شدت نور

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

شدت نور برابر با حاصلضرب تابع روشنایی در انرژی نوری است که در واحد زاویه فضایی و در واحد ثانیه در جهتی خاص از یک منبع نور ساطع می‌شود. واحد اندازه گیری شدت روشنایی در اس‌آی کاندلا یا شمع با نماد cd است. این یکا یکی از یکاهای اصلی اس‌آی است. چنانچه شار نوری به میزان یک لومن از زاویه فضایی به میزان یک استرادیان منتشر شود شدت نور برابر یک کاندلا خواهد بود.

تفاوت با شدت تابش و شار نوری[ویرایش]

در نورسنجی با اندازه‌گیری نور مرئی دریافت‌شده توسط چشم انسان سر و کار داریم. چشم انسان تنها می‌تواند نوری که در طیف مرئی باشد را ببینید و در برابر نورها با طول موجهای مختلف حساسیت متفاوتی دارد. هنگام استفاده از چشم در شرایط روشن (دید کافی) چشم 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 پاسخ‌دهی چشم انسان به نور را نشان می‌دهد با نام تابع روشنایی شناخته می‌شود. این منحنی که با نماد V(λ) یا \textstyle \overline{y}(\lambda) نمایش می‌یابد بر پایهٔ میانگین تجربیات بسیار گوناگون دانشمندان و با استفاده از روش‌های اندازه‌گیری مختلف بدست آمده. برای نمونه پاسخدهی چشم در برابر نور بنفش با ضریب ده متغیر بود.

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 داشته باشیم که شار نوری یکسانی تولید می‌کنند، اما زاویهٔ رفلکتور (منعکس‌کننده) در آن‌ها متفاوت باشد، آنکه زاوایهٔ رفلکتور کوچکتری دارد شدت نور بیشتری تولید می‌کند زیرا شار نوری آن در زاوایهٔ 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.[۱]

یکاها[ویرایش]

مانند دیگر یکاهای دستگاه بین‌المللی، شمع نیز دارای تعریف عملیاتی است —‌هر شمع به وسیلهٔ توضیح‌دادن فرآیندی که منجر به تولید شدت نور یک شمعی می‌شود تعریف می‌گردد— بنا بر تعریف، اگر کسی یک منبع نور تک‌فام سبز با فرکانس ۵۴۰ تراهرتز بسازد، و این منبع در یک جهت بخصوص شدت تابشی ۱/۶۸۳ وات بر استرادیان داشته باشد، آن منبع نوری در آن جهت بخصوص یک شمع گسیل می‌دهد.[۲]

بسامد نور استفاده‌شده در تعریف منجر به طول نوری معادل ۵۵۵ نانومتر می‌شود که به بیشینهٔ پاسخ‌دهی چشم انسان به نور نزدیک است. اگر منبع دارای توزیع یکنواختی در همهٔ جهت‌ها باشد، شار نوری کل نزدیک به ۱۸٫۴۰ میلی‌وات خواهد بود (زیرا در هر کره ۴π استرادیان وجود دارد). یک شمع معمولی با دقت بسیار پاییین یک شمع شدت نوری دارد.

پیش از تعریف شمع، تعریف‌های مختلفی از شدت نور در کشورهای مختلف استفاده می‌شد. این تعریف‌ها معمولا بر پایهٔ درخشش شعلهٔ یک «شمع استاندارد» با یک ترکیب استاندارد بودند، یا درخشش یک رشتهٔ نورانی با یک طراحی ویژه. یکی از معروف‌ترین این استانداردها استاندارد انگلیسی است: توان‌شمع.[۳] هر توان‌شمع برابر نوری بود که توسط یک شمع اسپرماستی (ساخته‌شده از روغن سر نهنگ اسپرم) با وزن یک‌ششم پوند و سرعت سوختن ۱۲۰ دانه[۴] در ساعت. آلمان، استرالیان، و اسکاندیناوی از یکای هفنر استفاده می‌کردند، یکایی بر پایهٔ خروجی لامپ هفنر.[۵] در سال ۱۸۸۱ میلادی ژولز ویوله، ویوله را به عنوان یکای شدت نور پیشنهاد کرد، این یکا به عنوان نخستین یکای نور که به ویژگی‌های یک لامپ بخصوص وابسته نبود قابل توجه‌است. همهٔ این یکاها با معرفی یکای شمع کنار گذاشته شدند.

