وحدات قياس كمية الضوء :
حين نتكلم عن وحدات قياس كمية الضوء يجب أن نفرق بين أمور أربعة هي:
(أ) الطاقة الضوئية التى يبعثها المصدر فى جميع الاتجاهات ، أي قوة مصدر الضوء في حد ذاته Power of light ، أو كما تسمى أحياناً Intensity of light Source
(ب) الطاقة الضوئية Luminous energy التي تتدفق على المساحة التي يشغلها السطح وتسمى أحياناً بالتدفق الضوئي (۱) Luminous Flux .
(ج) شدة الضوء الساقط الذي يستقبله السطح Intensity of Incident Light
( د ) شدة الضوء الذي يعكسه السطح Intensity of Reflected Light و تسمى أحياناً ( بشدة النصوع Brightness ) أو باسم شدة الاستضاءة.
وحدة قياس قوة مصدر الضوء :
بنى المعيار الدولي لتقدير قوة مصدر الضوء أى الطاقة الضوئية التي يبعثها المصدر في جميع الاتجاهات على أساس كمية الضوء التي تبعثها شمعة ذات مواصفات معينة وتحترق تحت ظروف محددة. ومن هنا نشأت التسمية ( الشمعة العيارية ) وأصبحت الطاقة الضوئية التى تبعثها هذه الشمعة العيارية ( Candle Power ) هي وحدة قياس قوة مصدر الضوء .
ومنذ عام ١٩٣٦ وضع فى الولايات المتحدة وحدة أخرى لقياس قوة مصدر الضوء هى المعرفة باسم : Candela . وتعرف هذه الوحدة بأنها «جزء من ستين ( ١ على ٦٠ ) من الطاقة الضوئية التى يشعها (اسم" من مسطح جسم أسود رفعت حرارته إلى درجة تساوى درجة ذوبان البلاتين » .
ولو أن هناك اختلافا طفيفاً بين كلا الوحدتين إذ تقل الطاقة الضوئية التي تبعثها الوحدة الأمريكية Candela عن تلك التي تبعثها الشمعة العيارية بمقدار ٢ ٪ ، إلا أنه قد جرى العمل على اعتبارهما متساويتين في جميع العملية . فإن لزم الأمر تحرى الدقة المتناهية فى التعبير فيفرق بينهما بتسمية الوحدة الأولى وهى الشمعة العيارية باسم الشمعة القديمة وتسميه الوحدة الثانية Candela ( بالشمعة الجديدة ) .
وحدة قياس التدفق الضوئي الذي تناله مساحة معينة :
إذا فرضنا وجود شمعة عيارية فى مركز كرة نصف قطرها قدم واحد ( شكل ٦ ) ، فإن هذه الشمعة تبعث طاقة ضوئية في جميع الاتجاهات . وتعتبر الطاقة الضوئية التي تتدفق على مسطح داخل هذه الكرة قدره قدم مربع ، مساوية ليومن Lumen واحد . فالليومن بذلك هو وحدة لقياس × كمية الضوء الذي يتدفق على مساحة قدرها قدم مربع تبعد بمقدار قدم واحد عن مصدر ضوئى قوته ١ شمعة .
فإن فرضنا أن المسطح الذى مساحته قدم مربع على السطح الداخلي للكرة كان مربع الشكل مثلا فسوف يكون مع مصدر الأشعة شكلا هرميا ، ويكون هذا الشكل الهرمى الظاهر فى شكل٦ شاملا لتدفق ضوئی Luminous Flux قدره ليومن واحد فقط . وكذلك لو فرضنا أن هذه الرقعة التي مساحتها قدم مربع كانت دائرية الشكل و أننا قد أوصلنا محيطها بمركز الكرة فسوف يتكون شكلا مخروطياً بداخل السكرة قاعدته هذه الدائرة وقمته مصدر الضوء، ويكون هذا المخروطى شاملا لتدفق ضوئى قدره ليومن واحد .
