شدت نور، حاصل‌ضرب تابع روشنایی در شدت نوری است که در واحد زاویه فضایی (یک استرادیان) در جهتی خاص از یک منبع نور ساطع میشود.[۶] واحد اندازه‌گیری شدت روشنایی در اس‌آی کاندلا با نماد cd است. این یکا، از یکاهای اصلی اس‌آی است.
اگر شار نوری یک لومن از زاویه فضایی یک استرادیان منتشر شود، شدت نور، یک کاندلا خواهد بود.
کمیت‌های اصلی روشنایی
در این مقاله به معرفی فاکتورهای مرتبط با محاسبات روشنایی می‌پردازیم. این کمیت ها از اصول اولیه دانش نورپردازی است که دانستن آن برای هر طراح و مهندس روشنایی لازم است.
شار نوری (Ø)
کل نور خارج شده از یک منبع نور در واحد زمان در همه جهات در فضا را شار نوری می‌گویند و با (Ø) نمایش داده میشود. واحد شار نوری “لومن” میباشد که با Lm نشان داده میشود.
شار نوری از مشخصات لامپ بوده که توسط شرکت سازنده در مشخصات فنی محصول درج میشود.
برای مثال شار نوری یک لامپ رشته ای 100 وات در حدود 1380 لومن و برای لامپ کامپکت فلورسنت 20 وات با بالاست الکترونیکی، در حدود 1200 لومن میباشد.
شدت نور (I)
چنانچه نور منتشر شده از لامپ تحت زاویه معینی هدایت شود، آن را شدت نور می‌نامند و واحد آن کاندلا (cd) میباشد.
نحوه توزیع نور خروجی از یک چراغ یا لامپ‌های رفلکتوردار، به صورت منحنی‌های توزیع شدت نور (IDC) ارایه میشود.
این منحنی‌ها در دستگاه مختصات قطبی و با فرض اینکه یک منبع نور با شار نوری 1000 لومن در آن قرار گرفته شده باشد، رسم می‌شوند. در نتیجه برای یافتن مقدار دقیق شدت نور در نقاط مختلف، شار نوری لامپ نصب شده در چراغ را بر 1000 تقسیم کرده و حاصل را بر عدد معین شده در منحنی ضرب می‌کنیم.
شدت روشنایی (E)
مقدار شار نوری تابیده شده بر واحد سطح را نشان می‌دهد و واحد آن لومن بر متر مربع یا لوکس (lx) میباشد. شدت روشنایی معمولا در صفحات افقی و عمودی تعریف میشود.
به بیان دیگر شدت روشنایی آن مقدار از نور است که پس از انتشار از لامپ و بازتاب‌های مختلف در فضا نهایتا به سطح مورد نظر می‌رسد.
این پارامتر در مهندسی روشنایی یکی از مفاهیم کلیدی است. زیرا هم مبنای اندازه‌گیری مقدار روشنایی روی سطوح مختلف است و هم استاندارد‌های روشنایی بر مبنای آن تنظیم شده‌است.
درخشندگی (L)
درخشندگی در واقع اثر فیزیولوژیکی روشنایی بر روی چشم انسان است و در محاسبات روشنایی، به ویژه روشنایی فضاهای بیرونی و روشنایی خیابانی اهمیت به سزایی دارد.
واحد اندازه گیری درخشندگی بر حسب کاندلا بر متر مربع (cd/m²) میباشد. این پارامتر هم برای منابع نور و هم برای سطوح درخشنده که نور را منعکس میکنند تعریف میشود.
درخشندگی ناشی از منابع نور
مقدار روشنایی است که از واحد سطح یک منبع روشنایی ساطع می‌گردد. بنابراین چنانچه دو منبع نوری با ابعاد مختلف و شدت نور یکسان داشته باشیم، منبع نوری کوچکتر درخشنده تر به نظر می‌رسد.
درخشندگی ناشی از سطوح براق
انعکاس نور تابیده شده به سطوح مختلف و برخورد آن با چشم ما این درخشدگی را تشکیل می‌دهد. هر چه این سطوح براق‌تر باشند، نور بیشتری به چشم منعکس شده و سطوح براق‌تر به نظر می‌رسند.
تفاوت با شدت تابش و شار نوری[ویرایش]
مقدار شدت نور در مخروطی به زاویه فضایی یک استرادیان برابر است با مقدار شار نوری در آن مخروط.
