Aydınlatmada Kelvin Ve Lümen' İn Önemi

[K]Fotoğrafların bir kısmı aslı olmayıp uygunları eklenmiştir. Metinde herhangi bir değişiklik yapılmadı. sinan m.d[/K]

Herkese merhaba,
 
Zamanla azalıyor olsada aydınlatma seçiminde lambaların kelvin ve lümen değerlerinin bazı akvaristler tarafından ele alındığını yada sorulduğunu görüyorum. Ayrıca yaptığım ikili görüşmelerde forumda bu konuları dile getirmeyenlerin çoğu içinde bu değerlerin henüz tam kavranamamış bilinmeyen yanları olduğunu gördüm. Açıkcası bu bilgilerin bir kısmı için aynı durum yakın zamana kadar benım içinde geçerliydi. Zira mevcut yazı ve makalelerde tanımlar yeterince açıklayıcı olmadığı gibi bu değerlerin ilişkileri ve bitki akvaryumunda kullanım şekilleri ile ilgilide yeterli bilgi bulunmamakta.. [b]Bu yazı ve başlık ile; kelvin, lümen ve bunların aydınlatmadaki rolleri konularına akılda hiçbir soru işareti kalmayacak şekilde açıklık getirmeyi umuyorum.[/b] Aslında bu araştırmaları yapıp yazıyı yazma konusunda beni  ateşleyen olay aşağıda linklerini verdiğim, sitemizin ana sayfasında ve forumun makaleler ve tercümeler bölümünde makale olarak bulunan yazıyı görmem oldu:
 
Anasayfa linki:
[url=http://www.akvaryum.com/bitkili_akvaryumda_isiklandirma_ve_diger_gozlemlerim_makaler_37_1281.asp]http://www.akvaryum.com/bitkili_akvaryumda_isiklandirma_ve_diger_gozlemlerim_makaler_37_1281.asp[/url]
 
Forum linki:
[url=http://www.akvaryum.com/Forum/bitkili_akvaryumlar_k34489.asp]http://www.akvaryum.com/Forum/bitkili_akvaryumlar_k34489.asp[/url]
 
Ciddi anlamda hataların ve yanlış önerilerin bulunduğu eskiden kalma bu yazı ile ilgilide yöneticilerle tamasa geçeceğim.
 
**********
 
Konuya girmeden renk tayfı ve bitkilerin fotosentez için kullandıkları dalgaboyları gibi konularda kısa bir [b]ön bilgi (hatırlatma)[/b] vermek konunun daha iyi anlaşılmasını sağlayacak:
 
[IMG]https://foto.akvaryum.com/fotolar/49423/220320181509341.jpg[/IMG]
Beyaz ışığı bir prizmadan geçirdiğinizde farklı renklere ayrıldığını çoğumuz biliriz. (şekil. 1):
 

Şekil.1
 
Beyaz ışık gözümüzle algılayabildiğimiz tüm renklerin birleşimi olup prizmada ayrılan bu renklerin birarada oluşturdukları görüntü ışık tayfı olarak adlandırılır. Işığın elektromanyetik dalgalardan oluşması nedeniyle tayftaki her rengin yeri ve miktarı belli olup her renk kendisine ait dalgaboyuna sahiptir. Dalgaboyları nm (nanometre) birimi ile kullanılır ve görünür tayftaki dalga boyu aralığı yaklaşık 380-750 nm arasındadır. (şekil. 2)
 
[IMG]https://foto.akvaryum.com/fotolar/49423/220320181453071.jpg[/IMG]
Şekil. 2: Görünür tayfta renkler ve dalgaboyları
 
Yapılan araştırmalarda bitkilerin ışığın yanlızca görünür tayfından yararlanmadıkları görülmüş olsada bir son kullanıcı ve akvarist olarak konunun bizi ilgilendiren ve pratikte uygulayabileceğimiz kısmı görünür tayfla ilgilidir. Bitkilerin görünür tayfta fotosentez için kullandıkları ışığın büyük bir kısmı kırmızı ve mavi renklerin olduğu dalgaboyu aralıklarına denk gelmektedir. Sarı - yeşil renkleri algıladığımız dalgaboylarındaki ışığın çoğunu yansıtırlar (bu sayede yeşil renkte görünürler). Yani bu renkleri kırmızı ve maviye oranla çok düşük seviyelerde kullanırlar. Bu durum bitki türlerine göre  değişiklikler göstersede genel anlamda böyledir. (şekil 3)
 
