1.2 Fotometria Percepcion Optica

8/18/2019 1.2 Fotometria Percepcion Optica

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CONTENIDOS

FOTOMETRÍAConceptos básicos luz

Flujo luminoso Intensidad luminosa Iluminación o Iluminancia Eficacia luminosa o intensidad luminosa

específica Luminancia Cantidad de luz



OBJETIVOSIntroducir a los principios básicos necesarios

para tener un panorama general del contexto enel cual se desarrolla el tema.

Principios básicos sobre colorimetría

Realizar cálculos básicos sobre iluminación



¿Qué es la luz?Aristóteles (384-322 A.C), creía que la luz estabaconstituida por “corpúsculos”, que emanaban del ojopara iluminar al mundo, el día de hoy la teoría de lamecánica cuántica a ha ayudado a entender lanaturaleza de la luz.

Rango de frecuencias y longitud de onda del espectro visible.Fuente: IDEAM



¿Qué es la luz?

La luz es radiación electromagnética visible a nuestros ojos,

siendo sólo una pequeña porción del espectro

electromagnético que se extiende desde muy bajas

frecuencias

Nuestros ojos responden sólo a la porción que va

de 380 a 750 nanómetros aproximadamente.



Modelos existentes sobre la naturaleza de la luz





Ondas electromagnéticas

Son aquellas ondas que no necesitan un medio

material para propagarse, logrando una velocidaden el vacío de 300 0000 km/s) pero no infinita. Lasondas electromagnéticas se propagan medianteuna oscilación de campos Eléctricos y magnéticos.

Los campos electromagnéticos al "excitar" loselectrones de nuestra retina, nos comunican con

el exterior y permiten que nuestro cerebro“construya" el escenario del mundo en queestamos



OPTICA

“La óptica es el estudio de la luz, de la manera como esemitida por los cuerpos luminosos, la forma en que se

propaga y se absorbe por distintos medio”

Reflexión Es el cambio de dirección que sufre un rayoluminoso cuando choca contra la superficie de un objeto de

superficie reflectora

Fenómenos de la luzLa luz posee un comportamiento ondulatorio y

corpuscular, siendo por ello que para el estudio de sufísica es necesario separar los fenómenos que presenta deacuerdo a su naturaleza. Dichos fenómenos son, lareflexión, la refracción, la difracción, la absorción,transmisión y la polarización, por los cuales pasa la luz alllegar a un objeto.



Reflexión

Es el cambio de dirección que sufre un rayo luminosocuando choca contra la superficie de un objeto desuperficie reflectora

RefracciónEs el cambio de dirección que soporta una onda de luzal pasar de un medio de irradiación a otro con unaconsistencia óptica diferente

DifracciónLa difracción es el fenómeno de propagación norectilínea de la luz por el cual las ondas luminosas

bordean los obstáculos

OPTICA



TransmisiónOcurre cuando la luz atraviesa una superficie u objeto,

presentándose en de tres maneras, directa, difusa oselectiva.a. Directa: la luz atraviesa un objeto y no se producen

cambios de dirección o calidad de esa luz.

b. Difusa cuando la luz pasa a través de un objetotransparente o semitransparente con textura .

c. Selectiva: la luz atraviesa un objeto de color.

Parte de la luz va a ser absorbida y parte va a ser transmitida por ese objeto.

OPTICA





FOTOMETRIAFotometría, medida de la intensidad luminosa de una

fuente de luz, o de la cantidad de flujo luminoso que incide

sobre una superficie Lumen). La fotometría es importante

en fotografía, astronomía e ingeniería de iluminación. Los

instrumentos empleados para la fotometría se denominan

fotómetros. Las ondas de luz estimulan el ojo humano en

diferentes grados según su longitud de onda.

La fotometría es la ciencia encargada del estudio de la luz

visible de acuerdo a la sensibilidad del hijo humano. Es una

ciencia basada en el modelo estadístico de la respuesta visual

del ojo humano a la luz, es decir nuestra percepción de la luz



Cantidades fotométricas, unidades y estándares



FLUJO LUMINOSO

La unidad de medida es el

lumen (lm)El flujo luminoso emitido por una candela (cd) equivalentea 12,57 lm

Ф = flujo luminoso (lúmenes lm)Q = cantidad de luz emitida en lúmenespor segundo (lm*s)t = tiempo de duración de la emisión ensegundos (s)



LUMEN: unidad de flujo luminoso, o energía visible emitida

por una fuente de luz por unidad de tiempo.

Ejemplo

Una lámpara halógena H7 tiene un flujo luminoso de 1100

lm.