نورسنجی با اندازه‌گیری نور مرئی دریافت‌شده توسط چشم انسان سر و کار دارد. چشم انسان تنها می‌تواند نور در طیف مرئی را ببینید و در برابر نورها با طول موجهای مختلف حساسیت متفاوتی دارد. چشم در شرایط روشن (دید کافی) در برابر طول موج ۵۵۵ نانومتر (زرد مایل به سبز) بیشترین حساسیت را دارد. نوری که شدت تابشی مشابه اما طول موج متفاوتی داشته باشد، دارای شدت نور پایین‌تری خواهد بود. منحنی‌ای که حساسیت چشم انسان به نور را نشان می‌دهد با نام تابع روشنایی شناخته میشود. این منحنی که با نماد V(λ) یا {\displaystyle \textstyle {\overline {y}}(\lambda )}
شدت نور را نباید با دیگر یکاهای نورسنجی مانند شار نوری که برای توان کل دریافت‌شده از همهٔ جهت‌ها بکار می‌رود اشتباه گرفت. شدت نور توان دریافتی از واحد زاویهٔ فضایی است. همچنین شدت نور با شدت تابش متفاوت است، شدت تابش یک کمیت فیزیکی عینی برای اندازه‌گیری‌های رادیومتری است.
به بیان دیگر شدت نور عبارت است از شار نوری منتشرشده در یک زاویه و جهت معین از فضا. بر همین اساس، اگر دو لامپ مشابه، شار نوری یکسانی تولید کنند اما زاویهٔ رفلکتور (منعکس‌کننده) در آنها متفاوت باشد، آن‌که زاویهٔ رفلکتور کوچکتری دارد شدت نور بیشتری تولید میکند زیرا شار نوری آن در زاویهٔ محدودتری متمرکز میشود. برای نمونه، شدت نور یک لامپ ۵۰ وات هالوژن استاندارد با رفلکتور ۳۸°، ۱۵۰۰ کاندلا، اما با رفلکتور ۱۰°، ۸۲۰۰ کاندلا خواهد بود.
واحد های اندازه گیری نور چیست ؟
خوب ، وقتی در مورد واحد نور صحبت می کنیم ، از نظر عملی معنی چندانی ندارد. این امر عمدتاً به این دلیل است که نور یک مقدار فیزیکی نیست و در نتیجه ، نمی توان آن را اندازه گیری کرد. با این حال ، نور خصوصیات بدنی مختلفی مانند طول موج ، شدت ، سرعت و غیره دارد و همه این ها را می توان اندازه گیری کرد. اگر بپرسید چرا؟ خوب ، اندازه گیری به اطلاعات بیشتر در مورد موج نور یا ذرات کمک می کند.
از آنجا که نور خواص زیادی دارد و بنابراین ، واحدهای مختلف زیادی برای اندازه گیری آنها وجود دارد. اگرچه می تواند پیچیده باشد ، بیایید به چند واحد اندازه گیری زیر نگاه کنیم.
کاندلا(CD)
واحد شدت نور کاندلا می باشد. شدت نور همان نیروی تابیده شده از سمت یک منبع نور در جهت معینی است که به وسیله ی تابع روشنائی بدست می آید. همچنین گاهی به آن شمع گفته می شود و به عنوان cd / m 2 نشان داده می شود.
تعریف کاندلا :
یک کاندلا همان شدت نور داده شده در مسیر خاص از یک چشمه نور تک رنگ میباشد که بسامد آن 540 ترا هرتز است و در آن راستا شدت شعاعی 1/638 وات بر استرادیان میباشد. معمولا شدت درخشندگی یا مقدار نور در یک جهت خاص را با کاندلا تعیین میکنند.
به طور مثال یک شمع معمولی با تقریب بسیار زیاد یک کاندلا شدت نور دارد و شدت نوری یک لامپ 40 وات ، تقریبا برابر 35 شمع است.
منحنی تابع بازده نوری یا حساسیت چشم یا تابع درخشندگی :
یک منحنی یا تابع می باشد که در طول موج های مختلف میانگین حساسیت چشم انسان‌ها به نور را تعیین میکند. باید در نظر داشت که این منحنی خیلی دقیق نمی باشد، اما نشان دهنده خوبی از حساسیت چشم انسان میباشد. این تابع یک تابع استاندارد میباشد که سی‌آی‌ئی آن را معرفی کرده و از آن برای تبدیل انرژی تابشی به انرژی نورانی میتوان استفاده نمود.