وإذا طبقنا القانون الذى يقرر أن مساحة الكرة = ع ط نق لوجدنا أن الكرة التي نصف قطرها قدم واحد ، تكون مساحتها كالآتي : وحيث ذكرنا فيما تقدم أن كل قدم مربع واحد على السطح الداخلى لهذه الكرة ينال تدفقا ضوئياً Luminous Flux قدره اليومن من المصدر الضوئي الذي قوته شمعة واحدة .
يمكن القول بأن حجم ا الكرة الداخلي بأجمعه سوف يناله ١٢٠٥٧ ليو من إن كان المصدر الضوئي قوته ا شمعة عيارية . فإن فرضنا أن المصدر الضوئى كانت فوته ٥٠ شمعة ، فإن التدفق الضوئى Luminous Flux الذي يناله قدم مربع يبعد عن المصدر الضوئى بمقدار قدم طولى .. ليو من لكل قدم ، كما يمكن تقدير ما يبعثة هذا المصدر من تدفق ضوئى فى جميع الاتجاهات لو ضربنا ٥٠ ليومن × ١٢٠٥٧ = ٦٢٨٥ ليومن .
وحدات قياس الأشعة الساقطة :
إذا فرضنا وجود مصدر ضوئى قوته شمعة عيارية ( ا في شكل ٧ ) ويلقى أشعته الضوئية على سطح ( ه في شكل ٧) مساحته قدم عن المصدر بمقدار قدم طولى واحد ، فإن هذا السطح كما علمنا . سوف ينال فى مجموعه تدفقا ضوئيا Luminous Flux قدره 1 ليومن على كل قدم، ويرمز له كما يلى
( ١ ليومن / قدم ) .
وإن فرضنا أن السطح كانت مساحته متر واحد مربع، ويبعد عن المصدر بمقدار متر واحد أيضاً، فسوف يستقبل مجموع هذا السطح تدفقا ضوئيا قدره ا ليو من أيضاً، إذ رغم اختلاف مساحة هذا السطح عن مساحة السطح السابق، إلا أن كمية الطاقة الضوئية التى تشغل الشكل الهرمى في الحالتين قد ظلت واحدة . ونظراً لأن الطاقة الضوئية قد وزعت في الحالة الأولى على قدم مربع ، ووزعت فى الحالة الثانية على متر مربع ، لذلك نرى أن شدة الضوء الساقط على المتر المربع لا بد وأن تقل عن تلك الساقطة على القدم المربع . ولما ١٠٧٦٤ قدم مربع ، لذلك تقل شدة الضوء في الحالة كان المتر المربع : الثانية بنسبة ١ على ٧٦٤ ،١٠
وتعتبر كمية الضوء الساقطة على سطح مساحته متر مربع يبعد بمقدار متر طولى عن المصدر السابق مساوية ١ ليومن لكل متر مربع وهذه وحدة دولية للإضاءة . ويطلق عليها وحدة
« اللوكس Lux ) .
أما عن كمية الضوء الساقط على سطح مساحته قدم مربع ويبعد عن المصدر السابق بمقدار قدم طولى ،واحد فانها تكون ١ ليومن لكل قدم مربع Lumen Per Spuare Foot وهي نفسها الوحدة المعروفة باسم (قدم / شمعة Foot / Candle ) التى بدأ يقل استخدامها ويستعاض عنها ببديلتها وحدة ليومن / قدم » .
وحيث علمنا أن المتر المربع = ١٠٫٧٦٤ قدم مربع ، لذلك نستنتج أن : ( ١ ليومن / قدم ) أى ( ۱ قدم / شمعة ) = ٧٦٤ ١٠ لو كس Luxes .
ويبدو واضحا مما سبق أن مقاييس التعريض التي تستخدم لقياس الضوء الساقط لابد وأن تكون مرقمة بأى من الوحدات السابقة ( قدم شمعة ) أي ( ليومن / قدم ) كما أن بعضها قد يرقم بوحدات اللوكس Luxes و يعرف باسم Lux Meters .
