Maurizio Rossi, Daniele Marini Sorgenti di luce Maurizio Rossi, Daniele Marini

Richiamo dei principi fisici L’energia di un fotone dipende dallo stato quantico degli elettroni della materia: L’energia radiante di n fotoni: Il flusso radiante (Watt):

Sorgenti di luce Sorgente di luce è un oggetto in grado di emettere un flusso luminoso Ciò è possibile perché un’altra forma di energia viene trasformata in energia luminosa La luce prodotta dalle sorgenti può essere: Naturale (illuminazione naturale) - luce diretta del sole - luce diffusa dall’atmosfera Artificiale (illuminazione artificiale) - luce prodotta dagli apparecchi di illuminazione

Sorgenti di luce: lo spettro L’energia emessa da una sorgente di luce viene espressa tramite la grandezza radiometrica nota come uscita radiante spettrale Me() Me() fornisce l’informazione su: - quanta energia viene emessa (area sottesa dallo spettro) - a quali lunghezze d’onda (forma dello spettro: colore)

Sorgenti di luce: distribuzione di potenza relativa Le caratteristiche spettrali (colore della luce emessa) di una sorgente sono definite tramite la distribuzione di potenza relativa Se() Se() è definita come la percentuale di uscita radiante spettrale al variare di  rispetto all’uscita radiante per  = 555 nm

Sorgenti di luce: distribuzione di potenza relativa La curva di distribuzione di potenza relativa Se() mostra come l’energia viene emessa per le varie lunghezze d’onda, in percentuale, rispetto alla lunghezza d’onda fondamentale di 555 nm Si è scelto 555 nm dove l’osservatore umano ha il massimo dell’efficacia visiva spettrale

Sorgenti di luce: il corpo nero Un oggetto in grado di assorbire luce di tutte le lunghezze d’onda viene detto corpo nero Se riscaldato emette luce con uno spettro che è funzione della temperatura M =  T4 Legge di Stefan Boltzmann

Sorgenti di luce: il corpo nero Per temperature che variano da 2000°K a 20000°K il corpo nero emette luce con colori dominanti che passano dal rosso, giallo, bianco, violetto e azzurro Una luce più calda (rossastra) corrispon- de quindi ad un cor- po nero più freddo distribuzione di potenza relativa a diverse temperature colore

Sorgenti di luce: temperatura di colore La temperatura del corpo nero che emette uno spettro simile a quello di una radiazione luminosa viene detta temperatura di colore correlata (CCT) della radiazione luminosa Tale temperatura espressa in gradi Kelvin (°K) non ha nessuna relazione con la temperatura della reale sorgente che emette luce

Sorgenti di luce: apparecchi illuminanti L’oggetto composto dalla lampadina, con il supporto, eventuali parabole, lenti e filtri è detto apparecchio illuminante Il termine lampada è a volte usato per la lampadina o per l’apparecchio creando confusione La lampadina viene anche chiamata sorgente

Sorgenti di luce: efficienza L’efficienza di una sorgente indica quanti Lumen (flusso) sono emessi per ogni Watt di potenza consumato (lm/W) È il rapporto tra flusso totale emesso e potenza totale dissipata Lampadina ad incandescenza da 40 e 100 Watt

Sorgenti di luce ad incandescenza Le sorgenti ad incandescenza sono realizzate con un filamento di Tungsteno posto in un bulbo di vetro in cui c’è il vuoto Il metallo percorso dalla corrente elettrica si scalda (2500 - 2800 °C) ed emette luce

Sorgenti di luce ad incandescenza Caratteristiche delle sorgenti ad incandescenza: Sono usate quasi ovunque Temperatura di colore: 2000°K (rossastra) Durata: da 15 a 1500 ore Potenza dissipata: da 1,5 W a 20.000 Watt Flusso: fino a 30.000 lumen Tensione di alimentazione: da 1,5 V a 380 V Filamento di tungsteno ingrandito 400 volte

Sorgenti di luce ad alogeni La sorgente ad alogeni è un tipo particolare di incandescenza in cui, nel bulbo, c’è a nche un gas alogeno (Fluoro (F), Cloro (Cl), Bromo (Br), Iodio (I), Astato (At).) Il gas permette di innalzare la temperatura del tungsteno variando l’emissione spettrale La temperatura del bulbo può raggiungere oltre 700°C: perciò è fatto in quarzo che non va mai toccato con le dita!!! Il grasso della pelle fa aumentare la temperatura fino allo scoppio! Hanno una durata e un’efficienza mediamente doppie rispetto a quelle a incandescenza Temperatura di colore circa 4000°K (luce bianca)

Sorgenti di luce a scarica Nelle sorgenti a scarica la luce viene emessa da un gas posto tra due elettrodi all’interno di un tubo trasparente; la scarica elettrica provoca un arco voltaico Si usano vari tipi di gas: vapori di mercurio, sodio Lo spettro della luce emessa non è continuo! Corrisponde allo spettro di assorbimento del gas

Sorgenti di luce a scarica Hanno un’efficienza e una durata molto superiore di quelle a incandescenza Sono utilizzate nella illuminazione degli esterni e stradale A causa delle caratteristiche dello spettro hanno una scarsa resa cromatica

Sorgenti di luce fluorescenti Le sorgenti fluorescenti sono una evoluzione di quelle a scarica in cui l’interno del tubo trasparente è rivestito con un materiale fluorescente in grado di modificare lo spettro per migliorare la resa cromatica

Fluorescenza - fosforescenza Si possono distinguere sulla base della durata dell’emissione dopo l’eccitazione: Fluorescenza molto breve Fosforescenza più lunga Alcuni minerali fluorescenti

Sorgenti di luce: la forma della luce Una sorgente puntiforme ideale emette luce con la stessa intensità luminosa in tutte le direzione Gli apparecchi reali emettono luce con intensità luminosa differente in funzione della direzione rispetto ad un asse di riferimento L’asse di riferimento coincide in genere con l’asse geometrico dell’apparecchio o della sorgente

Sorgenti di luce: la forma della luce La distribuzione non uniforme è dovuta a: Differenza intrinseca della sorgente reale rispetto al caso puntiforme ideale Presenza di schermi Presenza di riflettori Presenza di ottiche Le aziende illuminotecniche usano presentare questa caratteristica tramite un diagramma detto solido fotometrico

Sorgenti di luce: solido fotometrico Il solido fotometrico indica la intensità luminosa in candele per tutte le direzioni 3D attorno al centro di emissione della luce e rispetto ad un asse di riferimento Il solido viene rappresentato per sezioni

Sorgenti di luce naturale La luce naturale può provenire: Direttamente dal sole Dal cielo (terso o offuscato da nubi)

Sorgenti di luce: il sole La luce solare diretta ha mediamente una temperatura di colore compresa tra 6000 e 6700 °K Il colore cambia a causa del filtraggio dell’atmosfera Diretto Filtrato

Sorgenti di luce: il cielo Cielo sereno molto azzurro Cielo sereno al nord meno azzurro Cielo molto coperto dalle nubi Luce del sole + luce del celo sereno

Temperatura colore di sorgenti artificiali