1. Sifat Gelombang Cahaya
Sumber
cahaya memancarkan energi dalam bentuk gelombang yang merupakan bagian
dari kelompok gelombang elektromagnetik. Gambar 2.38 menunjukkan sumber
cahaya alam dari matahari yang terdiri dari cahaya tidak tampak dan
cahaya tampak.
Dari hasil percobaan Isaac Newton,
cahaya putih dari matahari dapat diuraikan dengan prisma kaca dan
terdiri dari campuran spektrum dari semua cahaya pelangi.
Pada gambar 2.39 dapat dilihat
bahwa sinar-sinar cahaya yang meninggalkan prisma dibelokkan dari warna
merah hingga ungu. Warna cahaya ditentukan oleh panjang gelombangnya.
Kecepatan rambat V gelombang elektromagnetik di ruang bebas = 3.105
km/det. Jika frekuensi energinya = f dan panjang gelombangnya (lambda),
maka berlaku :
Panjang gelombang tampak berukuran antara 380mU sampai dengan 780mU seperti pada tabel berikut ini.
Gambar 2.40 menunjukkan gambar grafik energi – panjang gelombang sebuah lampu pijar 500W.
Selain
memiliki warna tertentu, setiap panjang gelombang yang memberi kesamaan
intensitas tertentu, dari gambar 2.41 terlihat bahwa mata manusia
paling peka terhadap cahaya dengan lamda = 555mU yang berwarna kuning –
hijau.
2. Pandangan Silau
Kalau posisi mata kita seperti gambar
diatas, dapat kita rasakan bahwa kita merasakan pandangan yang
menyilaukan karena mata kita mendapatkan :
- Cahaya langsung dari lampu listrik, dan
- Cahaya tidak langsung / pantulan cahaya dari gambar yang kita lihat.
Dengan kondisi ini kita tidak
dapat melihat sasaran objek gambar dengan nyaman. Pandangan silau dapat
didefinisikan sebagai terang yang berlebihan pada mata kita karena
cahaya langsung atau cahaya pantulan maupun keduanya. Supaya mata kita
bisa melihat sasaran objek dengan nyaman / jelas, maka diatur sedemikian
rupa agar cahaya jatuh pada sasaran objek dan bukan pada mata kita.
Untuk memahami pandangan silau mempunyai gerakan penglihatan, kita perlu
mempelajari sedikit tentang bekerjanya mata manusia (gambar di bawah).
Selaput pelangi bekerja sebagai tirai /
penutup untuk mengendalikan banyaknya cahaya yang masuk ke mata.
Seperti kita lihat, bahwa cahaya adalah suatu bentuk energi radiasi yang
lewat melalui lensa menuju lapisan saraf peka yang disebut retina di
bagian belakang mata. Kemudian disampaikan oleh saraf optik ke otak yang
menyebabkan perasaan cahaya. Melihat secara langsung pada sebuah sumber
cahaya, menghasilkan suatu kesan yang kuat pada retina. Untuk mencegah
kerusakan pada bagian mata yang sensitif ini, secara otomatis pelangi
berkontraksi. Kondisi ini mengurangi intensitas bayangan yang diterima.
Dengan menutupnya selaput pelangi ini akan menurunkan banyaknya cahaya
yang diterima. Jadi adanya cahaya terang yang kuat pada posisi yang
salah, benar-benar akan membuat penglihatan tidak nyaman, dan juga akan
menimbulkan efek kelelahan pada mata. Untuk mencegah terjadinya
pandangan silau diperlukan teknik pemasangan sumber cahaya maupun
armaturnya dengan tepat.
3. Satuan-satuan Teknik Pencahayaan
Steradian
Radian
adalah sudut pada titik tengah lingkaran antara dua jari-jari dimana
kedua ujung busurnya jaraknya sama dengan jari-jari tersebut (misal R =
1m). oleh karena keliling lingkaran = 2.22/7.R, maka :
Sedangkan steradian adalah sudut ruang
pada titik tengah bola antara jari-jari terhadap batas luar permukaan
bola sebesar kuadrat jari-jarinya.
Karena luas permukaan bola =
4.22/7.R.R, maka di sekitar titik tengah bola terdapat 4.22/7 sudut
ruang yang masing-masing = 1 steradian. Jumlah steradian suatu sudut
ruang dinyatakan dengan lambang omega.
4. Intensitas Cahaya (Luminous Intensity)
Menurut
sejarah, sumber cahaya buatan adalah lilin (candela). Candela dengan
singkatan Cd ini merupakan satuan Intensitas Cahaya (I) dari sebuah
sumber yang memancarkan energi cahaya ke segala arah.
5. Fluks Cahaya (Luminous Flux)
Adalah
jumlah cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya. Lambang fluks cahaya
adalah F atau Ø dan satuannya dalam lumen (lm). Satu lumen adalah fluks
cahaya yang dipancarkan dalam 1 steradian dari sebuah sumber cahaya 1
cd pada pemukaan bola dengan jari-jari R = 1m.
