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AULA 1 FUNDAMENTOS FÍSICOS DA LUZ

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL. AULA 1 FUNDAMENTOS FÍSICOS DA LUZ. DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI. Introdução.

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AULA 1 FUNDAMENTOS FÍSICOS DA LUZ

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Presentation Transcript

  1. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIACENTRO DE TECNOLOGIAPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL AULA 1 FUNDAMENTOS FÍSICOS DA LUZ DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  2. Introdução • A importânciadailuminação natural • O olhohumano • O que é luz • Comportamento dos materiaisfrente à luz • A cordaluz e a cor das superfícies • Temperatura de cor • Índice de reprodução de cores • Grandezasfotométricas DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  3. A importânciadailuminação natural • Expressão arquitetônica – despertar e estimular o sentido da visão • Desenvolvimento de tarefas visuais • Satisfação psicológica • Redução do consumo energético – abundância da luz natural em nossa latitude DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  4. Olho humano – órgão da visão • Até o século XVI, pensava-se que o olho emitisse luz. • O olho humano é um receptor de luz. • Os raios luminosos penetram a córnea, atravessam o humor aquoso, o cristalino e o corpo vítreo e atingem a retina, na qual se forma uma imagem invertida do objeto. • As célulasquerevestem a retina emitemsinaiselétricospara o cérebroqueinterpreta a imagembaseadoemnossaexperiência de vida. DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  5. Olho humano – órgão da visão DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  6. A estrutura do olho humano Córnea Corpo vítreo Retina Esclera Humor aquoso Nervo óptico Cristalino DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  7. Íris, pupila e retina • DUAS FUNÇÕES BÁSICAS: • ADAPTAÇÃO – diafragama – íris e pupila • ACOMODAÇÃO – foco – músculos Músculosdaacomodação Fonte: Ciências entendendo a natureza DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  8. Retina • DOIS TIPOS DE TERMINAÇÕES NERVOSAS • CONES – 6,5 milhões – intensidade e qualidade – visão fotópica • BASTONETES – 125 milhões – intensidade – visão escotópica Bastonetes – tons de cinza, visão noturna, púrpura visual ou rodopsina (derivada da vitamina A) – cegueira noturna Cones – cores, visão diurna, concentrados na fóvea DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  9. A luz • O que é luz? DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  10. 400x10-9 m 800x10-9 m luz visível 10-18 m 10-15 m 10-12 m 10-9 m 10-6 m 10-3 m 1m 103 m microondas rádio raios cósmicos raios  raios X raios UV raios infravermelhos O que é luz? A luz é energia radiante capaz de ser captada pelo olho humano e ser interpretada pelo cérebro como luz visível.

  11. Transmissão da luz • linha reta (se o meio for homogêneo) • velocidade constante e de acordo com o meio: vácuo – 299.792.000 m/s ar – 299.724.000 m/s água – 224.915.000 m/s vidro – 198.223.000 m/s DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  12. Transmissão da luz • transparentes • opacos • translúcidos A transparência depende da espessura do material DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  13. Corpos translúcidos e transparentes DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  14. Transmissão da luz Os materiais não opacos permitem a transmissão da luz entre os meios que eles separam, sendo que sua textura, cor e transmitância vão determinar a característica da luz transmitida. Transmissão difusa espalhamento da luz em todas as direções alterando o caráter direcional da luz Transmissão direta pouca alteração na distribuição dos raios luminosos mantendo o caráter direcional da luz DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  15. Reflexão, absorção e transmissão A luz que incide sobre um corpo pode ser refletida, absorvida e transmitida. Características do corpo determinarão a parcela de luz incidente que será refletida, absorvida e transmitida. luz incidente = parcela de luz refletida + parcela de luz absorvida + parcela de luz transmitida DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  16. luz incidente luz refletida luz absorvida = + luz incidente luz incidente luz incidente luz transmitida + luz incidente Reflexão, absorção e transmissão Reflectância () , absorbância () e transmitância () 1 =  +  +  DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  17. Comportamento das superfícies frente à reflexão • reflexão especular • reflexão espalhada • reflexão semi-difusa • reflexão difusa O tipo de reflexão é determinado pela textura da superfície DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  18.  Comportamento das superfícies frente à reflexão o ângulo de incidência  é igual ao ângulo de reflexão  Reflexão especular não há modificação na freqüência da luz incidente uma percentagem sempre se perde por absorção DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  19. superfície côncova x superfície convexa Há uma convergência dos raios refletidos para um ponto Há uma divergência dos raios refletidos a partir de um ponto Comportamento das superfícies frente à reflexão Reflexão especular

