ما هو معروف عن قوة الضوء ومعادلة حسابها
يعد الضوء من أكثر الظواهر إثارة للاهتمام وإثارة للجدل في عالمنا. بالنسبة للفيزياء ، يعد هذا أحد المعايير الأساسية للعديد من الحسابات. بمساعدة الضوء ، يأمل العلماء في العثور على دليل لوجود كوننا ، وكذلك فتح فرص جديدة للبشرية. في الحياة اليومية ، يكون للضوء أيضًا أهمية كبيرة ، خاصة عند إنشاء إضاءة عالية الجودة في غرف مختلفة.
من أهم معالم الضوء قوته التي تميز قوة هذه الظاهرة. إنها قوة الضوء وحساب هذه المعلمة التي ستخصص لها هذه المقالة.
معلومات عامة عن المفهوم
في الفيزياء ، تعني شدة الإضاءة (IV) قوة تدفق الضوء ، المحددة بزاوية صلبة محددة. ويترتب على هذا المفهوم أن هذه المعلمة لا تعني كل الضوء المتاح في الفضاء ، ولكن فقط ذلك الجزء منه المنبعث في اتجاه معين.
اعتمادًا على مصدر الإشعاع المتاح ، ستزيد هذه المعلمة أو تنقص. ستتأثر تغييراته بشكل مباشر بقيمة الزاوية الصلبة.
ملحوظة! في بعض الحالات ، ستكون شدة الضوء هي نفسها لأي زاوية. هذا ممكن في المواقف التي يخلق فيها مصدر الضوء إضاءة موحدة للمساحة.
تعكس هذه المعلمة الخاصية الفيزيائية للضوء ، مما يجعلها مختلفة عن القياسات مثل السطوع ، والتي تعكس الأحاسيس الذاتية. بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر قوة الضوء في الفيزياء قوة. لكي نكون أكثر دقة ، يتم تقديرها كوحدة طاقة. في الوقت نفسه ، تختلف القوة هنا عن مفهومها المعتاد. هنا ، لا تعتمد الطاقة فقط على الطاقة التي ينبعث منها تركيب الإضاءة ، ولكن أيضًا على شيء مثل الطول الموجي.
وتجدر الإشارة إلى أن حساسية الناس للإشعاع الضوئي تعتمد بشكل مباشر على طول الموجة. ينعكس هذا الاعتماد في دالة كفاءة الإضاءة الطيفية. في هذه الحالة ، فإن شدة الإضاءة نفسها هي كمية تعتمد على كفاءة الإضاءة. بطول موجة يبلغ 550 نانومتر (أخضر) ، تأخذ هذه المعلمة أقصى قيمتها. نتيجة لذلك ، ستكون العين البشرية أكثر أو أقل حساسية لتدفق الضوء بأطوال موجية مختلفة.
وحدة قياس هذا المؤشر هي الشمعة (cd).
ملحوظة! ستساوي قوة الإشعاع الذي يأتي من شمعة واحدة تقريبًا شمعة واحدة. الشمعة الدولية المستخدمة سابقًا في المعادلة الحسابية كانت 1.005 cd.
وهج شمعة واحدة
في حالات نادرة ، يتم استخدام وحدة قياس قديمة - الشمعة الدولية. لكن في العالم الحديث ، تُستخدم بالفعل وحدة قياس هذه الكمية ، الشمعدان ، في كل مكان تقريبًا.
مخطط المعلمة الضوئية
IV هو أهم عامل قياس ضوئي. بالإضافة إلى هذه القيمة ، تشتمل أهم المعلمات الضوئية على السطوع والإضاءة. يتم استخدام كل هذه القيم الأربع بنشاط عند إنشاء نظام إضاءة في مجموعة متنوعة من الغرف. بدونها ، من المستحيل تقدير مستوى الإضاءة المطلوب لكل حالة على حدة.
أهم أربع خصائص للإضاءة
لتسهيل فهم هذه الظاهرة الفيزيائية ، من الضروري التفكير في رسم بياني يصور مستوى يعكس انتشار الضوء.
الرسم البياني لشدة الضوء
يوضح الرسم البياني أن IV يعتمد على الاتجاه نحو مصدر الإشعاع. هذا يعني أنه بالنسبة لمصباح LED ، حيث سيتم أخذ اتجاه الحد الأقصى للإشعاع على أنه 0 درجة ، ثم عند قياس القيمة التي نحتاجها في اتجاه 180 درجة ، سيتم الحصول على قيمة أصغر من اتجاه 0 درجة.
كما ترون ، في الرسم التخطيطي ، فإن الإشعاع الذي ينتشر بواسطة مصدرين (أصفر وأحمر) سيغطي مساحة متساوية. في هذه الحالة ، سوف ينتشر الإشعاع الأصفر ، قياسا على ضوء الشمعة. ستكون قوتها مساوية تقريبًا لـ 100 cd. علاوة على ذلك ، ستكون قيمة هذه القيمة هي نفسها في جميع الاتجاهات. في نفس الوقت ، سيكون اللون الأحمر اتجاهي. في الوضع 0 درجة ، سيكون لها قيمة قصوى تبلغ 225 cd. في هذه الحالة ، ستنخفض هذه القيمة في حالة الانحراف عن 0 درجة.