Jika fluks cahaya dikaitkan dengan
daya listrik maka : Satu watt cahaya dengan panjang gelombang 555mU sama
nilainya dengan 680 lumen. Jadi dengan Lamda = 555mU, maka 1 watt
cahaya = 680 lumen.
6. Luminasi (Luminance)
Adalah
suatu ukuran terangnya suatu benda baik pada sumber cahaya maupun pada
suatu permukaan. Luminasi yang terlalu besar akan menyilaukan mata
(contoh lampu pijar tanpa amatur). Luminasi suatu sumber cahaya dan
suatu permukaan yang memantulkan cahayanya adalah intensitasnya dibagi
dengan luas semua permukaan. Sedangkan luas semua permukaan adalah luas
proyeksi sumber cahaya pada suatu bidang rata yang tegak lurus pada arah
pandang, jadi bukan permukaan seluruhnya.
7. Iluminasi (Iluminance)
Iluminasi
sering di sebut juga intensitas penerangan atau kekuatan penerangan
atau dalam BSN di sebut Tingkat Pencahayaan pada suatu bidang adalah
fluks cahaya yang menyinari permukaan suatu bidang. Lambang iluminasi
adalah E dengan satuan lux (lx).
8. Efikasi
Adalah
rentang angka perbandingan antara fluks cahaya (lumen) dengan daya
listrik suatu sumber cahaya (watt), dalam satuan lumen/watt. Efikasi
juga disebut fluks cahaya spesifik. Tabel berikut ini menunjukkan
efikasi dari macam-macam lampu. Efikasi ini biasanya didapat pada data
katalog dari suatu produk lampu.
9. Hukum Penerangan
Satuan-satuan penting yang digunakan dalam teknik penerangan antara lain :
- Sudut ruang W Steradian (Sr)
- Intensitas cahaya I Candela (cd)
- Fluks cahaya F(Ø) lumen (Lm)
- Luminasi L (cd/m2)
- Iluminasi E Lux (lx)
10. Hukum Kwadrat Terbalik
Pada umumnya bidang yang diterangi bukan permukaan bola, tetapi bidang datar.
Cahaya dari sumber 1 cd yang menyinari
bidang x (seluas 1 m2) yang berjarak 1 m akan mengiluminasi 1 lux. Jika
kemudian jarak tersebut dikalikan dua (ke bidang Z), maka iluminasi 1
lux tadi akan menyinari bidang seluas 4 m2. Jadi iluminasi dari suatu
permukaan akan mengikuti hukum kebalikan kwadrat yaitu :
11. Penyebaran Cahaya
Penyebaran
Cahaya dari suatu cahaya bergantung pada konstruksi sumber cahaya itu
sendiri dan armature yang digunakan. Sebagian besar cahaya yang direspon
mata tidak langsung di sumber cahaya, tetapi setelah dipantulkan atau
melalui benda yang tembus cahaya. Untuk penerangan, secara garis besar
penyebaran cahaya ada 3 macam yaitu penyebaran langsung, tidak langsung
atau campuran.
a. Penerangan Langsung
b. Penerangan Tidak Langsung
c. Penerangan Campuran
Jika kita berada dalam suatu ruang
yang ada sumber cahaya dari sebuah lampu, maka ada dua sumber cahaya,
yaitu sumber cahaya primer yang berasal dari lampu tersebut dan sumber
cahaya sekunder yang merupakan pantulan dari fiting lampu tersebut. Dari
dinding-dinding di sekitar ruangan, gambar 2.51 (a) menujukkan empat
jenis kemungkinan pemantulan yang dapat terjadi dari lapisan penutup
armatur yang berbeda. Sedangkan gambar 2.51 (b) menunjuk-I kan berbagai
macam armatur.
12. Perancangan Penerangan Buatan
Bila
penerangan alami tidak dapat memenuhi persyaratan bagi penerangan ruang
(dalam bangunan), maka penerangan buatan sangat diperlukan, hal ini
disebabkan oleh :
- Ruangan yang luas
- Lubang cahaya yang tidak efektif
- Cuaca diluar mendung / hujan
- Waktu malam hari, dan sebagainya
Perancangan penerangan buatan sebaiknya dilakukan sejak awal perancangan bangunan, untuk itu perlu diperhatikan :
- Apakah penerangan buatan digunakan tersendiri atau sebagai penunjang/pelengkap penerangan alami.
- Berapa intensitas penerangan yang diperlukan.
- Distribusi dan variasi fluks cahaya yang diperlukan
- Arah cahaya yang diperlukan
- Warna-warna cahaya yang digunakan dalam gedung dan efek warna yang diinginkan
- Derajat kesilauan brightness dari keseluruhan lingkungan visual
Intensitas penerangan yang
direkomendasikan tidak boleh kurang dari intensitas penerangan dalam
tabel 2.11 yang diukur pada bidang kerja.
Secara rinci intensitas penerangan
yang direkomendasikan untuk berbagai jenis bangunan / peruntukan dapat
dilihat pada tabel 2.12.
Ada 3 tipe sistem penerangan buatan, yaitu :
- Sistem penerangan merata;
Memberikan intensitas penerangan yang seragam pada seluruh ruangan,
penggunaannya pada ruang-ruang yang tidak memerlukan tempat untuk
mengerjakan pekerjaan visual khusus.
