Escrito por Henry Gong
La luz y los colores que vemos son en realidad sólo señales de radio en diferentes frecuencias y longitudes de onda. El ojo humano puede ver longitudes de onda de 380 a 750 nm, que representan diferentes colores. Por ejemplo, más cerca de 400 nm vemos azul, mientras que más cerca de 700 nm vemos rojo.
Todos los colores se pueden crear a partir de una mezcla de rojo, verde y azul (RGB), incluido el blanco. Sin embargo, nuestros ojos tienen diferentes niveles de sensibilidad a diferentes colores. De hecho, podemos graficar el nivel de sensibilidad del ojo humano a diferentes colores como una curva de campana. En el siguiente gráfico, las longitudes de onda entre 380 y 750 nm son colores diferentes, mientras que la eficiencia luminosa espectral es la sensibilidad del ojo humano a los colores. Por ejemplo, nuestros ojos tienen el nivel de sensibilidad más alto al color verde de millones de años de evolución viviendo en las selvas tropicales, pero el nivel de sensibilidad más bajo al negro, porque no somos criaturas nocturnas.
Medidas de luz
La luz se mide de cuatro maneras:
1. Flujo luminoso, F(lm): Medición de la luz en todas las direcciones.
2. Intensidad luminosa, I(cd): Medición de la luz en una dirección.
3. Iluminación, E(lx): Luz de medición recibida.
4. Potencia, P(w): Consumo de energía eléctrica.
Flujo luminoso: medición de la luz en todas las direcciones
La luz se puede emitir en todas las direcciones; por ejemplo, una bombilla. Para medir la energía total generada por una fuente de luz, se debe acumular la luz emitida en todas las direcciones. Usamos el flujo luminoso como medida de la emisión de luz en todas las direcciones.
Flujo luminoso: Medida de la cantidad de energía emitida por segundo en todas las direcciones.
Símbolo: F
Unidad: Lumen (lm)
Ejemplos: un LED de bajo consumo genera 4 lm, mientras que una lámpara mineras genera 120 lm
El instrumento utilizado para medir el flujo luminoso es una Esfera Integradora. La fuente de luz se coloca dentro de la esfera integradora y luego se mide la energía luminosa emitida en todas las direcciones.
Intensidad luminosa: medición de la luz en una sola dirección
Rara vez se requiere que la luz se emita en todas las direcciones. Tome las farolas, por ejemplo, cualquier energía luminosa emitida hacia el cielo es energía desperdiciada. En la mayoría de las aplicaciones, la emisión de luz se requiere en una sola dirección. Usamos la intensidad luminosa como la medida de la emisión de luz en una dirección.
Intensidad luminosa: El flujo luminoso emitido por una fuente de luz en una dirección dada dentro de la unidad del ángulo sólido.
Símbolo: I
Unidad: Candela (cd)
El ángulo es un concepto 2D. El ángulo sólido es similar, pero en 3D. Su símbolo es Ω y la unidad se llama estereorradián (sr).
La fórmula de la intensidad luminosa es:
Luz enfocada
Una luz que genera energía desde un solo punto se llama fuente de luz puntual. Las intensidades de luz de una fuente de luz puntual varían en diferentes direcciones; es decir, la línea central de la luz es la más fuerte, pero la luz se vuelve más débil a medida que se mueve hacia los lados.
A menudo, los dispositivos de iluminación proyectan luz en un ángulo sólido estrecho para formar una luz enfocada. Un ejemplo de las luces enfocadas son las linternas y las lámparas mineras. Normalmente, la intensidad luminosa en la dirección enfocada, o dirección máxima, es crítica, por lo que se incluye en la tabla de especificaciones de luz. La unidad de medida para luces enfocadas es llamada Candela.
Iluminación: Medición de la luz recibida
Para ver un objeto en la oscuridad, se requiere una fuente de luz que proyecte luz sobre el objeto. Cuanta más energía luminosa se proyecta sobre el objeto, más claro se vuelve. Usamos la iluminación como la medida de la luz proyectada sobre objetos o superficies.
Iluminación: El flujo luminoso que cae sobre el área de un objeto o superficie.
Símbolo: E
Unidad: lux (lx)
Si el símbolo del área es A, entonces la fórmula es:
El flujo luminoso (F) y la intensidad luminosa (I) son medidas de la luz producida por una fuente. Por el contrario, la iluminación (E) es la medida de la luz recibida por un objeto o superficie, llamado receptor de luz.
Cambiar el enfoque de tomar medidas de la fuente de luz al receptor de luz tiene sentido lógico y hace que tomar medidas de luz sea más fácil para el usuario. Ya no se requieren esferas de integración caras y engorrosas. Los usuarios de dispositivos pueden simplemente comprar un luxómetro en su ferretería local para medir la luz.
Podemos leer cómodamente un libro en casa bajo la iluminación de una habitación donde la iluminación del libro es de 50 lx. También podemos leer el mismo libro en el exterior bajo la luz solar indirecta donde la iluminación es de 20.000 lx. ¿Vemos 400 veces la diferencia de iluminación? Ciertamente no. A partir de millones de años de evolución humana, nuestros ojos han aprendido a adaptarse a diferentes luces ambientales. Nuestras pupilas pueden cambiar de tamaño para controlar la cantidad de luz que entra en nuestros ojos. Nuestros nervios son muy sensibles a la luz tenue, pero menos sensibles a la luz brillante.
Necesitamos tener en cuenta este comportamiento adaptativo al elegir entre dispositivos de iluminación. Por ejemplo, si usa dos lámparas mineras por separado, una con 8000 lx y otra con 10 000 lx, no notará un aumento del 25 % en la iluminación a menos que haga una comparación directa de las dos lámparas mineras.
Relación entre la distancia de la luz y el área
The area which a focused light illuminates becomes bigger when the distance between the light and receiver is becomes longer. For example, when holding a torch up, but facing down, the higher the torch is from the floor, the larger the circle of light projected onto the floor. Conversely, the lower the torch is from the floor, the smaller the circle of light.
Sin embargo, cuanto más lejos está la fuente de luz del receptor de luz, menor es la iluminación, porque la luz se extiende sobre un área más grande. La relación entre la iluminación y la distancia entre la fuente de luz y el receptor de luz obedece a la ley del cuadrado inverso:
LEE