Cantidades de iluminación: flujo luminoso, intensidad de luz, iluminancia, brillo, brillo

1. flujo de luz

Flujo luminoso: el poder de la energía radiante, a juzgar por la sensación de luz que produce. La energía radiante está determinada por el número de cuantos emitidos por el emisor al espacio. La energía radiante (energía radiante) se mide en julios. La cantidad de energía emitida por unidad de tiempo se denomina flujo radiante o flujo radiante. El flujo radiante se mide en vatios. El flujo luminoso se denota por Fe.

donde: Qе — energía de radiación.

El flujo de radiación se caracteriza por una distribución de energía en el tiempo y el espacio.

En la mayoría de los casos, cuando hablan de la distribución del flujo de radiación en el tiempo, no tienen en cuenta la naturaleza cuántica de la aparición de la radiación, sino que la entienden como una función que da un cambio en el tiempo de los valores instantáneos. del flujo de radiación Ф (t). Esto es aceptable porque el número de fotones emitidos por la fuente por unidad de tiempo es muy grande.

Según la distribución espectral del flujo de radiación, las fuentes se dividen en tres clases: con espectros lineales, rayados y continuos. El flujo de radiación de una fuente con un espectro lineal consiste en flujos monocromáticos de líneas individuales:

donde: Фλ — flujo de radiación monocromática; Fe — flujo de radiación.

Para las fuentes de espectro de banda, la emisión ocurre en regiones espectrales bastante amplias, bandas separadas entre sí por espacios oscuros. Para caracterizar la distribución espectral del flujo de radiación con espectros continuos y en bandas, se utiliza una cantidad denominada densidad de flujo de radiación espectral.

donde: λ es la longitud de onda.

La densidad del flujo de radiación espectral es una característica de la distribución del flujo de radiación en el espectro y es igual a la relación del flujo elemental ΔFeλ correspondiente a una sección infinitesimal al ancho de esta sección:

La densidad de flujo de radiación espectral se mide en vatios por nanómetro.

En luminotecnia, donde el ojo humano es el principal receptor de la radiación, se introduce el concepto de flujo luminoso para evaluar la acción efectiva del flujo de radiación. El flujo luminoso es el flujo de radiación estimado a partir de su efecto sobre el ojo, cuya sensibilidad espectral relativa viene determinada por la curva de eficiencia espectral promediada aprobada por la CIE.

La siguiente definición de flujo luminoso también se utiliza en la tecnología de iluminación: el flujo luminoso es el poder de la energía de la luz. La unidad de flujo luminoso es lumen (lm). 1 lm corresponde al flujo luminoso emitido en un solo ángulo sólido por una fuente puntual isotrópica con una intensidad luminosa de 1 candela.

Tabla 1.Valores luminosos típicos de las fuentes de luz:

Tipos de lámparas Energía eléctrica, W Flujo luminoso, lm Eficiencia luminosa lm/w Lámpara incandescente 100 watios 1360 lm 13,6 lm/W Lámpara fluorescente 58 watios 5400 lm 93 lm/W Lámpara sodio alta presión 100 watios 10000 lm 100 lm/W Baja lámpara de sodio a presión 180 vatios 33000 lm 183 lm / W Lámpara de mercurio a alta presión 1000 vatios 58000 lm 58 lm / W Lámpara de halogenuros metálicos 2000 vatios 190 000 lm 95 lm / W El flujo luminoso Ф que incide sobre el cuerpo se distribuye en tres componentes: reflejado por el cuerpo Фρ absorbido por Фα y el perdido Фτ... En cálculos de iluminación factores de utilización: reflexiones ρ = Fρ/ F; absorción α= Fα/ F; transmisión τ= Fτ/ Ф.

Tabla 2. Características lumínicas de algunos materiales y superficies

Materiales o superficies Coeficientes Comportamiento de reflexión y transmisión reflexión ρ absorción α transmisión τ tiza 0,85 0,15 — Difusa Esmalte de silicato 0,8 0,2 — Difusa Espejo de aluminio 0,85 0,15 — Espejo de vidrio puntiagudo 0,8 0 ,2 — Dirigida Vidrio esmerilado 0,1 0,5 0,4 Difusa Dirigida Vidrio Bio Milk 0,22 0,15 0,63 Difusa Dirigida Vidrio Silicato Opal 0,3 0,1 0,6 Difusa Vidrio Silicato Milk 0, 45 0,15 0,4 Difusa

2. Intensidad de la luz

La distribución de la radiación de una fuente real en el espacio circundante no es uniforme.Por lo tanto, el flujo luminoso no será una característica exhaustiva de la fuente si no se determina simultáneamente la distribución de la radiación en diferentes direcciones del espacio circundante.

Para caracterizar la distribución del flujo de luz, se utiliza el concepto de densidad espacial del flujo de luz en diferentes direcciones del espacio circundante. La densidad espacial del flujo luminoso, que está determinada por la relación entre el flujo luminoso y el ángulo sólido con el vértice en el punto donde se encuentra la fuente, dentro del cual este flujo se distribuye uniformemente, se denomina intensidad luminosa:

donde: Ф — flujo luminoso; ω — ángulo sólido.