حين نتكلم عن وحدات قياس كمية الضوء يجب أن نفرق بين أمور أربعة هي:
(أ) الطاقة الضوئية التى يبعثها المصدر فى جميع الاتجاهات ، أي قوة مصدر الضوء في حد ذاته Power of light ، أو كما تسمى أحياناً Intensity of light Source
(ب) الطاقة الضوئية Luminous energy التي تتدفق على المساحة التي يشغلها السطح وتسمى أحياناً بالتدفق الضوئي (۱) Luminous Flux .
(ج) شدة الضوء الساقط الذي يستقبله السطح Intensity of Incident Light
( د ) شدة الضوء الذي يعكسه السطح Intensity of Reflected Light و تسمى أحياناً ( بشدة النصوع Brightness ) أو باسم شدة الاستضاءة.
وحدة قياس قوة مصدر الضوء :
بنى المعيار الدولي لتقدير قوة مصدر الضوء أى الطاقة الضوئية التي يبعثها المصدر في جميع الاتجاهات على أساس كمية الضوء التي تبعثها شمعة ذات مواصفات معينة وتحترق تحت ظروف محددة. ومن هنا نشأت التسمية ( الشمعة العيارية ) وأصبحت الطاقة الضوئية التى تبعثها هذه الشمعة العيارية ( Candle Power ) هي وحدة قياس قوة مصدر الضوء .
ومنذ عام ١٩٣٦ وضع فى الولايات المتحدة وحدة أخرى لقياس قوة مصدر الضوء هى المعرفة باسم : Candela . وتعرف هذه الوحدة بأنها «جزء من ستين ( ١ على ٦٠ ) من الطاقة الضوئية التى يشعها (اسم" من مسطح جسم أسود رفعت حرارته إلى درجة تساوى درجة ذوبان البلاتين » .
ولو أن هناك اختلافا طفيفاً بين كلا الوحدتين إذ تقل الطاقة الضوئية التي تبعثها الوحدة الأمريكية Candela عن تلك التي تبعثها الشمعة العيارية بمقدار ٢ ٪ ، إلا أنه قد جرى العمل على اعتبارهما متساويتين في جميع العملية . فإن لزم الأمر تحرى الدقة المتناهية فى التعبير فيفرق بينهما بتسمية الوحدة الأولى وهى الشمعة العيارية باسم الشمعة القديمة وتسميه الوحدة الثانية Candela ( بالشمعة الجديدة ) .
وحدة قياس التدفق الضوئي الذي تناله مساحة معينة :
إذا فرضنا وجود شمعة عيارية فى مركز كرة نصف قطرها قدم واحد ( شكل ٦ ) ، فإن هذه الشمعة تبعث طاقة ضوئية في جميع الاتجاهات . وتعتبر الطاقة الضوئية التي تتدفق على مسطح داخل هذه الكرة قدره قدم مربع ، مساوية ليومن Lumen واحد . فالليومن بذلك هو وحدة لقياس × كمية الضوء الذي يتدفق على مساحة قدرها قدم مربع تبعد بمقدار قدم واحد عن مصدر ضوئى قوته ١ شمعة .
فإن فرضنا أن المسطح الذى مساحته قدم مربع على السطح الداخلي للكرة كان مربع الشكل مثلا فسوف يكون مع مصدر الأشعة شكلا هرميا ، ويكون هذا الشكل الهرمى الظاهر فى شكل٦ شاملا لتدفق ضوئی Luminous Flux قدره ليومن واحد فقط . وكذلك لو فرضنا أن هذه الرقعة التي مساحتها قدم مربع كانت دائرية الشكل و أننا قد أوصلنا محيطها بمركز الكرة فسوف يتكون شكلا مخروطياً بداخل السكرة قاعدته هذه الدائرة وقمته مصدر الضوء، ويكون هذا المخروطى شاملا لتدفق ضوئى قدره ليومن واحد .
