کمیت های اساسی در روشنایی

کمیت های اساسی در روشنایی:
در این بخش، مهم ترین کمیت های مربوط به روشنایی را معرفی می کنیم.

شار نوری (Luminous Flux):
شار نوری با نماد Φ مقدار نوری را توصیف می کند که از یک منبع نوری سرچشمه می گیرد و واحد آن لومن (Lumen) یا به اختصار lm است.

به بیان دیگر، شار نوری مقدار کل پرتوهای نوری ساطع شده از منبع را نشان می دهد. هرچه شار یا اصطلاحاً لومن منابع نوری بیشتر باشد، پرنورتر خواهند بود. شار نوری یکی از پارامترهای مهم منابع نوری است که معمولاً همراه با مشخصات آن ها بیان می شود.

برای مثال، جدول زیر مشخصات یک لامپ روشنایی را نشان می دهد که معمولاً روی جعبه آن درج می شود. همان طور که می بینیم، مقدار شار نوری یا اصطلاحاً لومن آن نیز نوشته شده است.

مقادیر نمونه چند لامپ مختلف در جدول زیر آورده شده است که دانستن محدوده توان و شار و رابطه آن ها کاربردی خواهد بود.

بازده نوری (Luminous Efficiency):
بازده نوری برابر با نسبت شار نوری به توان الکتریکی مصرفی است (lm/W). در حقیقت، این کمیت معادل با بازده اقتصادی منابع نوری است.

شدت نور (Luminous Intensity):
شدت نور با نماد I مقدار نوری است که در یک جهت خاص ساطع شده و واحد آن کاندلا (Candela) با نماد cd است. این کمیت توسط منحنی توزیع شدت نور (Luminous Intensity Distribution Curve) یا LDC نمایش داده می شود.

منحنی توزیع شدت نور:
منحنی توزیع شدت نورِ یک منبع، جهت و شدت نوری را نشان می دهد که از آن ساطع می شود. البته ممکن است مقادیر شدت نور در یک جدول جدا ارائه شوند. شدت نور معمولاً بر اساس یک منبع نور 1000 لومنی ارائه می شود.

فضای اطراف و زیرین یک منبع نوری را می توان به عنوان ترکیبی از چند صفحه متقاطع در نظر گرفت که به دستگاه های A و B و C تقسیم شده اند.

رایج ترین دستگاه مختصاتی که از آن استفاده می شود، دستگاه صفحه C است که محور مشترک آن با یک خط عمودی گذرنده از مرکز منبع مشخص می شود. هر صفحه نیز با زاویه ای که با یک خط مرجع می سازد تعریف می شود؛ مثلاً محور لامپ.

منحنی قطبی (منحنی توزیع شدت نور)، معمولاً مقادیر اندازه گیری شده در صفحات C0/C180وC90/C270 را نشان می دهد.

منحنی توزیع شدت نور، یک نمایش دوبعدی از توزیع فضایی شدت نور لامپ ها و چراغ ها است. نمایش سه بعدی رایج تر، مدل توزیع شدت نور است.

منحنی توزیع شدت نور، یک صفحه عمودی از مدل سه بعدی توزیع شدت نور است. در کاتالوگ لامپ ها و چراغ ها معمولاً نمودارهایی با نام های C0 و C90 وجود دارد که توزیع شدت نور را نشان می دهند و مطابق شکل زیر بر چراغ یا لامپ عمود هستند.

منحنی توزیع شدت نور زیر را در نظر بگیرید که به صورت قطبی و برای صفحات C90/C270 و C0/C180 ارائه شده است. نقطه A در این نمودار نشان می دهد که شدت نور در زاویه 30 درجه برابر با 400 کاندلا و برای نقطه B که در زاویه 20 درجه قرار دارد، برابر با 800 کاندلا است.

به طور کلی، اگر بخواهیم شدت نور را در یک زاویه خاص به دست آوریم، خطی را از آن زاویه و عمود بر دایره ها رسم می کنیم. محل برخورد این خط با منحنی، شدت نور را نشان می دهد.

شدت روشنایی (Illuminance):
شدت روشنایی با نماد E میزان شار نوری است که بر یک سطح می تابد و واحد آن لوکس (Lux) یا lx است. شدت روشنایی با رابطه زیر محاسبه می شود:

که در آن، Φ شار نوری بر حسب لومن و A مساحت سطح مورد نظر بر حسب متر مربع است. شدت روشنایی را با دستگاهی به نام لوکس متر اندازه گیری می کنند.

در استانداردهای مختلف، شدت روشنایی مناسب برای محیط های مختلف (مانند EN12464 برای روشنایی محیط داخلی) ارائه می شود.

برای مثال اگر بخواهیم محاسبات مربوط به روشنایی یک اتاق نشیمن، اتاق خواب یا اتاق مطالعه را انجام دهیم، باید به جدول های استاندارد شدت روشنایی برای محیط های مختلف مراجعه کنیم.

بخشی از جدول شدت روشنایی بر حسب لوکس در نشریه شماره 1-110 دفتر نظام فنی اجرایی به صورت زیر است.

درخشندگی (Luminance):
درخشندگی تنها پارامتر اساسی در نورپردازی است که توسط چشم انسان درک می شود و محسوس است.

واحد درخشندگی (L)، کاندلا بر متر مربع (cd/m2) است که اصطلاحاً به آن نیت (Nit) نیز می گویند. از یک طرف، درخشندگی نشان دهنده میزان روشنایی یک منبع نوری و از طرف دیگر بیان گر میزان روشنایی یک سطح است.

بنابراین، درخشندگی وابستگی زیادی به میزان انعکاس آن سطح دارد (هم رنگ و هم جنس سطح) و نشان می دهد که چه میزان توان نوری توسط چشم انسان از یک زاویه دید مشخص قابل تشخیص است.

خیرگی (Glare):
خیرگی یکی از نتایج منفی نورپردازی و طراحی روشنایی نامناسب است که در اثر روشنایی بیش از حد در یک ناحیه ایجاد می شود. استفاده از چراغ نامناسب، جایابی نامناسب چراغ و انعکاس بالا از دلایل مهم خیرگی هستند که سبب سوزش چشم و خستگی ذهن می شوند.

شکل زیر، خلاصه تعاریف کمیت های بالا و ارتباط آن ها با یکدیگر را نشان می دهد.

در آموزش های بعدی، اصول طراحی روشنایی را معرفی خواهیم کرد.