فعالية مضيئة – Luminous efficacy
من ويكيبيديا
فعالية مضيئة هو مقياس لمدى إنتاج مصدر الضوء للضوء المرئي. إنها نسبة تدفق مضيئة إلى قوة، تقاس لومن لكل واط في ال النظام الدولي للوحدات (SI). اعتمادًا على السياق ، يمكن أن تكون القوة إما تدفق مشع من خرج المصدر ، أو يمكن أن يكون إجمالي الطاقة (الطاقة الكهربائية أو الطاقة الكيميائية أو غيرها) التي يستهلكها المصدر.[1][2][3]يجب عادةً استنتاج معنى المصطلح المقصود من السياق ، وأحيانًا يكون غير واضح. في بعض الأحيان يسمى المعنى السابق فعالية الإشعاع المضيء، والأخير الفعالية المضيئة للمصدر أو فعالية الإضاءة الشاملة.[4][5]
ليست كل الأطوال الموجية للضوء مرئية بشكل متساوٍ ، أو فعالة بنفس القدر في تحفيز الرؤية البشرية ، بسبب الحساسية الطيفية من عين الانسان؛ الإشعاع في الأشعة تحت الحمراء و فوق بنفسجي أجزاء من الطيف غير مجدية للإنارة. إن الفعالية المضيئة للمصدر هي نتاج مدى جودة تحويله للطاقة إلى إشعاع كهرومغناطيسي ، ومدى جودة اكتشاف الإشعاع المنبعث بواسطة العين البشرية.
الفعالية والكفاءة:
يمكن تطبيع فعالية الإضاءة بأقصى فعالية إضاءة ممكنة إلى أ بلا أبعاد كمية تسمى كفاءة مضيئة. التمييز بين فعالية و كفاءة لا يتم دائمًا الحفاظ عليها بعناية في المصادر المنشورة ، لذلك ليس من غير المألوف رؤية “الكفاءات” معبرًا عنها في لومن لكل واط ، أو “الكفاءة” معبرًا عنها كنسبة مئوية.
الفعالية المضيئة للإشعاع:
تفسير
ال استجابة العين البشرية النموذجية للضوء، وفقًا لمعايير CIE في عام 1924. المحور الأفقي هو الطول الموجي نانومتر
أطوال موجية من الضوء خارج الطيف المرئي ليست مفيدة للإضاءة لأنه لا يمكن رؤيتها بواسطة عين الانسان. علاوة على ذلك ، تستجيب العين لبعض الأطوال الموجية للضوء أكثر من غيرها ، حتى داخل الطيف المرئي. يتم تمثيل هذه الاستجابة للعين بواسطة وظيفة اللمعان. هذه وظيفة معيارية تمثل استجابة العين “النموذجية” في ظل الظروف الساطعة (رؤية ضوئية). يمكن للمرء أيضًا تحديد منحنى مماثل لظروف التعتيم (رؤية scotopic). عندما لا يتم تحديد أي منهما ، يتم افتراض الظروف الضوئية بشكل عام.
تقيس الفعالية المضيئة للإشعاع جزء الطاقة الكهرومغناطيسية المفيدة للإضاءة. يتم الحصول عليها بقسمة تدفق مضيئة بواسطة تدفق مشع. ضوء مع أطوال موجية خارج الطيف المرئي يقلل من فعالية الإضاءة ، لأنه يساهم في التدفق الإشعاعي بينما يكون التدفق الضوئي لهذا الضوء صفراً. تساهم الأطوال الموجية القريبة من ذروة استجابة العين بقوة أكبر من تلك القريبة من الحواف.
الفعالية الضوئية للإشعاع لها أقصى قيمة ممكنة 683.002 لومن / وات، لحالة الضوء أحادي اللون بطول موجة 555 نانومتر (أخضر). تصل الفعالية المضيئة للإشعاع إلى حد أقصى 1700 لومن / وات للضوء أحادي اللون بطول موجة 507 نانومتر.
