دانلود ‫پروژه مجتمع مسکونی شهدای سوم خرداد ناجا

روشنائی

روشنائی فنی

          برای تفهیم هدف روشنائی از نقطه نظر مهندسی ، جمعیت مهندسان روشنائی واژه (Light) را بعنوان انرژی تشعشعی ارزیابی شده بوسیله چشم تعریف کرده‌اند.

          از نقطه نظر فیزیکی ، نور بعنوان قسمتی از طیف الکترومغناطیسی تلقی می‌شود که بین طول موجهای 380 تا 780 میلی میکرون (نانومتر) قرار دارد.

          تا به حال تعبیرات زیادی از ماهیت نور شده ‌است که بطور مختصر در زیر شرح داده می‌شود:

تئوری ذره‌ای  Corpuscular theory‌ این تئوری بوسیله نیوتن گفته شده و بر اصول زیر متکی است:

جسم نورانی انرژی تشعشعی را بصورت ذره از خود ساطع می‌کند.

این ذرات به دنبال هم به خط مستقیم پرتاب میشوند.

این ذرات بر شبکیه چشم اثر کرده و اعصاب نوری (بینائی) را تحریک و ایجاد احساس نور مینماید.

تئوری موجی هویگنس (Wave theory) این تئوری بوسیله هویگنس گفته شده است و بر اصول زیر متکی است:

نور نتیجه ارتعاش مولکولی در مواد نورانی است.

این ارتعاشات بشکل موجی از میان اتر (Ether) عبور می‌کنند.

این ارتعاشات ، ‌برروی شبکیه چشم اثر کرده و با تحریک اعصاب بینائی ایجاد احساس نور می‌کند.

تئوری الکترومغناطیسی Electromagnetic این تئوری بوسیله ماکسوئل گفته شده و متکی به اصول زیر است:‌

اجسام نورانی از خود نور را بصورت انرژی تشعشعی ساطع می‌کند.

این انرژی تشعشعی بفرم امواج الکترومغناطیسی انتشار می‌یابد.

امواج الکترومغناطیسی بروری شبکیه چشم عمل کرده و با تحریک اعصاب بینائی ایجاد احساس نور می‌نماید.

طیف انرژی و روشنایی

          تئوری موجی به ما این امکان را میدهد که منحنی تشعشع را برحسب طول موج یا فرکانس رسم نمائیم ملاحظه میشود بین اشعه الکترومغناطیسی بی‌سیم ، رادیو ، ‌اشعه حرارتی ،‌ اشعه مرئی ، اشعه ماوراء‌بنفش ، اشعه ‌ ایکس تفاوت زیادی وجود ندارد و همه از یک جنس هستند و فقط طول موج و فرکانس آنها با یکدیگر تفاوت دارد.

در شکل صفحه بعد طیف اشعه الکترومغناطیس نشان داده شده است.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

حدود عملی طیف انرژی تشعشعی در فاصله بین چند کیلومتر (10-12m) تا 100 هزار مایل (1.6×108m) می‌باشد.

          طیف انرژی تشعشعی قابل رویت طول موجی بین 9-10*380 تا 9-10*780 متر (380 تا 780 نانومتر) دارد.

          تمام انواع انرژی در خلاء با سرعتی معادل 186300 مایل در ثانیه (تقریباً 300 هزار کیلومتر در ثانیه) حرکت می‌کنند و هر یک از آنها از نظر طول موج و فرکانس با هم فرق دارند.

          طول موج و سرعت ممکن است در اثر عبور از ماده تغییر کند اما فرکانس همواره ثابت میماند و به جرم ماده‌ای که از آن عبور می‌کند بستگی ندارد.

در این رابطه    V   سرعت (سانتیمتر بر ثانیه)

 λ   طول موج Cm

 n   ضریبی که بستگی به جرم جسمی که موج از آن عبور می‌کند دارد.

 υ  فرکانس موج برحسب هرتز

(تصاویر و فرمول ها در فایل اصلی موجود است)

          مثلاً نوری که طول موج آن در هوا 589 نانومتر است سرعت آن در خلاء 1010*997925/2 و در هوا (760 میلیمتر جیوه فشار و صفر درجه سانتیگراد) 1010*99724/2  در آب 1010*24915/2  سانتیمتر بر ثانیه میباشد.

جسم سیاه (Black Body)

          جسم سیاه به جسمی گفته می‌شود که تمام اشعه‌ای را که به آن میتابد جذب نموده و هیچ قسمت از آن را از خود عبور نداده و یا منعکس ننماید.

          یک جسم سیاه با سطح معین انرژی کل و نیروی بیشتری بازاء‌ هر طول موج معین نسبت به منابع دیگر با همان سطح و همان درجه حرارت از خود تشعشع خواهد کرد.

