Grandezze illuminotecniche

Le grandezze illuminotecniche

Le grandezze fondamentali della luce da conoscere  che sono:• Flusso luminoso• Intensità luminosa• Illuminamento• Luminanza

Flusso luminoso• Il flusso luminoso è la quantità di luce emessa da una certa sorgente o apparecchio di illuminazione.

• Simbolo: Φ • Unità di misura: lumen [lm]

Flusso luminoso

• Questa grandezza indica la quantità di energia luminosa emessa nell’unità di tempo (1 secondo) da una sorgente. Per energia luminosa si intende, per convenzione, quella emessa nell’intervallo da 380 a 780 nm. 

• Simbolo: Φ • Unità di misura: lumen [lm]

Efficienza luminosa• L’efficienza luminosa è il rapporto tra il flusso luminoso e la potenza elettrica assorbita (lm/W): è questa a dare la misura dell’economicità del corpo illuminante.

Efficienza luminosa

• Il lumen prodotti per W elettrico rappresentano l’efficienza luminosa

Lampada a olio

Lampada fluorescente

Lampada a incandescenza

Lampada a LED

Angolo solido

• L’ angolo solido è un'estensione allo spazio tridimensionale del concetto di angolo piano. Esso è definito come ciascuna delle due regioni in cui viene suddiviso lo spazio dalla superficie formata dalle semirette passanti per uno stesso punto

• Lo steradiante (generalmente indicato sr quando necessario, dato che è un numero puro, nome derivante dal greco stereos, solido) è l'unità di misura del Sistema internazionale per l'angolo solido, il corrispondente tridimensionale del radiante.

Intensità luminosa

• L’intensità luminosa è la quantità di luce emessa in una certa direzione.

• Essa dipende in buona parte dagli elementi che guidano la luce, come ad esempio i riflettori.

• Il grafico che la rappresenta si chiama curva fotometrica (LVK).

Intensità luminosa

• Indica la quantità di flusso luminoso emessa da una sorgente all’interno dell’angolo solido unitario in una direzione data. 

• Simbolo: I • Unità di misura: candela [cd = lm / sr]

Candela

• Intensità luminosa associata ad una radiazione elettromagnetica monocromatica di frequenza pari a 540 x 102 Hz con Intensità energetica pari a 1/683 W/Sr

Candela

Grandezze fondamentali del SI

Spettro del visibile

Curva fotometrica

• La curva fotometrica è un grafico che esprime la distribuzione delle intensità luminose emesse da una sorgente. La rappresentazione più usata è quella di un diagramma polare. 

Curva fotometrica

• Le curve fotometriche mostrano come il flusso luminoso è distribuito alle varie altezze.

Curve fotometriche

• ATTENZIONE: la curva fotometrica non dipende unicamente dalla sorgente luminosa ma anche all’ottica, ossia dal sistema con cui la luce viene distribuita nell’ambiente.

Curva fotometrica

• Le curve fotometriche sono fondamentali quando si cerca di simulare l’effetto di una sorgente luminosa in un ambiente.

Illuminamento

• L’illuminamento è la quantità di flusso luminoso che incide su una superficie. La sua diminuzione è pari al quadrato della distanza.

• Gli illuminamenti necessari sono descritti dalle normative in materia (ad es. EN 12464 «Illuminazione di posti di lavoro»).

• E’ la grandezza che normalmente misuriamo con il luxmetro.

Illuminamento

• È il rapporto tra il flusso luminoso ricevuto da una superficie e l’area della superficie stessa. 

• Simbolo: E • Unità di misura: lux [lux = lm / m²]

Luminanza

• La luminanza è l’unica grandezza fotometrica percepita dagli occhi.• Consiste nell’impressione di brillanza di una certa superficie ed è fortemente legata al suo indice di riflessione (tipo di superficie e colore).

Luminanza

• È il rapporto tra l’intensità luminosa emessa da una superficie in una data direzione e l’area apparente di tale superficie. 

• Simbolo: L • Unità di misura: candela/m² [cd / m²]

Luminanza e superficie apparente

Luminanza – esempi

Illuminamento vs. luminanza

• È importante avere ben chiara la differenza esistente tra Illuminamento e Luminanza. 

• Se la prima grandezza indica la quantità di luce, emessa da una sorgente, che colpisce la superficie considerata, la seconda indica la sensazione di luminosità che riceviamo da questa superficie; ciò vuol dire che su due superfici, una bianca e l’altra nera, possiamo avere lo stesso valore di illuminamento, ad esempio 500 lux, ma la sensazione di luminosità ricevuta, e quindi la luminanza, sarà completamente differente, in quanto quelle due superfici riflettono la luce in modo diverso. 

