Sorgenti di luce

1. Sorgenti di luce Maurizio Rossi, Daniele Marini

2. Richiamo dei principi fisici • L’energia di un fotone dipende dallo stato quantico degli elettroni della materia: • L’energia radiante di n fotoni: • Il flusso radiante (Watt):

3. Sorgenti di luce • Sorgente di luce è un oggetto in grado di emettere un flusso luminoso • Ciò è possibile perché un’altra forma di energia viene trasformata in energia luminosa • La luce prodotta dalle sorgenti può essere: • Naturale (illuminazione naturale)- luce diretta del sole- luce diffusa dall’atmosfera • Artificiale (illuminazione artificiale)- luce prodotta dagli apparecchi di illuminazione

4. Sorgenti di luce: lo spettro • L’energia emessa da una sorgente di luce viene espressa tramite la grandezza radiometrica nota come uscita radiante spettraleMe() • Me() fornisce l’informazione su:- quanta energia viene emessa (area sottesa dallo spettro)- a quali lunghezze d’onda (forma dello spettro: colore)

5. Sorgenti di luce: distribuzione di potenza relativa • Le caratteristiche spettrali (colore della luce emessa) di una sorgente sono definite tramite la distribuzione di potenza relativaSe() • Se() è definita come la percentuale di uscita radiante spettrale al variare di  rispetto all’uscita radiante per  = 560 nm

6. Sorgenti di luce: distribuzione di potenza relativa • La curva di distribuzione di potenza relativa Se() mostra come l’energia viene emessa per le varie lunghezze d’onda, in percentuale, rispetto alla lunghezza d’onda fondamentale di 555 nm • Si è scelto 555 nm dovel’osservatore umano ha ilmassimo dell’efficaciavisiva spettrale

7. Sorgenti di luce: il corpo nero • Un oggetto in grado di assorbire luce di tutte le lunghezze d’onda viene detto corpo nero • Se riscaldato emette luce con uno spettro che è funzione della temperatura M = T4 Legge di Stefan Boltzmann

8. Sorgenti di luce: il corpo nero • Per temperature che variano da 2000°K a 20000°K il corpo nero emette luce con colori dominanti che passano dal rosso,giallo, bianco,violetto e azzurro • Una luce più calda(rossastra) corrispon-de quindi ad un cor-po nero più freddo distribuzione di potenza relativa a diverse temperature colore

9. Sorgenti di luce: temperatura di colore • La temperatura del corpo nero che emette uno spettro simile a quello di una radiazione luminosa viene detta temperatura di colore correlata (CCT) della radiazione luminosa • Tale temperatura espressa in gradi Kelvin (°K) non ha nessuna relazione con la temperatura della reale sorgente che emette luce

10. Sorgenti di luce: apparecchi illuminanti • L’oggetto composto dalla lampadina, con il supporto, eventuali parabole, lenti e filtri è detto apparecchio illuminante • Il termine lampada è a volte usato per la lampadina o per l’apparecchio creando confusione • La lampadina viene anche chiamata sorgente

11. Sorgenti di luce: efficienza • L’efficienza di una sorgente indica quanti Lumen (flusso) sono emessi per ogni Watt di potenza consumato (lm/W) • È il rapporto tra flusso totale emesso e potenza totale dissipata • Lampadina adincandescenza da 40e 100 Watt

12. Sorgenti di luce ad incandescenza • Le sorgenti ad incandescenza sono realizzate con un filamento di Tungsteno posto in un bulbo di vetro in cui c’è il vuoto • Il metallo percorsodalla corrente elettricasi scalda (2500 -2800 °C) ed emette luce

13. Sorgenti di luce ad incandescenza Caratteristiche delle sorgenti ad incandescenza: • Sono usate quasi ovunque • Temperatura di colore: 2000°K (rossastra) • Durata: da 15 a 1500 ore • Potenza dissipata: da 1,5 W a 20.000 Watt • Flusso: fino a 30.000 lumen • Tensione di alimentazione: da 1,5 V a 380 V Filamento di tungsteno ingrandito 400 volte

14. Sorgenti di luce ad alogeni La sorgente ad alogeni è un tipo particolare di incandescenza in cui, nel bulbo, c’è a nche un gas alogeno (Fluoro(F), Cloro(Cl), Bromo(Br), Iodio(I), Astato(At).) Il gas permette di innalzare la temperatura del tungsteno variando l’emissione spettrale La temperatura del bulbo può raggiungere oltre 700°C: perciò è fatto in quarzo che non va mai toccato con le dita!!! Il grasso della pelle fa aumentare la temperatura fino allo scoppio! Hanno una durata e un’efficienza mediamente doppie rispetto a quelle a incandescenza Temperatura di colore circa 4000°K (luce bianca)

15. Sorgenti di luce a scarica • Nelle sorgenti a scarica la luce viene emessa da un gas posto tra due elettrodi all’interno di un tubo trasparente; la scarica elettrica provoca un arco voltaico • Si usano vari tipi di gas: vapori di mercurio, sodio • Lo spettro della luce emessa non è continuo! Corrisponde allo spettro di assorbimento del gas

16. Sorgenti di luce a scarica • Hanno un’efficienza e una durata molto superiore di quelle a incandescenza • Sono utilizzate nella illuminazione degli esterni e stradale • A causa delle caratteristiche dello spettro hanno una scarsa resa cromatica

17. Sorgenti di luce fluorescenti • Le sorgenti fluorescenti sono una evoluzione di quelle a scarica in cui l’interno del tubo trasparente è rivestito con un materiale fluorescente in grado di modificare lo spettro per migliorare la resa cromatica

18. Fluorescenza - fosforescenza • Si possono distinguere sulla base della durata dell’emissione dopo l’eccitazione: • Fluorescenza molto breve • Fosforescenza più lunga Alcuni minerali fluorescenti

19. Sorgenti di luce: la forma della luce • Una sorgente puntiforme ideale emette luce con la stessa intensità luminosa in tutte le direzione • Gli apparecchi reali emettono luce con intensità luminosa differente in funzione della direzione rispetto ad un asse di riferimento • L’asse di riferimento coincidein genere con l’asse geometricodell’apparecchio o della sorgente

20. Sorgenti di luce: la forma della luce • La distribuzione non uniforme è dovuta a: • Differenza intrinseca della sorgente reale rispetto al caso puntiforme ideale • Presenza di schermi • Presenza di riflettori • Presenza di ottiche • Le aziende illuminotecniche usano presentare questa caratteristica tramite un diagramma detto solido fotometrico

21. Sorgenti di luce: solido fotometrico • Il solido fotometrico indica la intensità luminosa in candele per tutte le direzioni 3D attorno al centro di emissione della luce e rispetto ad un asse di riferimento • Il solido viene rappresentato per sezioni

22. Sorgenti di luce naturale • La luce naturale può provenire: • Direttamente dal sole • Dal cielo (terso o offuscato da nubi)

23. Sorgenti di luce: il sole • La luce solare diretta ha mediamente una temperatura di colore compresa tra 6000 e 6700 °K • Il colore cambia a causadel filtraggiodell’atmosfera • Diretto • Filtrato

24. Sorgenti di luce: il cielo • Cielo sereno molto azzurro • Cielo sereno al nord meno azzurro • Cielo molto coperto dalle nubi • Luce del sole + luce del celo sereno

25. Temperatura colore di sorgenti artificiali