التعريف الرياضي
فعالية مضيئة، يعني ك، يعرف ب[6]
أين
- Φالخامس هل تدفق مضيئة;
- Φه هل تدفق مشع;
- Φه ، λ هل التدفق الإشعاعي الطيفي;
- ك(λ) = كمالخامس(λ) هل فعالية الإضاءة الطيفية.
أمثلة
رؤية ضوئية
| نوع | فعالية مضيئة من الإشعاع (lm / W) | مضيئة كفاءة[ملاحظة 1] |
|---|---|---|
| لمبة تنجستين نموذجية 2800 ك | 15[7] | 2% |
| نجمة فئة M (قلب العقرب, منكب الجوزاء), 3000 ك | 30 | 4% |
| الجسم الأسود4000 كلفن مثالي | 54.7[8] | 8% |
| نجمة فئة G (شمس, كابيلا), 5800 ك | 93[7] | 13.6% |
| الجسم الأسود ، 7000 ك ، مثالي | 95[8] | 14% |
| جسم أسود ، 5800 كلفن ، مقطوع إلى 400-700 نانومتر (مصدر “أبيض” مثالي)[ملاحظة 2] | 251[7][ملاحظة 3][9] | 37% |
| جسم أسود ، 5800 كلفن ، مقطوع إلى ≥ 5٪ نطاق حساسية ضوئية[الملاحظة 4] | 348[9] | 51% |
| مصدر مثالي أحادي اللون: 555 نانومتر | 683.002[10] | 100% |
الرؤية الاسكتلندية
| نوع | فعالية مضيئة من الإشعاع (lm / W) | مضيئة كفاءة[ملاحظة 1] |
|---|---|---|
| مصدر مثالي أحادي اللون 507 نانومتر | 1699[11] أو 1700[12] | 100% |
إشراق طيفي من أ الجسم الأسود. الطاقة خارج الطول الموجي المرئي النطاق (~ 380-750 نانومتر ، كما هو موضح بالخطوط المنقطة الرمادية) يقلل من كفاءة الإضاءة.
كفاءة الإضاءة
عادة ما يتم تقييم مصادر الضوء الاصطناعي من حيث الفعالية المضيئة للمصدر ، والتي تسمى أحيانًا فعالية سد الجدار. هذه هي النسبة بين التدفق الضوئي الكلي المنبعث من الجهاز والكمية الإجمالية للطاقة المدخلة (الكهربائية ، إلخ) التي يستهلكها. الفعالية المضيئة للمصدر هي مقياس لكفاءة الجهاز مع ضبط الإخراج لحساب منحنى الاستجابة الطيفية (دالة اللمعان). عندما يتم التعبير عنها في شكل بدون أبعاد (على سبيل المثال ، كجزء من أقصى فعالية إضاءة ممكنة) ، يمكن استدعاء هذه القيمة الكفاءة المضيئة للمصدر, كفاءة الإضاءة الشاملة أو كفاءة الإضاءة.
يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الفعالية المضيئة للإشعاع والفعالية المضيئة للمصدر في أن المصدر الأخير يفسر طاقة الإدخال المفقودة بسبب الحرارة أو يخرج من المصدر بطريقة أخرى غير الإشعاع الكهرومغناطيسي. الفعالية المضيئة للإشعاع هي خاصية للإشعاع المنبعث من المصدر. الفعالية المضيئة للمصدر هي خاصية للمصدر ككل.
أمثلة
يسرد الجدول التالي فعالية الإضاءة لمصدر وكفاءة لمصادر الضوء المختلفة. لاحظ أن جميع المصابيح تتطلب الصابورة الكهربائية / الإلكترونية ما لم يلاحظ (انظر أيضًا الجهد) المدرجة بدون خسائر لذلك ، تقليل الكفاءة الكلية.