[img]http://4.bp.blogspot.com/_Pviv1EnJHxY/ST3eJxqN62I/AAAAAAAAAF8/bTpeJviiUOo/s320/action%2520spectrum%2520en.jpg[/img]
Şekil. 3: Dalgaboylarına göre fotosentetik aktivite
 
Akvaryumlarımızda sıklıkla kullanığımız T8 ve T5 tipi florasan lambalar, power compact yada metal halide (MH) lambalarda birer ışık kaynağı olduklarından benzer tayfsal (spektral) ışınımlara sahiptirler. Üreticiler lambaların kullanım amaçlarına bağlı olarak farklı dalga boylarında güçlü ışık verecek şekilde üretim yaparlar ve bu ışınımların dalgaboyu ve miktarlarını spektral güç dağılım grafiği vb. isimlerle ürünlerinin kutularında, kataloklarında yada internet sitelerinde verirler. (şekil. 4)
 
[IMG]https://foto.akvaryum.com/fotolar/49423/220320181450401.jpg[/IMG]
Şekil. 4: Hagen firmasının Aqua Glo model florasan lambasına ait spektral grafik
 
[b]Bu grafiklerde bitkilerin kullandığı dalgaboylarında lambanın güçlü ışıma yapması (yukarıdaki grafikte pik yapan dalga boyları), lambanın sahip olduğu aydınlatmanın bitki açısından daha verimli kullanılacağı anlamına gelir ve bitki akvaryumlarında bu tip lambaların kullanımı tercih edilir.[/b]
 
Not: Günlük hayatta lamba kullanımında çoğu kişi bu grafıklere bakmadığından, bakmaya ihtiyaç duymadığından (sebebi kelvin kısmında) bazı lambaların hali hazırda grafikleri bulunamayabilir.
 
**********
 
Evet, bu kısa (!)  ön bilgiden sonra asıl konuya geçebiliriz [:)]
 
[b]Kelvin (K):[/b]
 
Bir sıcaklık ölçüsü birimi olan kelvin (0 K (kelvin) yaklaşık -273 C (derece) ye eşittir), aydınlatmada ışık kaynaklarının renk sıcaklığını ifade etmede kullanılır.
 
[b]Peki renk sıcaklığı nedir?[/b] Bilim adamları tarafından siyah cisim olarak adlandırdıkları cisimleri ısıttıklarında cismin belli bir sıcaklıktan sonra ışık yaymaya başladığı görülmüştür. Sıcaklık arttıkça ışığın rengide değişmiştir (şekil. 5). Bu olay termal (ısıl) ışıma olarak adlandırılır.
 

[IMG]https://foto.akvaryum.com/fotolar/49423/220320181516381.jpg[/IMG]
Şekil. 5: Kelvine bağlı ışıma renkleri
 
[b]Siyah cisim nedir?[/b] Siyah cisim; maruz kaldığı tüm ışığı soğuran (yani hiç yansıtmayan) ideal özellikteki cisimler için kullanılan bir tanımlamadır.
 
[b]Işık kaynaklarının kelvin dereceleri nasıl belirlenir?[/b] Işık kaynakları yukarıda da bahsettiğim spektral grafiklerinde görülebilecek, farklı dalgaboylarında ışımalar yapabilirler. Bu ışımaların karışımı, yani lambanın görünen rengi, siyah cisim ışımasında ortaya çıkan renklerle karşılaştırılarak siyah cismin aynı rengi veya en yakın rengine denk gelen kelvin değerini alır. Bu işlem mamtematiksel formüller ve CIE renk diyagramı kullanılarak yapılır. (Şekil. 6)
 
[IMG]https://foto.akvaryum.com/fotolar/49423/220320181522321.jpg[/IMG]
Şekil. 6: CIE renk diyargramı
 
