شار روشنایی (تعریف واحد روشنایی لومن)

در جهان کنونی که با بحران انرژی رو به رو است ، یکی از مهم ترین عوامل در استفاده از یک سیستم صنعتی ، بازده انرژی آن سیستم است. معمولا تعریف بازده به صورتی است که انرژی مفید خروجی را به نسبت انرژی ورودی محاسبه می کنند ، و این در سیستم های روشنایی و نورپردازی نیز صادق است.

در اکثر سیستم ها (همانند سیستم های گرمایشی ، سیستم های مبدل انرژی و …) توان ورودی و خروجی بر حسب واحد بین المللی وات تعریف می شوند و این برای سیستم های روشنایی نیز صادق است ، لیکن در بازه نور مرئی که رویت محیط توسط چشم انسان به عنوان خروجی سیستم روشنایی تعریف می شود ، به دلایلی که در زیر به شرح آن می پردازیم ، واحد وات به عنوان توان خروجی استفاده نمی شود.

چشم بشر به عنوان یکی از حس گر های پنج گانه و مبدل روشنایی به بینایی ، تنها حس گری است که برای بینایی مورد استفاده قرار می گیرد ، و مانند هر سیستمی محدودیت های خاص خود را نیز دارد.چشم می تواند طول موج هایی از نور مرئی را به خوبی ببیند و بعضی از طول موج ها را نمی تواند حس کند (همانند نورهای ماوراء بنفش ، پرتو های ایکس و مادون قرمز) و در برخی طول موج ها دچار ضعف بینایی می باشد. به عبارت دیگر چشم بشر یک سنسور غیر خطی است که به ورودی ها با مشخصات متفاوت پاسخ های متفاوتی می دهد و بینایی بشر در نور های متفاوت، متفاوت و غیر یکسان است ، به عنوان مثال چشم بشر در نور سبز بهتر می تواند محیط خود را مشاهده کند، لیکن در نور آبی به سختی می تواند اشیاء را مشاهده کند.برای نشان دادن حساسیت بشر به طیف های مختلف نوری آزمایشاتی بر روی افراد مختلف انجام شده و نتایج به صورت یک نمودار میانگین رسم شده است :

منحنی حساسیت چشم بشر به فرکانس های مختلف نور – مقادیر لوگاریتمی و نسبت به حداکثر حساسیت رسم شده اند.

اما نکته اصلی تعریف معیاری برای شناسایی توان خروجی منابع نوری می باشد که این معیار با نام “شار روشنایی” (Luminous flux) تعریف می شود و نماینده ی مقدار خروجی یک سیستم روشنایی مورد استفاده برای چشم انسان است (چشم جانداران مختلف نمودارهای متفاوتی دارد).به صورت قراردادی برای این مفهوم، واحدی به نام “لومن” (Lumens) تعریف می شود و به صورت قراردادی برای حداکثر شار نوری حاصله از یک منبع ایده آل یک وات عدد 683 لومن درنظر گرفته شده است. لذا ما مقدار شار نوری یک منبع را با این عدد سنجیده و مقایسه می کنم.

به عنوان مثال یک منبع نور یک وات ایده آل سبز مایل به زرد با طول موج 555 نانومتر مقدار 683 لومن شار نوری تولید خواهد کرد و یک منبع نور ایده آل با طول موج حدودی 610 نانومتر نوری حدودا معادل 340 لومن تولید خواهد کرد.

اهمیت این مطلب زمانی مشخص می شود که بدانیم می توانیم نور سفید (یا هر نور ترکیبی دیگر) را با ترکیب های متفاوتی بسازیم که تمام آن ها یک رنگ دیده خواهد شد ، ولی حتی با استفاده از منابع نوری ایده آل ، همچنان نور یکی از آن ها با همان رنگ محیط را روشن تر خواهد نمود.

به عنوان مثال می توانید شار نوری چندین منبع نور رایج را در جدول زیر ملاحظه فرمایید: