1. ما هي المصطلحات الأساسية المستخدمة لوصف المعلمات البصرية لمصدر الضوء؟
بشكل عام، تشمل المعايير التي تصف الضوء المنبعث من مصدر ضوئي اللمعان، والتدفق الضوئي، وشدة الإضاءة، والإضاءة، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه.
التدفق الضوئي هو كمية الضوء المنبعثة من مصدر ضوئي في وحدة الزمن، ويُقاس باللومن (لام). يصف هذا المقدار إجمالي كمية الضوء المنبعثة من المصدر؛ فكلما زاد التدفق الضوئي، زادت كمية الضوء المنبعثة. وهو يتناسب طرديًا مع قدرة الضوء.
يُعرَّف التدفق الضوئي المنبعث من مصدر ضوئي لكل وحدة زاوية مجسمة في اتجاه معين بأنه شدة إضاءة المصدر في ذلك الاتجاه، ويُقاس بوحدة الكانديلا (قرص مضغوط). تشير شدة الإضاءة إلى مصدر ضوئي نقطي، وتصف مدى سطوع المصدر. فكلما زادت شدة الإضاءة، بدا المصدر أكثر سطوعًا، وفي ظل الظروف نفسها، ستظهر الأجسام المضاءة بهذا المصدر أكثر سطوعًا أيضًا.
يشير مصطلح الإضاءة إلى الكمية الفيزيائية التي تصف شدة الضوء المنبعث من سطح مصدر ضوئي. عندما تنظر العين البشرية إلى مصدر ضوئي من اتجاه معين، فإن نسبة شدة الإضاءة في ذلك الاتجاه إلى مساحة المصدر الضوئي التي تراها العين تُعرف بالإضاءة لكل وحدة مساحة مُسقطة. وحدة قياس الإضاءة هي شمعة لكل متر مربع (قرص مضغوط/m²). الإضاءة هي إدراك الإنسان لشدة الضوء.
يشير مصطلح الإضاءة إلى التدفق الضوئي المُستقبل لكل وحدة مساحة من سطح مُضاء، ويُقاس بوحدة اللوكس. تُعدّ الإضاءة مؤشرًا هامًا للظروف البيئية. في ليلة مقمرة، تتراوح الإضاءة عادةً بين 0.02 و0.3 لوكس؛ وفي يوم غائم، تتراوح الإضاءة الخارجية عادةً بين 50 و500 لوكس؛ وفي يوم مشمس، تتراوح الإضاءة الداخلية عادةً بين 100 و1000 لوكس. وتتراوح الإضاءة اللازمة للقراءة عمومًا بين 50 و60 لوكس.
2. ما هو منحنى توزيع الضوء؟ ولماذا يُعد توزيع الضوء ضرورياً؟
منحنى توزيع الضوء هو منحنى يصف التوزيع المكاني لشدة الإضاءة لمصدر ضوئي أو وحدة إضاءة. يسجل هذا المنحنى معلومات مثل التدفق الضوئي، وعدد مصادر الضوء، وقدرة وحدة الإضاءة. يمكننا تخيل وضع مصباح أو مصدر ضوء في مركز كرة في الفضاء، ثم قياس شدة الإضاءة عند مقطع عرضي يمر عبر المركز للحصول على منحنى توزيع الضوء. بالطبع، لفهم التوزيع المكاني للضوء المنبعث من مصدر الضوء أو المصباح بشكل أفضل، يمكننا قياس بيانات شدة الإضاءة عند زوايا مكانية متعددة.
(يعكس منحنى توزيع الضوء التوزيع المكاني لشدة الإضاءة لمصدر الضوء أو المصباح.)
عندما يُصدر مصدر ضوئي ضوءًا، تنتشر أشعة الضوء في جميع الاتجاهات. وللاستفادة من مصدر ضوئي لتحقيق الإضاءة المطلوبة، يلزم وجود آليات محددة للتحكم في الضوء، وإعادة ضبط توزيعه المكاني لتحقيق التأثير المطلوب. يُطلق على هذا التحكم اسم توزيع الضوء.
3. كيف يختلف طيف قاد عن طيف تجهيزات الإضاءة الأخرى؟
الطيف هو نمط الضوء أحادي اللون الذي يتشتت بواسطة نظام تشتيت (مثل الموشور أو المحزز) ويرتب تسلسليًا وفقًا للطول الموجي (أو التردد). ويُسمى أيضًا بالطيف الضوئي. يشمل الطيف الكهرومغناطيسي الكامل موجات الراديو، والأشعة تحت الحمراء، والأشعة فوق البنفسجية، والأشعة السينية. وتختلف هذه الأطوال الموجية. يُعدّ الطيف المرئي، وهو الجزء الأكبر من الطيف، الجزء المرئي للعين البشرية، وتتراوح أطوال موجاته النموذجية بين 400 و760 نانومتر.
تستخدم معظم مصابيح قاد حاليًا شريحة قاد زرقاء لتحفيز مادة فسفورية واحدة أو أكثر، مما يؤدي في النهاية إلى مزج الضوء الأزرق مع الضوء المنبعث من المادة الفسفورية لإنتاج الضوء الأبيض. ولذلك، يحتوي طيف مصباح قاد النموذجي عادةً على أكثر من قمتين، بينما تتميز نطاقات الأطوال الموجية الأخرى بشدة إشعاع منخفضة نسبيًا.
(الاختلافات بين أطياف مصابيح قاد وأطياف تجهيزات الإضاءة الأخرى)
4. ما هي درجة حرارة اللون؟ ما هي الأحاسيس التي تثيرها درجات حرارة اللون المختلفة؟
درجة حرارة اللون هي مقياس للون (سطح اللون) مصدر الضوء. عندما يكون اللون المنبعث من مصدر الضوء مطابقًا للون المنبعث من جسم أسود عند درجة حرارة معينة، تُعرَّف درجة حرارة الجسم الأسود عند تلك الدرجة بأنها درجة حرارة لون مصدر الضوء، وتُقاس بالكلفن (K). ولأن معظم مصادر الإضاءة تُصدر ضوءًا يُعرف عادةً بالضوء الأبيض، تُستخدم درجة حرارة سطح اللون أو درجة حرارة اللون المترابطة لمصدر الضوء للإشارة إلى مدى بياض لونه نسبيًا، مما يُحدد أداء لون الضوء. يُظهر مسار الجسم الأسود على نظام إحداثيات اللون CIE عملية تغير لون الجسم الأسود من الأحمر إلى الأحمر البرتقالي إلى الأصفر إلى الأبيض المصفر إلى الأبيض إلى الأبيض المزرق، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه.
(درجات حرارة الألوان المختلفة تثير مشاعر مختلفة.)
تؤدي درجات حرارة اللون المختلفة لمصادر الضوء إلى ألوان مختلفة للضوء: فدرجات الحرارة الأعلى تُنتج ضوءًا يميل إلى الزرقة، ويُعرف عادةً بالضوء الأبيض البارد؛ بينما تُنتج درجات الحرارة المنخفضة ضوءًا يميل إلى الحمرة، ويُعرف عادةً بالضوء الأبيض الدافئ. تُهيئ درجات حرارة اللون الأقل من 3300 كلفن جوًا دافئًا ومستقرًا؛ وتُعتبر درجات حرارة اللون بين 3000 و5000 كلفن متوسطة وتُضفي شعورًا بالانتعاش؛ أما درجات حرارة اللون الأعلى من 5000 كلفن فتُضفي شعورًا بالبرودة. وتُساهم ألوان الضوء المختلفة من مصادر الضوء المختلفة في خلق البيئة المثالية.