واحد ها و کمیت های اندازه گیری نور کدامند؟

نورچیست و چگونه ایجاد می‌شود؟

نور از فوتون‌ها تشکیل می‌شود که ذرات نور نیز نامیده می‌شوند. این ذرات به صورت موج حرکت می‌کنند و تکانه‌های انرژی را منتقل می‌کنند. باتبدیل شدن انرژی، نور ایجاد می‌شود. زمانی که نور مرئی ساطع می‌شود، به آن تابناکی نیز گفته می‌شود. اینکه چشم انسان تا چه حد می‌تواند نور را روشن و رنگارنگ ببیند به طول موج تابش و شدت رسیدن آن به شبکیه چشم بستگی دارد. طول موج‌های کوتاه فرابنفش و موج‌های طولانی‌تر فرو سرخ نامیده می‌شوند. کیفیت نور یک منبع نوری با کمیت های اندازه گیری نور قابل ارزیابی هستند. اکثر تولیدکنندگان محصولات روشنایی این پارامترها را در ویژگیهای محصولات خود بیان می‌کنند. آشنایی با این کمیت ها کمک میکند در انتخاب بهترین منابع نوری عملکرد بهتری داشته باشیم. در این مقاله آنها را بررسی می‌کنیم.

کمیت های اندازه گیری نور کدامند؟

شار نوری (لومن) چیست؟ luminous flux (lumen)

شار نوری یا مقدار نور با Φ نمایش داده می‌شود و با واحد لومن (اختصاراً lm) اندازه‌گیری می‌شود. واحد لومن، واحد استانداردشده و بین‌الملی برای شار نوری یک منبع نور است. این واحد نشان می‌دهد که چه میزان نور توسط یک منبع تابش در همه جهات ساطع می‌شود، بنابراین کل میزان خروجی نور را اندازه می‌گیرد. بنابراین لومن یک چراغ اطلاعاتی در مورد روشنایی‌ آن ارائه می‌کند. چراغ‌های یکسان را فقط از طریق ولتاژهایشان می‌توان مقایسه کرد.

هر چند، لامپهای مختلف میزان متفاوتی از نور تولید می‌کنند و بنابراین امکان مقایسه آن‌ها با واحد وات نیست. برای مقایسه روشنایی لامپ‌های مختلف باید از شار نوری استفاده کرد.

مقدار لومن ادارک حسی روشنایی را در نظر نمی‌گیرد. علاوه بر این، درک روشنایی تحت تأثیر زاویه پرتو و طراحی چراغ است. دمای رنگ چراغ و شرایط محیط نیز در درک روشنایی نقش دارند.

چراغ دکوراتیو
چراغ دفنی
قاب هالوژن
چراغ پارکتی

 دو مثال از مقادیر شار نوری رایج:

–  لامپ رشته‌ای با جریان برق به میزان ۱۵ وات: شار نوریΦ = ۹۰ lm

– لامپ فلوئورسنت فشرده/لامپ کم مصرف با جریان برق به میزان ۱۵ وات = شار نوری Φ = ۹۰۰ lm

بهره نوری (η) چیست؟ luminous efficacy

بهره نوری یا اثربخشی روشنایی، یکی از کمیت های اندازه گیری نور  است که میزان کارآمدی یک منبع نور را نشان می‌دهد؛

نسبت تمام شار نوری تابیده‌شده از هر منبعی به کل شار تابشی از همان منبع که معمولاً به‌صورت لومن بر وات نمایش داده می‌شود. این مقدار نسبت لومن به توان یا وات است، بنابراین در دستگاه بین‌المللی یکاها (SI) به صورت لومن بر وات (lm/W) اندازه‌گیری می‌شود. هر چه این مقدار بیشتر باشد، کارآمدی منبع نور بیشتر است.

 

نمونه مقادیر لومن:

لامپ مهتابی	3000 lm
لامپ کم مصرف (۲۳ وات)	1400 lm
لامپ رشته‌ای (۱۰۰ وات)	1340 lm
شمع	12 lm

مثال‌هایی از اثربخشی روشنایی لامپ‌های مختلف:

لامپ‌های رشته‌ای	6-19 lm/W
لامپ‌های هالوژن	13-23 lm/W
لامپ‌های فلورسنت	52-85 lm/W
لامپ بخار جیوه پرفشار	40-58 lm/W
لامپ بخار سدیم پرفشار	70-14 lm/W

شدت روشنایی (lux) چیست؟ illuminance

لوکس اطلاعاتی در مورد شدت روشنایی ارائه می‌کند. معیار سنجش درخشندگی است که ناحیه‌ای را روشن کرده است. لوکس نشان می‌دهد که چه میزان از شار نوری (لومن) یک منبع نور به ازای واحد سطح به سطح دریافت‌کننده نور می‌رسد. مقدار لوکس صرفاً یک کمیت دریافتی است.