وإذا طبقنا القانون الذى يقرر أن مساحة الكرة = ع ط نق لوجدنا أن الكرة التي نصف قطرها قدم واحد ، تكون مساحتها كالآتي : وحيث ذكرنا فيما تقدم أن كل قدم مربع واحد على السطح الداخلى لهذه الكرة ينال تدفقا ضوئياً Luminous Flux قدره اليومن من المصدر الضوئي الذي قوته شمعة واحدة .
يمكن القول بأن حجم ا الكرة الداخلي بأجمعه سوف يناله ١٢٠٥٧ ليو من إن كان المصدر الضوئي قوته ا شمعة عيارية . فإن فرضنا أن المصدر الضوئى كانت فوته ٥٠ شمعة ، فإن التدفق الضوئى Luminous Flux الذي يناله قدم مربع يبعد عن المصدر الضوئى بمقدار قدم طولى .. ليو من لكل قدم ، كما يمكن تقدير ما يبعثة هذا المصدر من تدفق ضوئى فى جميع الاتجاهات لو ضربنا ٥٠ ليومن × ١٢٠٥٧ = ٦٢٨٥ ليومن .
وحدات قياس الأشعة الساقطة :
إذا فرضنا وجود مصدر ضوئى قوته شمعة عيارية ( ا في شكل ٧ ) ويلقى أشعته الضوئية على سطح ( ه في شكل ٧) مساحته قدم عن المصدر بمقدار قدم طولى واحد ، فإن هذا السطح كما علمنا . سوف ينال فى مجموعه تدفقا ضوئيا Luminous Flux قدره 1 ليومن على كل قدم، ويرمز له كما يلى
( ١ ليومن / قدم ) .
وإن فرضنا أن السطح كانت مساحته متر واحد مربع، ويبعد عن المصدر بمقدار متر واحد أيضاً، فسوف يستقبل مجموع هذا السطح تدفقا ضوئيا قدره ا ليو من أيضاً، إذ رغم اختلاف مساحة هذا السطح عن مساحة السطح السابق، إلا أن كمية الطاقة الضوئية التى تشغل الشكل الهرمى في الحالتين قد ظلت واحدة . ونظراً لأن الطاقة الضوئية قد وزعت في الحالة الأولى على قدم مربع ، ووزعت فى الحالة الثانية على متر مربع ، لذلك نرى أن شدة الضوء الساقط على المتر المربع لا بد وأن تقل عن تلك الساقطة على القدم المربع . ولما ١٠٧٦٤ قدم مربع ، لذلك تقل شدة الضوء في الحالة كان المتر المربع : الثانية بنسبة ١ على ٧٦٤ ،١٠
وتعتبر كمية الضوء الساقطة على سطح مساحته متر مربع يبعد بمقدار متر طولى عن المصدر السابق مساوية ١ ليومن لكل متر مربع وهذه وحدة دولية للإضاءة . ويطلق عليها وحدة
« اللوكس Lux ) .
أما عن كمية الضوء الساقط على سطح مساحته قدم مربع ويبعد عن المصدر السابق بمقدار قدم طولى ،واحد فانها تكون ١ ليومن لكل قدم مربع Lumen Per Spuare Foot وهي نفسها الوحدة المعروفة باسم (قدم / شمعة Foot / Candle ) التى بدأ يقل استخدامها ويستعاض عنها ببديلتها وحدة ليومن / قدم » .
وحيث علمنا أن المتر المربع = ١٠٫٧٦٤ قدم مربع ، لذلك نستنتج أن : ( ١ ليومن / قدم ) أى ( ۱ قدم / شمعة ) = ٧٦٤ ١٠ لو كس Luxes .
ويبدو واضحا مما سبق أن مقاييس التعريض التي تستخدم لقياس الضوء الساقط لابد وأن تكون مرقمة بأى من الوحدات السابقة ( قدم شمعة ) أي ( ليومن / قدم ) كما أن بعضها قد يرقم بوحدات اللوكس Luxes و يعرف باسم Lux Meters .
تعليق