بحــ حول الضوء ـث...........إنتظروا المزيد

الضـــــــــــوء

ما هو الضوء

الضوء هو عبارة شكل من اشكال الطاقة وهذه الطاقة هي التي تنطلق من الذرة. تنطلق الطاقة من الذرة على شكل جسيمات تسمى الفوتونات الضوئيو Light Photons وهي ابسط مكونات الضوء وليس لها كتلة ولكن لها طاقة وكمية حركة.

انبعاث الفوتوناتالضوئية من الذرة

نعلم أن الذرة لها مستويات طاقة محددة تسمى مدارات تتوزع فيها الالكترونات بطريقة معينة. عندما تكتسب هذه الالكترونات طاقة فإنها تنتقل إلى مستويات طاقة أعلى وعندها تصبح الذرة في حالة اثارة Excited atom، تزداد درجة اثارة الذرة كلما انتقلت الالكترونات إلى مدارات ذات طاقات اعلى وهكذا.

كيف يصدر الضوء

نستخلص من ذلك أن الذرة عندما تكتسب طاقة أو تفقدها فإن التغير يحدث على اتتقال للالكترونات على مدارات الطاقة للذرة. فالطاقة الحرارية أو التصادمات بين الذرات مع بعضها البعض تكسب الالكترةونات الطاقة الكافية لتنتقل إلى مدارات اعلى. إن وجود الذرة في حالة الاثارة تعتبر حالة غير مستقرة وما تلبث أن تعود الالكترونات المثارة من المدارات ذات الطاقة العالية إلى مداراتها الأصلية وهنا تطلق الالكترونات اثناء رجوعها كمية من الطاقة على شكل فوتون ضوئي.

تختلف طاقة الفوتون المنبعث من ذرة إلى أخرى وذلك لان طاقة الفوتون تساوي الفرق بين طاقة المدرات التي ينتقل بينها الألكترون. وهذا يؤدي إلى أن ذرات مختلفة تطلق فوتونات مختلفة وهذا ينعكس على لون الضوء المنبعث لان هنالك علاقة تربط بين طاقة الفوتون وطوله الموجي وهي

hc/l = E₂-E₁

حيث ان h هو ثابت فيزيائي يدعى ثابت بلانك، و c هي سرعة الضوء في الفراغ، و l الطول الموجي للفوتون المنبعث، أما المقدار E2-E1 فهو فرق الطاقة بين المدارين الذي انتقل الالكترون بينهما.

كل مصادر الضوء تعمل بنفس الفكرة السابقة ولكن باختلاف طريقة اثارة الذرة فإحياناً تكون الطاقة حرارية مثل المصابيح العادية او مصابيح الغاز، او أن تكون الاثارة ناتجة عن التفاعلات الكيميائية مثل الاصابع المضيئة، او ان تكون الاثارة من خلال التصادمات بين الذرات كما هو الحال في المصابيح الفلوريسنت التي سنوضحها في الجزء القادم.

اللـــــــون (Light color)

تعطي المصادر الضوئية لون حراري (color temperature)اعتماداً على مقياس كلفن (Kelvin) الحراري بالاعتماد على "برودة" أو "دفء" المصدر الضوئي فالعين البشرية تدرك اللون على انه "بارد" إذا كان يقع على النهاية الزرقاء/ الخضراء للطيف. أما إذا وقع لون المصدر الضوئي بالقرب من النهاية الحمراء للطيف فان العين تدرك ذلك على انه "دافئ".

العين البشرية ترتاح أكثر إذا كان المصدر الضوئي يصدر لوناً بارداً لان هذا يعطي تباين اكبر (contrast) من اللون الدافئ والتباين هو الفرق في السطوع (brightness) بين الأجزاء المختلفة للمحيط.

كمية الضوء

يقاس مجموع الضوء الصادر عن مصدر ضوئي بوحدة اللومن (Lumen). كما تقاس كمية الضوء الساقطة على سطح معين بوحدة الشمعة/ قدم (foot-candles) وهي تعادل لومن واحد/ قدم مربع.

ما هي كمية الضوء اللازمة لكي تحدث الرؤيا؟ من خلال الخبرات فإنه من المعروف أن الشخص يحتاج إلى كمية أكبر من الضوء لكي يرى الأجسام الصغيرة كذلك فان الأشخاص الأكبر سناً يحتاجون أيضاً إلى كمية أكبر من الضوء مقارنة مع الأشخاص الأقل سناً.

إذاً ما هي كمية الضوء المناسبة للقيام بعمل ما. هنالك الكثير من الجداول التي تم وضعها من قبل هيئات محلية وعالمية تحدد مستوى الإنارة الملائمة لأداء خطوات مختلفة.

