ضوء كامل الطيف

الضوء كامل الطيف هو الضوء الذي يغطي الطيف الكهرومغناطيسي من الأشعة تحت الحمراء إلى الأشعة فوق البنفسجية القريبة ، أو جميع الأطوال الموجية المفيدة للحياة النباتية أو الحيوانية؛ وعلى وجه الخصوص، يعتبر ضوء الشمس كامل الطيف، على الرغم من أن التوزيع الطيفي الشمسي الذي يصل إلى الأرض يتغير بتغير الوقت من اليوم وخط العرض والظروف الجوية.

مصطلح "الطيف الكامل" ليس مصطلحاً تقنياً عند استخدامه لوصف مصباح كهربائي . إنه مصطلح تسويقي يوحي بأن المنتج يحاكي بعض الخصائص المهمة للضوء الطبيعي. ^{[ 1 ]}

قد تُنتج المنتجات المُسوّقة على أنها "كاملة الطيف" ضوءًا عبر كامل الطيف المرئي ، ولكن دون أن تُنتج توزيعًا طيفيًا يُطابق أي مصدر ضوء طبيعي مُحدد. وقد لا تختلف بعضها اختلافًا جوهريًا عن المصابيح التي لا تُسوّق على أنها "كاملة الطيف". ^{[ 1 ] [ 2 ]}

تُعرف كمية الطاقة المرئية المتاحة في كل جزء من الطيف لكل وحدة زمنية بتوزيع القدرة الطيفية . ولا تتمتع مصادر الضوء الطبيعية بتوزيع متساوٍ تمامًا للطاقة كدالة للطول الموجي.

درجة حرارة اللون ومؤشر تجسيد اللون (CRI) هما المعياران لقياس الضوء. درجة حرارة اللون هي درجة حرارة جسم أسود (نظري) يُشعّ الضوء، وهي درجة الحرارة التي تُطابق التوزيع الطيفي لمصدر الضوء. إذا كان عدد أطوال موجات الضوء محدودًا، فلا يُمكن تحديد درجة حرارة اللون. أما مؤشر تجسيد اللون فهو أحد المقاييس التي تُبيّن مدى تطابق إدراك الإنسان للألوان تحت مصدر ضوء مُعين مع إدراكه لها تحت مصدر ضوء مرجعي مُحدد، يُعرّف مؤشره بـ 100.

نظراً لخصائص العين البشرية وإدراكها للألوان، يمكن الحصول على تقريب مفيد للضوء الأبيض باستخدام ثلاثة مصادر فقط من الضوء الأحمر النقي والأزرق النقي والأخضر النقي. قد يكون لهذا المصدر الضوئي درجة حرارة لونية محددة، ولكنه سيعاني من ضعف في مؤشر تجسيد الألوان. سيكون طيفه غير متصل لافتقاره إلى الطاقة عند الأطوال الموجية المتوسطة.

لا يوجد تعريف تقني لمصطلح "الطيف الكامل"، لذا لا يمكن قياسه. وتتطلب مقارنة مصادر "الطيف الكامل" مقارنة مباشرة للتوزيع الطيفي.

يختلف طيف انبعاث مصدر الضوء باختلاف آلية توليد الضوء. تُنتج المصادر الحرارية، كالمصابيح المتوهجة، إشعاعًا كهرومغناطيسيًا عبر نطاق واسع ومتصل من الأطوال الموجية، بما في ذلك الأشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجية. يُعدّ الجسم الأسود المُشعّ نموذجًا مثاليًا للمصدر الحراري. ومع ارتفاع درجة حرارة الجسم الأسود المُشعّ، يتغير شكل توزيعه الطيفي، حيث تنبعث طاقة أكبر عند أطوال موجية أقصر (أكثر زرقة).

تختلف مصادر الإضاءة التي تعتمد على التألق الضوئي في شكل طيف انبعاثها عن مصادر الإضاءة الحرارية. فبعض الأطوال الموجية تُنتج بسعة أكبر من غيرها. تهدف مصادر الإضاءة الفلورية، مثل المصابيح الفلورية ، والثنائيات الباعثة للضوء الأبيض ، ومصابيح هاليد المعادن ، إلى إنتاج الضوء بجميع الأطوال الموجية، إلا أن توزيعها يختلف عن مصادر الإضاءة الحرارية، ولذلك تظهر الألوان بشكل مختلف تحت هذه الأنواع من الإضاءة عنها تحت ضوء النهار؛ فقد تتطابق بعض الألوان تحت مصدر ضوئي معين، بينما لا تظهر بنفس الشكل تحت مصدر آخر، وهي ظاهرة تُعرف باسم التماثل اللوني .

عندما تستخدم مصادر الضوء تفريغًا كهربائيًا عبر غاز منخفض الضغط، قد يكون طيف الضوء غير متصل، حيث تكون بعض أطوال موجات الضوء مفقودة أو ذات سعة منخفضة جدًا. تتميز هذه المصادر الضوئية بلون قوي، مثل مصابيح الصوديوم منخفضة الضغط أو مصابيح النيون . تُستخدم هذه المصابيح بشكل أساسي لتأثيراتها اللونية أكثر من استخدامها للإضاءة العامة. تستخدم بعض الأجهزة العلمية أنابيب التفريغ لإنتاج ضوء ذي أطوال موجية قليلة فقط، وهو ما يُعرف باسم "طيف الخط". أما الليزر فهو مصدر أحادي الطول الموجي، ينتج ضوءًا بلون نقي جدًا.

صُممت مصادر الإضاءة الاصطناعية، مثل مصابيح LED، لتقليل إنتاج الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية غير المرئية ، لأن هذه الطاقة غير مرئية ولا تُساهم في كفاءة الإضاءة. توجد هذه الأطوال الموجية في ضوء النهار الطبيعي. وعندما تكون مهمة لبعض التطبيقات، قد يلزم إضافتها خصيصًا إلى طيف مصدر الضوء الأبيض.

