-نور, شدت روشنایی

نور- انرژی الکترومغناطیسی

نور نوعی تابش است که در فضا حرکت می کند. انسان ها برای دیدن و درک دنیای اطراف خود به نور حساس هستند. همه نورها خاص به نظر می رسند، این در واقع نوع دیگری از انرژی الکترومغناطیسی مانند امواج مایکروویو و امواج رادیویی است. نور معمولاً در پرتوهای خط مستقیم حرکت می کند و با سرعت در سراسر جهان به روش های بسیار دقیقی منعکس و منکس می شود. بیشتر نوری که با چشمان خود می بینیم کاملاً ضعیف است زیرا قبلاً اشیا را شکسته است. همه نورها چندان ضعیف نیستند، با این حال، پرتوهای نور ساخته شده توسط لیزر فوق العاده متمرکز هستند و می توانند به اندازه کافی قدرتمند باشند که فلزات را برش دهند. تابش همچنین می تواند شامل ذرات یا بسته های انرژی به نام فوتون باشد. نور تنها بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که قابل مشاهده است. نور سفید خورشید از تمام طول موج های مرئی تشعشع تشکیل شده است که با استفاده از یک منشور قابل مشاهده است. نور مانند همه اشکال تابش الکترومغناطیسی می تواند منعکس شود یا به عقب بازگردد و قسمت های مختلف طیف الکترومغناطیسی به روش های مختلف شکسته شود. گاهی اوقات نور مرئی و اشعه مادون قرمز توسط ذرات ارتعاشی اجسام گرم یا داغ ایجاد می شود.

-نور چگونه اندازه گیری می شود؟

نور یک کمیت فیزیکی نیست و بنابراین نمی توان آن را اندازه گیری کرد. از این رو، وقتی در مورد واحد نور صحبت می کنیم، از نظر عملی چندان معنا ندارد. با این حال، از آنجایی که نور شامل چندین کمیت فیزیکی مانند طول موج، سرعت، شدت و غیره است که قابل اندازه گیری هستند، واحد نور را می توان با استفاده از این ویژگی های فیزیکی تخمین زد. اما، قبل از اینکه متوجه شویم واحد نور چیست، اجازه دهید ابتدا نگاهی به نور داشته باشیم، چگونه می‌توانیم آن را تعریف کنیم.

نور به یکی از بخش های طیف الکترومغناطیسی اطلاق می شود که از امواج رادیویی تا پرتوهای گاما متغیر است. همانطور که از نام آن پیداست، تابش های الکترومغناطیسی نوسانات میدان های الکتریکی و مغناطیسی هستند که انرژی را از یک مکان به مکان دیگر منتقل می کنند. نورهای مرئی ذاتاً با سایر بخش‌های طیف الکترومغناطیسی متفاوت نیستند، اما در دسترس هستند با این تفاوت که چشم انسان می‌تواند آنها را تشخیص دهد.

تابش طیف الکترومغناطیسی به روشی دیگر به عنوان جریانی از فوتون ها توصیف می شود، ذرات بدون جرم که با خواص موج مانند و با سرعت نور حرکت می کنند. فوتون کوچک‌ترین مقدار انرژی است که می‌تواند منتقل شود، و این درک این بود که نور در کوانتوم‌های گسسته حرکت می‌کند، خاستگاه نظریه کوانتومی.

نور مرئی اغلب دارای طول موج هایی در محدوده 400-700 نانومتر (nm) است، یا می توان گفت 4.00 x 10-7 تا 7.00 x 10-7 متر، در میان پرتوهای مادون قرمز (با طول موج بلندتر) و پرتوهای فرابنفش (با کوتاه تر) طول موج). این طول موج مشخص شده به معنای محدوده فرکانسی نزدیک به 430-750 تراهرتز (THz) است.

خواص اولیه نور شامل جهت انتشار، شدت، فرکانس یا طیف طول موج و قطبش است، در حالی که سرعت آن در خلاء، 299، 792، 458 متر بر ثانیه (m/s)، یکی از ثابت های اساسی طبیعت است. نور، مانند انواع پرتوهای الکترومغناطیسی (EMR)، همیشه با این سرعت در خلاء حرکت می کند.