Diyagramda kenarlardaki x ve y koordinatları (bazı kaynaklarda u ve v olarak geçiyor) tayfsal veriler ile matematiksel olarak hesaplanıp yerine konduğunda bu değerlerin kesiştiği nokta ışık kaynağının görünen karışım rengini verir. Diyagramda ortadaki eğri, siyah cismin ışıma yaptığı renk koordinatlarını ifade eder. Bizim pek kullanmadığımız Tungsten lambalar gibi görünür dalgaboyu aralığında sürekli tayfa sahip lambaların (şekil. 7) renk sıcaklıklarını bu eğri üzerinde net olarak bulmak mümkünken sıklıkla kullandığımız florasan lambaların karmaşık ve kesikli tayf yapıları nedeniyle renk sıcaklıkları ancak yakın değerlerde bulunabilir. Yani diyagramda siyah cisim eğrisi dışında yer alırlar. Diyagramda görülen eğriyi kesen çizgiler, eğriyi kestikleri kelvin değerinin alınacağı ilişkilendirme çizgileri olup eğri dışında bulunan bu noktaların yaklaşık kelvin değerlerini belirlemede kullanılırlar. Bu şekilde bulunan renk sıcaklıklarına "ilişkili renk sıcaklığı" denir ve kullandığımız lambaların kelvin değerleri bu şekilde belirlenir. Bu nedenle örneğin 8500 K lik bir Sylvania grolux pembe-beyaz tonlarda görünürken ADA' nın çok yakın değerde ve yaklaşık aynı renkte görünmesi gereken 8000 K' lik bir lambası açık mavi-beyaz tonlarda görülebilir (ilişkilendirme çizgilerinin siyah cisim eğrisinin iki tarafınada uzaması sonucu).
 
[IMG]https://foto.akvaryum.com/fotolar/49423/220320181533061.jpg[/IMG]
Şekil. 7: Tungsten lamba spektral diyagramı
 
[b]Yukarıdaki paragrafta gerçekleşen işleyiş; tersine hareketle kelvin değeri bilinen ancak tayfsal grafiği bilinmeyen bir lambanın grafiğini bulmada kullanılabilir mi? [/b]Benim araştırmalarıma göre hayır. Sebebi net renk sıcaklığının değil, ilişkili renk sıcaklığının söz konusu olması nedeniyle net koordinatların belirlenmesi ve ayrıca diğer bilinmezlere ulaşılması mümkün değil. Ancak spektrofotometre ve radyasyon termometresi gibi özel aletlerle yapılacak laboratuvar çalışmaları gerektirir. Bunuda bizim yapmamız mümkün değildir.
 
[b]Kelvin değerinin bitki akvaryumu aydınlatmasında kullanımı nasıl olmalı?[/b] Yukarıdaki bilgilerdende anlaşıldığı üzere spektral dağılım grafiği olmadan kelvin değerine  bakarak spektral grafiğine ulaşmamız ve lambanın bitkiler için ne derece verimli olduğunu anlamamız mümkün değildir. Bu nedenle lambaların kelvin değeri iki amaçla kullanılabilir:
 
- Spektral grafiği bilinen ve grafikleri bitkiler için uygun bulunan fakat farklı kelvin değerlerine sahip florasanlar arasında seçim yapmada. Bu sayede tankın aydınlanma rengini, dolayısıyla atmosferini seçme şansı doğar.
 
- Yeterli miktarda bitkiler için uygun florasan kullanıldıktan sonra tank içi aydınlatmasının istenilen tonda ayarlanmasına yardım edecek ek lamba seçiminde dikkate alınabilir.
 
Kaynaklar:
[url=http://www.emo.org.tr/ekler/f53f879eaa4dff7_ek.pdf]http://www.emo.org.tr/ekler/f53f879eaa4dff7_ek.pdf[/url]
[url=http://www.emo.org.tr/ekler/b9ff04ef832682d_ek.pdf]http://www.emo.org.tr/ekler/b9ff04ef832682d_ek.pdf[/url]
[url=http://en.wikipedia.org/wiki/Color_temperature]http://en.wikipedia.org/wiki/Color_temperature[/url]
 
**********
 
[b]Lümen (lm):[/b]
 
Işık akısı birimidir.
 
[b]Işık akısı[/b];bir ışık kaynağının birim zamanda yaydığı toplam ışık miktarını verir. Işık akısı insan gözünün ışık hassasiyetine bağlıdır. Fizyolojik yapısı nedeniyle göz, ışık kaynağından çıkan ışığı dalgaboylarına (renklerine) göre farklı parlaklıklarda algılar. En parlak algılanan dalga boyu 555 nm' de (sarı renk), en sönük algılanan dalgaboyları ise görünür dalgaboyu aralığının alt ve üst sınırlarıdır (kırmızı-mor ve mavi-lacivert renkler) (Şekil. 1)
 
[IMG]https://foto.akvaryum.com/fotolar/49423/220320181535191.jpg[/IMG]
Şekil. 1: insan gözü hassasiyet grafiği
 