من الأفضل، خلال النهار، أن تُضاء استوديوهات الفنون (في نصف الكرة الشمالي) بأشعة الشمس الشمالية، لأنها تُعتبر أكثر حيادية وانتشارًا من أشعة الشمس الجنوبية المباشرة ذات اللون المائل إلى الصفرة. ولأن العديد من استوديوهات الفنانين تفتقر إلى نوافذ مواجهة للشمال، تُستخدم أحيانًا مصابيح الطيف الكامل لمحاكاة هذا الضوء. كما يستخدم علماء الألوان، وخبراء مطابقة الألوان في متاجر الدهانات، وصانعو الألحفة، وغيرهم ممن يعملون بالأقمشة أو الخيوط، مصابيح الفلورسنت ذات الطيف الكامل عند العمل في ظروف إضاءة غير كافية، وذلك للمساعدة في الحصول على الدرجات اللونية الصحيحة كما ستظهر لاحقًا في ضوء النهار أو تحت إضاءة المعارض الفنية.

تُستخدم الإضاءة كاملة الطيف لكل من أسماك الزينة الاستوائية والبحرية، بالإضافة إلى العديد من الحيوانات المائية الأخرى. يُساعد استخدام هذه الإضاءة نباتات الأحواض المائية على النمو، ويُعزز صحة الأسماك والحوض ككل. فبينما تتكيف النباتات مع ضوء الشمس الطبيعي، تُحاكي مصابيح الإضاءة كاملة الطيف تركيز أطوال موجات ضوء الشمس بشكل كافٍ لتحفيز نمو النباتات. كما تُعزز هذه الإضاءة الألوان الطبيعية للأسماك والنباتات والعناصر المائية الأخرى في الحوض، والتي غالبًا ما تُفقد ألوانها بفعل الإضاءة الاصطناعية. وتُستخدم الإضاءة كاملة الطيف عادةً في أحواض المياه العذبة، لأن أحواض المياه المالحة أو الشعاب المرجانية غالبًا ما تتطلب ضوءًا أزرقًا قويًا.

تُساعد الزراعة تحت الإضاءة على استمرار إزهار النباتات طوال العام تقريبًا، مما يُتيح حصادًا وفيرًا في فصل الشتاء. صُممت مصابيح النمو خصيصًا لدعم نمو النباتات، وإن كانت بدرجات متفاوتة من النجاح وكفاءة الطاقة. تنمو بعض النباتات بشكل أفضل عند تعريضها لكمية أكبر من ضوء بلون معين، وذلك بسبب آلية التمثيل الضوئي . على وجه التحديد، تُعزز الأطوال الموجية الزرقاء النمو الخضري والتطور، بينما تُحفز إضافة كميات متزايدة من الضوء الأحمر التبرعم والإزهار والإثمار.

يُحافظ زرع العشب في الملاعب تحت الإضاءة في الظل على نمو العشب حتى في منتصف الشتاء أو في الظل. صُممت مصابيح نمو العشب خصيصًا لتعزيز نمو العشب، وخاصة نمو الجذور، مما يضمن سطحًا ثابتًا وآمنًا للاعبين. مع ذلك، تختلف فعالية بعض مصابيح النمو عن غيرها، وقد اتجهت مؤخرًا نحو أنظمة LED الأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.

كما هو الحال مع جميع مصابيح النمو، يحقق طيف الضوء أغراضًا مختلفة. يميل الطرف الأحمر من الطيف إلى تشجيع النمو الخضري، بينما يميل الطرف الأزرق إلى تعزيز نمو الجذور. ^{[ 3 ]}

في السنوات الأخيرة، استُخدمت الإضاءة كاملة الطيف في علاج الاضطراب العاطفي الموسمي (SAD) من خلال استخدام "صناديق الإضاءة" التي تحاكي ضوء الشمس الطبيعي ، والذي قد لا يكون متوفرًا في بعض المناطق خلال أشهر الشتاء. يُعد الضوء محفزًا بيئيًا لتنظيم دورات الساعة البيولوجية .

العلاج بالضوء، المعروف أيضًا بالعلاج الضوئي ، هو أسلوب علاجي معترف به للاكتئاب (مثل الاضطراب العاطفي الموسمي). كما أنه العلاج الأساسي لاضطرابات النوم المرتبطة بإيقاع الساعة البيولوجية . وبحسب جودة الضوء، يُقدّر أن 10000 لوكس كافية للعلاج الفعال. وتختلف أجهزة العلاج بالضوء في خصائصها، فبعضها يُصدر ضوءًا أزرق أو أخضر فقط.

قد يؤثر انخفاض التعرض لأشعة الشمس خلال أشهر الشتاء، وتغير مواعيد شروق الشمس وغروبها، على الساعة البيولوجية/الإيقاع اليومي للشخص، ومستويات السيروتونين والميلاتونين. ^{[ 4 ]} قد تكون أعراض الاضطراب العاطفي الموسمي أكثر وضوحًا لدى النساء (75% من حالات الاضطراب العاطفي الموسمي)، والبالغين الأصغر سنًا (18-30 عامًا)، والأشخاص المصابين بالاكتئاب أو الذين لديهم تاريخ عائلي للاكتئاب، كما أنه أكثر شيوعًا بين أولئك الذين يعيشون على بعد أكثر من 30 درجة شمالًا أو جنوبًا من خط الاستواء. ^{[ 5 ]}

• ضوء الشمس الاصطناعي
• تصميم مريح وخفيف الوزن
• ضوء الشمس
• مُركِّز الطاقة الشمسية ذو الطيف الكلي