  20. Comportamento das superfícies frente à reflexão a superfície apresenta a mesma aparência independente do ângulo de visão Reflexão difusa os raios são refletidos uniformemente em todas as direções DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  21. Comportamento das superfícies frente à reflexão a superfície apresenta uma aparência mais brilhante em certo ângulo de visão Reflexão espalhada apresenta uma certa direcionalidade na reflexão DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  22. Comportamento das superfícies frente à reflexão a superfície apresenta uma aparência especular, porém não como um espelho Reflexão semi-difusa apresenta uma parcela especular e outra difusa DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  23. Refração Quando um raio de luz atravessa a superfície de separação entre dois meios transparentes sua direção original de propagação é desviada  meio 1  meio 2 DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  24. sen  velocidade no meio 1 = velocidade no meio 2 sen  velocidade da luz no vácuo velocidade da luz no vácuo 2 1 = = velocidade no meio 1 velocidade no meio 2 Leis da refração  meio 1 índice de refração do meio -   meio 2 DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  25. sen  x c sen  x c = velocidade no meio 2 velocidade no meio 1 sen  velocidade no meio 1 = velocidade no meio 2 sen  sen  sen  = velocidade no meio 2 velocidade no meio 1 Leis da refração 1 x sen  = 2 x sen  Lei de Snell DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  26. Refração Ao passar por uma lâmina transparente com superfícies paralelas, o raio de luz permanece paralelo ao original, mas deslocado meio 1 meio 2 meio 1 DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  27. violeta vermelho amarelo laranja ciano verde azul 400x10-9 m 700x10-9 m 500x10-9 m 600x10-9 m A cor da luz Cada cor corresponde a um comprimento de onda da radiação eletromagnética Depende de sua composição espectral LUZ VISÍVEL

  28. A cor da luz A luz branca é composta por todos os comprimentos de onda e é obtida através de um processo de adição DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  29. vermelho – menor desvio violeta – maior desvio Dispersão da luz branca Fenômeno explicado por Isaac Newton em 1966: a luz pode ser fisicamente separada O ângulo de refração (índice de refração) varia com o comprimento de onda (cor da luz)

  30. A cor da luz Combinando diferentes comprimentos de onda de luz obtém-se as diferentes cores da luz

  31.  > 0,75 Superfície branca 0,05 <  < 0,75 Superfície cinza  < 0,05 Superfície preta Cores superficiais As superfícies possuem diferentes coeficientes de reflectância para diferentes comprimentos de onda Reflexão neutra – propriedade de algumas superfícies em refletir por igual todos os comprimentos de onda: Uma superfície preta absorve todos os comprimentos de onda DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  32. Cores superficiais Reflexão seletiva – absorção de alguns comprimentos de onda da luz incidente e reflexão de outros (que determina a cor da superfície) Absorve ciano e magenta e reflete verde, vermelho e amarelo Superfície amarela Absorve vermelho, magenta e amarelo e reflete ciano, azul e verde Superfície ciano Absorve azul, magenta e vermelho e reflete verde, ciano e amarelo Superfície verde A cor de uma superfície iluminada por luz branca dependerá dos comprimentos de onda de luz que ela é capaz de absorver – logo a cor de uma superfície é resultante de um processo subtrativo.