| الفئة | نوع | مضيئة بشكل عام فعالية (م / ث) | مضيئة بشكل عام كفاءة[ملاحظة 1] |
|---|---|---|---|
| الإحتراق | عباءة الغاز | 1–2[13] | 0.15–0.3% |
| ساطع | 15, 40, 100 W تنجستن وهاج (230 فولت) | 8.0, 10.4, 13.8[14][15][16][17] | 1.2, 1.5, 2.0% |
| 5, 40, 100 W تنجستن وهاج (120 فولت) | 5, 12.6, 17.5[18] | 0.7, 1.8, 2.6% | |
| الهالوجين المتوهج | 100, 200, 500 W تنجستن هالوجين (230 فولت) | 16.7, 17.6, 19.8[19][17] | 2.4, 2.6, 2.9% |
| 2.6 W تنغستن هالوجين (5.2 فولت) | 19.2[20] | 2.8% | |
| هالوجين- IR (120 فولت) | 17.7–24.5[21] | 2.6–3.5% | |
| هالوجين كوارتز التنجستن (12-24 فولت) | 24 | 3.5% | |
| مصابيح التصوير والإسقاط | 35[22] | 5.1% | |
| الصمام الثنائي الباعث للضوء | يؤدى قاعدة المسمار مصباح (120 فولت) | 102[23][24][25] | 14.9% |
| 5–16 W مصباح قاعدة لولبي LED (230 الخامس) | 75–120[26] | 11–18% | |
| 21.5 تعديل W LED للأنبوب الفلوري T8 (230 الخامس) | 172[27] | 25% | |
| الحد النظري لمصباح LED أبيض مع خلط ألوان الفسفور | 260–300[28] | 38.1–43.9% | |
| مصباح القوس | مصباح قوس الكربون | 2–7[29] | 0.29–1.0% |
| مصباح قوس زينون | 30–50[30][31] | 4.4–7.3% | |
| الزئبق–زينون مصباح القوس | 50–55[30] | 7.3–8% | |
| ضغط عالي جدًا (UHP) بخار الزئبق مصباح قوس ، محمولة مجانا | 58–78[32] | 8.5–11.4% | |
| مصباح قوس بخار زئبقي عالي الضغط (UHP) ، مع عاكس لـ أجهزة العرض | 30–50[33] | 4.4–7.3% | |
| فلوري | 32 أنبوب W T12 مع كابح مغناطيسي | 60[34] | 9% |
| 9–32 دبليو الفلورسنت المدمجة (مع الصابورة) | 46–75[17][35][36] | 8–11.45%[37] | |
| أنبوب T8 مع الصابورة الإلكترونية | 80–100[34] | 12–15% | |
| PL-S 11 أنبوب W ، باستثناء فقد الصابورة | 82[38] | 12% | |
| أنبوب T5 | 70–104.2[39][40] | 10–15.63% | |
| 70–150 W نظام الإضاءة غير الكهربائي المقترن بالحث | 71–84[41] | 10–12% | |
| تصريف الغاز | 1400 دبليو مصباح الكبريت | 100[42] | 15% |
| مصباح معدن هاليد | 65–115[43] | 9.5–17% | |
| مصباح الصوديوم عالي الضغط | 85–150[17] | 12–22% | |
| مصباح الصوديوم منخفض الضغط | 100–200[17][44][45] | 15–29% | |
| لوحة عرض بلازما | 2–10[46] | 0.3–1.5% | |
| تلألؤ الكاثود | التلألؤ المحفز للإلكترون | 30–110[47][48] | 15% |
| مصادر مثالية | اقتطاع 5800 كلفن الجسم الأسود[ملاحظة 3] | 251[7] | 37% |
| ضوء أخضر في 555 نانومتر (أقصى فعالية إضاءة ممكنة حسب التعريف) | 683.002[10] | 100% |
