Tag: energia luminosa

Rubrica: Energia – Lighting

Titolo o argomento: Le grandezze della luce

Approfittando del fatto che nell’ultimo mese ho avuto a che fare spesso con la luce (vedi il caso di studio: Monitoraggio e analisi delle prestazioni di un pannello fotovoltaico in condizioni tecniche e atmosferiche sfavorevoli) dedico con piacere due parole introduttive su quello che, non lo nascondo, anche per me è un nuovo piacevole tema di studio: le grandezze fotometriche e le grandezze radiometriche. Volgarmente si può affermare che le prime sono grandezze utili da conoscere se si sta cercando di comprendere cosa accade ad esempio manipolando l’illuminazione di un set video o fotografico ben curato (ma potrebbe trattarsi di un lampione stradale o di una lampadina di casa), le altre sono grandezze indispensabili per chi sta approcciando il mondo del fotovoltaico e desidera conoscere cosa ruota attorno alla radiazione solare. In realtà la differenza sostanziale sta nel fatto che le grandezze fotometriche sono direttamente utilizzabili in scienza del colore e quantificano l’emissione luminosa in grado di produrre una sensazione visiva nell’occhio umano, cosa che non accade con le grandezze radiometriche. Di seguito vi sono riportate le voci facenti parte delle grandezze fotometriche, il lettore più attento noterà il parallelismo con le descrizioni, i simboli e le unità di misura delle voci relative alle grandezze radiometriche (link in basso). Le prime fanno riferimento alla curva di risposta spettrale dell’occhio umano, le seconde fanno riferimento all’insieme ben più esteso che le ingloba, le radiazioni elettromagnetiche.

Flusso luminoso (o Potenza luminosa) – Φ, Lumen (lm)

Parte del flusso radiante P_r emesso nel campo del visibile e valutato secondo la risposta dell’occhio umano, ovvero secondo la curva del fattore di visibilità relativa v(λ) riferita all’osservatore medio internazionale della CIE (Commission Internationale de l’Éclairage – Commissione Internazionale per l’Illuminazione). Il flusso luminoso si indica con la lettera Φ e la sua unità di misura è il lumen (lm).

1 lumen = 1 candela · 1 steradiante
1 Watt (di Potenza radiante e “non” di Potenza elettrica) = 683 lumen* – Luce monocromatica λ=555 nm.

*Diverse sorgenti luminose generano diverse conversioni tra potenza radiante (Watt) e flusso luminoso (lumen).

Efficienza luminosa specifica

L’efficienza luminosa specifica consiste nel rapporto tra il Flusso luminoso e la Potenza elettrica, si indica con η e l’unità di misura è, ovviamente, lumen/Watt. Una lampada ad incandescenza il cui flusso luminoso è pari a 1400 lumen e la cui potenza elettrica vale 100 Watt, avrà un’efficienza luminosa specifica uguale a 14 lm/W mentre una lampada fluorescente da 2800 lumen e 40 Watt avrà un’efficienza pari a 70 lm/W.

Tungsten incandescent light bulb: 12.5-17.5 lm/W
Halogen lamp: 16-24 lm/W
Fluorescent lamp: 45-75 lm/W
LED lamp: 30-90 lm/W
Metal halide lamp: 75-100 lm/W
High pressure sodium vapor lamp: 85-150 lm/W
Low pressure sodium vapor lamp: 100-200 lm/W
Mercury vapor lamp: 35-65 lm/W

Intensità luminosa – I_α, Candela (lm/sterad)

Flusso luminoso emesso dalla sorgente entro l’angolo solido d_ω attorno ad una data direzione. L’intensità luminosa si indica con I_α e la sua unità di misura è la Candela (cd = lm/sterad ovvero lumen su steradiante). Il valore pari a 1 candela rappresenta l’intensità luminosa emessa in una data direzione da una sorgente che genera una radiazione monocromatica con lunghezza d’onda λ=555 nm (giallo-verde, massimo della sensibilità per l’occhio umano) e con intensità radiante pari a 1/683 W/steradiante.

1 candela = 1 lumen / 1 sterad
L’angolo solido è un estensione, nello spazio tridimensionale, dell’angolo piano.

Illuminamento – E, Lux (lm/m²)

L’illuminamento in un dato punto di una superficie è uguale al flusso luminoso incidente per unità di superficie ricevente. L’illuminamento si indica con E e la sua unità di misura è il Lux (lx = lm/m²). La legge dell’inverso del quadrato esprime l’illuminamento E, in un punto di un piano perpendicolare alla direzione di incidenza della luce, come il rapporto tra l’intensità luminosa I nella direzione del dato punto e il quadrato della distanza d tra sorgente luminosa puntiforme ed il punto stesso.

E = I / d²
1 Lux = 1 lumen / 1 m² =  (1 candela · 1 steradiante) / 1 m²

Luminanza – L, Nit (cd/m²)

La luminanza in un punto di una superficie, in una determinata direzione di vista, è il rapporto tra l’intensità luminosa emessa in quella direzione e la superficie emittente proiettata su un piano perpendicolare alla direzione stessa. La luminanza si indica con L e la sua unità di misura è il Nit (cd/m²) o, in alternativa, lo Stilb (cd/cm²).

1 Nit = 1 candela / 1 m² =  (1 lumen / 1 sterad) · m^-2

Energia luminosa – Q_v, Lumen per secondo (lm·s)

Energia trasportata dal flusso luminoso considerato, si indica con Q_v e la sua unità di misura è il lumen per secondo.

1 lumen · secondo = 1 candela · 1 steradiante · secondo

Emettenza luminosa (luminosità) – M_v, Lux (lm/m²)

Indica il rapporto tra il flusso luminoso e l’unità di superficie emettente (al contrario dell’illuminamento che rapporta il flusso luminoso con l’unità di superficie ricevente), si indica con M_v e la sua unità di misura è, ovviamente, il lumen su metro quadro.

Fattore di trasmissione, fattore di riflessione e fattore di assorbimento

Degni di nota sono anche i fattori di trasmissione, riflessione e assorbimento. Il primo esprime il rapporto tra il flusso luminoso trasmesso attraverso un dato materiale ed il flusso luminoso incidente su di esso, il secondo esprime il rapporto tra il flusso luminoso riflesso da un dato materiale ed il flusso luminoso incidente su di esso ed il terzo esprime il rapporto tra il flusso luminoso assorbito dal materiale ed il flusso luminoso incidente.

Fonti:
Lezioni e appunti universitari di Fisica Tecnica.
Enciclopedia UTET.
Strumenti utilizzati dall’autore per il caso di studio precedentemente citato.

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