Temperatura di colore

• La temperatura di colore, espressa in Kelvin [K], è un parametro utilizzato per individuare e catalogare, in modo oggettivo, il colore della luce di una sorgente luminosa confrontata con la sorgente campione (corpo nero). Dire che una lampada ha una temperatura di colore pari a 3000 K, significa che il corpo nero, a questa temperatura, emette luce della stessa tonalità. Le sorgenti luminose sono suddivise in tre gruppi, a seconda della temperatura di colore:

• < 3300 K : Tonalità calda (Sigla W)• da 3300 a 5300 K : Tonalità neutra (Sigla I)• > 5300 K : Tonalità fredda (Sigla C)

Temperatura di colore

• Vediamo gli ordini di grandezza relativi alle sorgenti luminose naturali:

• Luna: 4100 K• Sole a mezzogiorno (estate): 5300 ‐ 5800 K• Cielo coperto: 6400 – 6900 K• Cielo sereno: 10000 – 25000 K

Indice di resa cromatica

• Attitudine di una sorgente luminosa a rendere i colori degli oggetti illuminati senza alterazioni 

• Questo fattore viene determinato confrontando la luce emessa da una lampada in esame  con la luce di una sorgente campione (ad esempio la luce diurna o la luce emessa da una lampada ad incadescenza) avente la stessa  temperatura di colore.

• Si esprime mediante un indice Ra che varia fra 0 e 100

• Quanto maggiore è Ra di una lampada tanto più essa permette di apprezzare realisticamente i colori 

Indice di resa cromatica: gruppo di resa colore

Gruppo di resa di colore Resa cromatica, Ra

1 A 91÷100

1B 81÷90

2 61÷80

3 41÷60

4 21÷40

Indice di resa cromatica: gruppo di resa coloreGruppo di resa del colore

R1aIndice di resa del colore

Ra Tonalità della luce Impieghi consigliati

1A> 90 W, I, C Ambienti con necessità di resa 

dei colori estremamente elevata (esami clinici, gallerie d’arte, ecc.)

1B

80 ≤ Ra ≤ 90 W, I Ambienti civili e del terziario (abitazioni, alberghi, ristoranti, negozi, uffici, scuole, ospedali, ecc.)

I, C Ambienti industriali con necessità di resa dei colori elevata (stamperie, colorifici, tessiture, ecc.)

2 60 ≤ Ra ≤ 80 W, I, C Ambienti industriali

3 40 ≤ Ra ≤ 60 Ambienti dove sono eseguiti lavori grossolani

4 20 ≤ Ra ≤ 40 Ambienti industriali con necessità di resa dei colori modesta

Strumenti di misura

• luxmetro;• la sfera di Ulbricht;• il banco fotometrico;• i goniofotometri;• i luminanzometri.

Il luxmetroStrumento per la misura dell’illuminamento. E’ costituito da una sonda fotoelettrica, cellula fotovoltaica, che trasforma il segnale di luce che incide sulla stessa cellula, in corrente, la quale viene misurata e visualizzata sul display.

Questo fototrasduttore è utilizzato per la verifica dei livelli di illuminamento degli ambienti e nei luoghi di lavoro. Deve avere quindi una risposta spettrale precisa e prossima a quella visibile dall’occhio umano.

La sfera di UlbrichViene utilizzata per misurare il flusso luminoso emesso da una lampada.

È costituita da una sfera avente la superficieinterna diffondente al centro della quale vienesospesa la lampada di cui si deve misurare ilflusso.

Il banco fotometrico

1. fotometro; 2. sorgente da misurare; 3. sorgente campione; 4. fotocellule.

Il banco fotometrico viene utilizzato per la misura delle intensità luminose delle lampade.

È costituito da una guida graduata su cui può scorrereun carrello equipaggiato con una fotocellula e sullaquale vengono disposte una sorgente campione e lasorgente da misurare.

Dopo aver misurato il valore dell'illuminamento prodotto sulla fotocellula dalla sorgentecampione si provvede a far traslare il carrello in modo da trovare la posizione per laquale la sorgente da misurare produce sulla fotocellula stessa un illuminamento uguale.

Ciò fatto è facile applicando la legge dell'inverso del quadrato trovare il valoredell'intensità luminosa della sorgente in esame.

GoniofotometroI goniofotometri, vengono utilizzati per misurare leintensità luminose emesse dagli apparecchi diilluminazione e per valutare la distribuzione spazialedelle intensità luminose cui questi ultimi danno luogo.

Lo scopo principale è quello di controllare le curvefotometriche degli apparecchi di illuminazione e dimodificarne eventualmente la loro ottica fino adottenere risultati quanto più possibile ottimali.

LuminanzometroSono strumenti che vengono impiegati per misurare i valori della luminanza.

Nell'ambito dell'illuminazione in interno e per misurare laluminanza media di una grande superficie (la parete di un locale,ad esempio) si può utilizzare, grazie alla relazione che legal'illuminamento e la luminanza, un normale luxmetro munito diun dispositivo ottico atto a ridurre il campo di misura.

La misura della luminanza in un punto della superficie richiede, al contrario, unsistema ottico molto preciso ed un buon circuito di amplificazione, cosi comeavviene con le misure di luminanza dei tratti stradali osservati a distanza.

Grazie per l’attenzione