اثرگذاری نوری

اثرگذاری نوری معیاری است برای سنجش عملکرد یک منبع نور در تولید نور مرئی. اثرگذاری نوری برابر است با نسبت توان نوری به توان. با توجه به مسئله، منظور از توان ممکن است توان تابشی یا توان مصرفی منبع باشد.
اینکه کدام مفهوم از این واژه در نظر گرفته شده‌است را معمولا باید از چهارچوب مسئله استنباط کرد و گاهی مشخص نیست. مفهوم اول گاهی با نام اثرگذاری نوری تابش و مفهوم دوم با نام اثرگذاری نوری منبع یا بهره نوری شناخته می‌شود.
بهره نوری، معیاری است برای بازدهی منبع در تولید نور مرئی از الکتریسیته. در مقابل، اثرگذاری نوری تابش، مشخص می‌کند که یک مقدار تابش الکترومغناطیسی مشخص، تا چه حد در تولید نور مرئی موفق است و به صورت نسبت شار نوری به شار تابشی بیان می‌شود. همه طول موج‌های نور به یک اندازه رویت‌پذیر نیستند، به عبارت دیگر به یک اندازه در تحریک دید انسان موثر نیستند، زیرا چشم انسان دارای حساسیت طیفی است. تابش در محدوده طیف‌های فروسرخ و فرابنفش برای نوردهی بی‌فایده‌است. در کل، اثرگذاری نوری منبع، به عملکرد آن منبع در تبدیل انرژی به تابش الکترومغناطیسی و عملکرد چشم انسان در تشخیص آن تابش بستگی دارد.
اثرگذاری و بهره‌وری
در برخی دستگاه‌های یکا، شار نوری و شار تابشی دارای یکای یکسانی هستند. در چنین شرایطی اثرگذاری نوری کمیت بدون بعد خواهد بود. در این حالت می‌توان آن را بهره‌وری نوری یا بازده نوری نامید و به صورت درصدی بیان کرد. اغلب، یکاها را به گونه‌ای انتخاب می‌کنند تا بیشینه اثرگذاری ممکن (۶۸۳ لومن بر وات) به بهره‌وری ۱۰۰٪ بینجامد. تفاوت بین اثرگذاری و بهره‌وری گاهی در اثرهای چاپی مورد توجه قرار نمی‌گیرد، بنابراین خیلی جاها ممکن است بهره‌وری‌ها بر حسب لومن بر وات بیان شود، یا اثرگذاری‌ها بر حسب درصد.
ضریب نوری همان بهره‌وری نوری است و مقداری بین ۰ تا ۱ دارد که در ۱ اثرگذاری نوری معادل ۶۸۳ لومن بر وات خواهد بود.
اثرگذاری نوری تابش
حساسیت معمول چشم انسان به نور، مطابق استاندارد سی‌آی‌ئی در ۱۹۲۴ میلادی. محور افقی نمایانگر طول موج بر حسب نانومتر است
طول موج‌های خارج از طیف مرئی برای مقاصد روشنایی مناسب نیستند زیرا با چشم انسان دیده نمی‌شوند. از این گذشته چشم انسان به برخی از طول موج‌های طیف مرئی هم حساسیت بیشتری دارد. حساسیت چشم انسان به این طول موج‌ها با تابع درخشندگی مشخص می‌شود که یک تابع استاندارد برای مشخص‌کردن حساسیت یک چشم معمولی در یک محیط روشن (دید خوب ) است. برای محیط‌های کم‌نور (دید کم ) هم می‌توان منحنی مشابهی تعریف کرد. در مواردی که این موضوع مشخص نباشد فرض بر این است که محیط روشن است.
اثرگذاری نوری مشخص می‌کند که چه کسری از توان الکترومغناطیسی، برای روشن‌کردن محیط مناسب است. این عدد با تقسیم‌کردن شار نوری بر شار تابشی به دست می‌آید. نوری که طول موجی خارج از طیف مرئی داشته باشد، اثرگذاری نوری پایین‌تری خواهد داشت زیرا این بخش از طیف توان تابشی خودش را دارد، اما توان نوری‌اش صفر است. طول موج‌هایی که نزدیک به بیشینه حساسیت چشم هستند، نسبت به طول موج‌هایی که در مرزهای طیف مرئی هستند در اثرگذاری نوری موثرترند.
در دستگاه بین‌المللی یکاها که اثرگذاری نوری بر حسب لومن بر وات (lm/W) اندازه‌گیری می‌شود، بیشینه اثرگذاری نوری در محیط روشن می‌تواند ۶۸۳ لومن بر وات، در نور تک‌فام و با فرکانس ۵۵۵ نانومتر (سبز)، باشد. در محیط تاریک، بیشترین اثرگذاری نوری می‌تواند تا ۱۷۰۰ لومن بر وات، برای باریکه نور در فرکانس ۵۰۷ نانومتر، افزایش یابد.