- Sistem penerangan terarah; Cahaya diarahkan kejurusan tertentu dalam
ruangan, digunakan untuk menerangi suatu objek tertentu agar kelihatan
menonjol, misal pada penggung atau pada ruangan untuk pameran. Pada
sistem ini dapat menggunakan lampu dan reflektor yang diarahkan atau
”spotlight” dengan reflektor bersudut lebar.
- Sistem penerangan setempat; Cahaya dikonsentrasikan pada tempat
mengerjakan pekerjaan visual khusus. Sistem ini digunakan untuk :
- pekerjaan visual yang presisi
- pengamatan bentuk / susunan benda dari arah tertentu.
- melengkapi penerangan umum yang mungkin terhalang.
- membantu menambah daya lihat.
- menunjang pekerjaan visual yang mungkin pada awalnya tidak terencana pada suatu ruangan.
Perancangan penerangan buatan secara kuantitas dapat dilakukan perhitungan dengan 2 metode yaitu :
a. Metode titik demi titik (point by point method)
b. Metode lumen.
13. Metode Titik Demi Titik
Metode
ini hanya berlaku untuk cahaya langsung, tidak memperhitungkan cahaya
pantulan, dan sumber cahaya dianggap satu titik, serta mempunyai syarat
sebagai
berikut :
a) Dimensi sumber cahaya dibanding dengan jarak sumber cahaya ke bidang kerja tidak boleh lebih besar dari 1 dibanding 5.
b) Berdasarkan diagram pola intensitas
cahaya. Panjang jari-jari dari 0 ke suatu titik dari grafik menyatakan
intensitas cahaya. kearah itu dalam suatu candela. Setiap gambar
biasanya dilengkapi dengan data yang menunjukan nilai dalam lumen / cd.
(misal 500 lumen / cd ; 1000 lumen / cd ; 2000 lumen /cd dan
seterusnya). Diagram penyebaran intensitas cahaya ini ada yang berbentuk
simetris dan tidak simetris. Untuk yang simetris biasanya hanya
digambarkan setengahnya saja. Diagram yang menunjukan
karakteristik-karakteristik lampu dan armatur ini, dapat diperoleh pada
buku katalog dari pabrik yang memproduksinya.
Intensitas cahaya sebuah lampu
sebanding dengan fluks cahaya lain, nilai-nilai yang diberikan dalam
diagram masih harus dikalikan dengan jumlah lumen lampu tersebut. Dalam
gambar diatas intensitas cahayanya = 1000 lumen, jika pada armaturnya
diberi lampu 1.500 lumen, maka pada sudut 60o intensitas cahayanya :
1.500/1.000 x 140 cd = 210 cd.
c) Hanya ada satu sumber cahaya yang akan diperhitungkan pada saat itu.
d) Bidang kerja yang diberi penerangan harus berdimensi kecil.
e) Daerah yang sumber cahaya dan
bidang kerjanya bebas dari permukaan yang memantulkan cahaya (refleksi
cahaya tidak diperhitungkan).
Untuk
setiap titik yang berjarak sama dari sumber cahaya (dengan arah cahaya
pada sudut normal), maka besar intensitas penerangannya akan selalu sama
dan membentuk diagram melingkar. Jika ada dua titik lampu dengan jarak
sama ke suatu target, maka total intensitas penerangannya sekitar dua
kalinya.
14. Metode Lumen
Metode
lumen adalah menghitung intensitas penerangan rata-rata pada bidang
kerja. Fluks cahaya diukur pada bidang kerja, yang secara umum mempunyai
tinggi antara 75 – 90 cm diatas lantai. Besarnya intensitas penerangan
(E) bergantung dari jumlah fluks cahaya dari luas bidang kerja yang
dinyatakan dalam lux (lx).
Keterangan :
E : Intensitas penerangan (lux)
F : Fluks cahaya (luman)
A : Luas bidang kerja (m2)
E = F / A
Tidak semua cahaya dari lampu mencapai
bidang kerja, karena ada yang di pantulkan (faktor refleksi = r), dan
diserap (faktor absorpsi = a) oleh dinding, plafon dan lantai. Faktor
refleksi dinding (rw) dan faktor refleksi plafon (rp) merupakan bagian
cahaya yang dipantulkan oleh dinding dan langit-langit / plafon yang
kemudian mencapai bidang kerja. Faktor refleksi bidang kerja (rm)
ditentukan oleh refleksi lantai dan refleksi dinding antara bidang kerja
dan lantai secara umum, nilai rm = 0,10 (jika rm tidak diketahui, maka
diambil nilai rm 0,10)
Faktor refleksi dinding / langit-langit untuk warna :
- Warna Putih = 0,80
- Warna sangat muda = 0.70
- Warna muda = 0,50
- Warna sedang = 0.30
- Warna gelap = 0,10
Referensi :
Prih Sumardjati, Sofian Yahya, Ali Mashar, 2008, Teknik Pemanfaatan
Tenaga Listrik Jilid 1 untuk SMK, Jakarta : Direktorat Pembinaan
Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan
Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional.