          در آزمایشگاه دستگاهی ساخته شده که خیلی نزدیک به مشخصات جسم سیاه می‌باشد. بدین منظور محفظه‌ای ساخته‌اند که در روی آن سوراخ خیلی کوچک تعبیه گردیده ، بطوریکه وقتی اشعه نورانی از سوراخ وارد محفظه میشود، در هر انعکاس مقداری از انرژی آن جذب جسم شده تا اینکه در پایان کل انرژی تشعشعی جذب می‌گردد.

          از سال 1948 درخشندگی جسم سیاه در درجه حرارت انجماد پلاتین بعنوان مبنای محاسبات روشنائی درنظر گرفته شده است.

          یک جسم سیاه در درجه حرارت انجماد پلاتین 2045 درجه کلوین1.

تولید تشعشع

تمام منابع نوری نوعی انرژی را به تشعشعات الکترومغناطیسی تبدیل می‌کنند. معمولاً با انرژی داده شده  اتمها یا ملکولهای جسم را تحریک کرده و پس از بحالت عادی در آمدن آنها تشعشعات الکترومغناطیسی تولید می‌گردد.

          مراحل مختلف عمل در شکل زیر بطور ساده مشخص شده و یک اتم را نشان میدهد که با یک هسته و یک الکترون که در مدار ثاتبی در حال حرکت میباشد (حالت a) سپس این اتم بطریقی تحریک شده است.

الکترون از مدار اصلی خود خارج و در مدار دیگری با انرژی زیادتر ولی ناپایدار قرار می‌گیرد. (حالت b)

(تصاویر و فرمول ها در فایل اصلی موجود است)

پس از زمانی الکترون خودبه‌خود به حالت اول برگشته و در مدار ثابت خود قرار می‌گیرد (حالت c) و انرژی دریافتی را بصورت فوتون یا واحد روشنائی تشعشع مینماید. این عمل (کوانتم) ‘quantum process’ نامیده میشود. فرکانس موج تشعشع شده از رابطه ‌ پلانک بدست می‌آید.

(جداول و فرمول ها در فایل اصلی موجود است)

که در آن       E1 و E2 انرژی الکترون در حالت اول و دوم برحسب ژول (J)

          v فرکانس برحسب هرتز (Hz)

          λ طول موج برحسب متر(m)

          c سرعت نور تقریباً 108*998/2 متر بر ثانیه m/S

          h ضریب ثابت پلانک  34-10*262/6 ژول . ثانیه (J.S) می‌باشد.

در گاز های اتمی این خطوط ممکن است کاملاً تمیز و مشخص باشند، در گازهای ملکولی سطح‌ها بحدی زیاد هستند که خطوط طیف بهم چسبیده و باند نورانی ایجاد می‌کنند. در مایعات و جامدات باندها گسترده شده و به یکدیگر متصل می‌شوند و در نتیجه طیفی پیوسته در باند فرکانس پهن ایجاد می‌نماید.

حال منابع انرژی را بررسی می‌کنیم:

انرژی حرارتی که از یک منبع خارجی به جسم داده می‌شود. اگر انرژی به اندازه کافی باشد ،‌ اتمها و ذرات به یکدیگر برخورد کرده و باعث تحریک می‌شوند و پس از برگشت به حالت عادی ایجاد تشعشع می‌نمایند و در اجسام جامد و مایع این اساس درخشش در اثر گرما Incandescence میباشد.

انرژی الکتریکی ، انرژی الکتریکی فقط بصورت غیرمستقیم می‌تواند تولید نور نماید. وقتی ولتاژی در دوسر یک سیم یا مابین الکترودهای یک لامپ تخلیه قرار می‌دهیم این ولتاژ باعث شتاب دادن به الکترونها شده و در اثر برخورد با اتمها سبب تحریک آنها می‌شود و درنتیجه تشعشعات بوجود می‌آید و جسم از خود نور تولید می‌کند.

انرژی شیمیائی ، وقتی ترکیب شیمائی انجام می‌شود ممکن است تولید تشعشعات بنماید. مثلاً‌ احتراق ، شعله که در اثر ترکیب شیمیائی ایجاد گرما کرده و گرما نیز چنانچه قبلاً گفته شد ایجاد تشعشع می‌نماید.

علاوه براین بعضی اوقات خود عمل ترکیب مستقیماً باعث تحریک اتمها یا ذرات دیگر می‌شود که می‌تواند تشعشع ایجاد نماید.

منابع دیگر انرژی که می‌توانند بصورت مستقیم و بطور غیرمستقیم از طریق ایجاد حرارت تشعشع تولید نمایند شامل موارد رادیواکتیو ،‌ ذرات با انرژی زیاد ،‌ واکنش هسته‌ای و هسته‌ای حرارتی Thermonuclear‌ (مانند خورشید) و غیره می‌باشند.

منحنی حساسیت جسم

قدرت بینائی در افراد متفاوت بوده و بستگی به زمان ، ‌سن و حالت چشم از نظر سلامتی دارد.

حساسیت چشم افراد بطور کلی در برابر طیف نورانی قابل رویت بطول موج نور بستگی دارد.

و ماکزیمم حساسیت چشم در ناحیه طیف سبز زرد یا طول موج 555 نانومتر می‌باشد.