المصادر التي تعتمد على الانبعاث الحراري من خيوط صلبة ، مثل المصابيح المتوهجة، تميل إلى أن يكون لها فعالية عامة منخفضة لأنه ، كما أوضح دونالد ل.كليبستين ، “المبرد الحراري المثالي ينتج الضوء المرئي بكفاءة أكبر عند درجات حرارة حوالي 6300 درجة مئوية (6600 كلفن أو 11500 درجة فهرنهايت). حتى في درجة الحرارة المرتفعة هذه ، هناك الكثير من الإشعاع إما الأشعة تحت الحمراء أو فوق البنفسجية ، و [فعالية] الإضاءة النظرية هي 95 لومن لكل واط. لا توجد مادة صلبة ويمكن استخدامها كخيوط لمبة في درجات حرارة قريبة من هذا. سطح الشمس ليس بهذه السخونة “.[22] في درجات حرارة حيث التنغستن تظل خيوط المصباح الكهربائي العادي صلبة (أقل من 3683 كلفن) ، ومعظم انبعاثها في الأشعة تحت الحمراء.[22]
وحدات القياس الضوئي للنظام الدولي للوحدات
| كمية | وحدة | البعد | ملاحظات | ||
|---|---|---|---|---|---|
| اسم | رمز[ملحوظة 1] | اسم | رمز | رمز[ملحوظة 2] | |
| طاقة مضيئة | سالخامس[ملحوظة 3] | ثانية التجويف | م⋅s | تي ي | يطلق على ثانية التجويف أحيانًا اسم تالبوت. |
| تدفق مضيئة، قوة مضيئة | Φالخامس[ملحوظة 3] | لومن (= كانديلا ستيراديون) | lm (= cd⋅sr) | ي | الطاقة المضيئة لكل وحدة زمنية |
| شدة الإضاءة | أناالخامس | كانديلا (= لومن لكل ستيراديان) | قرص مضغوط (= م / س) | ي | التدفق الضوئي لكل وحدة زاوية صلبة |
| الانارة | إلالخامس | كانديلا لكل متر مربع | مؤتمر نزع السلاح / م2 (= lm / (sr⋅m2)) | إل−2ي | التدفق الضوئي لكل وحدة زاوية صلبة لكل وحدة المتوقعة منطقة المصدر. يطلق على الشمعة لكل متر مربع أحيانًا اسم أحمق. |
| إضاءة | هالخامس | لوكس (= لومن لكل متر مربع) | lx (= م / م2) | إل−2ي | تدفق مضيئة حادث على السطح |
| خروج مضيئة، إشعاع ضوئي | مالخامس | لومن لكل متر مربع | م / م2 | إل−2ي | تدفق مضيئة المنبعثة من سطح |
| التعرض المضيء | حالخامس | لوكس الثاني | lx⋅s | إل−2تي ي | الإضاءة المتكاملة مع الوقت |
| كثافة الطاقة المضيئة | ωالخامس | لومن ثانية لكل متر مكعب | lm⋅s / م3 | إل−3تي ي | |
| فعالية مضيئة (من الإشعاع) | ك | لومن لكل واط | م /دبليو | م−1إل−2تي3ي | نسبة التدفق الضوئي إلى تدفق مشع |
| فعالية مضيئة (من مصدر) | η[ملحوظة 3] | لومن لكل واط | م /دبليو | م−1إل−2تي3ي | نسبة التدفق الضوئي لاستهلاك الطاقة |
| كفاءة مضيئةمعامل الإضاءة | الخامس | 1 | فعالية الإضاءة طبيعية بأقصى فعالية ممكنة | ||
| أنظر أيضا: SI · قياس الضوء · قياس الإشعاع |
منظمات المعايير نوصي بأن يتم الإشارة إلى الكميات الضوئية بحرف “v” (لـ “بصري”) لتجنب الخلط مع قياس الإشعاع الفوتون كميات. فمثلا: رموز الأحرف القياسية للولايات المتحدة الأمريكية لإضاءة الهندسة USAS Z7.1-1967 ، Y10.18-1967 تشير الرموز الموجودة في هذا العمود أبعاد; “إل“, “تي“و”ي“هي للطول والوقت وكثافة الإضاءة على التوالي ، وليست رموز لـ الوحدات لتر ، تسلا وجول.
- تظهر الرموز البديلة أحيانًا: دبليو للطاقة المضيئة ، ص أو F لتدفق الضوء ، و ρ للفعالية المضيئة للمصدر.