1º LUMINOTECNIA

LUMINOTECNIA
LA LUZ Y LA VISIÓN
LUMINOTECNIA
La Luminotecnia es la
ciencia que estudia las distintas
formas de producción de luz, así
como su control y aplicación.
LUMINOTECNIA
La luz natural y artificial excita nuestros ojos
permitiéndonos la visión del mundo que
nos rodea.
La naturaleza de la luz, el color, la fisiología
y el funcionamiento del ojo y los factores
que influyen en la visión son los temas
tratados aquí.
LA LUZ Y LA VISIÓN
Luz y sentido de la visión, dos caras de la misma
moneda. Sin una la otra no tiene sentido.
Sin luz los ojos no podría percibir las formas, los
colores de los objetos y, en definitiva, el mundo
que nos rodea.
Sin una visión que interpretara la luz, esta no
serviría de nada.
LA LUZ
La luz, que llega a nuestros ojos y
nos permite ver, es un pequeño
conjunto de radiaciones
electromagnéticas de longitudes
de onda comprendidas entre los
380 nm y los 770 nm.
LA LUZ Y LA VISIÓN
El espectro electromagnético
La luz forma parte del espectro electromagnético que
comprende tipos de ondas tan dispares como los rayos
cósmicos, los rayos gamma, los ultravioletas, los
infrarrojos y las ondas de radio o televisión entre otros.
Cada uno de estos tipos de onda comprende un
intervalo definido por una magnitud característica que
puede ser la longitud de onda (λ
(λ) o la frecuencia (f).
Recordemos que la relación entre ambas es:
Donde: c es la velocidad de la luz en el vacío (c =
Donde:
3·108 m/s).
LA LUZ Y LA VISIÓN
LA LUZ Y LA VISIÓN
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
Naturaleza de la luz
La luz, al igual que la electricidad, el calor, etc. Es una de las
manifestaciones de la energía.
Se puede producir de varias maneras:
O bien calentando hasta la incandescencia cuerpos sólidos
o gases (fundamento de las lámparas de incandescencia).
O bien por medio de una descarga eléctrica entre dos
placas de material conductor sumergido en un gas ionizado
o en un vapor metálico (de mercurio, de sodio, etc.). Este es
el fundamento de las lámparas de descarga.
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
En todos los casos, a los manantiales
luminosos ha de proporcionárseles energía
(calorífica, eléctrica, etc.) que se transforma
en energía luminosa.
Así:
en una lámpara eléctrica se consume
energía eléctrica,
Y en una lámpara de gas se consume
energía química por combustión, etc.
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
Para comprender mejor la naturaleza de la luz,
vamos a proponer un ejemplo sencillo e
intuitivo.
Supongamos que se lanza una piedra al centro de
un estanque
se forman ondas que se
propagan a lo largo y ancho del estanque,
ondas que se van amortiguando hasta
desaparecer. El efecto del choque de la piedra
sobre el estanque ha repercutido lejos y se ha
notado a bastante distancia del lugar donde se
ha producido el choque.
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
De la misma forma, una fuente luminosa emite ondas
luminosas. Pero hay dos diferencias con el ejemplo que
hemos expuesto.
En primer lugar, la luz no necesita un medio material
para propagarse. La luz se propaga incluso en el vacío.
Por esta razón nos llega la luz del Sol que se propaga a
través del vacío interplanetario.
La otra diferencia es que, en el estanque, las ondas se
propagan sobre una superficie plana, es decir, en dos
dimensiones. La luz, en cambio, se propaga en las tres
dimensiones del espacio, de manera que una fuente de
luz cualquiera (por ejemplo una lámpara) puede
considerarse como un centro del que irradian las ondas
luminosas en todas las direcciones del espacio.
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
El aspecto que tienen en común las ondas
del estanque y las luminosas es que, en
ambos casos, el efecto se aprecia muy
lejos en el espacio.
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
Así pues, la luz tiene estas tres propiedades
fundamentales:
Se propaga en el vacío en forma de ondas
Se propaga en todas las direcciones del espacio
Se transmite a distancia
Según la física, estas propiedades son las que
definen una radiación.
