Illuminotecnica - Grandezze Fotometriche

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1 Massimo Garai - Università di Bologna Illuminotecnica - Grandezze Fotometriche Massimo Garai DIN - Università di Bologna Massimo Garai - Università di Bologna 1 Radiazione elettromagnetica Due teorie esplicative complementari Ondulatoria (Maxwell) usata soprattutto per la propagazione Corpuscolare (Planck Einstein) usata soprattutto per l emissione e l assorbimento Massimo Garai - Università di Bologna 2 Grandezze Fotometriche 1

2 Massimo Garai - Università di Bologna Radiazione elettromagnetica 1. Onda elettrica 2. Onda magnetica Massimo Garai - Università di Bologna 3 Radiazione elettromagnetica La luce bianca è una miscela di lunghezze d onda Ad ogni lunghezza d onda corrisponde un colore Così come per le onde sonore ad ogni lunghezza d onda corrisponde una altezza diversa Massimo Garai - Università di Bologna 4 Grandezze Fotometriche 2

3 Massimo Garai - Università di Bologna Fenomeni elettromagnetici Onde radio Microonde Infrarosso Visibile Ultravioletto Raggi X Raggi γ Raggi cosmici λ ~ m λ ~ m λ ~ , m λ ~ 0, , m λ ~ 0, m λ ~ m λ ~ m λ < m Massimo Garai - Università di Bologna 5 Occhio umano Massimo Garai - Università di Bologna 6 Grandezze Fotometriche 3

4 Massimo Garai - Università di Bologna Formazione ottica dell immagine sulla retina Massimo Garai - Università di Bologna 7 Retina Massimo Garai - Università di Bologna 8 Grandezze Fotometriche 4

5 Massimo Garai - Università di Bologna Retina Massimo Garai - Università di Bologna 9 Retina Massimo Garai - Università di Bologna 10 Grandezze Fotometriche 5

6 Massimo Garai - Università di Bologna Coni e bastoncelli Bastoncelli ( milioni): visione scotopica Coni ( 6-7 milioni): visione fotopica Coni concentrati nella fovea Punto cieco all innesto del nervo ottico Massimo Garai - Università di Bologna 11 Spettro visibile nm 0,38 0,78 m Massimo Garai - Università di Bologna 12 Grandezze Fotometriche 6

7 Massimo Garai - Università di Bologna Sistema nervoso centrale Massimo Garai - Università di Bologna 13 Curva di visibilità relativa Effetto Purkinje Visione fotopica: λ max = 555 nm Visione scotopica: λ max = 507 nm Massimo Garai - Università di Bologna 14 Grandezze Fotometriche 7

8 Massimo Garai - Università di Bologna Fattore di visibilità K(λ) Per potenze raggianti in generale diverse a diversa λ Si introduce un fattore di visibilità K(λ) che permette di stabilire l equivalenza di sensazione visiva K(λ) è determinato con test psicosoggettivi K(λ) è definito a meno di una costante moltiplicativa Massimo Garai - Università di Bologna 15 Coefficiente spettrale di visibilità relativa Identificando la costante moltiplicativa in K(λ) con il valore massimo K max Si definisce un coefficiente di visibilità spettrale relativa K max = 683 lm/w per λ max = 555 nm K max = 1700 lm/w per λ max = 507 nm Massimo Garai - Università di Bologna 16 Grandezze Fotometriche 8

9 Massimo Garai - Università di Bologna Flusso luminoso emesso da una sorgente Radiazione monocromatica Radiazione policromatica ds em Massimo Garai - Università di Bologna 17 Intensità luminosa emessa da una sorgente dω ds em Unità fondamentale S.I. Sorgente puntiforme Sorgente planare Massimo Garai - Università di Bologna 18 Grandezze Fotometriche 9

10 Massimo Garai - Università di Bologna Radiante B O r A Massimo Garai - Università di Bologna 19 Steradiante O S r Massimo Garai - Università di Bologna 20 Grandezze Fotometriche 10

11 Massimo Garai - Università di Bologna Candela: unità fondamentale Candela: intensità luminosa emessa in una data direzione da una sorgente che emette una radiazione monocromatica di frequenza Hz ( = 555 nm) con intensità energetica in quella direzione pari a 1/683 Wsr -1 (1979, IX Conf. Gen. Pesi Misure) Massimo Garai - Università di Bologna 21 Intensità luminosa media sferica Per una sorgente puntiforme, ma non necessariamente isotropa Individua l intensità luminosa di una sorgente isotropa equivalente a parità di flusso luminoso emesso Massimo Garai - Università di Bologna 22 Grandezze Fotometriche 11

12 Massimo Garai - Università di Bologna Solido fotometrico e curve fotometriche Massimo Garai - Università di Bologna 23 Emettenza o radianza (o luminosità) emessa da una sorgente ds em Massimo Garai - Università di Bologna 24 Grandezze Fotometriche 12

13 Massimo Garai - Università di Bologna Illuminamento ricevuto da una superficie ds ric Massimo Garai - Università di Bologna 25 Illuminamento ed emettenza M E ρ ds ric Per una superficie riflettente (fattore di riflessione ρ) che emette solo per riflessione Massimo Garai - Università di Bologna 26 Grandezze Fotometriche 13

