karesini almayan öğrenci 32 lx bulur.
Kolay
11Bir öğrenci noktasal bir lambadan farklı uzaklıklarda dik aydınlanmayı ölçüyor: Uzaklık (m) | 1 | 2 | 3 Aydınlanma (lx) | 36 | 9 | 4 Bu verilere göre lambanın ışık şiddeti kaç cd'dir?
- A) 4
- B) 9
- C) 72
- D) 36
- E) 144
Cevabı göster
Doğru cevap: D) 36
1 m'de E = I / 1² olduğundan I = 36 cd'dir; öbür satırlar da 9 · 4 = 36 ve 4 · 9 = 36 sonucunu verir. 2 m'deki aydınlanmayı ışık şiddeti sanan öğrenci 9 cd der.
Kolay
12Noktasal bir lambanın ışınları, bir kâğıdın yüzeyine tam paralel olacak biçimde geliyor; yani ışınlar kâğıdın yüzeyini sıyırıp geçiyor. Kâğıttaki aydınlanma için ne söylenebilir?
- A) En büyük değerindedir.
- B) Sıfırdır.
- C) Işık şiddetine eşittir.
- D) Uzaklıktan bağımsız olarak sabittir.
- E) Işınların dik geldiği durumun yarısıdır.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Sıfırdır.
Işınlar yüzeye paralelken yüzey normaliyle 90° açı yapar ve cos90° = 0 olduğundan aydınlanma sıfırdır. En büyük aydınlanma ışınlar dik gelirken oluşur.
Kolay
13Bir öğrenci, noktasal bir lambanın bir yüzeyde oluşturduğu aydınlanmayı etkileyen nicelikleri listeliyor. Aşağıdakilerden hangisi bu aydınlanmayı etkilemez?
- A) Lambanın ışık şiddeti
- B) Yüzeyin bulunduğu odanın hangi katta olduğu
- C) Işınların yüzey normaliyle yaptığı açı
- D) Lambanın yüzeye uzaklığı
- E) Lambanın bir başka lambayla değiştirilmesi
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Yüzeyin bulunduğu odanın hangi katta olduğu
Aydınlanma ışık şiddetine, uzaklığa ve geliş açısına bağlıdır (E = I · cosα / r²). Odanın bulunduğu kat bu niceliklerden hiçbirini değiştirmez.
Kolay
14Bir lambanın paketinde, lambanın her yöne yaydığı toplam ışık akısının 720 lm olduğu yazıyor. Lamba noktasal ve her yöne eşit ışık yaydığına göre ışık şiddeti kaç cd'dir? (π = 3)
- A) 60
- B) 180
- C) 240
- D) 8640
- E) 720
Cevabı göster
Doğru cevap: A) 60
Φ = 4π · I olduğundan I = 720 / 12 = 60 cd bulunur. 4π yerine π'ye bölen öğrenci 240 cd bulur.
Kolay
15Bir okulda, öğrencilerin uzun süre kitap okuduğu sınıflarda aydınlanma düzeyinin ölçülüp yetersiz yerlerde lambaların artırılması öneriliyor. Bu önerinin temel gerekçesi aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Sınıfların daha sıcak olması
- B) Işık şiddetinin birim yüzeye düşen akı olması
- C) Lambaların daha çok elektrik harcaması
- D) Sınıf duvarlarının renginin değişmesi
- E) Yeterli aydınlatmanın göz sağlığı için önemli olması
Cevabı göster
Doğru cevap: E) Yeterli aydınlatmanın göz sağlığı için önemli olması
Yeterli aydınlatma göz sağlığını korur ve verimli çalışmayı destekler. Birim yüzeye düşen akı aydınlanmanın tanımıdır, ışık şiddetinin değil.
Kolay
16Bir el fenerinin tanıtımında fenerin çevresine yaydığı toplam ışık miktarının, aynı ampulün çıplak kullanımıyla aynı olduğu ama ışığın dar bir doğrultuda toplandığı yazıyor. Bu durumda fenerin önündeki doğrultuda hangi büyüklük artmıştır?
- A) Bu doğrultudaki ışık şiddeti
- B) Toplam ışık akısı
- C) Ampulün harcadığı enerji
- D) Ampulün yüzey alanı
- E) Işığın rengi
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Bu doğrultudaki ışık şiddeti
Işık şiddeti belirli bir doğrultudaki ışık gücünün ölçüsüdür; ışık dar bir doğrultuda toplanınca o doğrultudaki şiddet artar. Toplam akı ise değişmemiştir.