استرادیان ( sr) :
در سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها واحد زاویهٔ فضایی استرادیان میباشد . استرادیان در فضای سه بعدی برای شرح گسترهٔ دوبعدی زاویه‌ها کاربرد دارد، همان طور که برای توصیف زاویه‌ها در صفحه‌های دوبعدی از رادیان استفاده می شود.
لومن (lm) چیست؟
واحد اندازه گیری شار نوری لومن (lm) می باشد. در واقع میزان نوری که از یک چشمه نقطه ای به شدن یک کاندلا داخل مخروطی به زاویه راس یک استرادیان ساطع میشود لومن نام دارد. کل نور خارج شده از یک منبع نور در هر ثانیه ( کل نور دریافت شده توسط یک جسم در هر ثانیه) یک لومن یا یک واحد توان نوری (Luminous Flux) نام دارد که آن را با فی [Φ ] نمایش می دهیم.
کاربرد لومن در کجاست؟
وقتی برای تعویض لامپی که سوخته به مغازه الکتریکی رجوع می کنیم و از فروشنده مغازه تقاضا می کنیم یک لامپ نو به ما بدهد. نکته ی قابل توجه این است که اگر خریدار اطلاعاتی در مورد روشنایی نداشته باشد قطعا با هزینه زیاد ، لامپی را می خریم که یا کیفیت خوبی ندارد و یا شدت نور لامپ برای مکان مناسب نباشد. در اینجا دانستن مواردی در این باره به ما کمک زیادی می کند. شار نوری جزو ویژگی های یک لامپ است و در کاتالوگ لامپ قابل مشاهده است. هر قدر لامپ حاوی لومن بیشتری باشد یعنی شامل روشنایی بیشتری است. به طور مثال به شار نوری لامپ های زیر توجه کنید.
- لامپ 7 وات LED مارک AEG 630 لومن
- لامپ 15 وات کم مصرف یا مهتابی 800 لومن
- لامپ خیابانی 100 وات سدیم فشار بالا 9580 لومن
- لامپ 1500 وات متال هالید استادیوم 165،000 لومن
- لامپ 100 وات معمولی حبابی
- 1250 لومن
لوکس چیست؟
میزان نور تابیده شده به سطح یا میزان روشنایی سطح است. واحد آن با lx است و از تقسیم میزان Lumen به سطح به لوکس می رسیم. فرق لوکس با Candela این است که به فاصله و مساحت ربط دارد. هر میزان فاصله منبع نور از سطح زیادتر شود میزان Lux کم می شود چون روشنایی کل یا Lumen در سطح سیع تری پراکنده میشود. اما Candela ارتباطی با فاصله ندارد ، زیرا زاویه استرادیان در مخرج کسر است که تعریف آن ثابت است. همانگونه که گفتیم تعریف استرادیان مساحت مورد هدف قرار گرفته منبع نور بر روی یک دایره به شعاع یک متر میباشد. چنانچه فاصله سطح مورد توجه از منبع نور ۱ متر شد مقدار Candela و Lux یکسان میشود زیرا مساحت زیر کسر Lux برابر مقدار استرادیان می شود.
برای اندازه گیری مقدار لومن چه باید کرد؟
این محاسبه یک کار تخصصی است و به وسیله دستگاه های خاصنور سنج اندازه گیری و محاسبه می شود. در کل مقدار شار نور خروجی که برای ما قابل مشاهده است بدین شکل میباشد که شدت نور ناشی از منبع در یک سطح کوچک در فاصله یک متری را اندازه گیری کنیم و بعد در مساحت ان سطح ضرب کنیم و بر روی سطح بسته کل انتگرال می گیریم.
برای نمونه یک شمع سر میز غذا تقریبا 12 لومن و یک لامپ 60 وات حدودا 855 لومن نور ساطع میکند.
شدت روشنایی یا لوکس: (lux)
- شار نوری بر واحد سطح یا یکای شدت روشنائی در واحد SI لوکس میباشد .
- هر لوکس معادل یک لومن بر متر مربع میباشد.
- لوکس به صورت مقیاسی برای سنجش شدت نوری است که بوسیله چشم انسان قابل درک و رویت است . هر طول موج در لوکس یک ضریب وزنی دارد که طبق تابع درخشندگی تعیین می شود.