شدت روشنایی با فرمول زیر محاسبه می‌شود لوکس [lx] = شار نوری [lm] / مساحت [m2]

اگر شار نوری به میزان ۱ لومن به صورت یکنواخت بر سطحی به مساحت ۱ متر مربع بتابد، شدت روشنایی برابر با ۱ خواهد بود.

فرمول دیگری برای محاسبه شدت روشنایی در فواصل طولانی‌تر به این صورت است:Lux [lx] = luminous intensity [cd] / radius or distance squared
لوکس = شدت روشنایی / جذر شعاع یا فاصله

هر چه یک سطح دورتر از منبع نور باشد، شدت نور کمتر خواهد بود. از مقدار lux به‌دست‌آمده می‌توان برای تعیین اینکه آیا مناطق خاصی از نور کافی برخوردار هستند یا خیر استفاده کرد. برای مثال، در قانون کار الزاماتی وجود دارند که میزان روشنایی [مناسب] محل کار برای کارکنان را تعیین می‌کنند.

روشنایی سنج  کدام یک از کمیت های اندازه گیری نور را می‌سنجد؟

روشنایی سنج، شدت روشنایی (lux) را می‌سنجد. این مقدار نشان‌دهنده میزان روشنایی در نقطه اندازه‌گیری است. روشنایی سنج از یک گیرنده نور و یک نمایشگر تشکیل می‌شود. حسگر نور معمولاً از دیود‌های نوری تشکیل می‌‌شود که نور را تشخیص می‌دهند. سپس مقدار لوکس محسابه‌شده روی نمایشگر ظاهر می‌شود.

نمونه مقادیر لوکس (lux)

نور خورشید	۴۰٫۰۰۰ lx
اداره	۳۰۰-۵۰۰ lx
محل زندگی	۵۰-۲۰۰ lx
نور کامل ماه	۰٫۳ lx
شب پُر ستاره	۰٫۱ lx

شدت نورچیست؟ (کاندلا) luminous intensity (candela)

شدت نور یک واحد سنجش نور است که تشعشع نور ساطع شده در یک جهت خاص را توصیف می‌کند. از آنجا که نه تنها منبع نور بلکه اندازه گنبد نیز رفتار تابشی یک دستگاه سیگنال‌ دهی بصری را تعیین می‌کنند، شدت نور برای توصیف اثر سیگنال دهی دستگاه‌های علامت‌دهی بصری مناسب است. شدت نور یکی از کمیت های اندازه گیری نور است. شار نوری را به زاویه تابش منبع نور مرتبط می‌کند. بنابراین شدت نور ، میزان تمرکز نور یا چگالی نور گسیل‌شده را نمایش می‌دهد. شدت نور با واحد کاندلا (cd) بیان می‌شود. مثلاً، شدت نور یک شمع تقریبا برابر با ۱ کاندلا است.

شدت نور مقداری مهم در مقایسه لامپ‌های مختلف است. لامپ‌های با شار نوری یکسان می‌‌توانند به خاطر زاویه پرتوشان شدت نور کاملاً متفاوتی داشته باشند. زاویه پرتو نشان‌دهنده زاویه‌ای است که در آن نور از لامپ ساطع می‌شود. شدت نور یا مقدارش در واحد کاندلا شدت ساطع شدن نور را نشان می‌دهد. هر چه نور با تمرکز بیشتری ساطع بشود، شدیدتر خواهد بود. طرح [بالا] دو لامپ را با میزان شار نوری (لومن) یکسان ولی زاویه پرتو متفاوت را نشان می‌دهد. شدت نور یک لامپ با زاویه پرتو کوچک‌تر بیشتر از لامپی با زاویه پرتو بازتر است.

زاویه فضایی چیست؟ solid angle

زاویه فضایی اندازه سه‌بعدی مخروط نوری است. اگر یک چراغ نور ساطع بکند، زوایه نور ساطع شده سه‌بعدی است. مقیاس اندازه‌گیری زاویه فضایی استرادیان (sr) است. شدت روشنایی نشان دهنده میزان نوری است که یک منبع نور به ازای هر زاویه فضایی ساطع می‌کند. زاویه فضایی با تقسیم مساحت (A) بر شعاع (r2) به دست می‌آید.