Una radiación es la transmisión de energía a
través del espacio sin soporte material,
realizada por medio de ondas.
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
La onda en la cual se propaga la luz es considerada como
una radiación simple en general (como una senoide), y
de ella podemos definir los siguientes parámetros:
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
•
Propiedades de la radiación luminosa
a) Longitud de onda
Es una propiedad variable de la misma, que se define como
el camino recorrido por una radiación durante un periodo
Las longitudes de ondas se expresan en unidades de
longitud y se representan por medio de la letra griega “λ”
(Lambda)
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
λ es variable, puesto que la
velocidad de las radiaciones
electromagnéticas dependen de
la naturaleza del medio a través
del cual se propagan.
Las unidades más empleadas para medir la longitud de onda son:
•El ángstrom (Ǻ)= 10-10 m
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
Propiedades de la radiación luminosa
b) Periodo
Es una característica invariable de la misma, y se define
como el tiempo que tarda una radiación en recorrer un
ciclo.
Se mide en segundos y se representa por la letra “T”.
También se define como el tiempo que tarda la onda en
ocupar dos posiciones idénticas.
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
Propiedades de la radiación luminosa
c)
Frecuencia
Es una característica invariable de la misma, y se define
como el número de ciclos completos efectuados por
una radiación durante un segundo.
Se expresa en “ciclos por segundo” o en cualquiera de
sus múltiplos (kilociclo o megaciclo), la unidad es el
Hertzio (Hz) y se designa por la letra “f”.
La frecuencia y el periodo son magnitudes inversas, o sea
que:
1
T=
f
1
f =
T
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
Propiedades de la radiación luminosa
c) Velocidad de propagación
Es la velocidad con que se propaga la onda a través
del espacio.
Se representa por la letra “v”
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
Propiedades de la radiación luminosa
Se supone siempre que las radiaciones se transmiten con
movimiento uniforme; para los cuales el espacio tiene la
siguiente expresión:
e=vt
Y en nuestro caso:
λ=e
T=t
v=V
λ = v ⋅T
De estas magnitudes junto con la frecuencia
“f” se establecen las siguientes relaciones:
1
v=λ
T
f =
1
T
v = f ⋅λ
ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
Propiedades de la radiación luminosa
Cada una de las radiaciones conocidas (ondas
hertzianas, rayos x, rayos ultravioletas,
radiaciones luminosas, etc.), se diferencia de las
demás, por que tiene una longitud de onda, y
una velocidad de propagación propias y
distintas a las demás radiaciones,
Propiedades de la radiación luminosa
LA LUZ Y LA VISIÓN
Propiedades de la luz
Cuando la luz encuentra un obstáculo en su camino choca
contra la superficie de este y una parte es reflejada
reflejada..
Si el cuerpo es opaco el resto de la luz será absorbida
absorbida..
Si es transparente una parte será absorbida como en el caso
transmitiéndose.. Así
anterior y el resto atravesará el cuerpo transmitiéndose
pues, tenemos tres posibilidades:
Reflexión.
Reflexión.
Transmisión
Transmisión--refracción
refracción..
Absorción
Absorción..
LA LUZ Y LA VISIÓN
Para cada una se define un coeficiente que nos da
el porcentaje correspondiente en tanto por uno.
Son:
el factor de reflexión (ρ
(ρ),
el de transmisióntransmisión-refracción ((ττ)
y el de absorción (α
(α )
que cumplen:
LA LUZ Y LA VISIÓN
La reflexión
es un fenómeno que se produce cuando la luz choca contra la
superficie de separación de dos medios diferentes (ya sean gases
como la atmósfera, líquidos como el agua o sólidos) y está regida
por la ley de la reflexión.
reflexión.
La dirección en que sale reflejada la luz viene determinada por el tipo
de superficie.
Si es una superficie brillante o pulida se produce la reflexión regular
en que toda la luz sale en una única dirección.
Si la superficie es mate y la luz sale desperdigada en todas
direcciones se llama reflexión difusa.
difusa.
