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Die Magier von Salador
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Aspetti generali e grandezze fotometriche

Premesse

L’illuminotecnica è la parte della Fisica Tecnica che studia i problemi di illuminazione sia naturale che artificiale al fine di assicurare condizioni di benessere ambientale e di comfort visivo per l’uomo.
Parte integrante dell’illuminotecnica è la fotometria che si occupa della misura della quantità di energia raggiante emessa da una sorgente, o ricevuta da una superficie, in relazione alle sensazioni prodotte nell’uomo, attraverso l’occhio.


La visione

Un corpo eccitato emette radiazioni elettromagnetiche e quindi energia; le radiazioni emesse con lunghezza d’onda l compresa tra 380 nm e 780 nm producono sensazione visiva e rappresentano la cosiddetta energia visibile.

Ai valori di l suddetti corrispondono rispettivamente il colore violetto cupo (380 nm) e rosso (780 nm). Nel campo intermedio si collocano le lunghezze d’onda corrispondenti alla percezione dei colori elementari, dalla cui miscela nasce tutta la gamma dei colori possibili.

Figura 1 – Fattore di visibilità k in funzione di l (A - visione diurna; B - visione notturna).


L’occhio percepisce meglio i colori intermedi; così, ad esempio, per ottenere la stessa impressione visiva, occorre convogliare sull’occhio molta più energia nell’unità di tempo con luce violetta o rossa, che con luce gialla.

Il massimo della sensazione visiva diurna, si ha per una radiazione monocromatica avente l=555 nm (colore giallo-verdastro). Quando l’intensità della radiazione diventa particolarmente debole, il massimo della sensibilità si ha, invece, per una lunghezza d’onda l=507 nm (colore azzurro-verdastro: la visione in questo caso è detta notturna o scotopica, in alternativa a quella diurna o fotopica) - Ecco perché, le guide ottiche impiegate per motivi di sicurezza negli ospedali ed aeroporti sono realizzate con lampade di tale colore.

La sensibilità visiva, al variare di l, è espressa mediante il fattore di visibilità k(l).


Grandezze fotometriche

Le grandezze fotometriche hanno lo scopo di fornire una valutazione oggettiva della "sensazione di luminosità". Le principali tra di esse sono:

a) il flusso luminoso e l’intensità luminosa (caratteristiche delle sorgenti)
b) l’illuminamento (rappresentativo dell’effetto prodotto dalle sorgenti su una generica superficie)
c) la radianza e la luminanza (rappresentative sia delle sorgenti che dei corpi illuminati, considerati a loro volta quali sorgenti secondarie).


Il flusso luminoso (F)


Il flusso luminoso misura l’intensità della sensazione luminosa; per radiazioni monocromatiche si ha:

Fv=k(l)´ P(l)

in cui P(l) è la potenza raggiante relativa alla lunghezza d’onda l; k(l) è il fattore di visibilità relativo alla stessa lunghezza d’onda l e definito al § 2.2.
Per radiazioni policromatiche il flusso luminoso è la somma dei flussi luminosi relativi alle singole lunghezze d’onda.
L’unità di misura del flusso luminoso è il lumen (lm).


L’intensità luminosa (I)

L’intensità luminosa esprime il flusso luminoso emesso da una sorgente puntiforme nell’angolo solido elementare dw attorno ad una data direzione r:

I=dF/dw.

(dw è l’angolo solido al vertice del cono e dF è il flusso luminoso nella direzione r).
L’unità di misura dell’intensità luminosa è la candela (cd).
La candela è definita come l’intensità luminosa emessa in una data direzione da una sorgente che emette con lunghezza d’onda l=555 nm e con intensità energetica in quella direzione di 1/683 W/sterad (essendo lo sterad l’unità di misura dell’angolo solido).
L’intensità luminosa di una sorgente nelle diverse direzioni consente di costruire il solido fotometrico che è la superficie delimitata dagli estremi dei segmenti aventi origine nella sorgente e rappresentativi dell’intensità luminosa in ciascuna direzione.
Viceversa, se di una sorgente artificiale è noto il solido fotometrico si può risalire al valore dell’intensità luminosa nelle varie direzioni.


L’illuminamento (E)

L’illuminamento in un dato punto di una superficie, è definito come il rapporto tra il flusso incidente sulla superficie elementare nell’intorno del punto considerato e la superficie elementare stessa:

E=dF/dA

L’unità di misura dell’illuminamento è il lux (lx), pari all’illuminamento di una superficie di 1 m2 ricevente un flusso luminoso di 1 lumen uniformemente ripartito.
Valori tipici di illuminamento che si riscontrano in Natura sono i seguenti: 0.01 lux in una notte senza luna; 20.000 lux in una giornata con cielo coperto; 100.000 lux in una giornata estiva di sole.


La radianza (M)

La radianza M di un punto di una superficie è il rapporto tra il flusso luminoso emesso da un elemento di superficie attorno a quel punto e l’area dell’elemento stesso:

M=dF/dA

L’unità di misura della radianza è il lux su bianco (lux s.b.) pari a 1 lm/m2.
Questa unità di misura nasce dal fatto che la radianza può essere espressa come M=r´ E (essendo r il coefficiente di riflessione della superficie ed E l’illuminamento) e se r=1 (superficie perfettamente riflettente: bianca) si ha M=E.


La luminanza (L)

La luminanza in un dato punto di una superficie ed in una determinata direzione è definita come il rapporto tra l’intensità luminosa (emessa in quella direzione) e la superficie emittente proiettata su un piano perpendicolare alla direzione stessa:

L=dI/dAn

L’unità di misura della luminanza è il nit (1 nit=1 candela/m2).
Spesso si utilizza ancora lo stilb (cd/cm2).
A titolo d’esempio, si ha:

- per lampade ad incandescenza chiare L=2¸ 7´ 102 cd/cm2
- per lampade ad incandescenza smerigliate L=5¸ 50 cd/cm2
- per lampade fluorescenti L=0.5¸ 2 cd/cm2

La differenza tra il valore della luminanza riferito ad un oggetto e la luminanza media del campo visivo esterno si chiama fattore di contrasto c.