امواج غیر قابل رویت که طول موج آنها بین 100 تا 380 نانومتر می‌باشد تشعشعات ماوراء‌ بنفش (UV) و امواج با طول موج 780 نانومتر تا یک میلیمتر تشعشعات مادون قرمز (IR) نامیده می‌شوند.

اگرچه این امواج بوسیله ‌ چشم قابل رویت نمی‌باشند ولی اگر به اندازه کافی متراکم شوند بصورت گرما روی پوست بدن محسوس هستند ، و این یک حالت خاص برای اشعه مادون قرمز نیست.

بعلاوه اشعه ماوراء‌ بنفش با طول موج کمتر از 320 نانومتر برای نسوج بدن مضر میباشند و روی پوست باعث ایجاد لکه‌های قرمز و تاول می‌گردد.

از تخلیه الکتریکی جیوه با فشار کم اشعه با طول موج 253.7 نانومتر بدست آورده‌اند که خیلی نزدیک به طول موج مورد نظر می‌باشد.

در صفحه بعد منحنی حساسیت چشم را نسبت به طول موج مشاهده می‌کنید.

کمیت‌های اصلی فتومتری

شار تشعشعی (Radiation Flux = фe) عبارتست از کل توان تشعشعات الکترومغناطیسی که از جسم خارج شده و یا جسمی دریافت نموده است و شامل تمام اشعه مرئی و نامرئی می‌باشد. واحد اندازه‌گیری фe وات (تشعشعات الکترومغناطیسی) می‌باشد.

شار نوری یا جریان نوری (Luminous Flux = ф)

چنانچه میدانیم کلیه تشعشعات بوسیله چشم قابل رویت نمی‌باشند و با توجه به منحنی حساسیت چشم فقط قسمتی از تشعشعات الکترومغناطیسی قابل رویت هستند. شار نوری عبارتست از توان تشعشعات الکترومغناطیسی قابل رویت که از منبع نورانی خارج شده است و یا جسمی دریافت نموده است. واحد اندازه‌گیری شار نوری (ф) لومن (Lumen=Lm) می‌باشد.

(فرمول ها در فایل اصلی موجود است)

ضریب بهره نوری تشعشعات [K]

شار نوری (لومن)

خارج قسمت شار نوری قابل رویت به شار تشعشعی را ضریب بهره نوری تشعشعات (K)‌ می‌نامند .

توان تشعشعات الکترومغناطیسی (وات)

چنانچه تمام تشعشعات که از جسم نورانی خارج می‌شود در فاصله زرد سبز با طول موج 555 نانومتر که در آن چشم حداکثر حساسیت را دارا می‌باشد قرار داشته باشد. ضریب بهره نوری تشعشعات ماکزیمم خود را دارا بوده که از طریق تجربی حدود (680 لومن/وات) بدست آمده ‌است و برای طول موجهای دیگر مقدار آن از رابطه (Kλ=680 V(λ)) بدست می‌آید.

V(λ) برای طول موجهای مختلف در منحنی حساسیت چشم داده شده است.

ضریب بهره نوری (η)

ضریب بهره نوری یک منبع عبارتست از خارج قسمت توان نوری (شار نوری) خارج شده از منبع نوری بر توان الکتریکی مصرفی

شار نوری (لومن)

توان الکتریکی (وات)

 شار نوری (لومن)

و یکی از پارامترهای مهم لامپ بشمار میرود.

Luminous Intensity = I

Candlepower = CP

عبارتست از تراکم شار نوری در فضا و یا خارج قسمت شار نوری به زاویه فضائی  در صورتیکه شار نوری بطور یکنواخت پخش شود  خواهد بود.

واحد شدت نور

هرگاه در واحد زاویه فضائی (یک استرادیان) جریان نوری یک لومن داشته باشیم شدت نور در این زاویه فضائی یک شمع یا کاندلا (Candela = Cd) خواهد بود.

1 Cd=1(Lm)/1(Sr)

 زاویه فضائی (ω) :

کره‌ای بشعاع واحد را درنظر میگیریم یک زاویه فضائی که رأس آن در مرکز کره قرار دارد. سطحی از کره را جدا می‌کند اندازه عددی این سطح مساوی اندازه زاویه فضائی ω است. F  =ω

هرگاه F=1 باشد واحد زاویه فضائی ω را خواهیم داشت و مقدار آن یک استرادیان (Steradian=Sr) است.

با توجه به اینکه سطح کره به شعاع 4π میباشد زاویه فضائی ماکزیمم ωmax=4π استرادیان خواهد بود.

منحنی پخش نور

هرگاه در یک دیاگرام قطبی که در سطح قائم بر منبع نور قرار دارد شدت نور در جهات مختلف را نقل کرده و انتهای اشعه را به هم وصل کنیم منحنی بدست می‌آید که آنرا منحنی تقسیم نور می‌نامیم. منحنی پخش نور یکی از مشخصه‌های مهم منابع روشنائی میباشد.