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LUMINOTECNIA LA LUZ Y LA VISIÓN LUMINOTECNIA La Luminotecnia es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su contro...
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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

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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:

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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.

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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.

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La reflexión

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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.

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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:

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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.

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