La unidad de intensidad de la luz es la candela. 1 disco

Es la intensidad luminosa emitida perpendicularmente por un elemento de superficie de cuerpo negro de 1:600.000 m2 de área a la temperatura de solidificación del platino.
La unidad de intensidad de la luz es la candela, cd es una de las principales magnitudes del sistema SI y corresponde a un flujo luminoso de 1 lm distribuido uniformemente en un ángulo sólido de 1 estereorradián (cf.). Un ángulo sólido es la porción de espacio encerrada en una superficie cónica. Un ángulo sólido ω medido por la relación del área que corta de una esfera de radio arbitrario al cuadrado de esta última.

3. Iluminación

La iluminación es la cantidad de luz o flujo luminoso que cae sobre una unidad de superficie. Se denota con la letra E y se mide en lux (lx).

La unidad de iluminancia lux, lx, se mide en lúmenes por metro cuadrado (lm/m2).

La iluminación se puede definir como la densidad del flujo de luz en la superficie iluminada:

La iluminación no depende de la dirección de propagación del flujo de luz a la superficie.

Estos son algunos indicadores de luminancia comúnmente aceptados:

• Verano, un día bajo un cielo sin nubes: 100.000 lux

• Alumbrado público — 5-30 lux

• Luna llena en una noche clara: 0,25 lux

4. La relación entre la intensidad de la luz (I) y la iluminancia (E).

Ley del cuadrado inverso

La iluminación en un punto determinado de la superficie, perpendicular a la dirección de propagación de la luz, se define como la relación entre la intensidad de la luz y el cuadrado de la distancia desde este punto hasta la fuente de luz. Si tomamos esta distancia como d, entonces esta relación se puede expresar mediante la siguiente fórmula:

Por ejemplo: si una fuente de luz emite luz con una potencia de 1200 cd en una dirección perpendicular a la superficie a una distancia de 3 metros de esta superficie, entonces la iluminación (Ep) en el punto donde la luz llega a la superficie será de 1200 /32 = 133 lux. Si la superficie está a una distancia de 6 m de la fuente de luz, la iluminación será de 1200/62 = 33 lux. Esta relación se llama la ley del cuadrado inverso.

La iluminación en un punto determinado de una superficie que no es perpendicular a la dirección de propagación de la luz es igual a la intensidad de la luz en la dirección del punto de medición dividida por el cuadrado de la distancia entre la fuente de luz y un punto en el plano multiplicado por el coseno del ángulo γ (γ es el ángulo formado por la dirección de incidencia de la luz y la perpendicular a este plano).

Por lo tanto:

Esta es la ley de los cosenos (Figura 1.).

Arroz. 1. A la ley de los cosenos

5. Iluminación horizontal

Para calcular la iluminación horizontal, se recomienda modificar la última fórmula reemplazando la distancia d entre la fuente de luz y el punto de medición con la altura h desde la fuente de luz hasta la superficie.

Figura 2:

Entonces:

Obtenemos:

Esta fórmula calcula la iluminación horizontal en el punto de medición.

Arroz. 2. Iluminación horizontal

6. Iluminación vertical

La iluminación de un mismo punto P en un plano vertical orientado hacia la fuente luminosa se puede representar en función de la altura (h) de la fuente luminosa y del ángulo de incidencia (γ) de la intensidad luminosa (I) (Figura 3 ) .

Obtenemos:

Arroz. 3. Iluminación vertical

7. Iluminación

Para caracterizar las superficies que brillan debido al flujo de luz que las atraviesa o refleja, se utiliza la relación entre el flujo de luz emitido por el elemento de la superficie y el área de este elemento. Esta cantidad se llama luminosidad:

Para superficies con dimensiones limitadas:

La iluminancia es la densidad del flujo de luz emitido por la superficie luminosa. La unidad de iluminancia es el lumen por metro cuadrado de superficie luminosa, que corresponde a un área de 1 m2 que emite uniformemente un flujo luminoso de 1 lm. En el caso de la radiación total, se introduce el concepto de luminosidad energética del cuerpo radiante (Me).

La unidad de luz radiante es W/m2.

El brillo en este caso se puede expresar por la densidad espectral de la luminosidad energética del cuerpo emisor Meλ (λ)

Para una evaluación comparativa, traemos los brillos de energía a las luminosidades de algunas superficies:

• Superficie solar — Me = 6 • 107 W/m2;

• Filamento incandescente — Me = 2 • 105 W / m2;

• La superficie del sol en su cenit — M = 3,1 • 109 lm / m2;

• Bombilla de luz fluorescente — M = 22 • 103 lm/m2.

8. Brillo

Brillo El brillo de la luz emitida por una unidad de superficie en una determinada dirección. La unidad de medida del brillo es la candela por metro cuadrado (cd/m2).

La superficie en sí puede emitir luz, similar a la superficie de una lámpara, o reflejar la luz que proviene de otra fuente, como la superficie de una carretera.

Las superficies con diferentes propiedades reflectantes bajo la misma iluminación tendrán diferentes grados de brillo.

El brillo emitido por la superficie dA en un ángulo Φ relativo a la proyección de esta superficie es igual a la relación entre la intensidad de la luz emitida en una dirección dada y la proyección de la superficie emisora ​​(Fig. 4).

Arroz. 4. Brillo

La intensidad de la luz y la proyección de la superficie emisora ​​son independientes de la distancia. Por lo tanto, el brillo tampoco depende de la distancia.

Algunos ejemplos prácticos:

• Brillo de la superficie solar — 2,000,000,000 cd / m2

• Brillo de lámparas fluorescentes — de 5000 a 15000 cd / m2

• Brillo de la superficie de la luna llena — 2500 cd / m2

• Iluminación vial artificial — 30 lux 2 cd / m2