لماذا يعد اختيار زاوية الشعاع مهمًا للحصول على إضاءة مثالية؟

أولاً، ما الذي يحدد زاوية الشعاع؟

تُحدَّد زاوية الشعاع بناءً على تصميم وحدة الإنارة، والعاكس المُستخدَم، وأي عناصر بصرية كالعدسات أو المُشتِّتات. عند انبعاث الضوء، يُشكِّل مخروطًا. تُعرَّف زاوية هذا المخروط، المُعبَّر عنها بالدرجات، بأنها زاوية الشعاع. فيما يلي عوامل مهمة تؤثر على زاوية الشعاع:

1. حجم مصدر الضوء: ينتج مصدر الضوء الأكبر شعاعًا أوسع، بينما ينتج مصدر الضوء الأصغر شعاعًا أضيق.
٢. نوع العاكس: تُوجِّه العاكسات الضوء ولها شكل مُحدَّد. تُوزِّع العاكسات المُشتَّتة الضوء على مساحة أكبر، بينما تُنتج العاكسات المُركَّزة شعاعًا مُكثَّفًا.
3. المكونات البصرية: توفر العدسات والمكونات الأخرى مرونة أكبر في شكل الشعاع عن طريق تغيير مسار الضوء.
على سبيل المثال، تُنتج الأضواء الكاشفة المزودة بعدسات عاكسة ورقائق LED صغيرة أشعةً ضيقةً مثاليةً لإبراز المعالم أو الأشياء. في المقابل، تتميز مصابيح الأنابيب المثبتة في السقف بشعاع أوسع، مما يضمن توزيعًا متساويًا للضوء في المساحة.

ثانياً، كيفية قياس زاوية الشعاع

يعد قياس زاوية الشعاع أمرًا بالغ الأهمية عند اختيارإضاءةمناسب للتصميم. عادةً، تُحدَّد زاوية الشعاع بقياس شدة الضوء من زوايا مختلفة. يُشار إلى ذلك عادةً بنصف شدة الذروة، وهي الزاوية التي تنخفض عندها شدة الضوء إلى 50% من قيمتها القصوى.
صيغة حساب زاوية الشعاع:
زاوية الشعاع (°) = 2 * الظل القوسي (عرض الشعاع/المسافة)
فيما بينها:
يُشير عرض الشعاع إلى عرض المنطقة المُضاءة على مسافة مُحددة. أما المسافة، فتُشير إلى المسافة بين السطح المُضاء ومصدر الضوء.
مثال: إذا كان الضوء الكاشف على مسافة 10 أقدام ينتج شعاعًا بعرض 3 أقدام:

احسب نسبة عرض الشعاع إلى المسافة: عرض الشعاع/المسافة = 3/10 = 0.3
أوجد قيمة arctan لـ 0.3: arctan(0.3) ≈ 16.7° (ملاحظة: خطأ الحساب الأصلي هنا، يجب أن يكون arctan(0.3) ≈ 16.7°، وليس 7°)

اضرب في 2 للحصول على زاوية الشعاع: 2 * 16.7 درجة = 33.4 درجة
زاوية الشعاع حوالي 33.4 درجة.

اختيار زاوية الشعاع وشدة الضوء

تُحدد زاوية شعاع الضوء كيفية توزيعه. ووفقًا لقانون التربيع العكسي، تقل شدة الضوء بازدياد المسافة عن مصدره. في التطبيقات العملية، تؤثر زاوية الشعاع على التفاعل بين الضوء والفضاء. فكلما زادت زاوية الشعاع، زادت حدة الضوء، بينما زادت حدة الظلال وتباين الضوء.

ثالثا، اختيار زاوية الشعاع وتأثيرها على كفاءة الطاقة

كفاءة الطاقة عاملٌ آخر يجب مراعاته عند اختيار زوايا الشعاع. باختيار زاوية الشعاع المناسبة لعملية معينة، يُمكن توفير الطاقة، إذ سيُوجَّه الضوء بدقة إلى المكان المطلوب. إذا كانت زاوية الشعاع المستخدمة واسعة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى هدر الضوء والطاقة، خاصةً في المناطق التي لا تحتاج إلى إضاءة قوية. أما زاوية الشعاع الأضيق فتُركِّز الضوء على منطقة مُحددة، مما يتطلب عددًا أقل من المصابيح لتحقيق السطوع المطلوب. ونتيجةً لذلك، يُقلَّل استهلاك الطاقة، مما يُساعد على خفض تكاليف التشغيل.