نمونه‌ها
تابش طیفی یک جسم سیاه. انرژی بیرون بازه طیف مرئی (~۳۸۰–۷۵۰ نانومتر، نمایش‌داده شده با خطوط خاکستری نقطه‌چین) اثرگذاری نوری را کاهش می‌دهند.
اثرگذاری نوری یک تابشگر سیاه بر حسب دما
نوع
اثرگذاری نوری تابش(lm/W)
اثرگذاری نوری
لامپ تنگستن معمولی در دمای ۲۸۰۰ K
15
۲٪
ستاره‌های کلاس ام (قلب عقرب، ابط‌الجوزا) ۳۰۰۰ کلوین
۳۰
۴٪
تابش جسم سیاه ایده‌آل در ۴۰۰۰ K
54.7
۸٫۰٪
ستاره‌های کلاس جی (خورشید، سروش)، ۵۸۰۰ K
93
۱۳٫۶٪
تابشگر سیاه ایده‌آل ۷۰۰۰ K
95
۱۴٪
بدنه سیاه ایده‌آل ۵۸۰۰ K، گردشده به ۴۰۰–۷۰۰ nm (چشمه سفید ایده‌آل)
251
۳۷٪
چشمه تکفام ۵۵۵ nm ایده‌آل
683
۱۰۰٪
بهره نوری
منابع نور مصنوعی معمولا با معیار اثرگذاری نوری منبع ارزیابی می‌شوند که گاهی به آن مجموع اثرگذاری نوری منبع نیز می‌گویند. این مقدار برابر است با نسبت بین شار نوری تابیده‌شده به کل توان ورودی مصرفی (الکتریکی یا…). این معیار نشان می‌دهد که اثرگذاری نوری منبع با هدف منحنی حساسیت طیفی (تابع درخشندگی) چگونه است. اگر اثرگذاری نوری منبع به صورت بدون بعد بیان شود (مثلا به صورت کسری از بیشینه اثرگذاری ممکن) ممکن از آن با نام بهره نوری یاد کنند.
تفاوت اصلی اثرگذاری نوری تابش واثرگذاری نوری منبع در این است که دومی نمایانگر انرژی تلف‌شده (به صورت گرما یا هر خروجی دیگری به غیر از موج الکترومغناطیس) است اما اثرگذاری نوری تابش بیانگر یک خاصیت پرتو تابیده‌شده از منبع است. اثرگذاری نوری منبع یک خاصیت منبع است.
نمونه‌ها
جدول زیر اثرگذاری نوری یک منبع و بهره نوری منابع مختلف را نمایش می‌دهد:
رده‌بندی
گونه
مجموعاثرگذاری نوری (lm/W)
مجموعاثرگذاری نوری
احتراقی
شمع
0.3
۰٫۰۴٪
gas mantle
1–2
۰٫۱۵–۰٫۳٪
لامپ رشته‌ای
100–200 W tungsten incandescent (230 V)
13.8 –15.2
۲٫۰–۲٫۲٪
100–200–500 W tungsten glass halogen (230 V)
16.7 –17.6 –19.8
۲٫۴–۲٫۶–۲٫۹٪
5–40–100 W tungsten incandescent (120 V)
5–12.6 –17.5
۰٫۷–۱٫۸–۲٫۶٪
2.6 W tungsten glass halogen (5.2 V)
19.2
۲٫۸٪
tungsten quartz halogen (12–24 V)
۲۴
۳٫۵٪
photographic and projection lamps
35
۵٫۱٪
ال‌ئی‌دی
white LED (raw, without power supply)
۴٫۵–۱۵۰
4.1 W LED screw base lamp (120 V)
5.4 W LED screw base lamp (100 V 50/60 Hz)
6.9 W LED screw base lamp (120 V)
7 W LED PAR20 (120 V)
7 W LED PAR20 (110-230 V)
8.7 W LED screw base lamp (120 V)
Theoretical limit (white LED)
لامپ قوسی
لامپ قوسی زنون
30–50
۴٫۴–۷٫۳٪
لامپ قوسی جیوه-زنون
50–55
۷٫۳–۸٫۰٪
لامپ مهتابی
T12 tube with magnetic ballast
60
۹٪
9–32 W لامپ فلوئورسنت فشرده
46–75
8–11.45%
T8 tube with electronic ballast
80–100
۱۲–۱۵٪
PL-S 11 W U-tube, excluding ballast loss
82
۱۲٪
T5 tube
70–104.2
۱۰–۱۵٫۶۳٪
تخلیه گاز
1400 W sulfur lamp
100
۱۵٪
لامپ متال هالاید
65–115
۹٫۵–۱۷٪
لامپ سدیم پرفشار
85–150
۱۲–۲۲٪
لامپ سدیم کم‌فشار
100–200
۱۵–۲۹٪
Cathodoluminescence
electron stimulated luminescence
30
۵٪
منابع ایده‌آل
Truncated 5800 K blackbody
251
۳۷٪
Green light at 555 nm (maximum possible luminous efficacy)
683.002
۱۰۰٪
آلودگی نوری
نورسنجی
واژه‌نامه