Nozioni di illuminotecnica - parte 1

Tutti gli oggetti emettono, a causa della loro temperatura, una radiazione elettromagnetica detta radiazione termica.

Gli oggetti la cui radiazione termica è visibile si dicono incandescenti. Un esempio piuttosto comune è quello dei filamenti delle normali lampadine che, riscaldati ad una certa temperatura, emettono radiazioni visibili.

Lo spettro elettromagnetico copre una vasta gamma di lunghezza d’onda, ma tipicamente, con alcune variazioni da individuo ad individuo, l’uomo è in grado di vedere solamente la radiazione di una ristretta banda nell’intervallo da circa 380 a 780 nanometri.

Sulla base di semplici considerazioni di natura fisica nell’articolo si forniscono alcune elementari nozioni su luce e origine del colore.

1. LA LUCE

La luce può essere definita come quella radiazione elettromagnetica a cui l’occhio è sensibile. Tutti gli oggetti emettono, a causa della loro temperatura, una radiazione elettromagnetica detta radiazione termica, Gli oggetti la cui radiazione termica è visibile si dicono incandescenti. Un esempio piuttosto comune è quello dei filamenti delle normali lampadine che, riscaldati ad una certa temperatura, emettono radiazioni visibili. Affinché un oggetto metallico diventi incandescente sono abitualmente necessarie temperature superiori ai 1000 C°. Un’emissione luminosa in alcuni casi si può ottenere anche da corpi freddi, ad esempio lampade fluorescenti, che si dicono in questo caso luminescenti. Come tutti i moti ondulatori le onde elettromagnetiche sono caratterizzate dalle seguenti grandezze (fig.1.1):

lunghezza d’onda λ, espressa in manometri (nm);

frequenza f, espressa in hertz (Hz);

velocità di propagazione v = λ x f che nel vuoto e nell’aria vale circa 300 000 km/s.

Fig. 1.1 – Grandezze caratteristiche delle onde elettromagnetiche

Lo spettro elettromagnetico copre una vasta gamma di lunghezza d’onda, ma tipicamente, con alcune variazioni da individuo ad individuo, l’uomo è in grado di vedere solamente la radiazione di una ristretta banda nell’intervallo da circa 380 a 780 nm (fig. 1.2).

Fig. 1.2 – Campi delle radiazioni elettromagnetiche

Anche all’interno di questo intervallo la sensibilità non è affatto costante. La figura 1.3 rappresenta la variazione della sensibilità di un osservatore a radiazioni di differente lunghezza d’onda ma di uguale intensità sulla regione visibile dello spettro.

Fig. 1.3 - Sensibilità relativa dell'occhio umano standard in funzione della lunghezza d'onda (CIE 1931)

Come si può notare la sensibilità è massima per il colore giallo verde (550nm) e diminuisce rapidamente se ci si sposta verso il violetto o il rosso. La luce può essere monocromatica se le onde elettromagnetiche hanno uguale lunghezza d’onda che evidenziano un solo colore oppure, come nel caso del sole o della lampada ad incandescenza, a spettro continuo quando emette radiazioni nell’intero spettro elettromagnetico.

2. L'ORIGINE DEL COLORE

L’organo della vista è stimolato in vario modo dalle varie lunghezze d’onda. Ogni lunghezza d’onda, contenuta nel campo delle radiazioni visibili, viene percepita dall’uomo sotto forma di un determinato colore, il cui insieme determina lo spettro. Alla luce che ci appare di colore violetto corrisponde la lunghezza d’onda più corta mentre a quella che ci appare come rosso la lunghezza d’onda più lunga. Tra i due estremi si succedono le altre lunghezze d’onda corrispondenti rispettivamente ai colori azzurro, verde, giallo e arancio. Se le radiazioni di diversa lunghezza d’oda sono numerose e ricevute contemporaneamente non è più possibile distinguere le singole tonalità di colore.

La luce del sole che in pieno giorno risulta uniformemente bianca è in realtà composta da un miscuglio di radiazioni a frequenza diversa. Se proiettiamo un raggio di luce bianca su un prisma di vetro ne otteniamo la scomposizione spettrale, otteniamo cioè la scomposizione della luce bianca nelle radiazioni a diversa lunghezza d’onda che la compongono (fig. 2.1).
La successione dei colori dello spettro visibile corrisponde a quella dell’arcobaleno. Questa scomposizione cromatica ci permette di comprendere la natura della luce bianca ma infinite sono le possibili miscele tra questi colori e altrettanto numerose sono le possibili modulazioni ottenibili per mezzo dei rispettivi gradi di saturazione e luminosità.

Fig. 2.1 – Composizione cromatica della luce bianca

I colori rosso, verde e blu si dicono fondamentali perché è possibile ottenere qualunque altro colore e gradazione mescolandoli in modo opportuno (fig. 2.2).

Fig. 2.2 – I colori rosso, verde e blu sono detti fondamentali perché è possibile ottenere qualunque altro colore o gradazione dalla loro semplice mescolanza

Il colore di un oggetto dipende quindi dalla lunghezza d’onda delle radiazioni che è in grado di riflettere. Un corpo bianco riflette l’insieme delle radiazioni di tutte le lunghezze d’onda mentre un corpo nero anziché rifletterle le assorbe.

Dal momento che la visione del colore cambia da individuo ad individuo si è reso necessario definire un sistema di valutazione che non potesse dar luogo ad equivoci e che fosse universalmente accettato. Questo sistema (fig. 2.3), proposto dalla Commissione Internazionale dell’Illuminamento (ICI), si fonda su di un diagramma tricromatico (ricordiamo che qualunque gradazione di colore può essere ottenuta miscelando nelle dovute proporzioni i tre colori fondamentali blu, rosso e verde) che permette di definire in modo univoco ed inequivocabile qualsiasi colore.

Il colore può essere identificato da due coordinate cromatiche x e y, riferite alle percentuali delle radiazioni monocromatiche fondamentali contenute nel singolo colore. Viene presa come riferimento la luce solare che comprende tutte le lunghezze d’onda dei colori rappresentabili dal diagramma. Diverse sono invece le sorgenti luminose artificiali, caratterizzate da un’emissione che non è detto contenga tutte le lunghezze d’onda dello spettro. Da questo si può comprendere come una buona resa dei colori da parte di una sorgente luminosa artificiale dipenda essenzialmente dal fatto che essa possa emettere tutte radiazioni elettromagnetiche comprese nello spettro visibile.

Fig. 2.3 - Triangolo dei colori o diagramma cromatico della Commissione Internazionale dell’Illuminamento (ICI)

Nel diagramma di figura 2.3 è tracciata anche la curva che mette in risalto i colori assunti dal corpo solido nero (radiatore integrale) alle diverse temperature assolute espresse in gradi kelvin (k= +273°C). Si può notare che alle temperature più basse corrisponde una tonalità calda, tendente al giallo e rosso, mentre a temperature superiori corrispondono tonalità più fredde tendenti al blu. Le sorgenti luminose reali non possono essere considerate radiatori integrali ma risulta comunque comodo nella pratica riferirsi alla temperatura di colore per identificare, anche se con una certa approssimazione, il colore della luce emessa.