Luksi

Luksi (tunnus lx) on SI-järjestelmän mukainen yksikkö valaistus­voimakkuudelle. Kappale on luksin valaistuksessa, jos sille lankeaa neliömetrin pinta-alalle luumenin valovirta.

Fotometriassa lukseina mitataan tietylle pinnalle osuvan tai sen läpi kulkevan valon intensiteettiä sellaisena kuin ihmissilmä valon havaitsee. Vastaava radiometrinen yksikkö on watti neliömetriä kohti. Kun valon aistein havaittu voimakkuus kuitenkin riippuu myös sen aallon­pituudesta, ei myöskään fotometristen ja radiometristen yksiköiden suhde ole vakio vaan sekin riippuu valon aallonpituudesta tavalla, jonka osoittaa luminositeettifunktio, valon havaittua kirkkautta kuvaava standardoitu malli.

Valaistusvoimakkuus 

Valaistusvoimakkuus on suure, joka kuvaa sitä, kuinka suuri valovirta osuu tietyn suuruiselle pinnalle. Valovirta, jonka yksikkö on luumen, voidaan käsittää mitaksi sille, kuinka suuri määrä valoa alueella kaiken kaikkiaan on, ja valaistusvoimakkuus on sen intensiteetti sen osuessa jollekin pinnalle. Sama määrä valoa valaisee pinnan sitä heikommin, mitä laajemmalle alueelle se on levinnyt, ja niinpä valaistusvoimakkuus (lukseina) on kääntäen verrannollinen pinta-alaan, mikäli valovirta (luumenenina) on vakio. 

Yksi luksi on yhtä kuin yksi luumen neliömetriä kohti:
  

Jos 1 000 luumenin valovirta kohdistuu yhden neliömetrin pinnalle, valaistusvoimakkuus pinnalla on 1 000 lx. Jos kuitenkin sama 1 000 luumenin valovirta jakautuu 10 neliömetrin pinta-alalle, tuloksena on heikompi valaistus, jossa valaistusvoimakkuus on vain 100 lx.

Tavallisessa kotikeittiössä 500 luksin valaistus voidaan saada aikaan yhdellä loistelampulla, josta lähtevä valovirta on 12 000 luumenia. Suuressa tehdassalissa, jonka pinta-ala on kymmeniä kertoja suurempi, yhtä suuren valaistusvoimakkuuden aikaansaamiseksi tarvitaan kymmenittäin vastaavan kaltaisia lamppuja. Toisin sanoen suuremman pinta-alan valaiseminen samalla luksimäärällä edellyttää suurempaa valovirtaa luumeneina mitattuna.

Muiden SI-yksiköiden tavoin luksistakin voidaan käyttää SI-etuliitteillä muodostettuja kerrannaisyksiköitä. Esimerkiksi yksi kiloluksi (klx) on 1 000 lx.
 
Seuraavassa taulukossa on esimerkkejä eri tilanteissa tyypillisistä valaistusvoimakkuuksista:

Valonlähteen aikaansaama valaistusvoimakkuus pinnalla, joka on kohtisuorassa valonlähteen suuntaan nähden, on samalla mitta sille, kuinka kirkkaana valonlähde havaitaan. Esimerkiksi tähti, jonka näennäinen magnitudi on 0, saa maan pinnalla aikaan 2,08 mikroluksin valaistuksen. Juuri ja juuri nähtävissä oleva tähti, jonka magnitudi on 6, saa aikaan 8 nanoluksia. Auringon paisteessa valaistusvoimakkuus voi olla jopa 100 000 luksia, joskin tarkka arvo riippuu ilmakehän olosuhteista. Tämä suora normaali valaistusvoimakkuus on verrannollinen auringon valaistusvakioon, jonka arvo on 128 000 luksia.

Pistemäisen valonlähteen aikaansaama valaistusvoimakkuus pinnalla, johon se kohdistuu, on edellä kuvailtu luksimäärä kerrottuna valonlähteen tulosuunnan ja pinnan välisen kulman kosinilla. Jos valonlähde peittää laajan avaruuskulman, valaistusvoimakkuus on verrannollinen pinnan normaalin ja valonlähteen painopisteen suunnan välisen kulman kosiniin, edellyttäen että koko valonlähde on pinnan yläpuolella.

Valon emittanssi
Luksi on myös valaisevan pinnan emittanssin yksikkö.  Emittanssi on pinnalta lähtevä, luumeneina mitattava valovirta jaettuna sen pinnan alalla. Se on erotettava luminanssista, joka mitataan kandeloina neliömetriä kohti ja joka riippuu myös siitä, millä tavoin valo jakautuu eri suuntiin. Jos täysin valkoiselle pinnalle osuu yhden luksin valaistus, siitä heijastuvan valon emittanssi on myös yksi luksi.

Valaistusvoimakkuus ja irradianssi
Kuten kaikilla fotometrisillä yksiköillä, luksillakin on myös radiometrinen vastineensa. Ero fotometristen ja radiometristen yksiköiden välillä on siinä, että radiometriset yksiköt mittaavat säteilyn fysikaalista voimakkuutta, ottamatta huomioon sen aallonpituutta, kun taas fotometriset yksiköt on määritelty ottaen huomioon, että ihmisen silmän näköjärjestelmä on eräille valon aallonpituuksille herkempi kuin toisille, ja siten valon eri aallonpituuksia painotetaan eri tavoin. Tämä painotuskerroin tunnetaan luminositeettifunktiona.

Luksi on yksi luumen neliömetriä kohti (lm/m2), kun taas vastaava radiometrinen yksikkö, jolla mitataan irradianssi, on watti neliömetriä kohti (W/m2). Yksiköiden lx ja W/m2 välillä ei ole yleispätevää muuntokerrointa, vaan valaistusvoimakkuuden ja irradianssin suhde riippuu valon aallonpituudesta, minkä vuoksi niitä ei voida muuntaa toisikseen, ellei valon spektraalista koostumusta tunneta.

Luminsositeettifunktion maksimikohta on 555 nanometrin aallonpituuden kohdalla, joka vastaa vihreää valoa. Tämän aallonpituuden kohdalla silmän herkkyys on suurimmillaan. Monokromaattisella valolla valaistusvoimakkuuden ja irradianssin suhde onkin tällä aallonpituudella suurimmillaan: 683,002 lx / (W/m2). Toisin sanoen irradiassi, joka tällä aallonpituudella vastaa yhden luksin valovoimakkuutta, on noin 1,464 mW/m2. Muilla näkyvän valon aallonpituuksilla yksi watti neliömetriä kohti vastaa pienempää lukseina mitattavaa valaistusvoimakkuutta. Näkyvän valon aallonpituusalueen ulkopuolella, infrapuna- tai ultraviolettialueella valaistusvoimakkuus on nolla.

Eri henkilöillä silmän herkkyys eri aallonpituuden omaaville valoille vaihtelee. Fotometriset yksiköt on kuitenkin täsmällisesti määritelty ja täsmällisesti mitattavissa. Ne perustuvat sovittuun standardoituun luminositeettifunktioon, joka perustuu monilla koehenkilöillä tehtyihin silmän näköherkkyyden mittauksiin.

Lähteet 

Valaistusvoimakkuuden yksiköt
SI-järjestelmän johdannaisyksiköt
Seulonnan keskeiset artikkelit