Kolay
17Bir sınıfta ışıkla ilgili kavramları somutlaştırmak için püskürtme boya ve kâğıt kullanılıyor. Öğrenciler boyayı kâğıda önce 20 cm, sonra 80 cm uzaktan aynı süre boyunca dik olarak püskürtüyor ve uzaktan püskürtülen kâğıtta birim yüzeye düşen boyanın azaldığını, yani koyuluğun düştüğünü görüyor. Bu benzetmede boya kaynağı ışık kaynağını, kâğıt ise ışığın düştüğü yüzeyi temsil ediyor. Kâğıt üzerindeki koyuluğun uzaklıkla azalması, aşağıdaki büyüklüklerden hangisinin uzaklıkla azalmasını modeller?
- A) Kaynağın ışık şiddeti
- B) Kaynağın toplam ışık akısı
- C) Kaynağın elektriksel gücü
- D) Işığın yayılma sürati
- E) Yüzeydeki aydınlanma
Cevabı göster
Doğru cevap: E) Yüzeydeki aydınlanma
Benzetmede kâğıda düşen boya miktarı ışık akısını, kâğıt üzerinde oluşan koyuluk (birim yüzeye düşen boya) ise aydınlanmayı temsil eder. Aydınlanma birim yüzeye düşen ışık akısıdır ve kaynaktan uzaklaştıkça azalır. Kaynağın ışık şiddeti ve her yöne yaydığı toplam ışık akısı yalnız kaynağa bağlıdır; yüzeyin uzaklığıyla değişmez.
Kolay
18Zeynep, odasındaki ampulü değiştirmek için markete gidiyor. Rafta iki ampul buluyor: K ampulünün kutusunda “60 W, 800 lümen”, L ampulünün kutusunda “10 W, 800 lümen” yazıyor. İki ampul de ışığı her yöne eşit yayıyor ve odada aynı yere takılacak. Buna göre bu iki ampulle ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
- A) K odayı daha çok aydınlatır; çünkü elektriksel gücü daha büyüktür.
- B) L odayı daha çok aydınlatır; çünkü elektriksel gücü daha küçüktür.
- C) İkisi odayı eşit aydınlatır; aynı sürede eşit elektrik enerjisi tüketir.
- D) İkisi odayı eşit aydınlatır; L aynı sürede daha az elektrik enerjisi tüketir.
- E) K odayı daha çok aydınlatır; L ise aynı sürede daha çok enerji tüketir.
Cevabı göster
Doğru cevap: D) İkisi odayı eşit aydınlatır; L aynı sürede daha az elektrik enerjisi tüketir.
Lümen, ampulün yaydığı ışık akısının birimidir. İki ampulün ışık akıları eşit (800 lm) olduğundan aynı yere takıldıklarında odadaki yüzeylerde aynı aydınlanmayı oluştururlar. Watt ise ampulün birim zamanda tükettiği elektrik enerjisini, yani gücünü gösterir; E = P · t bağıntısına göre 10 W'lık L ampulü aynı sürede 60 W'lık K ampulünün altıda biri kadar enerji tüketir. Aydınlatmayı belirleyen watt değeri değil, ışık akısıdır.
Orta
19Bir kamp alanını aydınlatmak için ışık şiddeti 50 cd olan noktasal bir lamba, çadırların ortasına yüksek bir direğin ucuna asılıyor. Lamba ışığını her yöne eşit biçimde yayıyor; görevli lambanın toplam ışık akısını hesaplamak istiyor. (π = 3) Lambanın her yöne yaydığı toplam ışık akısı kaç lm'dir?
- A) 150
- B) 600
- C) 300
- D) 200
- E) 1.200
Cevabı göster
Doğru cevap: B) 600
Her yöne ışık yayan noktasal kaynak için Φ = 4π · I = 4 · 3 · 50 = 600 lm'dir. 300 lm, kaynağın yalnızca yarım küreye ışık verdiği varsayılarak bulunur; lamba her yöne yaydığı için tam kürenin 4π katsayısı kullanılır.
Orta
20Bir sahne ışıkçısı, ışık şiddeti 200 cd olan noktasal bir spot lambayı sahnedeki bir pankarttan 5 m uzağa yerleştiriyor. Işınlar pankartın yüzeyine dik olarak geliyor; ışıkçı yazının okunur olması için aydınlanmayı hesaplıyor. Pankarttaki aydınlanma kaç lx'tir?
- A) 4
- B) 8
- C) 16
- D) 40
- E) 1.000
Cevabı göster
Doğru cevap: B) 8
Dik gelen ışınlarda E = I / d² = 200 / 5² = 8 lx'tir. 40 lx sonucu uzaklığın karesi yerine kendisine bölünerek bulunur; aydınlanma uzaklığın karesiyle ters orantılıdır.
Katkıda bulun
Özette bir hata mı gördün, eklenmesi gereken bir bilgi ya da güzel bir soru mu var? Öner; yönetici onaylarsa sitede yayımlanır ve sana bildirim gelir.