شناخت نورو روشنایی

نور یکی از بنیادی‌ترین پدیده‌های فیزیکی است که نقش بسیار مهمی در سیستم‌های روشنایی، بینایی انسان و کاربردهای صنعتی دارد. در این مقاله به بررسی ماهیت نور، طیف‌های فرابنفش، حساسیت چشم انسان، اصول رؤیت اشیا و اصطلاحات تخصصی روشنایی مانند دمای رنگ و شاخص نمود رنگ (CRI) می‌پردازیم.

رابطه انرژی نور و نظریه‌های انتشار

رابطه انرژی نور به صورت زیر بیان می‌شود:

E=hν

در این رابطه:

• E = انرژی فوتون
• h = ثابت پلانک
• ν (نو) = فرکانس نور

نظریه‌های ماهیت نور

در طول تاریخ دو نظریه اصلی درباره ماهیت نور مطرح شده است:

1. نظریه ذره‌ای نور
2. نظریه موجی (الکترومغناطیسی) نور

امروزه در کاربردهای مهندسی روشنایی، نظریه انتشار نور به صورت امواج الکترومغناطیسی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد و مبنای طراحی سیستم‌های روشنایی است.

طیف‌های فرابنفش (UV) و کاربردهای آن

نور فرابنفش (UV) بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که طول موج کوتاه‌تر از نور مرئی دارد و به سه دسته تقسیم می‌شود:

طیف UV-A (315 تا 380 نانومتر)

• عامل برنزه شدن پوست
• کم‌خطرترین نوع اشعه فرابنفش

طیف UV-B (280 تا 315 نانومتر)

• عامل قرمزی و التهاب پوست
• ایجاد آفتاب‌سوختگی

طیف UV-C (100 تا 280 نانومتر)

• تخریب ساختارهای سلولی
• کاربرد در سیستم‌های گندزدایی و تصفیه با اشعه UV
• استفاده گسترده در ضدعفونی آب و هوا

چشم انسان نسبت به تمام رنگ‌ها حساسیت یکسانی ندارد. بیشترین حساسیت چشم در شرایط دید روز (Photopic Vision) مربوط به:

طول موج 555 نانومتر (رنگ سبز مایل به زرد)

به همین دلیل در طراحی سیستم‌های روشنایی، بازده نوری منابع نور بر اساس این منحنی سنجیده می‌شود.

برای اینکه یک جسم به‌درستی دیده شود، چهار شرط اساسی باید فراهم باشد:

تأمین حداقل روشنایی

مقدار نور محیط باید کافی باشد. اجسامی که در نور روز به‌خوبی دیده می‌شوند، در تاریکی به سختی قابل مشاهده هستند.

بین جسم و محیط اطراف باید اختلاف در درخشندگی یا رنگ وجود داشته باشد. هرچه کنتراست بیشتر باشد، وضوح دید بهتر خواهد بود.

اگر جسم بسیار کوچک باشد، حتی با وجود نور کافی نیز قابل رؤیت نخواهد بود.

چشم برای تشخیص اشیا به زمان نیاز دارد. برای مثال هنگام چرخش سریع یک چرخ، امکان تشخیص جزئیات سطح آن کاهش می‌یابد.

دمای رنگ (Color Temperature)

دمای رنگ عددی است که بر حسب کلوین (K) بیان می‌شود و نشان‌دهنده رنگ نور خروجی منبع نور است.

هرچه عدد کلوین:

• بیشتر باشد → نور سردتر و مایل به سفید/آبی
• کمتر باشد → نور گرم‌تر و مایل به زرد

مثال‌ها:

دمای رنگ بر اساس مفهوم جسم سیاه تعریف می‌شود؛ یعنی اگر یک جسم سیاه تا دمای مشخصی گرم شود، نوری با همان رنگ منتشر می‌کند.

شاخص نمود رنگ نشان می‌دهد یک منبع نور تا چه حد رنگ واقعی اجسام را مشابه نور طبیعی نمایش می‌دهد.

• CRI بالا (نزدیک به 100) → نمایش طبیعی رنگ‌ها
• CRI پایین → تغییر و تحریف رنگ‌ها

برای مثال، گل سرخ زیر نور خورشید بسیار طبیعی‌تر از زیر نور لامپ بخار سدیم دیده می‌شود.

در سیستم استاندارد کدگذاری:

• رقم اول = درصد نمود رنگ (CRI)
• دو رقم بعدی = دمای رنگ

مثلاً کد 840 یعنی:

• CRI حدود 80
• دمای رنگ 4000 کلوین