-واحدها و اندازه گیری ها

نور، به طور کلی، با دو مجموعه واحد اندازه‌گیری می‌شود: رادیومتری بر اندازه‌گیری قدرت نور در همه طول‌موج‌ها تأکید می‌کند، و فوتومتری نور را با طول موج وزن‌شده برای مدل استاندارد شده درک روشنایی انسان اندازه‌گیری می‌کند. نورسنجی در تعیین کمیت روشنایی (روشنایی) در نظر گرفته شده برای استفاده انسان مفید است.

سه نوع اصلی از واحد چراغ ها به شرح زیر است:

 Candela.1

Lumen.2

Lux.3

1.کندلا

کندلا به واحد پایه شدت نور در سیستم بین المللی واحدها، یعنی (SI) اشاره دارد. یعنی توان نوری در واحد زاویه جامد که توسط یک منبع نور نقطه ای در یک جهت مشخص ساطع می شود. با این حال، شدت درخشندگی مشابه شدت تابش است، اما به جای اینکه به سادگی سهم هر طول موج نور را در طیف منابع جمع کنیم، سهم هر طول موج با تابع درخشندگی استاندارد وزن می‌شود. مقدار عددی ثابت شدت نور تابش تک رنگ با فرکانس 540 x 1012 هرتز، Kcd، 683 است اگر در واحد lm W-1 بیان شود، که برابر است با cd sr kg-1 m-2 s3. فرکانس انتخاب شده در طیف مرئی نزدیک به سبز است که مربوط به طول موج حدود 555 نانومتر (nm) است. 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 اگر برای شرایط روشن تطبیق داده شود، چشم انسان در نزدیکی این فرکانس خاص حساس ترین است. اما، در فرکانس‌های دیگر، با توجه به پاسخ فرکانسی چشم انسان، شدت تابش به‌طور قابل‌توجهی برای رسیدن به همان شدت نوری مورد نیاز است. شدت نور برای نور با طول موج λ به صورت داده شده است

Iv (λ) = 683.002 lm/W. ӯ (λ). Ie (λ)

جایی که،

Iv (λ) = شدت نور

 (λ) =   درخشندگی فتوپیک

 functionIe (λ) =  شدت تابشی

اگر بیش از یک طول موج وجود داشته باشد، باید در طیف طول موج ها ادغام شود تا به شدت نور کلی برسد

2.لومن

لومن واحد SI شار نور است، سرعتی که در آن نور (مرئی) از یک منبع ساطع می شود. شار نوری با شار تابشی (قدرت) متفاوت است به گونه ای که شار تابشی شامل تمام امواج الکترومغناطیسی ساطع شده است، در حالی که شار بر اساس یک مدل (یک تابع درخشندگی) از حساسیت چشم انسان به طول موج های مختلف وزن می شود. واحد اندازه گیری شار نوری  لومن (lm) می باشد. در واقع میزان  نوری  که از یک چشمه نقطه ای به شدت یک کاندلا داخل مخروطی به زاویه راس یک استرادیان  ساطع میشود لومن نام دارد.

 در رابطه با کندلا، لومن به صورت زیر تعریف می شود:

1lm = 1cd · sr.

از آنجایی که یک کره کامل دارای زاویه 4 π استرادیان است، منبع نوری که یک کاندلا را در همه جهات تابش می کند، شار نوری کل 1 cd x 4 π sr = 4 π cd• sr ≈ 12.57 لومن را نگه می دارد.

3.لاکس یا لوکس

لاکس یا لوکس به واحد SI روشنایی و تابش نور، اندازه گیری شار در واحد سطح اشاره دارد و برابر با یک لومن در متر مربع است. در فتومتری، اندازه‌گیری شدت نوری است که به یک سطح برخورد می‌کند یا از آن عبور می‌کند. مقدار خاصی از نور، اگر در یک منطقه نسبتاً بزرگ‌تر پخش شود، سطح را کم‌تر روشن می‌کند. 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.

 از این رو، می توان گفت که روشنایی، اگر شار نوری ثابت نگه داشته شود، با مساحت نسبت معکوس دارد. Lux به لومن مربوط می شود به گونه ای که یک لوکس معادل یک لومن در متر مربع است و به صورت زیر داده می شود:

1 lx= 1 lm/m2 = 1 cd•sr/m2

به عنوان مثال: شار 1000 لومن متمرکز بر مساحت یک متر مربع آن منطقه را با روشنایی 1000 لوکس روشن می‌کند. با این حال، پخش کردن همان شار روی 10 متر مربع، روشنایی کمتری به اندازه 100 لوکس ایجاد می کند.

www.vedantu.com :منبع