Fondamenti di Radiometria e Fotometria

Presentazione sul tema: "Fondamenti di Radiometria e Fotometria"— Transcript della presentazione:

1 Fondamenti di Radiometria e Fotometria
La luce: Cenni storici Fondamenti di Radiometria e Fotometria Maurizio Rossi

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

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

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 per la definizione dei 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 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 (spettri)

11 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

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

13 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]

14 La luce: grandezze radiometriche
Energia radiante: Qe() [Joule] Flusso radiante: [Watt] È una misura della variazione di energia nel tempo, ovvero al suo fluire. Ad esempio può indicare quanta energia esce da una sorgente nell’unità di tempo

15 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

16 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

17 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 Può descrivere la percezione dell’energia da parte di un osservatore umano

18 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

19 La luce: fotometria Efficacia luminosa spettrale K() :
max sensibilità: GIALLO min sensibilità: BLU ROSSO

20 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 del campo visivo (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

21 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]

22 La luce: valori totali Le grandezze spettrali viste sono funzioni della lunghezza d’onda: ovvero grafici o tabelle Sovente nelle misure e applicazioni industriali si usano piuttosto i valori totali in cui si considera la quantità di energia a prescindere dalla forma dello spettro Es.: Radianza totale Luminanza (totale)

23 La luce: valori totali Significato grafico del valore totale: Le() Le

24 La luce: strumenti di misura
Sfera di Ulbricht: misura il flusso luminoso Fotometri: misurano l’intensità luminosa Luxmetri: misurano l’illuminamento Luminanzometri: misurano la luminanza A volte con il termine di fotometro si intende uno strumento in grado di effettuare più tipi di misure

25 Strumenti di misura