Appunti Illuminotecnica

La luce come fenomeno fisico

La luce è composta da campi elettrici e magnetici oscillanti e perpendicolari tra di loro che si propagano nello spazio.

È classificata come una radiazione elettromagnetica visibile.

Spettro elettromagnetico

L’intero insieme di radiazioni elettromagnetiche è rappresentato dallo spettro elettromagnetico.

In generale la luce è compresa in una lunghezza d’onda gamma fra i 380 nm e 780 nm.

Alcuni intervalli

• Ultravioletto < 380 nm
• Infrarosso > 780 nm
• Microonde e onde radio molto maggiori

La luce come trasporto di energia

La luce è un mezzo per trasferire energia attraverso le onde elettromagnetiche.

Flusso energetico:

• Quantità di energia trasportata o ricevuta in un periodo di tempo

Intensità energetica:

• Flusso energetico infinitesimo emesso da una sorgente puntiforme in un angolo solido infinitesimo attorno a una data direzione diviso per l’angolo solido

Angolo solido: misura dell’estensione spaziale del flusso luminoso espressa in steradianti.

• Racchiuso in un cono è il rapporto fra area intercettata su una sfera di raggio R avente il centro nel vertice del cono e il raggio al quadrato.

La luce come fenomeno percettivo

L’energia raggiante luminosa stimola l’organo sensoriale della visione, determinando nel soggetto una sensazione visiva.

Recettori

Coni:

• Reagiscono a stimoli di una certa intensità e permettono la percezione dei colori

Bastoncelli:

• Reagiscono anche a stimoli di bassa intensità ma sono insensibili al colore

Sensazione luminosa: aspetti quantitativi

Per una radiazione luminosa l’intensità soggettiva, interpretazione del cervello di come interpreta la quantità di luce, è funzione sia dell’intensità energetica che della lunghezza d’onda.

In particolare, a parità di intensità energetica essa è variabile a seconda della lunghezza d’onda.

Per caratterizzare la variabilità dell’intensità soggettiva in funzione della lunghezza d’onda è stato determinato statisticamente il fattore di visibilità K.

Il fattore di visibilità relativo descrive la sensibilità dell’occhio umano alle diverse lunghezze d’onda.

Flusso luminoso e flusso energetico

Il flusso luminoso (F) è la quantità di luce emessa da una sorgente o trasportata o ricevuta nell’unità di tempo ed è misurata in lumen.

Dipende dalla sensibilità dell’occhio umano alla lunghezza d’onda emessa.

Si ottiene pesando il flusso energetico con il fattore di visibilità, integrandolo su tutto lo spettro del visibile 380-780 nm.

Il flusso luminoso totale, includendo l’intero spettro del visibile vale:

• Per una radiazione composta riferita a un intervallo di lunghezza d’onda occorre riferirsi al flusso energetico spettrale.

Il flusso energetico spettrale descrive la distribuzione di energia emessa da una sorgente in funzione della lunghezza d’onda.

L’intervallo infinitesimo di lunghezza d’onda vale:

Il flusso infinitesimale vale:

• Il flusso energetico vale:

Per risolvere l’integrale è utile discretizzare il campo di lunghezze d’onda:

Interazione luce - superficie

La luce che incide su una superficie viene in parte assorbita, in parte riflessa e in parte trasmessa.

Le rispettive frazioni vengono dette fattori di assorbimento, riflessione e trasmissione.

Modalità di riflessione e trasmissione della luce

Rifrazione della luce

La rifrazione descrive il cambiamento di traiettoria di propagazione della radiazione luminosa che si verifica in corrispondenza dell’attraversamento di due materiali con indice di rifrazione uguale o diverso.

Legge di Snell

Le grandezze fotometriche

Flusso luminoso: quantità totale di luce emessa da una sorgente per unità di tempo e misurata in lumen (lm).

Intensità luminosa: flusso luminoso emesso in una determinata direzione per unità di angolo solido, misurata in candele (cd).

Luminanza: quantifica la luce percepita da una superficie, misurata in candele per metro quadrato (cd/m²).

Emettenza luminosa: flusso luminoso emesso da una superficie per unità di area, misurata in lumen per metro quadrato (lm/m²).

Illuminamento: flusso luminoso che colpisce una superficie per unità di area, misurato in lux (lx).

Intensità luminosa

• Ha per unità di misura la candela (cd), che è l’intensità luminosa, in una data direzione, di una sorgente che emette una radiazione monocromatica di frequenza e la cui intensità energetica in tale direzione è di

Solido fotometrico

Il solido fotometrico è delimitato dal luogo dei punti estremi dei vettori con origine nella sorgente e lunghezza proporzionale all’intensità della sorgente nelle diverse direzioni. Rappresenta l’intensità luminosa emessa da una sorgente in tutte le direzioni.

L’intersezione del solido fotometrico con un piano passante per l’asse della sorgente individua una curva denominata indicatrice di emissione. Questa individua la distribuzione dell’intensità luminosa su un piano.

Per definizione la 1 candela in una data direzione equivale a una sorgente che emette una radiazione monocromatica di circa 555 nm, con un’intensità di 1/683 W. Questa definizione equivale a fissare come massimo di efficienza luminosa 555 nm e 683 lm/W.

Luminanza

• Questa descrive la quantità di luce emessa, riflessa, trasmessa o ricevuta da una superficie in una specifica direzione per unità di area apparente. Tiene conto di direzione di emissione e percezione visiva. Indipendente dalla distanza, tiene conto solo Q