چگالی روشنایی چیست؟ (cd/m²) density of luminance

چگالی روشنایی اطلاعاتی درمورد تأثیر درخشش یک چراغ می‌دهد. این مقدار به صورت چگالی روشنایی به ازای مساحت بیان می‌شود. چگالی روشنایی میزانی روشنایی یک سطح از دید ما را توصیف می‌کند. همچنین شرایط دیگری مانند وضعیت سطح روشن شده نیز این عامل را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

دمای رنگ چیست؟ colour temperature

دمای رنگ لامپ تعیین می‌کند که آیا لامپ حالت سرد گرم ایجاد می‌کند یا سرد. دمای رنگ در واحد کلوین نمایش داده می‌شود و میزان آن را می‌توان ارزیابی کرد. هر چه دمای رنگ پایین‌تر باشد، نور گرم‌تر و تاریک‌تر به نظر می‌رسد. هر چه دمای رنگ بیشتر باشد، نور سردتر و روشن‌تر به نظر می‌رسد. دمای رنگ حال و هوای اتاق را تحت تأثیر قرار می‌دهد. برای اتاق‌های نشیمن، دمای رنگ پایین‌تر و برای آزمایشگاه‌ها یا کارخانه‌ها، نور با دمای رنگ بیشتر ترجیح داده می‌شود. مقیاس زیر دمای رنگ و سه محدوده‌اش را نشان می‌دهد. سفید گرم، سفید خنثی و سفید روز روشن. دمای رنگ را می‌توان با رنگ‌سنج اندازه‌گیری کرد. علاوه بر دمای رنگ، شاخص تفکیک رنگ در ایجاد حال و هوای مکانی خاص نیز نقش مهمی دارد.

شاخص تفکیک رنگ چیست؟  Colour Rendering Index

شاخص تفکیک رنگ، یا به‌اختصار CRI، به ما می‌گوید که نور ساطع‌شده چه کیفیتی دارد.

زمانی که به یک شی نور می‌تابد، از خودش رنگ ساطع می‌کند. رنگ ساطع شده تنها به وسیله رنگ خود شی تعیین نمی‌شود، بلکه منبع نور هم در آن نقش دارد. چراغ طول‌موج‌های مختلفی را ساطع می‌کند که توسط شیء نورانی شده جذب یا منعکس می‌شوند. طول‌موج‌هایی که با شیء روشن‌شده مطابق باشند منعکس و بقیه جذب می‌شوند. بنابراین شاخص تفکیک رنگ بستگی به طول‌موج‌هایی دارد که توسط منبع نور ساطع می‌شوند.

نور طبیعی خورشید شاخص تفکیک رنگ به میزان ۱۰۰ دارد که بالاترین میزان شاخص تفکیک رنگ نیز هست. هرچقدر میزان شاخص تفکیک رنگ به ۱۰۰ نزدیک‌تر باشد، کیفیت روشنایی بالاتر خواهد بود.

ضریب انعکاس چیست؟ reflection factor

ضریب انعکاس درصد شار نوری که به سطح می‌تابد و انعکاس داده می‌شود را نشان می‌دهد. بستگی به نوع سطح نورانی، نور یا منعکس یا جذب و یا منتقل می‌شود.

اگر نور منعکس شود، به عقب بازتاب می‌شود. [ضریب] انعکاس آینه ۱ است. سطوح با رنگ روشن مقداری حدود ۱ و سطوح تیره مقداری زیر ۰٫۱ دارند. در اتاقی با دیوارهای تیره در مقایسه با اتاق‌های با دیوار روشن به نور بیشتری نیاز است تا روشنایی کافی روی سطح کاری ایجاد شود.

مثال‌های بازتاب از سطوح مختلف:

• سقف یا دیوار سفید ۸۵% نور را بازتاب می‌دهد.
• پنل‌های چوبی روشن تا ۵۰%
• آجرهای قرمز تا ۲۵% و
• و کف زمین سیاه رنگ ۰% نور را بازتاب می‌دهد.

واحد لومن (یکا) بیانگر مجموع خروجی نور از یک منبع نور است که در تمام جهات ساطع می‌شود. هرچند، چون از منابع نور، نور به صورت یکسان در تمام جهات ساطع نمی‌شود، شدت نور در واحد کاندلا (واحد شدت نور ) نمایش داده می‌شود. این مقدار، میزان ساطع شدن نور در یک جهت خاص را نشان می‌دهد. در مقابل این دو مقدار کمیت تابشی، مقدار لوکس دریافت‌کننده را نیز داریم. واحد لوکس میزان رسیدن نور به یک سطح مشخص را می‌سنجد، نه میزان نور ساطع شده از آن را.

ارزیابی روشنایی یک منبع نور با استفاده از کمیت های اندازه گیری نور

اصطلاحات لومن، کاندلا و لوکس در بحث اندازه‌گیری نور رایج هستند. همه این‌ها واحدهای نورسنجی هستند. طرح زیر رابطه میان این سه اطلاح را نشان می‌دهد.

برای ارزیابی روشنایی یک منبع یا بازتاب‌دهنده نور، باید به هر سه مقدار توجه کرد. بیشتر تولیدکنندگان میزان لومن و کاندلا محصولاتشان را بیان می‌کنند. تولیدکنندگان نمی‌توانند میزان لوکس را بیان کنند زیرا این مقدار بستگی به شرایط محیطی محل استفاده دارد.