  33. Cor dos objetos A cor dos objetos também dependa da cor da luz incidente DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  34. Cor dos objetos A cor dos objetos também dependa da cor da luz incidente

  35. 400x10-9 m 800x10-9 m 10-18 m 10-15 m 10-12 m 10-9 m 10-6 m 10-3 m 1m 103 m raios  raios X raios UV raios infravermelhos microondas rádio raios cósmicos Temperatura de cor Todos os corpos na natureza emitem radiação eletromagnética  = 2900/T (10-6 m) Para temperaturas de até 1.500 K, os comprimentos de onda emitidos são maiores que o visível (radiação infra-vermelha) Com o aumento da temperatura, a radiação emitida aproxima-se da radiação visível (6.000 K) DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  36. Temperatura de cor Termoluminescência – emissão de luz devido à alta temperatura  = 2900/T (10-6 m) Como o comprimento de onda emitido dependerá da temperatura do emissor, pode-se associar à cor uma temperatura correspondente Temperatura de cor em K DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  37. Temperatura de cor temperatura até 1.500 K comprimentos de onda emitidos são maiores que a banda visível acima de 1.500 K comprimentos de onda emitidos movem-se na direção do espectro visível de radiação eletromagnética DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  38. Temperatura de cor correlacionada temperatura correspondente à temperatura do corpo negro emitindo radiação visível com a mesma aparência do emissor

  39. Índice de reprodução de cor - IRC fonte de luz – reprodução, com maior ou menor fidelidade, das cores de um determinado objeto ou superfície IRC (%) Avaliação qualitativa 50 a 80 Reprodução moderada 80 a 90 Boa reprodução 90 a 100 Excelente reprodução DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  40. Grandezas fotométricas DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  41. L I fonte de luz receptor  E superfície Grandezas fotométricas sistema luminoso básico – fonte de luz, feixe de luz, superfície de reflexão e receptor Fonte primária de luz – produz luz Fonte secundária de luz – reflete a luz DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  42. Grandezas fotométricas intensidade luminosa I – potência de radiação visível disponível numa certa direção unidade – candela (cd) – intensidade de radiação emitida por um corpo negro de 1/60 cm2 de área, quando aquecido à temperatura do ponto de fusão da platina uma fonte de luz não emite a mesma intensidade luminosa em todas as direções, por isso a intensidade luminosa é definida para uma determinada direção

  43. Grandezas fotométricas • Distribuição da intensidade luminosa de uma lâmpada DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  44. Grandezas fotométricas fluxo luminoso  – densidade da intensidade luminoso emitida pela fonte unidade – lumen (lm) – intensidade de radiação de 1 cd por uma área unitária de ângulo sólido de 1 esferoradiano (sr) se uma fonte de luz, localizada no centro de uma esfera de raio unitário, irradiar em todas as direções com a mesma intensidade luminosa I = 1cd, então cada unidade da superfície da esfera receberá um fluxo luminoso  = 1 lm DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  45. Fluxo luminoso -  DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  46. Grandezas fotométricas iluminância E – é a intensidade luminosa incidente sobre uma superfície (iluminamento) unidade – lux (lx) – corresponde a um fluxo luminoso de 1 lm incidindo sobre uma superfície de 1 m2 na prática não é possível contar com uma distribuição uniforme de fluxo luminoso sobre uma superfície, o valor de E deve ser interpretado como um valor médio DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  47. Quantidades fotométricas luminância L – medida do brilho da superfície ou medida da sensação de claridade que o olho percebe da superfície unidade – cd/m2 não e possível converter quantidades fotométricas diretamente em quantidades de energia, pois o efeito luminoso depende do comprimento de onda DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  48. I L = área Quantidades fotométricas Luminância para reflexão totalmente difusa: L = E x  Luminância para reflexão não difusa: DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

  49. I E  d2  I cos  E =  d2 superfície Leis da iluminância • a iluminância se reduz proporcionalmente com o quadrado da distância da fonte • a iluminância de uma superfície é mais forte quando o raio luminoso é perpendicular à mesma • a iluminância de uma superfície devido à várias fontes é a soma simples da iluminância devido à cada fonte tomada separadamente Etotal = E1 + E2 + ... + En

  50. Iluminância espacial geralmente o interesse está em iluminâncias tomadas sobre planos, chamada iluminância planar pode-se medir a iluminância vinda de todas as direções sobre uma esfera – fluxo total incidente dividido pela superfície da esfera ou iluminância escalar Es DAU 808 ILUMINAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO PROFA GIANE DE CAMPOS GRIGOLETTI

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