CORSO DI FISICA TECNICA 2 AA 2013/14 ILLUMINOTECNICA. Lezione n 3:

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1 CORSO DI FISICA TECNICA 2 AA 2013/14 ILLUMINOTECNICA Lezione n 3: Elementi caratterizzanti il colore Grandezze fotometriche qualitative Le Sorgenti Luminose artificiali Ing. Oreste Boccia 1

2 Elementi caratterizzanti il colore Il colore è una qualità degli oggetti ma è anche una funzione della luce che li illumina. Ogni corpo ha un fattore di assorbimento, di riflessione e di trasmissione variabile con la lunghezza d'onda. Ne consegue che se lo si illumina con una luce bianca (che è la somma di tutte le componenti cromatiche visibili) allora il corpo riflette una radiazione che dipende dalle proprie caratteristiche. Se, ad esempio, il corpo non assorbe la lunghezza d'onda corrispondente al verde ma assorbe tutte le altre allora la luce riflessa è verde e noi attribuiremo il colore verde al corpo. Se, però, la luce illuminante è solo monocromatica e di colore giallo allora il corpo non può apparire verde perché il verde non è presente nella radiazione originaria; esso appare, in questo caso, nero. 2

3 Il colore si caratterizza per le seguenti tre qualità: Tono o Tinta: è legato alla presenza di una lunghezza d'onda dominante dello spettro di emissione; questa individua il colore fondamentale con cui viene visto un oggetto illuminato oppure una sorgente illuminante. Se una luce è caratterizzata da una distribuzione spettrale uniforme a tutte le lunghezze d onda, in cui però non sia possibile identificare una lunghezza d onda dominante, risulterà allora poco caratterizzata dal punto di vista cromatico e sarà definita di colore grigio. Tinte fredde: bassa lunghezza d onda (violetto, blue, verde). Tinte calde: più elevate lunghezze d onda (giallo, arancio, rosso). Purezza o Saturazione: è la vivacità del colore, è legata al rapporto tra il contenuto energetico di una luce in corrispondenza della lunghezza d onda dominante e quello relativo alle rimanenti lunghezze d onda dello spettro di emissione. Un colore molto puro (saturo) presenta uno spettro a punta intorno alla λ dominante, mentre un colore di purezza meno accentuata presenta una curva più allargata e piatta. Al limite, la purezza massima corrisponde all emissione di una luce monocromatica, mentre la purezza minima corrisponde al grigio. Il tono e la saturazione costituiscono l aspetto più propriamente cromatico della sensazione visiva, cioè definiscono la sua cromaticità; il grigio è il tipico colore acromatico. 3

4 Luminosità: è il parametro legato al contenuto energetico globale della luce considerata all interno del suo spettro di emissione. Maggiore è l energia emessa, maggiore è la luminosità del colore considerato e maggiore risulterà la chiarezza con cui questo verrà percepito. Il bianco, il nero ed il grigio sono colori che non possono essere tra loro distinti dal punto di vista cromatico per ciò che concerne gli aspetti di tinta e saturazione; sono infatti tutti e tre caratterizzati dallo stesso tipo di curva di emissione spettrale (uniforme). L unica caratteristica che li distingue dal punto di vista cromatico è l intensità, cioè la quantità di energia globalmente emessa. Il bianco ha luminosità massima, il nero ha luminosità nulla, il grigio ha una luminosità intermedia tra quelle del bianco e del nero. Un colore può essere ottenuto dalla mescolanza di tre colori diversi definiti come primari; in questo caso si parla di sintesi additiva. Dalla sintesi additiva dei colori primari (blu+verde+rosso) con la loro massima intensità si ottiene il colore bianco. Dai tre colori fondamentali si derivano altri tre colori detti secondari o complementari: il giallo è complementare al blu; il magenta è complementare del verde; il ciano è complementare del rosso. SINTESI ADDITIVA 4

5 Grandezze fotometriche qualitative Le sorgenti luminose vengono caratterizzate anche con alcuni parametri di tipo qualitativo, che consentono di effettuare una giusta scelta dell impianto di illuminazione da installare. Tali grandezze generalmente vengono utilizzate per caratterizzare le sorgenti di illuminazione artificiale e sono principalmente: La temperatura di colore correlata (CCT), definita come la temperatura che dovrebbe raggiungere il corpo nero (considerato sorgente ideale di luce, emettendo energia radiante nell intero spettro ed assorbendo totalmente l energia radiante che lo colpisce) per avere la stessa distribuzione spettrale della sorgente e quindi generare luce della stesso colore della luce prodotta dalla sorgente in esame. La luce rossastra ha una bassa temperatura di colore, mentre la luce bluastra ha un alta temperatura di colore; di conseguenza descrive la sensazione di luce calda o fredda prodotta dalla tonalità della luce. 5