یکاهای نورسنجی اس‌آی
کمیت نماد[نکته ۱] یکای اس‌آی نماد بُعد توضیحات
انرژی نورانی Qv [نکته ۲] لومن ثانیه lm⋅s T⋅J [نکته ۳] در انگلیسی گاهی به یکاها تالبوت می‌گویند
شار نوری Φv [نکته ۲] لومن (= cd⋅sr) lm J توان نوری هم می‌گویند
شدت نور Iv کاندلا (= lm/sr) cd J یکی از یکاهای اصلی اس‌آی، شار نوری در هر زاویهٔ فضایی واحد
درخشندگی Lv کاندلا بر متر مربع cd/m2 L−2⋅J به این یکا «نیت» هم می‌گویند
شدت روشنایی Ev لوکس (= lm/m2) lx L−2⋅J برای نور تابیده‌شده بر یک سطح استفاده می‌شود
گسیل نوری Mv لوکس (= lm/m2) lx L−2⋅J برای نور تابیده‌شده از یک سطح استفاده می‌شود
نوردهی Hv لوکس ثانیه lx⋅s L−2⋅T⋅J
چگالی انرژی نورانی ωv لومن ثانیه بر متر۳ lm⋅sm−3 L−3⋅T⋅J
اثرگذاری نوری η [نکته ۲] لومن بر وات lm/W M−1⋅L−2⋅T3⋅J نسبت شار نوری به شار تابشی
بازده نوری V 1 ضریب نوری نیز گفته می‌شود
جستارهای وابسته: اس‌آی · نورسنجی · رادیومتری
  1. موسسه استاندارد توصیه می‌کند کمیت‌های نورسنجی با یک "v" (مخفف "visual" یعنی دیداری) مشخص شوند تا از اشتباه‌شدن با کمیت‌های رادیومتری یا فوتون جلوگیری شود.
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ ۲٫۲ گاهی نمادهای جایگزین هم بکار می‌رود: W برای انرژی نورانی، P یا F برای شار نوری، و ρ یا K اثرگذاری نوری.
  3. "J" نماد توصیه‌شده برای روشنایی در دستگاه بین‌المللی یکاها است.

کاربرد[ویرایش]

شدت نور یک نور تک‌فام در یک طول موج ویژه مانند λ چنین بدست می‌آید:

I_\mathrm{v} = 683 \cdot \overline{y}(\lambda) \cdot I_\mathrm{e},

که در آن:

Iv شدت نور بر حسب شمع (cd) است،
Ie شدت تابش بر حسب وات بر استرادیان (W/sr)،
\textstyle \overline{y}(\lambda) تابع استاندارد روشنایی است.

اگر بیش از یک طول موج داشته باشیم (که معمولا در واقعیت چنین است)، باید روی طیف، از طول موج‌های مختلف جمع یا انتگرال بگیریم تا به شدت نور برسیم:

I_\mathrm{v} = 683 \int^\infin_0 \overline{y}(\lambda) \cdot I_\mathrm{e}(\lambda) \, d\lambda.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. اسلامی، خدادادی و حجرگشت، «محاسبه روشنایی»، روشنایی فنی و نقشه‌کشی رایانه، ۷.
  2. "Base unit definitions: Candela". The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. Retrieved 8 February 2008. 
  3. candlepower
  4. grains
  5. "Hefner unit, or Hefner candle". Sizes.com. 30 May 2007. Retrieved 25 February 2009. 
  • اسلامی، محمدحسن، شهرام خدادادی و علیرضا حجرگشت. روشنایی فنی و نقشه‌کشی رایانه. گویش نو، ۱۳۹۰. شابک ‎۹۷۸-۶۰۰-۸۴۵۰-۷۰-۲.