14 Massimo Garai - Università di Bologna Luminanza (o brillanza o splendore) ricevuta da una superficie n ds em cos dω ds em Massimo Garai - Università di Bologna 27 Esempio Si consideri una lampada ad incandescenza con intensità luminosa costante I = 200 cd e superficie del filamento S f = 1 cm 2. La sua luminanza è Se si considera una lampada uguale ma con vetro smerigliato la superficie emittente diviene quella del vetro, pari a S v = 200 cm 2. La sua luminanza è Massimo Garai - Università di Bologna 28 Grandezze Fotometriche 14

15 Massimo Garai - Università di Bologna Esempio Si metta ora la lampada in un proiettore con apertura pari a = 4π 10-3 sr. Il flusso luminoso totale emesso è costante Ma ora questo flusso luminoso è concentrato su di un angolo solido ristretto (10 3 volte minore) per cui l intensità luminosa emessa è maggiore Massimo Garai - Università di Bologna 29 Valori indicativi Sorgente luminosa Luminanza, cd/cm 2 Pieno sole allo zenit Sole all orizzonte 600 Cielo sereno 46 N 1 21/3 e 21/9 a S ore 12 Luna piena 0,25 Via lattea 10-8 Lampada fluorescente 2,5 compatta 18 W Lampada vapori sodio 150 alta pressione 100 W Lampada alogena 200 W 750 Massimo Garai - Università di Bologna 30 Grandezze Fotometriche 15

16 Massimo Garai - Università di Bologna Grandezze fotometriche ed energetiche Flusso luminoso Potenza radiante Intensità luminosa P. emissivo angolare Massimo Garai - Università di Bologna 31 Grandezze fotometriche ed energetiche Emettenza luminosa P. emissivo totale Luminanza Intensità di radiaz. Massimo Garai - Università di Bologna 32 Grandezze Fotometriche 16

17 Massimo Garai - Università di Bologna Illuminamento Grandezze fotometriche ed energetiche Irradianza totale Per esempio: Massimo Garai - Università di Bologna 33 Grandezze fotometriche ed energetiche Grandezza Luminosa Unità di misura Grandezza Energetica Unità di misura lm P W I cd E W sr -1 M lx s.b. E W m -2 E lx G W m -2 L cd m -2 I W m -2 sr -1 Massimo Garai - Università di Bologna 34 Grandezze Fotometriche 17

18 Massimo Garai - Università di Bologna Legge di Lambert Per corpi uniformemente diffondenti L 0 L ω In termini di intensità luminosa In termini integrali I 0 I ω Massimo Garai - Università di Bologna 35 Legge di Lambert In termini integrali ds ric ds ric cos Massimo Garai - Università di Bologna 36 Grandezze Fotometriche 18

19 Massimo Garai - Università di Bologna Legame Illuminamento Intensità luminosa I r θ S ric Massimo Garai - Università di Bologna 37 Esempio Una sorgente luminosa isotropa emette un flusso luminoso totale di lumen Qual è l illuminamento su di una superficie di 1 m 2 posta a 10 m di distanza ed orientata a 30 rispetto alla sorgente Φ = lm r = 10 m θ = 30 S ric = 1 m 2 Massimo Garai - Università di Bologna 38 Grandezze Fotometriche 19

20 Massimo Garai - Università di Bologna Esempio Applicando la formula che lega E ed I Ma poiché la sorgente è isotropa Dunque Massimo Garai - Università di Bologna 39 Legame Illuminamento Intensità luminosa Sorgente puntiforme e superficie orizzontale I α h α r =α S o Massimo Garai - Università di Bologna 40 Grandezze Fotometriche 20

21 Massimo Garai - Università di Bologna Legame Illuminamento Intensità luminosa Sorgente puntiforme e superficie verticale I α h α r α S v Massimo Garai - Università di Bologna 41 Legame Illuminamento Intensità luminosa Sorgente lineare e superficie orizzontale I α h α r =α d S o Sorgente lambertiana I in cd/m Massimo Garai - Università di Bologna 42 Grandezze Fotometriche 21

22 Massimo Garai - Università di Bologna Legame Illuminamento Intensità luminosa Sorgente lineare e superficie verticale I α h α d r α S v Sorgente lambertiana I in cd/m Massimo Garai - Università di Bologna 43 Sorgenti luminose puntiformi lineare estesa Massimo Garai - Università di Bologna 44 Grandezze Fotometriche 22

23 Massimo Garai - Università di Bologna Coefficienti di riflessione, assorbimento, trasmissione riflessa incidente trasmessa assorbita Massimo Garai - Università di Bologna 45 Coefficienti di riflessione, assorbimento, trasmissione Coefficiente di riflessione Coefficiente di assorbimento Coefficiente di trasmissione Massimo Garai - Università di Bologna 46 Grandezze Fotometriche 23

24 Massimo Garai - Università di Bologna Classificazione dei corpi Corpo trasparente Corpo opaco fenomeno volumetrico superficiale Corpo bianco sull intero intervallo di λ Corpo nero sull intero intervallo di λ inoltre è anche uniformemente diffondente Massimo Garai - Università di Bologna 47 Riflessione speculare S R diffusa S S mista S Massimo Garai - Università di Bologna 48 Grandezze Fotometriche 24

25 Massimo Garai - Università di Bologna semplice S Trasmissione S diffusa S mista Massimo Garai - Università di Bologna 49 Illuminotecnica - Grandezze Fotometriche Fine Massimo Garai DIN - Università di Bologna Massimo Garai - Università di Bologna 50 Grandezze Fotometriche 25

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