Valovoima

Valovoima on fysiikassa perussuure (tunnus Iv ), joka kuvaa pistemäisen valon lähteen lähettämän valon määrää avaruuskulmaa kohti. Valolla tarkoitetaan säteiden, tai vastaavasti hiukkasista puhuttaessa fotoneiden, määrää, joita valonlähde lähettää. Suure ilmaisee siten sähkömagneettisen säteilyn silmälle näkyvän osan eli valon intensiteettiä. Suureen alkuperäistä määritelmää on kuitenkin laajennettu koskemaan koko sähkömagneettisien säteilyn spektriä, mikä muuttaa suureen saamia arvoja. Näkyvän valon mittauksista käytetään nimitystä fotometriset mittaukset ja koko sähkömagneettisen spektrin mittauksista käytetään nimitystä radiometriset mittaukset.
Määritelmässä esiintyvän avaruuskulman yksikkö on steradiaani (sr). Steradiaani on avaruuskulma, jossa 1 metrin säteisen pallon pinnalla oleva 1 m2 suuruinen ympyräkalotti näkyy pallon keskipisteestä. Pistemäinen valonlähde pallohuoneen keskipisteessä lähettää jokaiseen suuntaan yhtä paljon säteitä koko ajan. Katossa oleville kahdelle eri 1 m2 suuruisille alueille osuu yhtä paljon säteitä eli niiden valovoima on sama. Jos tarkastellaan pienempää 0,5 m2 aluetta, osuu siihen puolet vähemmän valonsäteitä, mutta valovoima on siitä huolimatta sama. Valonsäteet leviävät eri suuntiin tasaisesti ja yhtä tiheästi, joten osumakohdan pinta-ala ei vaikuta valovoimaan. Asiaa voisi verrata sateeseen, jossa pisaroita osuu maahan joka puolelle yhtä tiheästi. Riippumatta siitä, kuinka suureen astiaan vettä sateessa kerätään, kertyy astian pohjalle yhtä paksulti vettä samassa ajassa. Siten sateen pisaroiden osumakohtien tiheyttä voidaan verrata valonlähteen valovoimaan.
SI-järjestelmän perusyksikkö.
Valovoiman SI-yksikkö on kandela, joka lyhennetään cd. Yksi kandela vastaa suurin piirtein yhden kynttilän lähettämää valon määrää yhden steradiaanin avaruuskulmaan. Tätä käytettiin alun perin valovoiman yksikön määritelmänä, mutta se on myöhemmin korvattu tarkemmilla määritelmillä. Tällä hetkellä yksi kandela vastaa monokromaattisen valonlähteen lähettämän, taajuudeltaan 5,40·1014 Hz, valon säteilytysvoimakkuutta 1/683 W/m2 yhden metrin etäisyydellä säteilylähteestä. Sama asia tarkoittaa, että säteilyintensiteetti on 1/683 W/sr.
Tästä määritelmästä käy ilmi, kuinka SI-järjestelmän perussuure määritellään johdannaissuureiden säteilytysvoimakkuuden tai säteilyintensiteetin avulla. Tämä lienee vain käytännön tarpeista nousevaa tarve, koska mittaustekniikka on kehittynyt mittaamaan tarkasti säteilyn energioita ja tehoa, jota säteilytysvoimakkuuden määrittämisessä käytetään.
Lainalaisuuksia.
Valovirta.
Jos pistemäisen valonlähteen valovoima on jokaisessa suunnassa sama, riippuvat valovoima ja valovirta toisistaan
formula_1
missä formula_2 on valovirta ja formula_3 on avaruuskulma. Silloin valonlähteen kaikkien suuntien yhteenlaskettu kokonaisvalovirta formula_4 on
formula_5
josta saadaan
formula_6
Mikäli valovoima formula_7 riippuu suunnasta, saadaankin
formula_8
Valaistus ja etäisyyslaki.
Jos valovirta formula_2 valaisee tasaisesti pinnan, jonka pinta-ala on formula_10, saadaan pinnan valaistusvoimakkuudeksi
formula_11
Koska valovirta on formula_12 ja avaruuskulma on formula_13 saadaan
formula_14
Tämä on niin sanottu etäisyyden laki, joka ilmaisee, että säteitä vastaan kohtisuoran pinnan valaistus pienenee kääntäen verrannollisena etäisyyden neliöön. Siispä saman valaistuksen saamiseksi eri etäisyydelle, tulee valovoima muuttua suoraan verrannollisena etäisyyden neliöön
formula_15