Una lámpara de descarga de xenón D2S tiene un flujo

luminoso de 3000 lm

Una lámpara de 21 W tiene un flujo luminoso de 460 lm

FLUJO LUMINOSO

A la relación entre watts y lúmenes se le llamaequivalente luminoso de la energía y equivale a:

1 watt-luz a 555 nm = 683 lm



INTENSIDAD LUMINOSA I) CANDELA)

Cantidad deluz emitidapor unafuente

Distribucióndel flujo enuna dirección

DefiniciónEs la cantidad de luz emitida por una fuente luminosaen una dirección determinada

I = intensidad luminosa en candelas (cd)Ф = flujo luminoso (lúmenes lm)ω = ángulo sólido en estereorradianes (rs)

Ejemplo.Un proyector tiene una intensidad luminosa de 20000 a 150000 cd, en el eje del proyectY un piloto antiniebla 150 cd.



Á



Ángulo Sólido

Para explicar el ángulo sólido (ω), pensemos en un punto Osituado a una distancia “r” de una superficie “S” no

necesariamente plana. Ahora, formemos un cono con vérticeen O cuyas generatrices pasen por el contorno de “S”. Acontinuación, hagamos una esfera de radio uno con centro enO. Al área de la superficie de la esfera interceptada por el cono

(en rojo en el dibujo) se la conoce por ángulo sólido y su valor es:

Su unidad es el estereorradián





ILUMINACIÓN O ILUMINANCIA (E) (LUX)

DefiniciónEs el flujo luminoso incidente por unidad de área.

Equivale a la iluminación de una superficie que recibenormalmente y de un modo uniformemente repartido unflujo luminoso de 1 lumen por m2. La unidad de medida esel lux

E = iluminación en lux (lm/m²)Ф = flujo luminoso (lúmenes lm)

A = área de la superficie afectada por elflujo (m²)



Existe también otra unidad, el

foot c ndle

fc), utilizada en

países de habla inglesa cuya relación con el lux es:

1 f c = 10 l x

1 lx = 0.1 fc

La iluminancia depende de la distancia del foco al objeto

iluminado

LEY INVERSA DE LOS CUADRADOS



LEY INVERSA DE LOS CUADRADOS

Esta ley solo es valida sila dirección de luz delrayo incidente es

perpendicular a lasuperficie



SI EL RAYO NO ES PERPENDICULAR

Componente horizontal EH)

Componente vertical EV)

Iluminancia en función de la distancia «h» a la superficie

Si un punto esta iluminado por variaslámparas



EFICACIA LUMINOSA O INTENSIDAD LUMINOSA



EFICACIA LUMINOSA O INTENSIDAD LUMINOSAESPECÍFICA. (Η) (LUMEN/WATT)

η = eficacia luminosa (lm/W)

Ф = flujo luminoso (lúmenes lm)P = potencia de la fuenteluminosa (W)

DefiniciónEs la razón del flujo luminoso que sale de lafuente a la potencia eléctrica total absorbida por ella.

Se mide en lm/W



EJERCICIOUna superficie está iluminadapor una fuente luminosa puntualde80

cd de intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de

altura .

Calcular la iluminancia horizontal y vertical para los siguientes valores

del ánguloalfa: 0, 30º, 45º, 60º, 75º y 80º

.



Luminancia

LuminanciaSímbolo: L

Unidad: cd/m2



LUMINANCIA L)

Definición.

Es la relación entre la intensidad luminosa en candelas y la

superficie en metros cuadrados

La unidad de medida es el nit = 1cd/m2

L = luminancia en candelas por metro cuadrados (cd/ m²)

Iα = intensidad luminosa en candelas (cd)A = área de la superficie afectada por el flujo (m²)α = ángulo comprendido entre el ojo del observador y larecta normal a la fuente

También es posible encontrar otras

unidades como el stilb (sb) o el Nit (nt).1 sb = 1 cd/cm21 nt = 1 cd/m2

CANTIDAD DE LUZ (Q) (LUMEN * SEGUNDO)



CANTIDAD DE LUZ (Q) (LUMEN * SEGUNDO)

Esta magnitud sólo tiene importancia para conocer el flujo

luminoso que es capaz de dar un flash fotográfico o para

comparar diferentes lámparas según la luz que emiten

durante un cierto periodo de tiempo

Ejemplo



Ejemplo

1. Una superficie circular de 3 m de radio está iluminada por unabombilla de 50 cd de intensidad constante en todas direccionessituada a 2 m de altura sobre el centro de la plataforma. Calcular lailuminación máxima y mínima sobre la superficie.

Determine: la iluminancia horizontal

Ejemplo



EjemploSolución• la intensidad es constante en todas direcciones y la altura

también• el valor de la iluminancia dependerá únicamente de la

distancia de los puntos al foco• En nuestro caso el punto más próximo es la proyección de

la bombilla sobre la superficie ( α = 0°)

• los más alejados son aquellos que están en los bordes (R =3 m).

Esquema



Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa

Rendimientoluminoso:

Símbolo:

Unidad: lm / W



Cantidad de luz

Q = t.

