III.5. Mărimi energetice și fotometrice.

(Nu intră în programă)

Fotometria se ocupă cu măsurările radiației electromagnetice din domeniul vizibil.

Fondatorul fotometriei este considerat P. Bouquer care a propus o metodă vizuală pentru compararea cantitativă a surselor de lumină : stabilirea egalității de iluminare a suprafețelor vecine prin schimbarea distanțelor către surse.

Mărimile energetice caracterizează lumina din punct de vedere al energiei transportate de undele luminoase.

Mărimile fotometrice caracterizează radiația din punct de vedere al percepției luminii de către ochi.

Notația mărimilor respective pentru cele două tipuri se deosebesc printr-un indice e pus mărimilor energetice.

Considerăm o sursă de lumină punctiformă S (a cărei dimensiuni sunt mai mici comparativ cu distanța de transmitere) aflată într-un mediu transparent (în care nu se pierde energie prin absoarbție) și izotrop (în care lumina se propagă la fel în toate direcțiile).

Energia (W) care străbate o secțiune a unui con în vârful căruia se află sursa S, în unitatea de timp se numește flux de energie radiantă (Φe), măsurat în watt.

Conul a fost decupat dintr-o sferă de rază r și are baza ΔA. Unghiul solid ΔΩ (cu vârful în S și delimitat de suprafața laterală a conului) se măsoară prin raportul dintre aria calotei sferice ΔA și generatoarea sferei r².

Intensitatea energetică (I_e) reprezintă fluxul de radiație emis în unitatea de unghi solid.

Iluminarea energetică (E_e) a unei suprafețe este raportul dintre fluxul de radiație ce cade pe aceasta (ΔΦ_e) și aria suprafeței elementare.

Când fasciculul de lumină cade înclinat pe suprafață sub un unghi α față de normala la suprafață avem :

Senzația de lumină depinde de:

• Fluxul de energie radiantă ce cade pe retină;
• Culoarea luminii. De exemplu, lumina verde (λ = 550 nm) produce o senzație luminoasă de 8 ori mai puternică decât lumina roșie (λ = 680 nm).

Ochiul uman are o sensibilitate maximă pentru culoarea verde.

Sensibilitatea spectrală relativă a ochiului (V) este raportul dintre fluxul de energie al radiației verzi cu lungimea de undă λ₀ = 550 nm (Φ_e0) și fluxul de energie a radiației cu o anumită lungime de undă λ (Φ_e) care produce aceeași senzație vizuală ca Φ_e0.

Fluxul luminos:

Φ = K∙V∙Φ_e

[Φ] = lm (lumen)

K = constantă = 675 lm/W

De exemplu, un bec cu de 100 W radiază un flux de 1000 lm, iar un bec de lanternă radiază 6 lm.

Intensitatea luminoasă emisă de o sursă:

Iluminarea luminoasă a unei suprafețe:

Cea mai puternică sursă de lumină pe Pământ este Soarele cu o iluminare de 98000 lx (lumeni pe metru pătrat) pe o suprafață perpendiculară la nivelul mării.

Luna plină are o iluminare de 0,2 lx, iar luna nouă are 0,003 lx.

Un tub fluorescent are o iluminare de 500 lx.

Aplicație: Cum alegem becurile

Fluxul luminos al unei surse de lumină este direct proporțional cu energia luminii transportate. Lumina fiecărui bec are un anumit flux luminos măsurat în lumeni (lm) și care determină iluminarea luminoasă a unei suprafețe.

Trebuie să știm ce informații sunt trecute pe cutia unui bec: ce tip de bec este, ce putere electrică are , ce flux luminos produce și ce fel de lumină produce (caldă sau rece).

Iată o clasificare a becurilor găsite în comerț:

a) Becul cu incandescență are ca avantaje un cost redus, îl găsești destul de ușor, iar ca dezavantaje : durată de viață mică, putere mare (consum mare de energie electrică) și un flux luminos scăzut (13,5 lumeni/1W).

b) Becurile LED au ca avantaje durată de viață mare, consum de energie redus, flux luminos mare (93 lm/1W), durată de viață destul de mare, dar au un preț mai mare decât cele clasice și nu distribuie uniform lumină în încăpere.

c) Becurile fluorescente (economice) au ca avantaje durată de viață mare, consum de energie foarte redus, flux luminos mare (40 lm/1W), dar au un preț mai mare decât cele clasice, conțin mercur toxic pentru mediu și necesită circuite adiționale.

d) Becurile cu halogen au ca avantaje durată de viață mare, consum de energie foarte redus, flux luminos mare (17 lm/1W), dar au un preț mai mare decât cele clasice, conțin halogen toxic pentru mediu.

De exemplu, același flux luminos (1300-1500 lm) îl dă

• un bec cu incandescență de 100 W
• un bec cu halogen de 100 W
• un bec economic de 22 W
• un bec led de 15 W.

Categoric, becul LED este cel mai economic și cel mai recomandat.

Pentru a mări iluminarea unui bec trebuie ca înălțimea lui (h) față de suprafața pe care trebuie să cadă lumina să fie cât mai mică și cât mai perpendicular pe suprafața iluminată.

Temperatura de culoare este o scală care măsoară cât de “caldă” (galbenă) sau cât de “rece” (albastră) este lumina unei surse și se măsoară în Kelvin (K).

🔓 Problemă rezolvate

De câte ori este mai mare iluminare produsă de un bec cu halogen suspendat în centrul camerei la o înălțime de 2m, respectiv de 3m , știind fluxul său luminos de 1200 lm?

Rezolvare