Dolayısıyla harcanan birim enerji başına yayılan ışık akısı (lümen değeri) bu grafiğe bağlı olarak en yüksek değerini 555 nm dalga boyunda alır ve bu dalgaboyunda 1 W (watt) enerjiye karşılık 683 lümenlik ışık akısı yayınımı söz konusudur. Watt başına lümen miktarları (hassasiyet grafiğine göre) dalgaboyu 555 nm' den büyüdükçe ve küçüldükçe azalır. Tabloda dalgaboyuna göre lm/W değerleri verilmiştir:
 




[b]Dalgaboyu
[nm][/b]
[b]Hassasiyet
[1/1][/b]
[b]1W' a karşılık ışıma gücü
[lm][/b]

[IMG]https://foto.akvaryum.com/fotolar/49423/220320181602021.jpg[/IMG]
Tablo. 1
 
Yukarıda, ön bilgilerde verdiğim, "dalgaboylarına göre fotosentetik aktivite" grafiği ile "insan gözü hassasiyet" grafiğini karşılaştırdığımızda pik yapan noktaların birbirlerinin tam tersi olduğunu görürüz. Yani bitkilerin çok az kullandığı yeşil-sarı dalgaboylarındaki ışığı insan en parlak olarak (yüksek lümen değerinde) algılarken bitkiler tarafından en çok kullanılan kırmızı-mavi dalgaboyları civarı insan tarafından daha sönük (düşük lümen değerinde) algılanmaktadır.
 
[b]Bu durumda watt değeri eşit iki lamba arasında seçim yaparken lümen değeri fazla olanı almak sadece tankınızı sizin daha aydınlık görmenizi sağlar. Ancak bitkilerinizin bir işine yaramaz.[/b] Hatta muhtemeldir ki lümen değeri düşük lambalar bitkler açısından daha verimli spektral grafiklere sahiptir..
 
Bu nedenle bitki akvaryumunda lamba seçiminde lümen değerini dikkate almak hatalı bir davranıştır. Yapılması gereken şey lambanın bitkiye uygunluğu için spektral grafiğine, gücü içinde watt değerine bakmaktır.
 
 
[b]Peki lümen değerinin bitki akvaryumunda kullanım alanı var mıdır?[/b] Tam olarak vardır denemez; dahil olduğu noktalar vardır ama açıkcası bilmeye gerek yok. Şöyleki;
 
Bitki akvaryumlarında kullanılabilecek farklı lamba tipleri vardır. En çok kullanılanlar power compact florasanlar, T8 tipi florasanlar, yüksek çıkışlı T5 tipi florasanlar ve metal halide lambalardır.
 
Bu lambalarda örneğin;
 
T8 tipi (26 mm çapında), 60 cm boyunda ve 18 W enerji harcayan   Sylvania Aquastar, 900 lm ışık akısına sahiptir ([url=http://www.sylvania-lamps.com/Sylvanialamps/PDS.aspx?lang=en&pn=1&iid=Syl2221]kaynak[/url]). Aynı lambanın (yani model ve spektral grafikleri aynı) T5 tipi (16 mm çapında), 56 cm boyunda ve 24 W enerji harcayan tipi 1120 lm ışık akısına sahiptir ([url=http://www.sylvania-lamps.com/Sylvanialamps/PDS.aspx?lang=en&pn=1&iid=Syl2741]kaynak[/url]). Görüldüğü gibi daha ince ve kısa bir lambadan daha yüksek bir ışık akısı elde edilmektedir. Bu ise daha uzağa (yada akvaryum açısından baktığımızda daha derine) nüfüz etmeyi sağlar. Zira noktasal bir kaynaktan yayılan ışık akısının yoğunluğu; ışık şiddetine ve etki yüzeyine bağlı etki ettiği uzaklıkla  ters orantılı olarak azalmaktadır.
 
Burada bahsettiğim gibi lampa tiplerini bilmek yada lamba boyutuna oranla harcadığı enerjiyi (watt) bilmek yeterli olmaktadır. Zira Lümen değeri spektral grafik sabit olduğu sürece watt değeri ile artış göstermektedir.
 
Yeri gelmişken hangi yükseklikteki tanka hangi tip lambanın uygun olabileceği ile ilgili bir sıralamada vereyim:
 
Power compact lambalar -------------- 25 - 30 cm' e kadar yüksekliklerde
T8 tipi florasanlar ----------------------- 25 - 55 cm arası yüksekliklerde
Yüksek çıkışlı T5' ler -------------------- 55 - 70 cm arası yüksekliklerde
Metal halide lambalar ------------------ 70 - 100 cm arası yüksekliklerde
 
Genellikle uygun olmaktadır.
 
