Note di fotometria

Diverse sono le grandezze fisiche utilizzate in fotometria, quella parte della fisica che si occupa di misurare le caratteristiche di un fascio luminoso e dei suoi effetti sull’occhio umano.

flusso luminoso, (luminous flux) l’energia luminosa E emessa tutt’intorno da una sorgente luminosa primaria o secondaria (che riflette la luce proveniente da una sorgente primaria) nell’unità di tempo, la cui grandezza fisica è il lumen (simbolo lm). Come un flusso idrico in una condotta, anche il flusso luminoso è sempre lo stesso, ad 1 cm, ad 1m ad 1 km, come è sempre la stessa la portata d’acqua in una tubazione a qualunque distanza dalla pompa, a meno di perdite.
Una lampada a incandescenza quando è accesa assorbe una potenza elettrica espressa in watt che in piccola parte si trasforma in flusso luminoso, cioè in potenza visibile, mentre buona parte si converte in potenza nell’infrarosso che è invece una potenza non visibile, termica. Il rapporto lumen/watt rappresenta quindi l’efficienza della lampada, il suo rendimento luminoso, cioè quanto della potenza assorbita elettrica si trasforma in potenza luminosa.

illuminamento, (illuminance) quantitativo di flusso luminoso per ogni metro quadrato di superficie esposta, indicativo dell’effetto, percepito dalla nostra vista, prodotto da una sorgente di luce sulla superficie degli oggetti che ci circondano. La grandezza fisica corrispondente è il lux (simbolo lx) lux = lumen/m2. Così un ufficio luminoso ha un illuminamento di 400 lx; la luna piena produce un illuminamento di 0,5 lx; per le vie di uscita è norma un illuminamento minimo di 5 lx.
L’illuminamento è funzione inversa del quadrato della distanza, quindi una stessa fonte luminosa produce lux diversi su superfici a diverse distanze ed anche a distanze uguali da come il flusso si distribuisce nello spazio.

intensità luminosa, (luminous intensity) la quantità di energia emessa da una sorgente luminosa (flusso luminoso) nell’unità di tempo e in una data direzione e in un ben definito angolo solido Ω, misurato in steradianti (simbolo sr). La grandezza utilizzata è la candela (simbolo cd) che in origine corrispondeva all’intensità luminosa proprio di una candela: cd = lm/sr.
In generale una sorgente luminosa non irradia lo stesso flusso luminoso in tutte le direzioni: una lampadina a incandescenza o una fluorescente sono sorgenti che diffondono la luce in maniera più uniforme tutt’intorno (a meno di zone d’ombra dovute a schermi o altro). Per esse si impiega il lumen, ad esempio nel confrontare due lampadine diverse. Per un corpo illuminante, dalla lampada da scrivania a una piantana, da una lampada a incasso a un faro, le valutazioni luminose vengono fatte attraverso le curve fotometriche, rappresentative della distribuzione spaziale della luce emessa, che riportano le intensità luminose (espresse in candele) per ciascun angolo direttivo.

Luminanza, (luminance) o radianza luminosa di una sorgente, corrisponde alla sensazione di luminosità che si riceve da una sorgente luminosa primaria o, per riflessione, da una sorgente secondaria. L’unità di misura è la candela/metro quadro (cd/m²)

Note:
– L’angolo solido rappresenta la porzione di spazio tridimensionale tra il vertice di un solido (un cono o più in generale una piramide), in cui è posta la sorgente luminosa puntiforme, ed una superficie A distante r dal vertice. Si misura in steradianti (sr) e vale Ω = A/r2
Una sfera completa ha un valore di angolo solido = 4πr2/r2 = 4π = 12,5664 sr (dove 4πr2 è la superficie di una sfera)
1 sr è un cono di area = r2 .. Più in generale un cono con un angolo al vertice α ha un valore di steradianti di 2π[1-cos (α /2)]. Lo steradiante è analogo al radiante che quantifica gli angoli planari.

– la candela è definita (dal 1979) come l’intensità luminosa in una data direzione di una sorgente che emette radiazione monocromatica alla frequenza di 540×1012 Hz (lunghezza d’onda 555 nanometri) con intensità radiante in quella direzione di valore pari a 1/683 watt in un angolo solido di 1 steradiante, ovvero 0,001464 W/sr.
Tale definizione fa riferimento ad una precisa frequenza in quanto l’occhio umano ha una diversa risposta alla luce: la luce verde/gialla (intorno ai 550 nanometri) stimola maggiormente l’occhio rispetto alla luce blu o rossa di pari potenza.
la potenza radiante in watt (si tratta di energia al secondo, quindi flusso luminoso) è indicativa del rendimento di una lampadina a incandescenza (standard) che assorbe 1 w elettrico per fornire una modesta potenza luminosa di 1/683 watt. Il rimanente è calore. Un tempo, fino ai primi anni ’70 del ‘900, era uso nel parlato comune utilizzare la candela come equivalente del watt per le lampadine ad incandescenza. Capitava di sentir dire: il lampadario ha lampadine da 12 candele, equivalente (improprio) di lampadine da 12 watt.

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