Luce

RIFRAZIONE

Il fenomeno della rifrazione ottica della luce comporta un cambiamento di direzione dei raggi luminosi che

attraversano un materiale trasparente con diversa densità da un altro.

In funzione delle caratteristiche dei mezzi attraverso cui passa la radiazione luminosa, la direzione del

raggio luminoso subisce un cambiamento di direzione, che è definito dall’indice di rifrazione del mezzo.

L’indice di rifrazione del mezzo è uguale al seno dell’angolo incidente fratto seno dell’angolo di rifrazione

(angolo fra la direzione della luce rifratta e la linea di separazione tra i due mezzi) → legge di Snell.

I sistemi di trasporto della luce sono sia per luce naturale che per luce artificiale: ad esempio per la luce

artificiale prima delle luci a led, le fibre ottiche si usavano molto per allontanare la lampada dall’oggetto

depurandolo dalle quantità di ultravioletti.

Il colore della luce rappresenta la percezione visiva generata sul nostro occhio dalle radiazioni

elettromagnetiche nello spettro del visibile.

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Ad ogni valore della grandezza temperatura di colore, corrisponde un determinato colore della luce: questo

sistema deriva dalla legge di Wien che dice che il prodotto della radiazione visibile per la sua temperatura è

una costante quindi all’aumentare della temperatura diminuisce la lunghezza d’onda e viceversa.

→Una temperatura di colore alta corrisponde ad una lunghezza d’onda bassa che corrisponde ai colori

freddi.

→Una temperatura di colore bassa corrisponde ad una lunghezza d’onda alta che corrisponde ai colori

caldi.

Al variare del tipo di lampadina che compro, varierà anche il colore dell’oggetto: per esempio questo è il

motivo per cui nelle sale operatorie si tende a prendere lampade con una luce neutra che rendono il colore

più reale e per l’occhio umano il colore più reale è quello della luce del giorno.

Diagramma di Kruithof

ILLUMINAZIONE NATURALE

Ha un’azione battericida, ha effetti positivi da un punto di vista psicologico e riduce l’affaticamento degli

occhi, il mal di testa... permette di percepire l’evoluzione della giornata e permette di avere una maggiore

produttività lavorativa.

Il sole al di fuori dell’atmosfera terrestre ha uno spettro luminoso abbastanza costante, ma quando

attraversa l’atmosfera viene ridotto notevolmente per via del vapore e gas come ozono che possono

ridurre l’emissione luminosa in certe lunghezze d’onda.

La luce che arriva sulla terra può essere divisa in componente diretta (luce che viene direttamente dal sole,

quindi, ha una bassa temperatura di colore e forti contrasti) e in componente diffusa (raggiunge le superfici

illuminate in maniera diffusa attraverso le nuvole: è una luce più fredda e sono meno visibili i contrasti

quindi non determina l’abbagliamento).

Quando si parla di illuminazione naturale si intende come sorgente luminosa primaria la volta celeste,

sebbene il contributo della luce diretta sia quantitativamente molto elevato; ciò a causa della eccessiva

luminanza e della variabilità dovuta a fattori climatici e ambientali.

Ad esempio, con una finestra di 5 mq si hanno delle zone negli angoli un po’ buie, se invece i 5 mq vengono

distribuiti in 3 aperture allora si avranno meno zone d’ombra.

Tutti gli ambienti abitabili di un ambiente residenziale devono essere dotati di illuminazione naturale

diretta: l’ampiezza della finestra deve essere tale da garantire il fattore di luce diurna medio per cui la

dimensione della finestra deve essere dimensionata anche rispetto alla ventilazione, cioè la superficie

finestrata apribile non deve essere inferiore ad 1/8 della superficie del pavimento.

Il fattore medio di luce diurna è il rapporto tra illuminamento interno e illuminamento esterno nello stesso

secondo in condizioni di cielo coperto: questo rapporto moltiplicato per 100 è il fattore medio di luce

diurna. Quindi è un valore percentuale che dice quanta luce entra all’interno dell’ambiente rispetto a quella

che c’è all’esterno:

Il FLD si basa sul modello di cielo coperto uniforme CIE, non è un valore assoluto, ma in relazione alle

condizioni di illuminazione presenti all’esterno, quindi non dipende dall’ora del giorno, né dal periodo

dell’anno, né dall’orientamento del locale. Ciò non significa che l’illuminamento sia costante al variare del

tempo, ma che è costante il rapporto tra illuminamento interno ed esterno.

In fase di progetto se non si conosce di preciso, ad esempio, la dimensione di parte opaca e trasparente,

allora si può considerare che la componente vetrata è il 75% della finestra nella sua totalità.

La verifica consiste nel calcolo del FLDm all’interno dell’ambiente considerato mediante l’utilizzo di

software (Superlite,Dialux,Radiance,ecc.),molti dei quali scaricabili gratuitamente da internet.

Tali software sono in grado di simulare la luce naturale fornendo anche report utili per valutare

qualitativamente la distribuzione della luce negli ambienti.

ILLUMINAZIONE ARTIFICIALE

I principali caratteri che identificano una lampada sono:

a) Potenza elettrica (W);

b) Flusso luminoso (lm);

c) Efficienza luminosa (lm/W): luce emessa in rapporto all’energia consumata;

d) Temperatura di colore (K);

e) Indice di resa cromatica Ra (-): livello della resa dei colori rispetto alla luce diurna;

f) Durata di vita (ore).