- شدت روشنائی (لوکس ) مورد نیاز در بعضی از محل های آشنا:
- سطح خیابان 30 لوکس
- اتاق نشیمن100 لوکس
- اتاق کار 300 لوکس
دمای رنگ(کلوین) چیست؟
دمای رنگ طبق رنگی که از جسمی سیاه در دمای معیین تابیده می شود بیان می شود و بر حسب درجه کلوین است. دمای رنگ که از 4000 درجه کلوین بیشتر باشد به عنوان نور سرد و دمای رنگی که از 3000 درجه کلوین پایین تر باشد به عنوان نور گرم تعریف می شود.
نورسنج ، لوکس متر وسیله ای می باشد جهت اندازه گیری نور در محیط ،که در عکاسی ، طراحی صحنه ، گروه مهندسی hse ، پرورش طیور ، گلخانه ها و… است..
لوکس متر ها در مقابل نور قرار می گیرند و دارای یک قطاع از کره می باشند. به وسیله ابزارهایی که در این قطاع از کره وجود دارند شدت روشنایی را اندازه گیری می شود.
تفاوت واحد روشنایی (لومن) با واحد توان (وات) چیست؟
اولین سوال که در بررسی لومن در ذهن به وجود می آید ، تفاوت آن با یکای توان می باشد ، ما در بررسی صوت و انرژی های دیگر از واحد توان به وفور استفاده می کنیم ، اما در تحلیل روشنایی این واحد به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند. علت این جا است که چشم بشر ، برخلاف دیگر حس کننده ها ، یک رفتار کاملا و شدیدا غیر خطی نسبت به شدت نور نشان می دهد ،لذا ما در تحلیل شدت روشنایی ، به جای بررسی توان خروجی منبع نور ، مقداری روشنایی قابل رویت بوسیله چشم انسان را (به صورت حدودی) مد نظر قرار می دهیم.
سولار چیست ؟ تعریف صفحات خورشیدی یا سلول خورشیدی
سلول خورشیدی ایجاد شده از ویفر سیلیکون سلول‌های خورشیدی شامل کاربردهای زیادی هستند. سلول های تکی برای تهیه کردن توان مورد نیازدستگاه های کوچک مثل ماشین حساب الکترونیکی کاربرد دارند. آرایه های فوتوولتاییک ،الکتریسیتهٔ بازیافت‌شدنی ای را ایجاد می کنند که اغلب در مواردی که سیستم انتقال و توزیع الکتریکی وجود ندارد به کار می روند. به عنوان مثال میتوان مکانهایی که دور از دسترسی میباشند، کاوش‌گرهای فضایی ،ماهواره‌های مدارگرد و ساختمان‌های مخابراتی دور از دسترس را نام برد. به علاوه امروزه در محل‌هایی که شبکهٔ توزیع هم وجود دارد استفاده از این نوع انرژی متداول شده است.
اندازه گیری کمیت های روشنایی
اندازه گیری شدت نور لامپ ها
شدت نور یک لامپ را از طریق مقایسه با یک لامپ استاندارد که دارای شدت نور معلوم است به دست می آورند .
اندازه گیری شار نوری یک لامپ
برای اندازه گیری شار نوری یک لامپ از کره اولبریخت استفاده می نمائیم . این فوتومتر از یک کره بزرگ توخالی تشکیل می گردد که سطح داخلی آن با رنگ سفید پوشیده شده است و نور را کاملا” پخش می نماید . لامپ تحت آزمایش را داخل کره می آویزیم و با قراردادن مانعی از تشعشع مستقیم نور لامپ به قسمت کوچکی از سطح داخلی کره ممانعت می کنیم .
در این حالت می توان نشان داد که شدت روشنایی که از طریق انعکاس از سطح داخلی کره به این قسمت می رسد با شار نوری لامپ متناسب است و با اندازه گیری این شدت روشنایی می توان کل شار نوری را محاسبه کرد . این اندازه گیری را هم می توان به سهولت از طریق مقایسه با لامپ استاندارد انجام داد .
اندازه گیری شدت روشنایی
شدت روشنایی را با استفاده از سلول فوتو الکتریک اندازه گیری می نمائیم. در این وسایل نور تابیده شده بر سطح سلول ، جریانی برقی برقرار می کند که مقدار آن تابع شدت روشنایی است و با اندازه گیری جریان ، شدت روشنایی را مشخص می کنیم . از جمله این وسایل می توان به نورسنج عکاسی اشاره نمود .