شدة الإضاءة

في علم قياس الضوء ، تُعدّ شدة الإضاءة مقياسًا للطاقة المُرجّحة بطول الموجة المنبعثة من مصدر ضوئي في اتجاه مُحدد لكل وحدة زاوية مجسمة ، وذلك استنادًا إلى دالة الإضاءة ، وهي نموذج معياري لحساسية العين البشرية . وحدة قياس شدة الإضاءة في النظام الدولي للوحدات هي الكانديلا (cd)، وهي وحدة أساسية في النظام الدولي للوحدات . 

يهتم علم قياس الضوء بقياس الضوء المرئي كما تراه العين البشرية. لا تستطيع العين البشرية رؤية سوى الضوء ضمن الطيف المرئي ، وتختلف حساسيتها للضوء باختلاف أطواله الموجية. عند التكيف مع ظروف الإضاءة الساطعة ( الرؤية النهارية )، تكون العين أكثر حساسية للضوء الأصفر المخضر عند 555 نانومتر. أما الضوء ذو الشدة الإشعاعية  نفسها عند أطوال موجية أخرى، فيكون أقل شدة إضاءة. المنحنى الذي يمثل استجابة العين البشرية للضوء هو دالة قياسية محددة y (λ) أو V (λ) وضعتها اللجنة الدولية للإضاءة (CIE ) وتم توحيدها بالتعاون مع المنظمة الدولية للمقاييس (ISO ) . ^{[ 1 ]}

تُقاس شدة الإضاءة لمصادر الضوء الاصطناعية عادةً باستخدام مقياس زاوية الضوء المزود بمقياس ضوئي أو مقياس طيفي إشعاعي. ^{[ 2 ]}

يجب عدم الخلط بين شدة الإضاءة ووحدة قياس ضوئي أخرى، وهي التدفق الضوئي ، الذي يمثل إجمالي القدرة الضوئية المُدركة المنبعثة في جميع الاتجاهات. شدة الإضاءة هي القدرة المُدركة لكل وحدة زاوية مجسمة . إذا كان المصباح مزودًا ببصيلة ضوئية شدتها 1 لومن، وتم ضبط بصريات المصباح لتركيز الضوء بالتساوي في شعاع بزاوية 1 ستراديان ، فإن شدة إضاءة هذا الشعاع ستكون 1 شمعة. أما إذا تم تغيير البصريات لتركيز الشعاع في نصف ستراديان، فإن شدة إضاءة المصدر ستكون 2 شمعة. يكون الشعاع الناتج أضيق وأكثر سطوعًا، مع بقاء تدفقه الضوئي ثابتًا.

كما أن شدة الإضاءة ليست هي نفسها شدة الإشعاع ، وهي الكمية الفيزيائية الموضوعية المقابلة المستخدمة في علم قياس الإشعاع .

كغيرها من وحدات النظام الدولي للوحدات، تتمتع الكانديلا بتعريف عملي ، إذ تُعرَّف بوصف عملية فيزيائية تُنتج شدة إضاءة مقدارها كانديلا واحدة. فعلى سبيل المثال، إذا صُمِّمَ مصدر ضوئي يُصدر ضوءًا أخضر أحادي اللون بتردد 540  تيراهيرتز، وبشدة إشعاعية تبلغ 1/683 واط لكل ستراديان في اتجاه معين، فإن هذا المصدر سيُصدر كانديلا واحدة في ذلك الاتجاه. ^{[ 3 ]} 

يتوافق تردد الضوء المستخدم في التعريف مع طول موجي في الفراغ يبلغ555  نانومتر ، وهو قريب من ذروة استجابة العين للضوء. إذا إذا انبعثت إضاءة من مصدر بقوة شمعة واحدة بشكل منتظم في جميع الاتجاهات، فسيكون إجمالي التدفق الإشعاعي حوالي18.40  ميلي واط ، حيث أن هناك 4π ستراديان  في الكرة. تنتج الشمعة الحديثة النموذجية ما يقارب شمعة واحدة مع إطلاق حرارة بمعدل يقارب80  واط​

قبل تعريف الكانديلا، استُخدمت وحداتٌ متنوعةٌ لقياس شدة الإضاءة في مختلف البلدان. ​​وكانت هذه الوحدات تعتمد عادةً على سطوع لهب "شمعة معيارية" ذات تركيبة محددة، أو سطوع فتيل متوهج ذي تصميم معين. ومن أشهر هذه المعايير المعيار الإنجليزي : قوة الشمعة . وكانت قوة الشمعة الواحدة هي الضوء الناتج عن شمعة من العنبر النقي تزن سدس رطل وتحترق بمعدل 120 حبة في الساعة. أما ألمانيا والنمسا والدول الاسكندنافية، فقد استخدمت وحدة هيفنر ، وهي وحدة تعتمد على ناتج مصباح هيفنر . ^{[ 4 ]} في عام 1881، اقترح جول فيول وحدة فيول لقياس شدة الإضاءة، وكانت هذه الوحدة جديرة بالذكر لكونها أول وحدة لقياس شدة الضوء لا تعتمد على خصائص مصباح معين. وقد حلت الكانديلا محل جميع هذه الوحدات. 

تُعطى شدة الإضاءة للضوء أحادي اللون ذي طول موجي معين λ بالعلاقة التالية:$${\displaystyle I_{\mathrm {v}}=683\cdot {\overline {y}}(\lambda)\cdot I_{\mathrm {e} },}$$ أين

• I _v هي شدة الإضاءة بوحدة الكانديلا (cd).
• I _e هي شدة الإشعاع بالواط لكل ستراديان (W/sr).
• ${\textstyle {\overline {y}}(\lambda )}$هي دالة الإضاءة القياسية .

إذا كان هناك أكثر من طول موجي واحد (كما هو الحال عادةً)، فيجب جمع أو تكامل طيف الأطوال الموجية الموجودة للحصول على شدة الإضاءة:

$${\displaystyle I_{\mathrm {v} }=683\int _{0}^{\infty }{\overline {y}}(\lambda )\cdot {\frac {\partial I_{\mathrm {e} }}{\partial \lambda }}\,d\lambda .}$$

• سطوع
• النظام الدولي للكميات
• إشراق