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La luce: Cenni storici Fondamenti di Radiometria e Fotometria

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Presentazione sul tema: "La luce: Cenni storici Fondamenti di Radiometria e Fotometria"— Transcript della presentazione:

1 La luce: Cenni storici Fondamenti di Radiometria e Fotometria

2 La luce: cosa è? Newton (1700): teoria corpuscolare
La luce è composta da miriadi di particelle microscopiche Huygens(1700): teoria ondulatoria La luce è un’onda che si propaga nell’etere, ovvero una vibrazione come il suono nell’aria Esperimenti di Thomas Young (inizio 1800) Sembrarono confermare che la luce è un’onda Esperimenti di Michelson e Morley (1887) Evidenziarono che l’etere non esiste e che la luce ha una velocità costante rispetto al moto della terra da qualsiasi direzione provenga. Quindi non può essere una vibrazione dell’etere

3 La luce: ipotesi ondulatoria
Un’onda può essere descritta tramite: Ampiezza A: la differenza di livello tra picchi e valli Lunghezza d’onda : la distanza tra due picchi successivi Velocità v: se si muove rispetto ad un sistema di riferimento (non è stazionaria) Frequenza f: con f =v/

4 La luce: ipotesi ondulatoria
Faraday (1850) Ipotizzò che la luce fosse un’onda elettromagnetica Maxwell (1864) Descrisse il comportamento delle onde elettromagnetiche

5 La luce: polarizzazione
Lungo la direzione di propagazione può avvenire che l’onda ruoti o compia altri movimenti sul suo asse

6 La luce: spettro Una radiazione composta da una sola onda di ampiezza e frequenza fisse è detta monocromatica Come le onde del mare anche la luce non è composta da una sola onda ma dalla somma di onde di ampiezze e frequenze differenti (somma di onde monocromatiche) Lo spettro descrive le ampiezze delle onde monocromatiche di differenti frequenze che compongono una radiazione

7 La luce: rappresentazione dello spettro

8 Lo spettro della radiazione em
L’intervallo della luce visibile è: 380 – 780 nm

9 La luce Vari esperimenti (Kirchoff, Rayleigh, Wien, Planck e poi Einstein) nella seconda metà del 1800 e all’inizio del 1900 mostrarono che considerare la luce come onda e.m. non spiegava alcuni fenomeni In alcuni casi la luce presenta un comportamento corpuscolare Heisenberg e Schroedinger (1920) posero le basi della fisica quantistica. I fotoni come quanti di luce.

10 La luce e la materia: radiometria
Ai fini dello studio della interazione con la materia si considera la luce come una radiazione elettro magnetica (e.m) Lo studio delle radiazioni e.m. è oggetto della radiometria La radiometria studia il trasferimento di energia radiante tramite un insieme di grandezze fisiche scalari (ovvero non vettoriali) Queste grandezze sono funzioni della lunghezza d’onda (grandezze spettrali)

11 La velocità della luce Nel vuoto la velocità della luce è costante in tutti i sistemi di riferimento Si indica con c e vale  m/s (circa km/s) Negli altri mezzi la velocità è inferiore e decresce al crescere dell’indice di rifrazione L’indice di rifrazione di un mezzo è definito come rapporto tra velocità nel vuoto e velocità nel mezzo: n = c/v

12 La luce: la rifrazione La luce che colpisce un materiale può essere:
Assorbita (trasformata in un’altra forma di energia: calore….) Riflessa (diffusamente e/o specularmente) Trasmessa (diffusamente e/o specularmente) Trasmissione speculare: Rifrazione, governata dalla legge di Snell: 1 2 n1 n2 - denso n1 < n2 + denso

13 La luce: la dispersione
L’indice di rifrazione di un materiale non è una costante, ma è funzione della lunghezza d’onda n() Onde di lunghezza differente hanno un angolo di rifrazione diverso nello stesso mezzo: arcobaleno!

14 Misurare la luce: l’angolo solido di proiezione
L’angolo solido  è una regione conica di spazio definito dal rapporto tra l’area della superficie racchiusa sulla sfera ed il raggio2 della stessa Si misura in steradianti [sr]

15 Misurare la luce: grandezze radiometriche
Energia radiante: Qe() [Joule] Flusso radiante: [Watt] È una misura della variazione di energia nel tempo Ad esempio può indicare quanta energia esce da una sorgente nell’unità di tempo

16 Misurare la luce: grandezze radiometriche
Intensità radiante: [Watt/sr] Descrive il flusso rispetto ad una direzione È utilizzata per descrivere la forma della energia che esce da una sorgente

17 Misurare la luce: grandezze radiometriche
Irradianza Ee Uscita radiante Me [Watt/m2] Descrive il flusso che arriva (E) o esce (M) da un’area È utilizzata per descrivere l’energia che arriva (o lascia) una superficie

18 Misurare la luce: grandezze radiometriche
Radianza: [Watt/sr m2] dA area della sorgente emittente cosӨ dipende dall’angolo che la sorgente ha rispetto al ricettore d dipende dalla dimensione del ricettore

19 Misurare la luce: fotometria
Una radiazione e.m. come viene percepita da un osservatore umano? La valutazione visiva di uno stimolo radiometrico è oggetto della fotometria. La funzione di efficacia luminosa spettrale K() valuta la sensibilità alle radiazioni e.m. dell’osservatore umano medio K() è stata misurata sperimentalmente su un campione di soggetti umani e ottenuta come media dei valori rilevati

20 Misurare la luce: fotometria
Efficacia luminosa spettrale K() : max sensibilità: GIALLO min sensibilità: BLU ROSSO

21 Misurare la luce: fotometria
Ad ogni grandezza radiometrica corrisponde una grandezza fotometrica pesata dalla (ovvero moltiplicata per) efficacia luminosa spettrale K() Essendo K() uguale a zero al di fuori dell’intervallo delle lunghezze d’onda visibili (380÷780 nm) ne consegue che anche le grandezze fotometriche sono definite solo tra 380 e 780 nm Per convenzione si usa il pedice v (visivo) invece del pedice e (energetico) della radiometria

22 Misurare la luce: fotometria
Ad esempio il flusso luminoso è dato da: [lm] E le altre: Energia radiante – Energia luminosa Qv [T (talbot)] Intensità radiante – Intensità luminosa Iv [cd] Irradianza – Illuminamento Ev [lux] Uscita radiante – Uscita luminosa Mv [lux] Radianza – Luminanza Lv [lux/sr] [cd/m2]

23 Misurare la luce: valori totali
Le grandezze spettrali viste sono funzioni della lunghezza d’onda Sovente nelle misure e applicazioni industriali si usano piuttosto i valori totali in cui si considera la quantità di energia a prescindere dalla composizione spettrale e quindi dalla lunghezza ‘onda Radianza totale Luminanza (totale)

24 Misurare la luce: valori totali
Significato grafico del valore totale: Le() Le

25 Misurare la luce: strumenti di misura
Luxmetro: misura l’illuminamento Fotometro: misura l’intensità luminosa Sfera di Ulbricht: misura il flusso luminoso Luminanzometro: misura la luminanza

26 Misurare la luce: strumenti di misura
Colorimetro


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