الكميات الضوئية الفوتومترية مع الرموز والوحدات

تصف الكميات الفوتومترية الضوء كما تدركه العين البشرية: وهو الإشعاع المرجّح بدالة الكفاءة الضوئية V(λ) في الطيف المرئي من حوالي 380 إلى 780 nm. والكميات الأساسية الأربع هي التدفق الضوئي Φ بوحدة اللومن، والإنارة E بوحدة اللوكس، واللمعان L، وشدة الإضاءة I. ويُطلق على هذا المجال اسم الفوتومترية؛ أما النظائر الطاقوية لها فهي الكميات الراديومترية.

تشكّل تقنية الإضاءة والكميات الفوتومترية الأساس لفهم واستخدام الضوء والأشعة فوق البنفسجية في السياقات العلمية والصناعية واليومية.

الضوء هو الشكل المرئي من الإشعاع الكهرومغناطيسي، والذي يقع في الطيف المرئي من حوالي 380 إلى 780 نانومتر.

تُعنى تقنية الإضاءة بتوليد الضوء وتوزيعه وتطبيقه من أجل تحقيق تأثيرات بصرية معيّنة، واستخدام الطاقة بكفاءة، وتحسين نوعية الحياة. وتُعرف هذه الكميات أيضاً بالكميات الفوتومترية. ويُطلق على هذا المجال المتخصص اسم الفوتومترية.

يوضح الرسم البياني التالي الكميات الفوتومترية الأربع. ويحتوي الجدول على تمثيل مرئي وتعريف رياضي ووحدة وشرح موجز لكل كمية.

1. التدفق الضوئي Φ
2. الإنارة E
3. اللمعان L
4. شدة الإضاءة I

جدول للتنزيل: الكميات والوحدات الفوتومترية (XLSX) – مع عوامل التحويل والرموز والزاوية الصلبة. أما النظائر الطاقية فهي مذكورة تحت الكميات الراديومترية، والكميات المتعلقة باللون تحت الكميات القياسية اللونية. جميع الكميات مجتمعة – مع الرمز والوحدة والحاسبة المناظرة – موجودة في مسرد الكميات البصرية.

التعرّض الضيائي H_v – الاستضاءة مضروبة في الزمن – هو الكمية الوحيدة من بين الكميات الخمس التي لا تحظى بقسم خاص بها في هذه الصفحة: فهو يظهر بشكل خاص في اختبارات الثبات الضوئي، حيث يتطلّب المعيار ICH Q1B قيمة 1.2 مليون lux·h. التعريف والتمييز موجودان في مسرد الكميات البصرية.

التدفق الضوئي

التدفق الضوئي هو كمية فوتومترية تصف إجمالي الضوء المرئي الصادر عن مصدر ضوئي في جميع الاتجاهات. يُقاس بوحدة اللومن (lm). يشير التدفق الضوئي إلى مقدار الطاقة الضوئية المنبعثة من المصدر في وحدة الزمن، وهو مقياس لسطوع مصدر الضوء.

• الرمز: Φ
• الوحدة: لومن، lm
• التعريف: القدرة الإشعاعية المرجّحة بدالة V(lambda).

التدفق الضوئي هو إجمالي كمية الضوء المرئي الصادرة عن مصدر ضوئي. ويأخذ في الاعتبار جميع الاتجاهات التي يُبعث فيها الضوء، وبالتالي فهو مقياس للسطوع الإجمالي لمصدر الضوء.

مثال:

يبلغ التدفق الضوئي لمصباح كهربائي تقليدي باستهلاك طاقة قدره 60 واط حوالي 900 لومن. أي أن المصباح يبعث إجمالاً 900 لومن من الضوء المرئي في جميع الاتجاهات. أما مصباح LED الذي يمتلك أيضاً تدفقاً ضوئياً قدره 900 لومن، فلا يستهلك سوى حوالي 10 واط. 

يُقاس التدفق الضوئي باستخدام الكرة المُكامِلة.

الاستضاءة

الاستضاءة (E) هي كمية فوتومترية تصف التدفق الضوئي الساقط على سطح ما. تُعرَّف بأنها التدفق الضوئي لكل وحدة مساحة، وتُقاس بوحدة اللوكس (lx). يقابل اللوكس الواحد لومناً واحداً لكل متر مربع (lm/m²).

• الرمز: E
• الوحدة: lm/m²، لوكس، Lx
• التعريف: حاصل قسمة التدفق الضوئي الساقط على مساحة السطح.

تشير الاستضاءة إلى مقدار التدفق الضوئي الساقط على سطح معين، وبالتالي تصف مستوى السطوع الذي يُدرَك على هذا السطح. وهي معلمة مهمة في تصميم الإضاءة وتقنياتها.

مثال:

في يوم مشمس، يمكن أن تصل الاستضاءة في الهواء الطلق إلى حوالي 100,000 لوكس. وهذا مستوى استضاءة مرتفع جداً يوفّر ظروفاً مضيئة وساطعة.

في مكتب نموذجي، يُوصى بمستوى استضاءة يبلغ حوالي 500 لوكس لتهيئة بيئة عمل مريحة ومنتِجة. ويتحقق ذلك غالباً باستخدام إضاءة السقف ومصابيح المكاتب.
 

السطوع

السطوع هو كمية فوتومترية تصف انطباع السطوع الذي يتركه مصدر ضوئي على العين البشرية عند رؤيته من اتجاه معين. يُعرَّف بأنه التدفق الضوئي لكل وحدة مساحة من المصدر ولكل وحدة زاوية صلبة. وحدة السطوع هي الكانديلا لكل متر مربع (cd/m²).

• الرمز: L
• الوحدة: lm/(sr m²)، cd/m²
• التعريف: حاصل قسمة التدفق الضوئي المنبعث على حاصل ضرب عنصر السطح في الزاوية الصلبة.

يشير السطوع إلى مدى سطوع مصدر ضوئي عند رؤيته من نقطة معينة. ويأخذ في الاعتبار اتجاه ومساحة مصدر الضوء، وهو مقياس للسطوع المُدرَك.

مثال:

قد يكون للشاشة الحاسوبية سطوع نموذجي يبلغ حوالي 300 cd/m². وهذا يعني أن الشاشة توفّر سطوعاً مريحاً وكافياً للرؤية العادية.

شدة الإضاءة

شدة الإضاءة هي كمية فوتومترية تصف التدفق الضوئي الصادر عن مصدر ضوئي في اتجاه معين ضمن زاوية صلبة. تُقاس بوحدة الكانديلا (cd)، حيث تقابل الكانديلا الواحدة لومناً واحداً لكل ستراديان (lm/sr).

• الرمز: I
• الوحدة: lm/sr، cd
• التعريف: حاصل قسمة التدفق الضوئي المنبعث في اتجاه معين على عنصر الزاوية الصلبة.

تشير شدة الإضاءة إلى مقدار التدفق الضوئي المنبعث من مصدر ضوئي في اتجاه معين. وهي مفيدة بشكل خاص لوصف التوزيع الاتجاهي للضوء.

مثال:

يمكن أن تصل شدة الإضاءة لمصباح يدوي قوي مزوّد بتقنية LED إلى 1,000 كانديلا لإنتاج حزمة ضوئية مركّزة تصل إلى مسافة بعيدة.