تدوين معلمة SI
بما أن IV كمية مادية ، فيمكن حسابها. لهذا ، يتم استخدام صيغة خاصة. ولكن قبل الوصول إلى الصيغة ، من الضروري فهم كيفية كتابة القيمة المطلوبة في نظام SI. في هذا النظام ، سيتم عرض قيمتنا على أنها J (يُشار إليها أحيانًا بالرمز I) ، وستكون وحدتها الشمعة (cd). تعكس وحدة القياس أن IV المنبعث من مشعاع كامل على مساحة مقطع عرضي تبلغ 1/600000 متر مربع. سيتم توجيهها في اتجاه عمودي على المقطع المحدد. في هذه الحالة ، ستكون درجة حرارة الباعث قريبة من المستوى الذي سيتم عنده ملاحظة تصلب البلاتين عند ضغط 101325 باسكال.
ملحوظة! من خلال الشمعة ، يمكنك تحديد باقي الوحدات الضوئية.
نظرًا لأن تدفق الضوء في الفضاء يتم توزيعه بشكل غير متساوٍ ، فمن الضروري تقديم مفهوم كزاوية صلبة. عادة ما يتم الإشارة إليه بالرمز .
يتم استخدام شدة الضوء في الحسابات عند تطبيق صيغة البعد.في هذه الحالة ، ترتبط هذه القيمة بالتدفق الضوئي من خلال الصيغ. في مثل هذه الحالة ، سيكون التدفق الضوئي ناتجًا عن IV والزاوية الصلبة التي سينتشر فيها الإشعاع.
التدفق الضوئي (Фv) هو نتاج شدة الإضاءة والزاوية الصلبة التي ينتشر فيها التدفق. Ф = أنا .
صيغة تدفق مضيئة
يتبع من هذه الصيغة أن Фv هو التدفق الداخلي الذي ينتشر داخل زاوية صلبة محددة (ستيراديان واحد) في وجود IV في شمعة واحدة.
ملحوظة! ستيراديان هي زاوية صلبة تقطع قسمًا على سطح الكرة يساوي مربع نصف قطر هذه الكرة.
في هذه الحالة ، يمكن ربط IV والقوة من خلال الإشعاع الضوئي. بعد كل شيء ، يُفهم Fv أيضًا على أنه قيمة تميز قوة انبعاث الإشعاع الضوئي عندما تدركه العين البشرية المتوسطة ، والتي لديها حساسية للإشعاع بتردد معين. نتيجة لذلك ، يمكن اشتقاق المعادلة التالية من الصيغة أعلاه:
صيغة لشدة الضوء
يظهر هذا بوضوح في مثال المصابيح. في مثل هذه المصادر للإشعاع الضوئي ، عادة ما تكون قوتها مساوية للطاقة المستهلكة. نتيجة لذلك ، كلما زاد استهلاك الكهرباء ، ارتفع مستوى الإشعاع.
كما ترى ، فإن صيغة حساب القيمة التي نحتاجها ليست معقدة للغاية.
خيارات الحساب الإضافية
نظرًا لأن توزيع الإشعاع القادم من مصدر حقيقي إلى الفضاء سيكون غير متساوٍ ، فلن يكون v قادرًا على العمل كخاصية شاملة للمصدر. ولكن فقط باستثناء الحالة التي لن يتم فيها تحديد توزيع الإشعاع المنبعث في اتجاهات مختلفة في نفس الوقت.
لوصف توزيع Фv في الفيزياء ، يستخدمون مفهومًا مثل كثافة الإشعاع المكاني لتدفق الضوء لاتجاهات مختلفة من الفضاء. في هذه الحالة ، بالنسبة لـ Iv ، من الضروري استخدام الصيغة المألوفة بالفعل ، ولكن في شكل مكمل قليلاً:
الصيغة الثانية للحساب
ستتيح لك هذه الصيغة تقدير القيمة المرغوبة في اتجاهات مختلفة.
استنتاج
تحتل قوة الضوء مكانًا مهمًا ليس فقط في الفيزياء ، ولكن أيضًا في اللحظات اليومية العادية. هذه المعلمة مهمة بشكل خاص للإضاءة ، والتي بدونها يكون وجود العالم المألوف لنا أمرًا مستحيلًا. في الوقت نفسه ، يتم استخدام هذه القيمة ليس فقط في تطوير أجهزة إضاءة جديدة ذات خصائص تقنية أكثر ملاءمة ، ولكن أيضًا في بعض الحسابات المتعلقة بتنظيم نظام الإضاءة الخلفية.
إضاءة المباني بالمصابيح الأرضية - نظرة عامة على التركيب الأكثر شيوعًا
ثريات الأطفال لغرفة الفتاة: معايير الاختيار