عند تحديد زاوية الشعاع، من الضروري أيضًا مراعاة كفاءة مصدر الضوء. تُناسب مصابيح LED عالية الكفاءة تطبيقات الشعاع الضيق والعريض، إذ تُنتج ضوءًا أكثر مع استهلاك طاقة أقل.

أربعة، اختيار زاوية الشعاع والتحكم في الوميض

الوميض هو تذبذب سريع ومتكرر في شدة الضوء عند انقطاع التيار الكهربائي أو النظام الكهربائي. وخاصةً في الأماكن التي يتعرض فيها الناس للإضاءة الاصطناعية لفترات طويلة، مثل المكاتب والمدارس، قد يسبب هذا التذبذب إزعاجًا، بل وصداعًا.

زاوية الشعاع الضوئي هي أحد العوامل المؤثرة على درجة الوميض. فالشعاع الضوئي الضيق يصطدم بالضوء بكثافة أكبر، مما يجعل تغير شدة الضوء أكثر وضوحًا. في المقابل، يوزع الشعاع الضوئي الواسع الضوء بشكل أكثر توازنًا، مما يقلل من وضوح تأثير الوميض.

على سبيل المثال، في بيئة المكتب، يمكن أن يساعد استخدام المصابيح ذات زوايا الشعاع الواسعة (60°-120°) على التخفيف من الشعور بالوميض، مما يوفر تجربة إضاءة أكثر استقرارًا للموظفين الذين يقضون ساعات طويلة على مكاتبهم.

لتقليل الوميض، تستخدم وحدات الإنارة تقنيات حديثة للتحكم في الوميض، مثل مصابيح LED القابلة للتعتيم المزودة بخاصية كبت الوميض. ويُعد هذا الأمر بالغ الأهمية في أماكن مثل المدارس والمستشفيات، حيث تُعد الإضاءة المنتظمة ضرورية للراحة والسلامة.

خمسة. زاوية الشعاع في تطبيقات الإضاءة الخارجية

1. الحديقة وإضاءة المناظر الطبيعية
زاوية شعاع كبيرة (60 درجة أو أكثر) مثالية للإضاءة العامة في الحديقة، مثل إضاءة الممرات والأشجار والشجيرات. يضمن هذا النطاق الواسع عدم تسبب الضوء في ظلال قاسية، مما يمنح مظهرًا أكثر نعومة وطبيعية. في المقابل، تُعد زاوية الشعاع الضيقة (أقل من 30 درجة) مثالية لإبراز النقاط المحورية، مثل المنحوتات أو المعالم المائية، مما ينتج عنه تأثيرات إضاءة مذهلة ومركزة.

2. إنارة الشوارع
في إنارة الشوارع، تُعد زاوية الشعاع الضوئي أساسية لتوفير إضاءة متساوية على الطرق والأرصفة. يوفر مصباح الشارع النموذجي بزاوية شعاع ضوئي 120 درجة نطاق إضاءة واسع، مما يقلل من الوهج مع الحفاظ على رؤية آمنة. يُنصح باستخدام زاوية شعاع ضوئي أوسع لتغطية مساحة أكبر في إنارة الشوارع العامة، بينما يمكن استخدام زاوية أضيق لتسليط الضوء على التقاطعات أو إشارات المرور.

ست نقاط رئيسية: كيفية اختيار زاوية الشعاع الصحيحة

اختيار زاوية الشعاع المناسبة أمرٌ بالغ الأهمية لإضاءة فعّالة وناجحة. إليك طريقة سريعة لتحديد الزاوية التي تُلبي احتياجاتك:
1. شعاع ضيق (10° إلى 30°): مثالي للإضاءة المركزة أو تركيز الضوء على عناصر أو مناطق محددة.
2. شعاع متوسط ​​(30°-60°): مثالي لإضاءة المهام، حيث يوفر ضوءًا متوازنًا ومركّزًا بدون ضوء قاسٍ وظلال.
3. شعاع واسع (60°-120°): مناسب جدًا للإضاءة البيئية، ويغطي مساحة أكبر بضوء ناعم، ويوفر إضاءة عامة للغرف أو الأماكن الخارجية.