Grandezze fotometriche fondamentali

Flusso luminoso

Il flusso luminoso , simbolo Φ, rappresenta la quantità di energia luminosa emessa da una sorgente primaria o secondaria (che trasmette o riflette la luce proveniente da una sorgente primaria) nell\'unità di tempo (secondo). La sua unità di misura è il lumen ( lm ) che corrisponde alla quantità di luce fornita in un secondo da una radiazione elettromagnetica di lunghezza d\'onda λ = 555nm(ricordiamo che la massima sensibilità dell\'occhio umano si ha in condizioni di visione fotopica in corrispondenza dei 555nm) e flusso energetico di 1/683Watt (un watt di potenza radiante con una lunghezza d\'onda di 555 nm equivale ad un flusso luminoso di 683 lumen). Se non fosse che l\'occhio umano risponde a sollecitazioni provocate da radiazioni con lunghezze d\'onda contenute in un determinato campo, per misurare il flusso luminoso si potrebbero comodamente utilizzare i watt assorbiti (la natura energetica della luce ci porta a considerare l\'emissione luminosa come una potenza).

Il flusso luminoso però acquista significato solo in quanto stimola un organo visivo con peculiari caratteristiche di ricezione energetica e che pertanto non può essere considerato uno strumento di rilevazione sufficientemente fedele e attendibile. Per questi motivi nel calcolo del flusso prodotto da una sorgente luminosa si deve tener conto della sensibilità di un occhio umano standard (una sensibilità media stabilita su base statistica su un sufficiente numero di individui presi a campione) la cui massima sensibilità si riscontra in condizioni di luce diurna con lunghezze d\'onda di 555 nm . Poiché ogni individuo risponde alle sollecitazioni visive in modo leggermente diverso, in sede internazionale si è stabilito di introdurre, in condizioni di luce diurna e in funzione di ogni lunghezza d\'onda, un fattore definibile come rapporto tra il massimo valore della risposta dell\'occhio ed il valore della risposta per un generico valore di lunghezza d\'onda compreso nel campo del visibile.

Definito il concetto di visibilità relativa risulta infatti possibile risalire, per ogni lunghezza d\'onda di una determinata banda di spettro, all\'energia prodotta e porla in relazione con la sensibilità media dell\'occhio umano. Se si potesse disporre di una sorgente luminosa in grado di generare luce in un intervallo infinitesimo intorno al valore 555nm, si avrebbe un fattore di visibilità relativa massimo (100%) e tutta l\'energia assorbita sarebbe trasformata in flusso luminoso. Con un\'energia assorbita uguale ad 1 watt si otterrebbe un flusso di 683 lm con un rendimento teorico massimo. Ad una diversa lunghezza d\'onda il flusso luminoso è minore: ad esempio a 650 nm , dove la sensibilità dell\'occhio è uguale al 10%, il flusso luminoso prodotto vale 0,1x683=68,3 lm . Ovviamente il rendimento non potrà mai essere massimo perché non disponiamo di una sorgente luminosa artificiale in grado di emettere radiazioni elettromagnetiche in quell\'unico infinitesimo intervallo di lunghezza d\'onda. In pratica le numerose radiazioni emesse hanno lunghezze d\'onda diverse e conseguentemente diversi fattori di visibilità relativa.

Intensità luminosa

L’intensità luminosa, simbolo I, indica la quantità di flusso che si propaga in una determinata direzione. Essa può essere definita come la quantità di flusso luminoso radiato da una sorgente luminosa in una determinata direzione e nell’unità di angolo solido. L’angolo solido ω (fig. 12) rappresenta la porzione di superficie sferica delimitata dalle semirette con origine nel centro della sfera. L’unità di misura dell’angolo solido è lo steradiante (sr) equivalente all’angolo solido con vertice nel centro di una sfera di raggio r che sottende su questa una porzione di superficie pari a r². Una sorgente luminosa puntiforme posta al centro di una sfera di raggio unitario r emette uniformemente in ogni direzione un flusso di 4 π lm. L’unità di misura dell’intensità luminosa è la candela (cd), corrispondente alla densità di lumen entro un cono ideale che ha come vertice una sorgente sferica ad emissione uniforme in tutte le direzioni e asse longitudinale nella direzione della propagazione (la candela è l’unità fotometrica fondamentale del sistema di misura internazionale SI). Poiché la superficie della sfera è data da 4 π r²possiamo affermare che essa è composta da 4 π sr. Per ogni angolo solido unitario l’emissione è di 1 lm perciò possiamo concludere che, in ogni direzione, la sorgente puntiforme emette luce con intensità di 1 cd.

Illuminamento

L’illuminamento, simbolo E, esprime l’entità della luce che investe una determinata superficie o, più semplicemente, quanti lumen sono ricevuti dalle superfici dei corpi dell’ambiente da illuminare. L’unità di misura è il lux (lx) che corrisponde all’illuminamento di una superficie di 1 m² investita perpendicolarmente e in modo uniforme dal flusso luminoso di 1lm. Grazie alla notevole capacità di adattamento dell’occhio, la visione è possibile con livelli di illuminamento che possono variare da qualche centesimo di lux di notte a parecchie decine di migliaia di lux in pieno sole. Allontanandosi dalla sorgente di emissione il livello di illuminamento diminuisce. Si ottiene l’illuminamento di 1 lux anche con un fascio luminoso di intensità di 1 cd proiettato perpendicolarmente su una superficie di 1 m² dalla distanza di E = 1m: ² dove d è la distanza misurata sulla normale tra la sorgente luminosa e la superficie illuminata. Nel caso di una sorgente puntiforme il livello di illuminamento su di una superficie diminuisce quindi con il quadrato della distanza. Il
livello d’illuminamento su di una superficie è massimo quando i raggi luminosi giungono perpendicolari ad essa e diminuisce proporzionalmente al loro angolo d’incidenza secondo la relazione: E = (1/d²)cos α (fig. 13).

Luminanza

La luminanza, unità di misura la candela su metro quadrato (cd/m² ), è definita come l’intensità luminosa emessa in una determinata direzione da una sorgente luminosa primaria, o per riflessione da una sorgente secondaria, riferita alla superficie apparente normale a tale direzione (L = I/Sα = I/S x cosα). La luminanza è quindi una grandezza vettoriale che dipende dalla posizione dell’osservatore; la sua misura si esegue lungo la direzione che congiunge l’osservatore alla sorgente luminosa (fig. 15).

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