Símbolo: Q

Unidad: lm. s



RESUMEN





Factores de conversión entre los Sistemas

Internacional, CGS e Inglés





Colorimetría

ColorimetríaEs la ciencia encargada del estudio del color, el color es una

característica de la luz determinada por su composiciónespectral y su interacción con el ojo humano. Dentro denuestros ojos en una sección llamada fóvea, tenemos sensoressensibles a la luz llamados conos y bastones

Caracterización del color Para poder definir nuestro sistema de visión y percepción delcolor, es necesario caracterizarlo , para poder hacerlo existenlos siguientes métodos

• Colorimetría tristímulus• Temperatura de color • Índice de reproducción cromática• Temperatura de color correlacionada• Curva de sensibilidad espectral relativa• Espectroradiometría

ILUMINANTES ESTÁNDAR



ILUMINANTES ESTÁNDAR



Diagrama de Cromaticidad CIE

Está basada en los tres

componentes teóricos dela visión del color, rojo,azul y verde, en 1931, laComisión Internacional

de la Luz ( CIE,Comission Internationaled´Eclairage) recomendótres patrones llamadosiluminantes



Temperatura de Color

Está basada en los tres componentes teóricos de la

visión del color, rojo, azul y verde, en 1931, laComisión Internacional de la Luz ( CIE, ComissionInternationale d´Eclairage) recomendó tres patronesllamados iluminantes

Locus Planckiano



Fuentes de luz

Un cuerpo sólido calentado a una temperatura específicaemite radiación de luz visible, existen dos métodos para

producir luz, si se excita un sólido, se produce un espectrocontinuo, si es un gas, tenemos un espectro discontinuo

Incandescente y halógenaLas fuentes incandescentes producen luz al calentar un alambre de tungsteno (filamento) hasta que brilla(incandesce. La lámpara falla cuando el tungsteno se

evapora y se rompe el filamento. La salida de luz y lavida se ven afectados por el tamaño del filamento y elvoltaje de la corriente que circula a través de él.



El halógeno se combina con el tungstenoevaporándolo y redepositándolo en el filamento, lo

que prolonga su vida útil.Cuando se operan bajo alta presión, su eficienciasube un 25% sobre las lámparas incandescentes

típicas, la cápsula de halógeno puede ser recubiertapor una película reflejante a los infrarrojos, con locual recicla una parte del calor perdido en el procesoincandescente y produce luz con cerca de 1/3

menos de energía que las lámparas halógenasconvencionales, a baja tensión incandescentefunciona por debajo de 30V (típicamente 12V).



Fluorescente:Las fuentes fluorescentes producen luz en un procesode tres pasos:

i. Un arco eléctrico es generado entre doselectrodos y a través de la mezcla de gases en eltubo.

ii. El mercurio en el gas emite radiación UV.

iii. La radiación UV estimula la capa de fósforodepósitada en la cara interna del tubo de la lámparaque se ilumina.



La lámpara típicamente falla cuando el arco ya nopuede ser generado debido a evaporación de los

recubrimientos emisivos en los cátodos de lalámpara El color de una lámpara fluorescente sedetermina por el fósforo. La salida de luz en general,varía con la longitud del tubo.

Una lámpara de inducción es similar a una lámparafluorescente, excepto en el arco eléctrico que simulala radiación UV que es inducida por un generador de

frecuencia de radio, en lugar de encontrarse entreelectrodos, dándole una larga vida.

DESCARGA DE ALTA INTENSIDAD (HID)



DESCARGA DE ALTA INTENSIDAD (HID):

Las lámparas HID producen luz por la activación de un gas desales metálicas con un arco eléctrico. El gas se mantiene bajoalta presión en un pequeño recinto (el tubo de arco) dentro dela ampolla exterior de la lámpara. La salida y el color de la laluz dependerá de la mezcla de las sales, la construcción deltubo de arco, y la presión bajo la cual se opera.

Las lámparas HID consisten en tres familiasprincipales, distinguidas por la mezcla de sal: el vapor de mercurio (en gran parte obsoletos hoy en día),

sodio de alta presión (una fuente eficiente con untono amarillo de la luz) y de halogenuros metálicos(una luz blanca fuente, pero menos eficiente que lasde alta presión de sodio).



DISPOSITIVOS DE ESTADO SÓLIDO, DIODOSEMISORES DE LUZ (LED)

Los leds son semiconductores que emiten luz debidoa los materiales utilizados en su construcción. Engeneral usan elementos como Galio, el Indio y elSilicio.

Estos elementos son cortados en delgadas obleasque son dispuestas en capas positivas y negativas,que al ser energizadas con una corriente, loselectrones fluyen a travpes de la unión PN, la energía

transferida se transforma parcialmente en los fotonesde la luz visible.

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