6 Vari esperimenti hanno dimostrato che l apparato visivo dell uomo percepisce come luce di tonalità bianca la luce che ha una temperatura di colore di circa K, corrispondente alla luce del sole in pieno giorno. Al di sopra e al di sotto di questo valore, la tonalità è giudicata rispettivamente fredda o calda. La CIE (Pubblication n 29.2 del 1986) classifica la tonalità della luce in tre gruppi: Temperatura di colore correlata: esempi Cielo blu a nord: K Cielo azzurro: K Cielo coperto da nubi: K Luce del Flash (al massimo) K Sole di mezzogiorno: K Lampade ad incandescenza Lampade fluorescenti Candela: K 6

7 Indice di resa cromatica (Ra) La capacità di una luce di rendere fedelmente i colori, si misura paragonando i colori degli oggetti illuminati dalla luce in esame con quelli che si ottengono con una lampada campione che riproduce l illuminazione naturale. Secondo la normativa CIE, vengono illuminati 14 predefiniti campioni di colori con una sorgente di riferimento avente pari temperatura di colore e indice di resa cromatica pari a 100 e con la sorgente che si vuole caratterizzare. Mediante uno spettrofotometro si determina oggettivamente il colore apparente dei 14 campioni e si calcola la media degli scostamenti cromatici che si verificano nelle due letture. Il parametro che si ottiene in questo modo è definito Indice di Resa Cromatica CRI (Color Rendering Index). I valori elevati dell indice indicano una buona resa del colore. Il valore massimo è 100. La CIE ha classificato le lampade in base alla resa cromatica definendo dei gruppi utilizzati dai costruttori nella descrizione dei prodotti in commercio. In ogni caso valori elevati ( %) significano che la sorgente permette una percezione dei colori corretta mentre valori di CRI inferiori all 80 % significano che la sorgente fornisce una percezione dei colori distorta. 7

8 Le Sorgenti Luminose artificiali. Si dà il nome di sorgenti luminose, o sorgenti di luce, a tutti i corpi (o superfici) che emettono energia radiante caratterizzata da lunghezze d onda comprese entro l intervallo ~380 ~780 nm, con intensità sufficiente per impressionare l occhio umano. Le sorgenti artificiali trasformano energia (generalmente) elettrica in luce e generalmente sono costituite da due parti che ne determinano le prestazioni: la lampada: preposta alla conversione di energia elettrica in flusso luminoso; l apparecchio illuminante: ha la funzione di distribuire tale flusso in maniera opportuna e di proteggere la lampada stessa. Le lampade sono di diverse tipologie: - ad incandescenza: sfruttano l effetto termico, ovvero il principio per cui un corpo, ad elevata temperatura (portato appunto all incandescenza) emette onde e.m. anche nello spettro del visibile ; - a scarica nei gas: la luce si produce mediante collisioni di elettroni e di ioni in un gas o in un vapore ; - a tecnologia LED (Light Emitting Diode diodo ad emissione luminosa). Le caratteristiche principali di una lampada sono: - la temperatura di colore correlata; - la resa cromatica; - l'efficienza luminosa data dal rapporto fra il flusso luminoso emesso e la potenza elettrica impegnata (lm/w); - la durata, espressa in ore, data dal tempo di vita media (cioè del tempo nel quale il 50% delle lampade dello stesso tipo e dello stesso costruttore si rompono). 8

9 Altri parametri caratteristici di una lampada: potenza di alimentazione [W]: potenza elettrica che è necessario fornire per il funzionamento; tensione di alimentazione[v]: in genere intorno ai 220 V, o in alcuni case V ossia bassa tensione; flusso luminoso [lm]: quantità di luce erogata per unità di tempo; curva di decadimento è la rappresentazione grafica dell andamento del flusso al variare delle ore di funzionamento; tempo di accensione: indica il tempo necessario per la messa a regime del sistema di emissione (lampade a scarica). Collegamento diretto alla rete o con ausilio di reattori, starter, ecc. Tempo di ripristino nel caso di brusca interruzione (es. mancanza momentanea di corrente). Influenza della temperatura ambiente e delle variazioni della tensione di alimentazione sulle condizioni di funzionamento. 9

10 Tipologie di lampade GLS, REFLECTOR LED 10

11 Apparecchi di illuminazione Vengono suddivisi in cinque gruppi per tipi di illuminazione diretta, semi-diretta, mista, semi-indiretta, indiretta. -i riflettori consentono di proiettare al di fuori dell apparecchio due fasci di luce sovrapposti, uno diretto ed uno riflesso; - i rifrattori si impiegano quando il solo riflettore non è sufficiente per controllare il flusso. Consistono generalmente in coppe o pannelli lisci da una parte e dotati di prismi conici o piramidali sull altra; -i diffusori aumentano la dimensione apparente della sorgente in modo da ridurre la luminanza della lampada. Sono costruiti con vetro opale o plastiche opportunamente trattate; Un tipico esempio di diffusore è costituito da una sfera di vetro traslucida posta intorno ad una sorgente -gli schermi possono essere interni oppure esterni all apparecchio d illuminazione (deflettori, lamelle, nidi d ape, alette o altro); - le lenti, servono a concentrare, diffondere o sagomare l impronta luminosa e conseguentemente modificare il solido fotometrico uscente dall apparecchio. 11