Sıralama, içinde taban bitkileri bulunacak high-tech bir tanka göre verilmiş genel bir sıralamadır. Yükseklikler brüttür. Ayrıca yükseklik bilgilerinde gereğinden fazla ışık sağlamayacak alt değerler verilmiştir.
 
Kaynaklar:
[url=http://www.giangrandi.ch/optics/eye/eye.shtml]http://www.giangrandi.ch/optics/eye/eye.shtml[/url]
[url=http://neuronresearch.net/vision/files/photopiceffic.htm]http://neuronresearch.net/vision/files/photopiceffic.htm[/url]
[url=http://en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy]http://en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy[/url]
[url=http://www2.itu.edu.tr/~onaygil/disayd_Fotometrik_Buyuklukler.pdf]http://www2.itu.edu.tr/~onaygil/disayd_Fotometrik_Buyuklukler.pdf[/url]
 
**********
 
Evet, yazı burada son buluyor. Yazı ve bu konularla ilgili anlaşılmayan, eklemek istediğiniz, eleştireceğiniz yada farklı görüş bildireceğiniz kısımlar olursa bu başlık altında beraber araştırarak ve paylaşarak konuyu açıklığa kavuşturalım isterim.
 
Teşekkürler.mustafaerdogar2010-06-16 17:08:38[EDIT]sinan m.d,2018-03-22 16:05:55[/EDIT]

Çok teşekkürler, sitede bir çok kişi sorularının cevabını buradan bulabilecekler.

Elinize ve emeğinize sağlık Mustafa Bey teşekkür ederim. Peki lamba seçimi yaparken dikkat etmemiz gereken, akvaryumun hacmi mi olmalı yoksa yüksekliği mi?

Her ikisinide göz önünde bulundurmak gerekli. mustafaerdogar2010-06-15 20:13:38

Tevfik Bey açıkcası bu konularda yakın zamana kadar benimde çok ayrıntılı bilgim yoktu; öğrenmeyede gerek görmemiştim zira bitkiler için uygun florasanlar belliydi ve bitkiler açısından asıl önemli konunun lambaların tayfsal güç dağılım grafikleri olduğunu ve watt değerleri ilede yeterli performans alındığını biliyordum. Ancak forumda zaman zaman sorulması ve çoğu zaman cevap alınamaması yada alınan cevapların doğruluğundan şüphe duymam sonucu bu konularda da araştırma yaptım. mustafaerdogar2010-06-17 13:59:28

Mustafa Bey, makaleniz için gerçekten çok teşekkür ederim. Ciddi emek verdiğiniz ortada.

Katsayı yaklaşımı ile Grolüx ve Aquastar'ın grafiklerine bakıldığında, aquastar'ın mavi tonlarında neden daha başarılı olduğu kolaylıkla görülecektir.

Mustafa Bey,bitkili akvaryumda 'aydınlatma sorunu' ile ilgili yazınız ve diğer çalışmalarınız için içtenlikle teşekkür ederim. Bu anlamda gerçekten bizler için iyi bir rehbersiniz.Çalışmalarınız ve birikimleriniz doğrultusunda bitkili akvaryumlarda 'SMD Led'li Sistemler' hakkındaki görüşlerinizi öğrenebilirmiyiz ?

Saygılarımla...

Tevfik Bey, mustafaerdogar2010-06-17 14:08:36

emreutku2010-06-17 14:44:10

Tevfik Bey CRI konusunda verdiğiniz bilgiler için teşekkürler. mustafaerdogar2010-06-19 23:13:30

emreutku2010-06-20 04:12:48

Katılımlarınızın hepimiz için çok faydalı olduğuna inanıyorum Tevfik Bey. Örneğin ilk verdiğiniz linki bilmiyordum. Henüz ayrıntılı incelemeyedim ama gördüğüm kadarıyla müthiş bir link. Keşke bu yazıyı hazırlamadan bulup kaynak olarak yararlansaymışım.. İlk fırsatta ayrıntılı inceleyip sizin yazdıklarınıza ek olarak başka çıkarımlarda yapabilirmiyim bakacağım. Paylaştığınız için çok teşekkür ederim.

mustafaerdogar2010-06-20 18:24:13