مقالات

رادیومتریک در برابر فتومتریک

 

از آن‌جا که بشر فقط به چگونگی مشاهده نور توسط چشم انسان اهمیت می‌دهد، از شار تابشی (radiant) به طوری که توسط پاسخ طیفی چشم انسان سنجیده شده استفاده می‌شود تا شار تابشی (luminous)، که با لومن (LM) اندازه‌گیری می‌شود استنتاج شود. تمام مقادیر سنجیده‌شده توسط پاسخ چشم مقادیر فوتومتریک هستند. برای هر اندازه‌گیری رادیومتریک، یک اندازه‌گیری فوتومتریک معادل وجود دارد. مقادیر فوتومتر در “لومن” اندازه‌گیری می‌شود. کلمه “فوتومتریک” به محدوده قابل مشاهده‌ای از نور که چشم انسان به آن حساس است اشاره دارد.
منحنی پاسخ چشم انسان، مطابق استاندارد کمیسیون (CIE)  به صورت زیر است.
دید اسکوتوپیک بسیار حساس‌تر از دید فوتوپیک است
مقادیر فوتومتریک توسط دید فوتوپیک، یا دید نور روشن سنجیده می‌شوند؛ درمقابل دید در شب با دید اسکوتوپیک، سنجیده می‌شود. توجه خواهید کرد که دید فوتوپیک در 555 نانومتر که یک رنگ سبز مایل به زرد است به نقطه اوج می‌رسد. چشم انسان نسبت به این رنگ سبز حساس است. به همین دلیل یک نشان‌گر لیزر سبز در مقایسه با نشان‌گرهای لیزری آبی یا قرمز با همان قدرت بسیار روشن‌تر به نظر می‌رسد.

توان نوری رادیومتریک درمقابل فتومتریک

عنوانکمیتتوصیفواحد
رادیومتریکتوان واقعیشار تابشی، توان تابشیوات(W)
فتومتریکآنچه که توسط چشم انسان دیده می شودشار نوریلومن(Lm)
دید اسکوتوپیک دارای یک منحنی حساسیت به‌شکل مشابه است، اما به‌سمت آبی یا طول‌موج کوتاه، 45 نانومتر شیفت داده شده است به ‌طوری ‌که حداکثر حساسیت آن در510 نانومتر یا سبز خالص است. دید اسکوتوپیک نسبت به دید فتوپیک به نور بسیار حساس‌تر است. اوج بازدهی آن درحدود 1700 Lm/W است، درحالی که برای دید فوتوپیک 683 Lm/W است. یک نور 15 Lm به همان مقدار که در یک اتاق تاریک که دارای دید اسکوتوپی است روشن به نظر نمی رسد.
حد متوسط بین دید اسکوتوپیک و فوتوپیک میزان نوری است که در آن هر دو به طور همزمان فعال هستند که به این دید مزوسکوپیک گفته می‌شود. نمونه‌ای از سطح نور مزوسکوپیک ، نور خارج از منزل در شب است ، جایی که بسیاری از منابع پس زمینه از راه دور وجود دارد. اگر شما در حال طراحی برای شرایط روشنایی مزوسکوپی هستید ، به یاد داشته باشید که سطح روشنایی معمول برای دید فوتوپیک مشخص شده است. این ممکن است منجر به تولید نور بیشتر از آنچه که در واقع برای کاربرد مزوسکوپی ضروری است، شود.
تبدیل بین شار تابشی(radiant) و شار نوری (luminous) بستگی به طیف طول موج نور دارد. با مراجعه به دید فوتوپیک، اگر ما یک نور سبز 1 وات را در اوج پاسخ چشم انسان (555 نانومتر) داشته باشیم، که شار نوری(luminous) آن 683 لومن است، در این اوج، تبدیل 100٪ از وات نوری تابشی به لومن وجود دارد. این حداکثر کارایی در این مورد است و 1 وات از هر طول موج یا نور رنگی دیگری تبدیل به لومن کمتری خواهد داشت.
بیایید نگاهی بیندازیم به این که چطور طیف، تأثیر خود را بر تبدیل از شار تابشی(radiant) به شار نوری(luminous) می گذارد. طیف‌های چهار منبع نور را در نظر می گیریم.
طیف‌های انتشار 4 منبع نور متعارف
 لامپ‌های رشته‌ای تشعشع‌کننده‌های جسم سیاه هستند و تمایل زیادی به سمت انتهای طول موج (قرمز) یا محدوده مادون قرمز دارند. لامپ‌های کم‌مصرف فلورسنت دارای میله‌ای در لبه ماوراء بنفش و چند میله در طول موج‌های فسفر را شامل می‌شوند. LED سفید گرم دارای انتشار فسفر است که در مقایسه با LED سفید سرد بیشتر متمایل به انتهای قرمز است.
بیایید توان تابشی هر نور را با تعداد لومن ها مقایسه کنیم.

شار تابشی و شار نوری

منبع نورتوان ورودیدمای رنگشار تابشیکارآییشارنوریبازدهشارتابشی/شارنوری
نمادPCCTφrad φrad/P φlum φlum/P φlum/φrad
واحدWKWLmLm/WLm/W
لامپ رشته ای5827005.389.3%74912.9139
CFL926001.516.6%51156.8342
LED نور سرد7.539001.7723.7%61982.6349
LED نور گرم830501.8322.6%51864.1284
نور سبز 555 نانومتر--1-683-683
در ستون آخر می بینیم که لامپ رشته ای کمترین ضریب تبدیل را از شار تابشی(radiant) به شار نوری(luminous) دارد. این همان‌طور که انتظار داشتیم است، زیرا طیف آن بدترین تطابق برای طیف پاسخ چشم بود. نکته جالب دیگر برای توجه کردن این است که CFL ها و LED ها دو برابر کارآمدتر از لامپ های رشته ای هستند اما به دلیل تطابق نزدیک بین طیف و پاسخ چشم ، بیش از چهار برابر کارایی دارند. بدیهی است که CFL ها یک طیف باریک دارند و تنها از چند فرکانس تشکیل شده اند. از طرف دیگر LED ها طیف بسیار وسیع تری دارند. این تفاوت دلالت در ترسیم رنگ دارد.
برای مقایسه، طیف تابش خورشیدی نشان داده شده است.
طیف تابش خورشیدی
این طیف به جز در رنگ بنفش نزدیک ماورا بنفش، در بقیه قسمت‌ها نسبتاً به طور مساوی توزیع شده است.
در یک لامپ رشته ای نور در تمام جهات تقریباً به طور مساوی تابش می کند (ایزوتروپیک است). این امر آن را به عنوان منبع نوری کامل برای معین کردن در لومن واجد شرایط می‌کند. در حقیقت، برخی از جعبه‌های لامپ‌ها لومن‌ها را به همراه وات معمولی ذکر می‌کنند. با مشاهده جدول زیر، متوجه خواهید شد که لامپ‌های رشته ای با ولتاژ بالاتر، از راندمان بالاتری برخوردار هستند. این امر به دلیل دمای بالاتر رشته و در نتیجه بالاتر بودن بازدهی تابش جسم سیاه است.

افزایش بازدهی لامپ رشته‌ای با افزایش واتیج(توان)

توانلومن اولیهبازده اولیه(Lm/W)
4050512.6
6086514.4
75119015.9
100171017.1
, , , , , , , , , , , , , ,
نور به‌عنوان تابش
چه رنگ سفیدی؟

پست های مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.

فهرست