Y, por último, está el caso intermedio, reflexión mixta,
mixta, en que
predomina una dirección sobre las demás. Esto se da en
superficies metálicas sin pulir, barnices, papel brillante, etc.
LA LUZ Y LA VISIÓN
La reflexión
Cuando una superficie devuelve la luz que incide sobre ella, se
dice que refleja la luz.
La reflexión de la luz depende principalmente de las siguientes
circunstancias:
a)
Condiciones moleculares de la superficie reflectante.
reflectante. Por
ejemplo, una superficie lisa refleja mejor la luz que una
superficie rugosa.
b)
Ángulo de incidencia de los rayos luminosos.
luminosos.
c)
Color de los rayos incidentes.
incidentes. La luz blanca se refleja mejor
que la luz coloreada.
LA LUZ Y LA VISIÓN
• La reflexión
La ley fundamental de reflexión dice así:
el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión
Esta ley fundamental es solamente teórica. En la práctica se cumple
solo cuando la superficie sobre la que incide el rayo luminoso es
solamente lisa y brillante como, por ejemplo la de un espejo.
En este caso se produce lo que llamamos reflexión dirigida o reflexión
especular. en que toda la luz sale en una única dirección.
LA LUZ Y LA VISIÓN
• La reflexión
La ley fundamental de reflexión dice así:
el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión
Cuando la superficie sobre la que incide el rayo luminoso es rugosa y
brillante (por ejemplo, papel de aluminio), a cada rayo incidente
corresponden varios rayos reflejados, que cumple sólo
aproximadamente la ley fundamental de la reflexión. En este caso se
trata de reflexión semidirigida
LA LUZ Y LA VISIÓN
• La reflexión
La ley fundamental de reflexión dice así:
el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión
Finalmente, cuando la superficie es rugosa y mate, por ejemplo, un trozo
de tela blanca, el rayo incidente se refleja en todas las direcciones del
espacio y, por lo tanto, no se cumple la ley fundamental de la
reflexión. En este caso se habla de reflexión difusa.
LA LUZ Y LA VISIÓN
La reflexión
LA LUZ Y LA VISIÓN
Transmisión--refracción
Transmisión
se produce cuando un rayo de luz es desviado de su
trayectoria al atravesar una superficie de separación
entre medios diferentes según la ley de la refracción.
refracción.
Esto se debe a que la velocidad de propagación de la luz
en cada uno de ellos es diferente.
LA LUZ Y LA VISIÓN
Absorción
La absorción es un proceso muy ligado al color
color.. El ojo
humano sólo es sensible a las radiaciones
pertenecientes a un pequeño intervalo del espectro
electromagnético. Son los colores que mezclados
forman la luz blanca. Su distribución espectral
aproximada es:
LA LUZ Y LA VISIÓN
Absorción
Cuando la luz blanca choca con un objeto una parte de los
colores que la componen son absorbidos por la
superficie y el resto son reflejados. Las componentes
reflejadas son las que determinan el color que
percibimos. Si las refleja todas es blanco y si las
absorbe todas es negro. Un objeto es rojo porque refleja
la luz roja y absorbe las demás componentes de la luz
blanca. Queda claro, entonces, que el color con que
percibimos un objeto depende del tipo de luz que le
enviamos y de los colores que este sea capaz de
reflejar.
LA LUZ Y LA VISIÓN
RELACIÓN ENTRE REFLEXIÓN, ABSORCIÓN Y TRANSMISIÓN
Cuando se ilumina una superficie:
una parte del flujo luminoso se refleja,
otra parte atraviesa dicha superficie quedando absorbida por el cuerpo
y una tercera parte de la luz incidente se transmite a través del
cuerpo.
Esto quiere decir que los tres fenómenos (reflexión, absorción y
transmisión) están íntimamente ligados y en todos los casos
tendremos:
Donde:
Φ0 = Φr + Φa + Φt
Φ0
= flujo luminoso total
Φ r = flujo luminoso reflejado
Φ a = flujo luminoso absorbido
Φ t = flujo luminoso transmitido
LA LUZ Y LA VISIÓN
RELACIÓN ENTRE REFLEXIÓN, ABSORCIÓN Y TRANSMISIÓN
Hemos de tener en cuenta las siguientes consideraciones:
a)
b)
c)
En los cuerpos opacos, el flujo luminoso transmitido es
nulo, ya que los cuerpos opacos no dejan pasar la luz.
