Fotometria: Energia luminosa e percezione visiva

Fotometria

• La fotometria studia l'energia luminosa considerando la sensibilità della retina.
• La radiometria si occupa di tutta l'energia raggiante, inclusa quella invisibile.
• Le grandezze fotometriche sono quelle messe in relazione con l'energia raggiante luminosa.
• La frequenza delle onde elettromagnetiche caratterizza l'energia raggiante.
• L'energia raggiante luminosa è l'energia elettromagnetica in grado di stimolare la percezione visiva.

Curva della Luminosità Relativa

• La sensazione di luminosità segue una curva detta CURVA DELLA LUMINOSITA' RELATIVA.
• La brillanza, è massima a 555 nm, maggiore rispetto a lunghezze d'onda di 550 o 600 nm.

Flusso Luminoso

• Il flusso luminoso misura la capacità di una sorgente di stimolare la sensazione luminosa, in Lumen (lm).
• Una sorgente radiante di 1W a 555 nm ha un flusso luminoso di 685 lumen.
• Una sorgente a 555 nm con flusso di 1 lumen ha potenza radiante di 1/685 W.
• Sorgente monocromatica a 600 nm e 1 W ha luminosità relativa di 0,6, pari a 411 lumen.
• Se la sorgente ha flusso luminoso di 1 lm, la potenza radiante è 1/411= 0,00243 W.

Efficienza Luminosa

• L'efficienza luminosa è il rapporto tra flusso luminoso (lumen) e potenza radiante (W), in funzione della lunghezza d'onda: ρ(λ) = F/P (lumen/watt)
• F rappresenta il flusso luminoso.
• P rappresenta la potenza radiante.

Intensità Luminosa

• L'intensità luminosa è il flusso luminoso emesso per unità di angolo solido: I = ΔF/Δω (lumen/steradiante).
• L'unità di misura dell'intensità luminosa è la candela (cd).
• Il flusso luminoso del fascio rifratto è uguale a quello incidente: I₁ω₁ = I₂ω₂

Illuminamento

• L'illuminamento classifica le sensazioni visive prodotte su una superficie.
• È il rapporto tra flusso luminoso e l'area su cui è distribuito: E = F/A (lumen/m²).
• L'unità di misura lumen/m² è chiamata lux.
• Se I è intensità luminosa e F il flusso luminoso emesso: F = I * (A cos θ / r²).
• L'illuminamento E è riferito alla superficie A: E = F/A e quindi E = I * (cos θ / r²).

Brillanza

• La brillanza (o luminanza) si considera quando la sorgente non è puntiforme.
• Rappresenta l'intensità luminosa per unità di area proiettata, misurata in candele/m².
• B = ΔIₙ / ΔA, dove ΔIₙ è l'intensità luminosa massima emessa dall'elemento di superficie ΔA.
• La brillanza di una porzione di superficie emittente è uniforme in tutte le direzioni.

Fotometri

• Prima dell'elettronica, si usava il fotometro di Bunsen per stimare l'intensità della luce a occhio.
• Il flusso luminoso veniva confrontato con una sorgente standard.
• L'occhio distingue minime differenze di intensità su superfici simili e dello stesso colore.
• I fotometri moderni usano fotoresistori, fotodiodi o fotomoltiplicatori.
• Per analizzare la luce, si misura l'intensità dopo filtri o monocromatori per la distribuzione spettrale.

Fotometro di Bunsen

• È composto da una cassetta di legno con specchi per osservare entrambi i lati di uno schermo, realizzato con cartoncino e una macchia di grasso centrale.
• Ideato dal chimico-fisico tedesco Robert Wilhem Bunsen (1811 – 1899).
• Confrontando due sorgenti, una nota, si regolano le distanze finché la macchia non è visibile: Iₓ/rₓ² = I꜀/r꜀².
  • I꜀ = intensità campione.
  • Iₓ = intensità incognita.
  • r꜀ = distanza della sorgente campione.
  • rₓ = distanza della sorgente incognita.
• Usato per confrontare l'intensità di illuminazione e determinare la luminosità.
• È molto indicato per l'insegnamento introduttivo grazie al funzionamento comprensibile.

La fotometria studia l'energia luminosa in relazione alla sensibilità della retina, distinguendosi dalla radiometria. Le grandezze fotometriche sono legate all'energia raggiante luminosa, influenzata dalla frequenza delle onde elettromagnetiche. La curva della luminosità relativa mostra come la brillanza varia con la lunghezza d'onda, con un picco a 555 nm.