جودة (نوعية) الإضاءة

إن التعبير عن جودة الإنارة هي عملية غير سهلة كما هو الحال في قياس كمية الضوء وذلك لان جودة الإنارة هي عملية نسبية وليس لها معيار معين يمكن الحكم به على جودة المصدر الضوئي وكذلك فإن هناك عوامل عديدة تتحكم بجودة الإنارة والظل والوهج (Glare) ولون المصدر الضوئي ولمعان السطح وغيرها من العوامل. للحصول على نوعية جيدة للضوء فإنه يجب أخذ جميع هذه الاعتبارات بالحسبان وتصميم نظام إنارة يرضي جميع العاملين للحصول على مردود عملي أفضل بأقل كلفة ممكنة.

أنواع المصادر الضوئية

تعتبر اللمبات التوهجية (Incandescent) والفسفورية (Fluorescent) ولمبات التفريغ العالــي (High intensity discharge) هي اكثر مصادر الضوء استعمالاً.

اللمبة التوهجية Incandescent Lamp

وهي من أقدم المصادر الضوئية والأكثر انتشارا، تتميز هذه المصادر بكونها زهيدة الثمن وهذا ربما هو السبب الوحيد لاستعمالها على شكل واسع النطاق. فهي أقل المصادر الضوئية كفاءة حيث يتحول 80 – 90% من الطاقة الكهربائية المستهلكة في هذا المصدر الى حرارة (8 – 15 لومن/واط)

اللمبات الفسفورية Fluorescent Lamps

تعد اللمبات الفسفورية من اكثر اللمبات استعمالاً في المجالات التجارية والصناعية وهي عبارة عن مصدر تفريغ كهربائي يعطي ضوءاً عندما تصدر أشعة فوق بنفسجية ناتجة عن اصطدام ذرات الزئبق بالفسفور الذي يغطي سطح الأنبوب الذي يحتوي على بخار الزئبق بضغط منخفض وكمية قليلة من الغازات الخاملة مثل الارغون او الكربتون. من اهم ميزات اللمبات الفسفورية هو قدرتها على العمل لساعات طويلة (1200 – 20.000 ساعة) وكذلك كفاءتها العالية (75 – 90 لومن/واط) ولونها الممتاز ولكن هذه اللمبات حساسة لتغيرات درجات الحرارة وكذلك فان عمرها التشغيلي يعتمد على عدد مرات التشغيل وحاجتها الى خانق “ballast” لتشغيلها.

اللمبات الفسفورية المدمجة Compact fluorescent lamps

اللمبات الفسفورية المدمجة هي نوعية جديدة من اللمبات التي صنعت حيث يمكن استعمالها في مكان اللمبات التوهجية ولكن كفاءتها اعلى بكثير من اللمبة التوهجية وكذلك عمرها التشغيلي اعلى من العمر التشغيلي للمبة التوهجية 10.000 ساعة.

اللمبات ذات التفريغ العالي High intensity discharge

تعد هذه اللمبات هي عبارة عن لمبات تفريغ تعمل تحت ضغط مرتفع وتصدر ضوء مباشرة من القوس الكهربائي الذي يكون داخل انبوب صغير والذي يكون بدوره محتوى داخل انبوب خارجي كبير. وهناك عدة انواع من هذه اللمبة منها لمبات بخار الزئبق Metal Halide لمبات الصوديوم عالية الضغط (HPS) .

تتراوح كفاءة هذا النوع من اللمبات في حدود 100 لومن/واط (MH) الى 140 لومن/واط.

الخانق Ballast

الخوانق ضرورية لتشغيل لمبات التفريغ (Fluorescent, HID) وهذه الخوانق تؤدي وظيفتين. الوظيفة الاولى هي اعطاء الفولتية الملائمة لاحداث القوس الكهربائي والوظيفة الثانية هي تنظيم التيار الكهربائي للمصدر الضوئي.

كفاءة الخوانق الكهربائية يمكن ان تزداد عن طريقة استخدام الخوانق الإلكترونية (Electronic ballast) والتي تزيد أيضا من كفاءة اللمبة الفسفورية ويمكن لمجموع الواط المستخدم ان يكون اقل من مجموع الواط للمبة لوحدها عند استعمال الخانق الإلكتروني.

التحكم الكهربائي

التحكم السليم يمكن ان يساهم في توفير الطاقة من خلال تقليل كمية الكيلو واط اما عن طريق تقليل كمية الكيلو واط او تقليل الوقت الذي تعمل به المصادر الضوئية.

كان لدى الناس في القديم المفهوم الخاطئ بان إبقاء اللمبات الفسفورية مضاءة افضل من إطفاءها واعادة تشغيلها. ان هذا المفهوم غير صحيح لان إطفاء اللمبة يوفر طاقة ويزيد من عمر اللمبة وهناك عدة طرق للتحكم باللمبة مثل المفاتيح الكهربائية، المجسات Occupancy sensors والتايمرات Timers وغيرها.