No existe en ningún caso cuerpos reflectantes puros. El
cuerpo más reflectante que se conoce es la plata pulida.
Según estas explicaciones, los cuerpos iluminados se
convierten en fuentes luminosas secundarias o virtuales.
De esta forma es como las superficies iluminadas se
hacen visibles directamente o por transparencia
LA LUZ Y LA VISIÓN
RELACIÓN ENTRE REFLEXIÓN, ABSORCIÓN Y TRANSMISIÓN
Llamamos factor reflexión,
reflexión, que simbolizamos con la letra ρ, a la relación
entre el flujo reflejado y el incidente, es decir:
Φr
ρ=
Φ0
Llamamos factor absorción,
absorción, que simbolizamos con la letra α, a la
relación entre el flujo absorción y el incidente, es decir:
Φa
α=
Φ0
Llamamos factor transmisión,
transmisión, que simbolizamos con la letra τ, a la
relación entre el flujo transmitido y el incidente, es decir:
Φt
τ=
Φ0
LA LUZ Y LA VISIÓN
RELACIÓN ENTRE REFLEXIÓN, ABSORCIÓN Y TRANSMISIÓN
De las expresiones anteriores obtenemos fácilmente la relación:
Φ 0 = ρΦ 0 + αΦ 0 + τΦ 0
y dividiendo ambos miembros por Φ 0 obtenemos:
ρ +α +τ = 1
Es decir, que la suma de los factores de reflexión. absorción y transmisión
es igual a la unidad
LA LUZ Y LA VISIÓN
RELACIÓN ENTRE REFLEXIÓN, ABSORCIÓN Y TRANSMISIÓN
En la tabla se exponen los factores de reflexión,
absorción y transmisión correspondientes a diversos
materiales usuales en luminotecnia.
Hay que tener en cuenta que la absorción representa en
todos los casos una pérdida, por lo que deben utilizarse
normalmente materiales de bajo factor de absorción,
excepto en casos muy especiales como la iluminación
decorativa.
LA LUZ Y LA VISIÓN
REPRODUCCIÓN CROMATICA
La reproducción cromática es la posibilidad que tiene una
fuente luminosa de reproducir fielmente un color.
Para medirla usamos el rendimiento de color, que es una
medida de la fidelidad en la reproducción de los colores
bajo distintas fuentes de luz.
El rendimiento de color es un índice que expresa la diferencia
existente entre los colores que se ven bajo la luz de la
lámpara en cuestión y los colores que se verían utilizando
una determinada fuente luminosa como referencia. Para el
cálculo del rendimiento de color se utilizan ocho muestras
de color internacionalmente escogidas.
LA LUZ Y LA VISIÓN
REPRODUCCIÓN CROMATICA
Las lámparas de mayor índice de rendimiento cromático son
las de incandescencia
incandescencia,, seguidas de las fluorescentes y las
de halogenuros metálicos.
metálicos. Las de sodio de alta presión
tienen un índice bastante bajo y para las de sodio de baja
presión no es aplicables esta característica, pues emite
una radiación amarilla monocromática.
Si para iluminar un cuerpo en lugar de emplear luz blanca
usamos una luz monocromática, el color de estos cuerpos
nos aparecerá deformado.
LA LUZ Y LA VISIÓN
REPRODUCCIÓN CROMATICA
Por esta razón, para conseguir una reproducción cromática
adecuada, las lámparas monocromáticas no deben
utilizarse para el alumbrado de interiores (comerciales o de
viviendas) porque falsean la percepción del color.
Para una buena reproducción cromática, un objeto se debe
iluminar al menos con los tres colores primarios.
Tampoco se obtiene una reproducción cromática adecuada
con lámparas cuyos espectros luminosos sean
discontinuos. Por ejemplo, en los cuerpos iluminados con
lámparas de vapor de mercurio, el color rojo se percibe
como negro.