1. Lampade ad incandescenza

La quantità di luce emessa dal filamento della lampada è proporzionale alla temperatura di funzionamento.

Ha una sorgente di luce a bassa efficienza: solo una piccola parte della potenza elettrica assorbita viene

trasformata in luce, il resto si disperde in calore.

Ha elevati invecchiamento e riduzione del flusso luminoso.

Diverse forme, caratteristiche di trasparenza del bulbo (trasparente, opalino, con riflettore, ecc.) e flusso

emesso.

2. Lampade ad incandescenza con alogeni

Dal 1972, prima lampade ad alogeni a bassa tensione (richiedono un trasformatore per il collegamento alla

rete) e poi lampade a tensione di rete (stesso attacco delle tradizionali). Attualmente alogene a risparmio di

energia (durata e resa maggiori). Permettono dimensioni estremamente ridotte del corpo luminoso.

Evitano la perdita di efficienza causata dall’evaporazione del tungsteno.

L’alogeno (iodio, bromo o kripto) aggiunto al gas si unisce al tungsteno evaporato e torna a depositarlo sul

filamento: hanno migliori caratteristiche prestazionali rispetto alle lampade ad incandescenza.

Essendo la lampada dotata di un riflettore, dovrà essere scelta in funzione dell’ampiezza del fascio

luminoso. L’apparecchio di illuminazione nel quale andrà collocata ha la sola funzione di proteggerla e

collegarla alla rete di alimentazione.

Il riflettore può essere in alluminio o in vetro con trattamento della superficie riflettente (dicroico). Nel caso

del vetro si tratta di una parabola di quarzo opportunamente trattata con l’applicazione di strati di ossidi

selettivi a determinate lunghezze d’onda: gli ossidi sono riflettenti alle radiazioni visibili ma si lasciano

attraversare dalla maggior parte di radiazione infrarossa.

La luce emessa dalle lampade ad alogeni con riflettente dicroico è dunque una luce più fredda, sia dal

punto di vista termico che cromatico, priva del 66% della radiazione infrarossa emessa da una lampada ad

alogeni con riflettore in alluminio di pari potenza.

→ dal 2016 tutte le lampade ad incandescenza e le lampade alogene a bassa efficienza non posso più

essere prodotte: i rivenditori possono venderle fino ad esaurimento scorte mentre i privati possono usarle

fino esaurimento scorte.

Alcune categorie di lampadine (reparti di neonatologia, allevamenti, frigoriferi, congelatori, forni…) pur non

rientrando negli standard di efficienza energetica imposti dalla UE rimarranno in commercio.

Le lampade da usare sono alogene a basso consumo, fluorescenti e LED.

3. Lampade a scarica

Hanno un tubo in vetro riempito con un gas o un vapore: l’urto reciproco delle loro particelle, una volta

innescata la scarica elettrica, produce la radiazione luminosa. Hanno una durata maggiore delle lampade ad

incandescenza e disperdono poca energia in calore. in funzione delle tipologie possono impiegare alcuni

minuti per raggiungere la massima intensità della luce, anche in relazione alla temperatura dell’ambiente.

Esistono i seguenti tipi di lampade a scarica:

a) lampade fluorescenti;

b) lampade a vapori di mercurio;

c) lampade a vapori di alogenuri;

d) lampade a luce miscelata;

e) lampade a vapori di sodio;

f) lampade allo xeno;

g) sistemi ad induzione.

4. Lampade fluorescenti tubolari

Nelle lampade a vapori di mercurio a bassa pressione, il tubo di vetro è rivestito con polveri fluorescenti

(fosfori) che permettono la trasformazione della radiazione ultravioletta in radiazioni visibili. In basse alle

sostanze fluorescenti usate si possono avere diverse tonalità di luce (bianca, diurna…). Si chiamano anche

lampade a catodo caldo, perché gli elettrodi alle 2 estremità si riscaldano prima di innescare la scarica.

In funzione delle tipologie richiedono altri apparecchi per funzionare, quali alimentatore (reattore

elettromagnetico), starter, condensatore, stabilizzatore… hanno una bassa luminanza quindi evitano

l’abbagliamento.

5. Lampade fluorescenti compatte

Sono dette anche lampade a risparmio energetico e sono costituite da uno o più tubi di vetro, a bulbo a

globo, a spirale all'interno dei quali sono contenuti mercurio o altri metalli pesanti. Ehi su ogni tubo è

montato un elettrodo. In base alle sostanze fluorescenti usate si possono avere diverse tonalità di luce:

hanno il reattore integrato e possono sostituire direttamente quelle ad incandescenza.

6. Lampade a vapori di mercurio ad alta pressione

Hanno un funzionamento analogo alle lampade fluorescenti: sono composte da un bulbo di vetro

all'interno del quale c'è un piccolo tubo di quarzo dove avviene la scarica. Rivestimento in polvere

fluorescente trasforma la radiazione ultravioletta in visibile: ha un pieno flusso luminoso che si raggiunge

dopo alcuni minuti di accensione (4/ 5 minuti): la radiazione è contenuta per la maggior parte nel visibile e

ci sono due grandi campi di applicazione, ovvero illuminazione industriale e illuminazione stradale.

7. Lampade a vapori di sodio a bassa pressione

Sono composte da un’ampolla di vetro all'interno della quale è stato creato il vuoto, con un attacco tipo

Edison, all'interno della quale c'è un piccolo tubo di vetro riempito di sodio dove avviene la scarica. A pieno

flusso luminoso raggiunto dopo alcuni minuti